利用農作物廢棄物作為飼料生產黃粉蟲和其蟲糞制備生物炭去除重金屬

楊珊珊，陳以頔，張 葉，周慧敏，計昕瑀，何 蕾，邢德峰，任南琪，賀詩欣，吳唯民

（1. 哈爾濱工業大學環境學院，城市水資源與水環境國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150090；2.斯坦福大學環境工程與科學系，美國 CA 94305）

譯者： 楊珊珊；審查： 吳唯民；單位： 哈爾濱工業大學

1 研究亮點

*黃粉蟲（Tenebrio molitor） 幼蟲可以小麥秸稈、稻草、稻米糠、玉米秸稈和稻米殼為食；

*原料的生物降解性順序為稻草＞稻米糠＞玉米秸稈＞小麥秸稈＞稻米殼，稻草、稻米糠和玉米秸稈可作為黃粉蟲的補充飼料；

*以稻草為食的黃粉蟲蟲糞制作的生物炭對所有測試的金屬離子均有最佳的吸附能力；

*該生物炭吸附重金屬機制包括靜電作用、π-π 相互作用、官能團、氫鍵、離子交換與絡合。

2 背景

我國農作物廢棄物約20%在田間直接焚燒，對生態環境造成嚴重負擔，且由于其中木質纖維素含量高且消化率低，不易作為動物飼料，亦難降解。黃粉蟲屬于鞘翅目擬步行科粉甲屬的昆蟲，本研究以常規飼料麥麩作為對照，用5 種農作物廢棄物飼喂黃粉蟲，比較原料消耗量及生物降解程度，然后用蟲糞制備生物炭，進行重金屬的吸附性能試驗并研究吸附機理。

3 研究方法

將黃粉蟲（初始蟲齡為6～7 齡，60～70 mg/條） 分為6 個取食組，分別飼喂5 種農作物廢棄物（稻草、稻米殼、稻米糠、小麥秸稈和玉米秸稈） 與麥麩。用以上6 種原料和各自產生的蟲糞進行熱裂解處理（600 ℃，90 min） 制備生物炭備用。采用Pb（II）、Cd（II）、Cu（II）、Zn（II）和Cr（VI）的水溶液進行批次吸附試驗。

4 主要研究結果

黃粉蟲可以5 種測試的農作物廢棄物為食。在32 d 的周期內，農作物廢棄物可單獨或與常規飼料麥麩一同飼喂。黃粉蟲喜食稻草和玉米秸稈，除對照組麥麩以外，原料的降解量由高到低為稻草＞稻米糠＞玉米秸稈＞小麥秸稈＞稻米殼。蟲糞生物炭對重金屬的吸附能力優于以原農作物廢棄物制備的生物炭。以稻草蟲糞為原料制成的生物炭對所有被測金屬離子均具有最佳的吸附性能，其對重金屬的吸附等溫線符合Langmuir 模型，符合準二級反應動力學模型，吸附過程可用顆粒內擴散模型描述。Pb（II）、Cd（II）、Cu（II）、Zn（II）和Cr（VI）的吸附機制包括靜電作用、π-π 相互作用、官能團、氫鍵、離子交換、靜電外層絡合和共沉淀/內層絡合。此外，Cr（VI）在去除過程中會被生物炭提供的電子供體還原。

5 結論與展望

結果表明農作物廢棄物可作為黃粉蟲的補充飼料，并證實了蟲糞作為原料制備生物炭的創新清潔生產方法的可行性。此方法有助于對黃粉蟲進行無廢物化養殖，是降低農作物廢棄物處理成本，進一步實現其商業化利用的簡單有效的途徑。制備的蟲糞生物炭有望成為改良土壤的優質生物吸附劑，應用于碳封存、改善堆肥質量等。