生物發(fā)酵無害化處理病死豬技術(shù)的試驗(yàn)與利用

董瑞蘭， 宋春陽， 于光輝

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院， 山東青島266109；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所， 北京海淀100081)

生物發(fā)酵無害化處理病死豬技術(shù)的試驗(yàn)與利用

董瑞蘭1, 2， 宋春陽1， 于光輝1

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院， 山東青島266109；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所， 北京海淀100081)

本試驗(yàn)添加高效發(fā)酵的復(fù)合菌種，以提高病死豬的發(fā)酵速度和效果。試驗(yàn)在冬季和夏季分別進(jìn)行，每個(gè)季節(jié)試驗(yàn)4個(gè)周，分為對照一組(墊料+菌種)、對照二組(墊料+病死豬)、試驗(yàn)組(墊料+菌種+病死豬)。結(jié)果：夏季上午10時(shí)室溫25 ℃～36 ℃，試驗(yàn)組中部溫度在第2天升高到60 ℃以上，對照二組在第4天升高到55 ℃以上，對照一組第2天溫度達(dá)到50 ℃左右，持續(xù)3 d開始下降，試驗(yàn)組經(jīng)過2周發(fā)酵處理完畢，小骨塑化不成形，只剩下大塊腿骨和牙齒。冬季上午10時(shí)室溫為-4 ℃～4 ℃，試驗(yàn)組中部溫度在第3天達(dá)到55 ℃以上，對照二組第5天溫度達(dá)到50 ℃以上，試驗(yàn)組經(jīng)過3周發(fā)酵處理完畢，達(dá)到同樣的效果。發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵產(chǎn)物中菌落數(shù)由發(fā)酵開始的108CFU/g數(shù)量級下降到103CFU/g數(shù)量級，且為添加的有益菌種，殺滅微生物效果明顯。發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)蛔蟲死亡率測定，沒有發(fā)現(xiàn)活的蟲卵。表明生物發(fā)酵技術(shù)處理病死豬操作簡單，在豬場的糞污處理場旁邊即可進(jìn)行，免去了病死豬的運(yùn)輸污染問題。既節(jié)能環(huán)保，又能夠達(dá)到病死豬的無害化處理，發(fā)酵產(chǎn)物生產(chǎn)生物菌肥，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展。

病死豬處理 ； 生物發(fā)酵 ； 生物堆肥法

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年全國生豬出欄量70 825萬頭，存欄量45 113萬頭，我國每年因各類疾病引起豬的死亡率約8%～12%，如此巨大數(shù)量的病死豬尸體如果得不到有效、科學(xué)地處理，將會引起一些重大疫病的擴(kuò)散和傳播，產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)危害，對人類公共衛(wèi)生安全和生態(tài)環(huán)境施加了巨大的壓力[1]。目前，病死畜禽的處理方式主要有深埋法、焚燒法、高溫高壓化制法和堆肥發(fā)酵法。本試驗(yàn)在堆肥處理病死豬的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，人為加入高效發(fā)酵的復(fù)合菌種，以提高發(fā)酵速度，研究生物發(fā)酵處理病死豬的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 菌種 本試驗(yàn)選用的菌種包括：枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、放線菌、乳酸菌，以上菌種按照一定比例混合。

1.2 墊料 玉米秸稈長度為2～3 cm，稻殼∶鋸末∶玉米秸稈=3 ∶1 ∶2，碳氮比例大于50 ∶1。

1.3 試驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)在糞污處理廠的旁邊建設(shè)3個(gè)發(fā)酵池，磚混結(jié)構(gòu)用水泥抹平，發(fā)酵池沿高出地面30 cm左右，規(guī)格長×寬×高為5 m×3 m×1.5 m，上面搭遮雨頂棚防止雨淋，四周開放。

1.4 病死豬 豬場的病死豬超過20 kg的先用斧頭劈開，低于20 kg的病死豬、木乃伊胎和母豬胎衣直接進(jìn)行發(fā)酵處理。

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)在冬季和夏季分別進(jìn)行，每個(gè)季節(jié)試驗(yàn)期為4周，試驗(yàn)分為對照一組(墊料+菌種)、對照二組(墊料+病死豬)、試驗(yàn)組(墊料+菌種+病死豬)，同時(shí)在相鄰的3個(gè)發(fā)酵池中進(jìn)行。

1.6 溫度記錄 將土壤溫度記錄儀的傳感器探頭埋于發(fā)酵池中部(距池面60 cm左右)，每天統(tǒng)一上午10時(shí)記錄發(fā)酵池中部的發(fā)酵溫度，室溫用溫度計(jì)在室內(nèi)直接記錄。

1.7 細(xì)菌計(jì)數(shù) 每周深翻發(fā)酵池時(shí)從中部取部分發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行細(xì)菌含量分析，方法按照GB/T-4789.28-2013進(jìn)行[2]。

1.8 蛔蟲死亡率檢測 從最終發(fā)酵產(chǎn)物的上層、中部和下層取樣，具體方法參照李曉峰[3](2015)略有改進(jìn)。

1.9 發(fā)酵處理效果評價(jià) 病死豬經(jīng)發(fā)酵處理后以肌肉和皮膚完全分辨不出，降解完全，堆料腐熟，小骨塑化不成形，手指即可捻細(xì)，只有少量大腿骨或者牙齒尚能分辨，判斷為發(fā)酵完全。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵溫度變化情況 本試驗(yàn)的室溫和發(fā)酵池中部溫度都是記錄了上午10時(shí)的溫度，具體變化見表1。

表1 夏季和冬季不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵池中部溫度變化情況 /℃

由表1可知，夏季上午10時(shí)室溫25 ℃～36 ℃，試驗(yàn)組中部溫度在第2天升高到60 ℃以上，比對照組升高的都快，且一直持續(xù)到第2周末，溫度高且下降緩慢。對照二組在第4天升高到55 ℃以上，對照一組第2天溫度達(dá)到50 ℃左右，持續(xù)3天開始下降。冬季上午10時(shí)室溫-4 ℃～4 ℃，試驗(yàn)組中部溫度在第3天達(dá)到55 ℃以上，第5天升到60 ℃以上，且持續(xù)到第3周溫度保持在55 ℃以上；對照二組第5天溫度達(dá)到50 ℃以上，第3周發(fā)酵處理完畢，達(dá)到同樣的效果。

夏季和冬季發(fā)酵池中部溫度變化趨勢如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可以直觀地看出夏季和冬季發(fā)酵池中部溫度變化趨勢。不論夏季還是冬季，對照一組的溫度都在上升一段時(shí)間后呈現(xiàn)很快下降的趨勢；對照二組的溫度上升期比試驗(yàn)組達(dá)到溫度上升期所用時(shí)間要慢；試驗(yàn)組達(dá)到最高溫度的時(shí)間最快，且發(fā)酵的最高溫度也比對照組要高。夏季氣溫比冬季高，所以發(fā)酵速度要快1周，發(fā)酵過程中溫度持續(xù)升高，說明微生物發(fā)酵產(chǎn)熱多，持續(xù)的高溫既可以殺死有害病菌，也可提高微生物降解蛋白質(zhì)，纖維素等物質(zhì)的效率。

圖1 夏季發(fā)酵池中部溫度變化趨勢

圖2 冬季發(fā)酵池中部溫度變化趨勢

2.2 發(fā)酵墊料中部菌落計(jì)數(shù) 結(jié)合生產(chǎn)操作，在埋入病死豬的第0、7、14、21、28天分別取樣檢測發(fā)酵產(chǎn)物中的菌落數(shù)。通過細(xì)菌計(jì)數(shù)可知，制堆前夏季和冬季菌落數(shù)的數(shù)量級都為108CFU/g，堆制4周后都穩(wěn)定在103CFU/g。經(jīng)細(xì)菌通用引物測序比對鑒定，發(fā)酵28 d后存活的菌落為添加的益生菌，沒有擴(kuò)增到大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等病原菌。不同發(fā)酵時(shí)間各組的菌落檢測結(jié)果見表2。

表2 夏季和冬季各組在第0、7、14、21、28天平板計(jì)數(shù)結(jié)果 (CFU/g)

2.3 蛔蟲檢測結(jié)果 發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)蛔蟲死亡率測定，第1周時(shí)蛔蟲死亡率是85 %左右，第2周時(shí)蛔蟲死亡率達(dá)到96 %，第3周再檢測發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物中蛔蟲全部死亡。由此說明發(fā)酵3周后蛔蟲全部死亡，達(dá)到了微生物安全排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 發(fā)酵效果評價(jià) 觀察發(fā)酵過程中和發(fā)酵完成以后病死豬體在墊料中的發(fā)酵效果。發(fā)酵剛開始(A組)上面覆蓋一層稻殼，這時(shí)的堆料較干燥，水分含量很低，無異味，保持著稻殼原有的淡黃色。隨著堆肥時(shí)間的延長(B組)，堆料中的水分逐漸增加，有一定異味，顏色逐漸變成深褐色。病死豬經(jīng)發(fā)酵處理后以肌肉和皮膚完全分辨不出，降解完全，堆料腐熟，小骨塑化不成形手指即可捻細(xì)，只有大腿骨或者牙齒尚能分辨為發(fā)酵完全。發(fā)酵效果見中插彩版圖3。

由中插彩版圖3可知，發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)細(xì)菌計(jì)數(shù)菌落大大減少而趨于穩(wěn)定，墊料碳化顏色不是很黑，說明病死豬處理后病原微生物已經(jīng)殺滅，檢測到的菌落為添加的有益菌，發(fā)酵產(chǎn)物可以作為生物有機(jī)肥還田。

3 討論

3.1 生物發(fā)酵無害化處理病死豬的優(yōu)點(diǎn) 病死豬的處理方式主要有4種，即深埋法、焚燒法、高溫高壓化制法和堆肥生物發(fā)酵法。就目前的研究結(jié)果來看，生物發(fā)酵法是較理想的病死畜禽處理方式。微生物發(fā)酵處理病死畜禽主要是利用多種微生物的作用，將動物有機(jī)殘?bào)w進(jìn)行礦質(zhì)化、腐殖化和無害化的生物化學(xué)過程[4]。其最終產(chǎn)品是一種穩(wěn)定的，含有豐富有機(jī)質(zhì)及植物生長必須的各種礦物質(zhì)的肥料，應(yīng)用于土壤中，可以提高土壤的可耕作性[5]。動物尸體所覆蓋的鋸屑、秸稈等碳源物質(zhì)為微生物提供能量，而動物尸體組織為微生物蛋白質(zhì)合成提供氮源。堆肥過程分為升溫、高溫、降溫、腐熟4個(gè)階段，每個(gè)階段都由不同類型的優(yōu)勢微生物作用而發(fā)生著復(fù)雜的理化生化變化[6]，最終殺死病原微生物，其分解產(chǎn)物作為生物有機(jī)肥[7]，它兼具微生物肥料效應(yīng)和有機(jī)肥效應(yīng)[8]。

3.2 生物發(fā)酵處理病死豬條件的優(yōu)化 要想生物發(fā)酵處理病死豬技術(shù)得到更好的應(yīng)用和發(fā)展，需要對以下幾個(gè)方面的條件進(jìn)行優(yōu)化。第一，將墊料、發(fā)酵菌種及營養(yǎng)補(bǔ)充物按一定比例混合，形成能對豬尸體進(jìn)行微生物分解，且有一定厚度的墊料層。第二，病死豬發(fā)酵生物無害化處理車間包括發(fā)酵池、人行通道和遮雨棚頂，防止雨淋增加濕度而影響透氣性。第三，病死豬發(fā)酵床生物無害化處理車間位于豬場下風(fēng)向，設(shè)置病死豬運(yùn)輸專用通道和人身防護(hù)設(shè)施，可單獨(dú)建設(shè)，也可與糞污處理廠在一起。第四，墊料原料無腐爛、無霉變、無污染、無異味；墊料原料碳氮比應(yīng)大于50 ∶1，優(yōu)先選擇碳氮比高、降解慢的原料作墊料。第五，選好從發(fā)酵池一端開始，將發(fā)酵池內(nèi)的墊料挖開一道能存放病死豬的溝槽，深度距底部地面20 cm以上。將病死豬放到挖好的溝槽內(nèi)，對于體重20 kg以上的個(gè)體病死豬要進(jìn)行切割分解、破碎。第六，每天檢查墊料濕度情況，如果墊料變干應(yīng)向發(fā)酵床噴灑水分，但控制在60 %左右，濕度太大、太小都會影響病死豬的發(fā)酵處理；在使用過程中，發(fā)酵時(shí)間夏季在6 d以上或冬天10天以上對病死豬掩埋區(qū)域，要進(jìn)行深翻1次，以使病死豬發(fā)酵分解更徹底。根據(jù)分解效果，應(yīng)定期補(bǔ)充鋸末、稻殼等墊料原料以及發(fā)酵菌種，保持墊料損失不得超過20 %。

3.3 生物發(fā)酵處理病死豬的應(yīng)用前景 病死豬體可以通過生物發(fā)酵技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)肥再用于農(nóng)田施肥，變廢為寶，應(yīng)用前景廣闊。生物有機(jī)肥經(jīng)過了微生物的發(fā)酵和除臭工藝，含有豐富的腐殖質(zhì)，增加土壤的肥力[9]。生物有機(jī)肥有微生物肥料效應(yīng)和有機(jī)肥效應(yīng)，它具有很多優(yōu)點(diǎn)[3]，如：(1)增加農(nóng)作物營養(yǎng)：土壤中有很多不能被植物吸收利用的礦物質(zhì)，細(xì)菌代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)可以使其分解；(2)有益于植物生長：微生物肥料中的微生物在生長繁殖的過程中，可以產(chǎn)生有益于植物生長發(fā)育的物質(zhì)，如赤霉素、吲哚乙酸、生長素等；(3)降低植物病蟲害：微生物肥料的多種微生物可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生多種對害蟲有毒的物質(zhì)；(4)能提高化肥的作用效率：由于揮發(fā)，雨水等因素，化肥中的營養(yǎng)素很容易流失，從而給江河造成富營養(yǎng)化。生物有機(jī)肥中的腐殖酸可以很好的固定這些營養(yǎng)素，大大減少它們的流失。

總之，本試驗(yàn)的結(jié)果表明，生物發(fā)酵無害化處理病死豬技術(shù)在堆肥處理病死豬的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，人為加入高效發(fā)酵的復(fù)合菌種，提高發(fā)酵速度，縮短發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵產(chǎn)物作為生物有機(jī)肥還田，既節(jié)能、環(huán)保，又達(dá)到了病死豬無害化處理的目的，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。

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2016-08-24.

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才科研基金(6631114311)；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系生豬創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(SDAIT-08-08)

董瑞蘭(1984— )，女，助理研究員，博士，主要從事動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)研究工作，E-mail: dongrl-330@163.com

于光輝， E-mail: yuguanghui.123@163.com

S851.2+3

B

0529-6005(2017)04-0082-04