發(fā)酵法在死豬無害化處理中的研究及應(yīng)用展望

張振玲徐海飛薛 忠李云龍顧開朗

（1徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院動物工程系，江蘇徐州 221006；2中糧家佳康 （鹽城）有限公司，江蘇鹽城 224200）

發(fā)酵法在死豬無害化處理中的研究及應(yīng)用展望

張振玲1,2徐海飛2薛 忠1李云龍1顧開朗1

（1徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院動物工程系，江蘇徐州 221006；2中糧家佳康 （鹽城）有限公司，江蘇鹽城 224200）

我國生豬出欄量已連續(xù)3年超7億頭，每年產(chǎn)生約7千萬具豬尸體，約合2百萬噸的廢棄物。大量死豬若不能被及時有效地處理，將會污染環(huán)境，帶來食品安全問題，危害到公共衛(wèi)生安全，造成巨大經(jīng)濟損失。死亡動物無害化處理問題日益引起人們的廣泛關(guān)注。目前，無害化處理方法眾多，筆者簡述了較受關(guān)注的發(fā)酵法的概念和分類、研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望了其應(yīng)用前景。

死豬；發(fā)酵法；堆肥法；沼氣法；化尸窖法；無害化處理

我國生豬養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，目前已是世界上公認(rèn)的第一養(yǎng)豬大國[1]，數(shù)據(jù)顯示，中國已連續(xù) 3年（2013—2015）生豬出欄量超7億頭。若按照10%的自然死亡率推算，每年約產(chǎn)生7千萬頭生豬尸體，約合2百萬噸左右的廢棄物[2]。實際上我國每年死亡豬只超1億頭[3,4]。大量死豬若得不到及時有效地處理，將會帶來環(huán)境污染和食品安全問題，危及公共衛(wèi)生安全。

目前常用的死豬無害化處理技術(shù)有掩埋法、焚燒法、化制法和發(fā)酵法[5]，其中發(fā)酵法包括堆肥法、沼氣法和化尸窖法[6]。另外，還有堿化水解法（alkaline hydroly-sis）、逆聚合（reverse polymerization）和熱解炭化法[7]等目前還不太常用的方法。

掩埋法可能會污染土地和水資源，造成二次污染；焚燒需消耗燃油，能耗大且污染環(huán)境。這兩種傳統(tǒng)方法在發(fā)達(dá)國家已基本不用，僅在特殊情況下使用?；品ǔ杀靖?、不能殺滅朊病毒，且需將尸體運至化制廠，有運輸成本和病原再次傳播的風(fēng)險，也已逐漸被其他方法代替。發(fā)酵法成本低且符合廢棄物資源化利用的方向，應(yīng)是較理想的處理方法，但由于種種原因，發(fā)酵法雖然很受關(guān)注，目前豬場仍主要使用成本更低的掩埋法和化尸窖法處置死豬。

員發(fā)酵法

通常所說的發(fā)酵是指生物體對于有機物的分解過程，是一種生物化學(xué)反應(yīng)，在食品工業(yè)、生物和化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

發(fā)酵法是指將動物尸體及相關(guān)動物產(chǎn)品與稻糠、木屑等輔料按要求擺放，利用動物尸體及相關(guān)動物產(chǎn)品產(chǎn)生的生物熱或加入特定生物制劑，發(fā)酵或分解動物尸體及相關(guān)動物產(chǎn)品的方法[5]。

1.1 堆肥法

1.1.1 堆肥簡介

堆肥是處理固體廢棄物較成熟的一種生物處理處置技術(shù)，國內(nèi)外對其研究及應(yīng)用均較多。堆肥處理因為在處理廢物的同時可獲得有價值的產(chǎn)物，所以是廢棄物資源化處理的主要方向。目前堆肥在不同行業(yè)產(chǎn)業(yè)廢棄物的處理中均有較多研究及應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)廢棄物包括工業(yè)生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的廢渣、粉企、碎屑、污泥以及稻稈、樹枝、養(yǎng)殖糞污、食用菌廢料等固體廢棄物[8]。堆肥（家庭或小農(nóng)場水平的）使用已有幾千年的歷史。20世紀(jì)后期以來，越來越多的大型堆肥設(shè)施建立起來，以處理城市有機廢物。特別是近年來，堆肥已被視為可持續(xù)的較有前途的廢物處理方式[9]。

1.1.2 堆肥定義

在人工控制下，即在一定的水分、碳氮比（C/N）和通風(fēng)條件下，有機廢棄物經(jīng)自然界廣泛存在的微生物（細(xì)菌、放線菌、真菌等）或商業(yè)菌株作用，發(fā)生降解并向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程[10]。微生物利用堆料中有機物的發(fā)酵產(chǎn)生的高溫殺滅病原微生物并分解動物尸體，達(dá)到無害化處理的目的，屬于好氧生物發(fā)酵。

1.1.3 動物尸體堆肥

動物尸體堆肥是指將動物尸體置于堆肥內(nèi)部，通過微生物的代謝過程降解動物尸體，并利用降解過程中產(chǎn)生的高溫殺滅病原微生物，最終達(dá)到減量化、無害化、穩(wěn)定化的處理目的[10]，20世紀(jì)80年代首先應(yīng)用于禽類尸體的處理上，后又使用在豬、牛等大型牲畜的尸體處理上，在美國、加拿大和澳大利亞等許多發(fā)達(dá)國家被認(rèn)可，并有在大規(guī)模疫病暴發(fā)的情況下將其應(yīng)用于應(yīng)急處理的實例[11]，是一種較新的簡單的實現(xiàn)資源循環(huán)利用的處理方法。

動物尸體堆肥按照簡單到復(fù)雜的形式，分為條垛式、通氣靜態(tài)垛式、發(fā)酵倉式系統(tǒng)；按照通風(fēng)情況，分為被動通風(fēng)系統(tǒng)和強制通風(fēng)系統(tǒng)；按照有無反應(yīng)器情況，分為開放式堆肥系統(tǒng)和反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)。目前多采用倉箱式或反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)進(jìn)行無害化處理。

倉式堆肥系統(tǒng)由堆肥倉、除臭倉、通風(fēng)和溫控等裝置組成，一般由混凝土地面、磚砌墻面、防水保溫屋頂、卷簾門或工業(yè)滑升門組成堆肥倉，曝氣風(fēng)機通過堆肥倉底部管道鼓風(fēng)，除臭風(fēng)機通過堆肥倉頂部管道將臭氣抽排入除臭倉，除臭倉內(nèi)存放腐熟的堆肥等生物除臭物質(zhì)，利用裝載機添加和移動堆肥物料，翻堆2～3次[12]。倉箱式技術(shù)操作簡便、設(shè)施使用年限長，不會污染地表水源和地下水，幾乎可以殺滅所有的細(xì)菌、病毒，不會造成疫病傳播，不論養(yǎng)殖場規(guī)模大小皆可采用。

反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)占地面積小、可有效控制通風(fēng)、水分和溫度等因素，受外界環(huán)境影響較小，生物安全性好且可有效提高堆肥效率和產(chǎn)品質(zhì)量，更具優(yōu)勢，有很好的應(yīng)用前景[13]。反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)既有簡單的由托盤、木材或塑料及絲網(wǎng)組成的小至約1 m3的被動通風(fēng)堆肥系統(tǒng)（可以處理單個不超13.6 kg，共272 kg的小型動物如仔豬、兔子、魚等的尸體），優(yōu)點是可以置于生產(chǎn)區(qū)且尺寸可以訂做[14]，也有大至（直徑3 m、長15 m）的旋轉(zhuǎn)滾筒型（Rotating drum for carcass composting）堆肥系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)可以加速堆肥進(jìn)程，特別是在堆肥的第一個階段[14]。

1.1.4 堆肥在死豬無害化處理中的研究與應(yīng)用

加拿大利用稻草和糞便等對豬尸進(jìn)行堆肥處理，豬尸被完全降解，且堆肥后產(chǎn)品中N、P、K的含量分別高于不含豬尸的對照組108%、130%和51%，大大提高腐熟后的填料肥效，已開始了豬尸體堆肥處理的商業(yè)化應(yīng)用[15]，成為無害化處理和資源化利用的有效手段。

吳志堅等[16]利用鋸末作碳源、自然環(huán)境中的土著菌發(fā)酵處理病死豬，中間不翻堆，180天左右可以將病死豬降解到僅剩少量骨頭。經(jīng)采樣檢測豬瘟、藍(lán)耳病、圓環(huán)病毒病、偽狂犬病等病原均為陰性，也未分離到病原菌；測其有機質(zhì)、總養(yǎng)分含量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《有機肥料》（NY525-2012）；重金屬含量也符合標(biāo)準(zhǔn)；只有水分含量較高，經(jīng)干燥處理后即完全符合商品《有機肥料》（NY525-2012）。郭東坡等[17]將死豬、豬糞和秸稈混合堆肥不少于6周，堆肥溫度高于55℃的時間超過19天，分解率達(dá)94%，有機質(zhì)含量47%～48%，全氮和全磷含量5.7%～6.4%。

陶秀萍等[18]將豬糞和農(nóng)作物秸稈按適當(dāng)比例混合，制作堆肥混合原料，將其作為死豬堆肥基質(zhì)，采用靜態(tài)通風(fēng)堆肥方法，冬季堆肥6周的死豬降解率大于93%，該方法可使豬場的豬糞堆肥與死豬處理同步進(jìn)行，即使在中國北方也能實現(xiàn)周年運行。

何曉芳[19]用菇渣和煙末堆肥處理病死豬的衛(wèi)生指標(biāo)可以達(dá)到《有機肥料》 （NY525-2012）及《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB18596-2001）的標(biāo)準(zhǔn)，不僅簡單、安全、環(huán)保，而且可以實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益，變廢為寶，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

竺禮斌[20]以枯草芽孢桿菌JBN001制備的單菌種發(fā)酵菌劑實現(xiàn)了病死豬只的有效降解。研究了不同發(fā)酵菌劑添加量對病死豬只降解效果的影響，確定添加量為4 kg/1 000 kg病死豬，對病死豬降解效果良好，降解產(chǎn)物符合有機肥料的技術(shù)要求。李海龍等[21]從鋸末和病死豬堆肥樣品中篩選獲得兩株高溫菌株芽孢桿菌和嗜熱脫氮芽孢桿菌可分別高效降解蛋白質(zhì)和脂肪，可以用于病死豬腐熟堆肥，且兩菌等體積混合后按0.6%添加量接種至病死豬堆肥中，能提高堆肥溫度，維持高溫時間，加快病死豬的降解，從而有效殺滅病原微生物，達(dá)到無害化要求。

1.1.5 堆肥法應(yīng)用前景

堆肥未來可能成為處理轉(zhuǎn)基因動物的方法。Guan 等[22]將感染口蹄疫病毒的死豬與刨花、雞糞進(jìn)行堆肥，10天后口蹄疫病毒失去活性，21天后完全降解，β-肌動蛋白mRNA也被完全降解，標(biāo)志著堆體中尸體被降解。Murray等用[23]同樣方法對轉(zhuǎn)基因豬的尸體進(jìn)行堆肥，發(fā)現(xiàn)樣本中轉(zhuǎn)基因和線粒體DNA在堆肥腐熟后均被完全降解，殘留物中只檢出了部分骨頭片段。

堆肥法具有投資小、臭味小、不污染水源、能滅活病原、并能產(chǎn)生有價值的肥料產(chǎn)品且能在場進(jìn)行等優(yōu)點，比較適于我國廣大種植區(qū)的死豬在場無害化處理，技術(shù)簡單，成本低，在養(yǎng)殖成本不斷攀升的今天，具有較好的應(yīng)用前景。

1.2 沼氣法

沼氣法又稱為厭氧生物發(fā)酵或厭氧消化技術(shù)，在農(nóng)業(yè)固體廢棄物、餐廚垃圾和污水廠剩余污泥等有機廢棄物的處理處置中得到廣泛應(yīng)用[24]，在我國養(yǎng)殖業(yè)主要用于畜禽糞便的處理，產(chǎn)生沼氣和肥料。近年來在我國成為死豬處理的新興技術(shù)，上海市動物無害化處理中心[25]和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)[26]對病死豬厭氧發(fā)酵有一定的研究。

沼氣法是利用受控制的厭氧細(xì)菌的分解作用，將有機物（碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪）經(jīng)過厭氧消化作用轉(zhuǎn)化為沼氣和二氧化碳。厭氧消化的溫度一般分為低溫（25℃）、中溫（25～40℃）和高溫（＞45℃）。中溫相比于高溫條件，對能源需求少，耐沖擊負(fù)荷和有毒物質(zhì)的能力強，特別是在處理畜禽尸體這類廢物時，中溫條件更有利[27]。

在過去的十幾年中，這一技術(shù)在歐洲得到了極大的發(fā)展，其中以德國和北歐國家的發(fā)展最為迅速。由于上網(wǎng)電價補貼、許可證、財政投入等不斷完善的支持措施，這一技術(shù)在法國等其他歐盟國家也得到了廣泛應(yīng)用。但目前，也有一些限制其推廣的因素存在，高昂的初期投資以及監(jiān)管負(fù)擔(dān)就是限制其發(fā)展的重要壁壘[28]。

同濟大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院生物質(zhì)能源研究中心成瀟偉等[29]開展的病死豬與豬糞混合厭氧發(fā)酵的試驗表明，混物料具有很好的產(chǎn)沼氣潛力，利用沼氣工程來處理病死豬能夠獲得較好的經(jīng)濟效益，為指導(dǎo)沼氣工程處理病死豬找到了最適的反應(yīng)溫度和最佳的病死豬添加比例：反應(yīng)溫度35℃，病死豬添加比例為12%，能夠提升總產(chǎn)氣量26%，單位TS（總固體含量）產(chǎn)氣量30%，單位VS（揮發(fā)性固體含量）產(chǎn)氣量22%，經(jīng)過改進(jìn)后，此法不僅可以處理動物尸體，而且可以和糞便處理結(jié)合起來應(yīng)用。

豬糞便通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的技術(shù)已比較成熟。我國十分重視沼氣工程建設(shè)，從“十一五”以來農(nóng)業(yè)部逐漸將農(nóng)村沼氣技術(shù)推廣的重點從戶用沼氣池轉(zhuǎn)移到大中型沼氣工程上來，每年政府財政投入達(dá)數(shù)十億元，出臺了成套畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些政策措施有力地推動了畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程的發(fā)展[30]。目前，我國大部分縣市都設(shè)有沼氣推廣部門，沿海和西南地區(qū)大中型豬場沼氣工程覆蓋率已超80%[31]，具有良好的推廣基礎(chǔ)，所以沼氣法適宜于在具有大中型沼氣工程的規(guī)模養(yǎng)殖場推廣和使用，是未來病死豬無害化處理的發(fā)展方向之一。

1.3 化尸窖法

化尸窖是指按照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》（HJ/T81—2001）要求，在地面挖坑后，采用磚和混凝土結(jié)構(gòu)施工建設(shè)的密封池，又稱密閉沉尸井、處理窖、尸腐池、生物降解池、無害化處理池、化尸池等?；烟幚矸匆赃m量容積的化尸窖沉積動物尸體，讓其自然腐爛降解的方法[10]。

因建造簡單、投入低、運行成本低等特點，目前在我國仍普遍使用，包括一些大型養(yǎng)殖場也還在使用，適用于批量畜禽尸體的無害化處理。而在發(fā)達(dá)國家正逐漸被其他方法如堆肥法、堿化水解法等所替代。因不能循環(huán)重復(fù)利用和存在生物安全隱患等，所以不是發(fā)展方向，應(yīng)逐漸減少此法的應(yīng)用。

2 小結(jié)

無害化處理技術(shù)正在從技術(shù)含量低轉(zhuǎn)向技術(shù)含量高，從單純注重?zé)o害化轉(zhuǎn)向無害化和資源化并重。因此，堆肥法和沼氣法是較為理想的無害化處理技術(shù)。在廣大種植區(qū)的豬場應(yīng)重點考慮使用堆肥法，在具有大中型沼氣工程的規(guī)模養(yǎng)殖場應(yīng)重點考慮使用沼氣法，而應(yīng)逐漸減少化尸窖法的應(yīng)用，總之各地要因地制宜、立足本地發(fā)展需要，選擇適合本地的死豬無害化處理方案。另外，我國一些地方和養(yǎng)殖場對于環(huán)保和廢棄物資源化利用設(shè)施還存在重建設(shè)輕使用的現(xiàn)象。要杜絕這種現(xiàn)象，既要進(jìn)一步提高養(yǎng)殖企業(yè)的準(zhǔn)入門檻，加強相關(guān)法律法規(guī)建設(shè)，提高違規(guī)企業(yè)處理處罰力度，又要提高死豬處理的直接補貼（我國目前每頭死豬處理補貼為80元）和間接補貼（比如沼氣發(fā)電上網(wǎng)補貼等）?？傊S著科技水平、社會文明程度的提高及人們對資源的日益重視，今后一定能有效解決死豬無害化處理問題，在保護(hù)土地、水源等自然環(huán)境免受污染的同時，又能實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。

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Research and Application Prospect of Fermentation in Harmless Disposal of Swine Carcasses

ZHANG Zhenling1,2,XU Haifei2,XUE Zhong1,LI Yunlong1,GU Kailang1
（1Department of Animal Engineering,Xuzhou Vocational College of Bioengineering,Xuzhou 221006,China;2COFCO-JOYCOME(Yancheng)Ltd.,Yancheng 224200,China）

For three consecutive years,China's annual pig slaughter volume and carcasses volume exceeded 700 million and 70 million (about 2 million tons)of waste respectively.If not disposed quickly and effectively,the large number of swine deaths will pollute the environment and can spiral into major food security problems and bring harm to public health security,causing huge economic losses. More concerns have been aroused by the harmless disposal technology to animal morality.At present,there are many harmless treatment methods.The concept and classification of fermentation were introduced and the status quo of research and application prospect of the method are also presented.

swine carcasses;fermentation;composting;biogas;septic pit;harmless disposal

S8；X713

A

1673-4645(2017)04-0070-05

2017-02-10

江蘇省高職院校青年教師企業(yè)實踐培訓(xùn)資助項目(2016QYSJ058)；徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畜牧獸醫(yī)品牌專業(yè)建設(shè)資金資助

張振玲（1973-），男，山東菏澤人，博士，主要從事畜牧獸醫(yī)專業(yè)教學(xué)及相關(guān)動物學(xué)研究，E-mail:Zzl200726@126.com