病死畜禽無(wú)害化處理產(chǎn)物及其應(yīng)用研究進(jìn)展

周海賓，沈玉君，孟海波，趙立欣

(農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所，農(nóng)業(yè)部資源循環(huán)利用技術(shù)與模式重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100125)

病死畜禽是畜禽養(yǎng)殖及其加工過(guò)程中不可避免的“副產(chǎn)物”，既是農(nóng)業(yè)廢棄物，又是生物質(zhì)資源，用則利，棄則害。病死畜禽如果不加以妥善處置，不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，還會(huì)增加人畜共患病發(fā)生的危險(xiǎn)。因此，十分有必要推進(jìn)病死畜禽無(wú)害化處理及其產(chǎn)物的資源化利用。農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《病死動(dòng)物無(wú)害化處理技術(shù)規(guī)范》(農(nóng)醫(yī)發(fā)〔2013〕34號(hào))建議的病死畜禽無(wú)害化處理方法主要包括深埋法、化制法、焚燒法和發(fā)酵法等。我國(guó)大部分地區(qū)仍采用深埋法和傳統(tǒng)發(fā)酵法處理病死畜禽[1]。然而，深埋法無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源化利用，且可能會(huì)導(dǎo)致疫病傳播、土壤和地下水污染等問(wèn)題；傳統(tǒng)好氧發(fā)酵法無(wú)法殺死危險(xiǎn)性較大的病原菌。近年來(lái)，病死畜禽無(wú)害化處理方式正逐漸由深埋法和傳統(tǒng)發(fā)酵法向一些先進(jìn)安全的技術(shù)轉(zhuǎn)變，如化制法、高溫滅菌+好氧發(fā)酵、爐內(nèi)焚燒、高溫炭化等，這些技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)病死畜禽徹底無(wú)害化處理，還可實(shí)現(xiàn)病死畜禽物質(zhì)和能量的利用。高溫滅菌+好氧發(fā)酵法可以產(chǎn)出安全高品質(zhì)的有機(jī)肥原料；化制法處理病死畜禽可以生產(chǎn)肉骨粉和動(dòng)物油脂；爐內(nèi)焚燒和炭化法可以利用動(dòng)物體內(nèi)的有機(jī)成分提供部分能量，從而節(jié)省處理成本，且炭化處理還可以生產(chǎn)出生物炭，作為優(yōu)良的土壤調(diào)理劑材料。本文針對(duì)病死畜禽無(wú)害化處理后產(chǎn)生的堆肥產(chǎn)物、肉骨粉、油脂、生物炭等產(chǎn)物的安全性及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為病死畜禽無(wú)害化處理及資源化利用提供指導(dǎo)，對(duì)于保障食品安全和生態(tài)環(huán)境安全，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。

1 發(fā)酵法產(chǎn)物的安全性及應(yīng)用

好氧發(fā)酵法主要有傳統(tǒng)好氧發(fā)酵和高溫滅菌+好氧發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物病原菌基本被殺滅[2-3]，產(chǎn)物富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。習(xí)佳林[4]采用病死雞作為原料進(jìn)行傳統(tǒng)好氧發(fā)酵，產(chǎn)物的有機(jī)質(zhì)含量為36.29%～43.96%，全氮為3.78%～4.79%，全磷為4.70%～5.64%。高溫滅菌+好氧發(fā)酵法是通過(guò)高溫好氧發(fā)酵設(shè)備對(duì)病死畜禽進(jìn)行處理。病死豬經(jīng)高溫好氧發(fā)酵48 h后的產(chǎn)物主要指標(biāo)見(jiàn)表1[5]。

發(fā)酵產(chǎn)物滅菌徹底、無(wú)害化程度較高。翟振等[6]將病死豬經(jīng)過(guò)分切、絞碎、發(fā)酵、高溫殺菌、干燥等環(huán)節(jié)處理后，產(chǎn)出的粉末狀有機(jī)肥的含水率在30%以下，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)71.8%，全氮含量為4.12%。楊軍香等[2]的研究表明，病死畜禽經(jīng)好氧發(fā)酵處理所得產(chǎn)物可達(dá)到有機(jī)肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)，其產(chǎn)量大約是病死畜禽原料的80%左右，基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化處理。

1.1 發(fā)酵產(chǎn)物的安全性

病死畜禽堆肥化產(chǎn)物需考慮發(fā)酵過(guò)程對(duì)病原菌的殺滅效果，從而保障發(fā)酵產(chǎn)物的安全利用，避免疾病傳播以及對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。在這個(gè)過(guò)程中除了常規(guī)病原菌，一些高致死性病毒包括口蹄疫和禽流感等的滅活情況也需要重點(diǎn)考慮。沙門(mén)氏菌屬和大腸桿菌等常見(jiàn)病菌較容易滅活，堆體溫度在55 ℃以上維持1 h即可實(shí)現(xiàn)安全處理，而豬瘟病毒、口蹄疫病毒等高致病病毒則需堆體溫度維持60 ℃以上10 d，而炭疽桿菌需堆體溫度在50～55 ℃維持60 d也可完全殺滅[7]。常規(guī)的發(fā)酵處理基本可滿(mǎn)足病原微生物的滅活要求。Senne等[8]對(duì)死雞發(fā)酵處理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)20 d發(fā)酵后高致病性禽流感病毒(HPA1)幾乎完全被殺滅。范時(shí)等[9]用病死雞經(jīng)90 d發(fā)酵后，金黃色葡萄球菌等病原菌均被滅活。高溫滅菌+好氧發(fā)酵處理過(guò)程中，高溫處理階段核心溫度達(dá)到135 ℃以上，能夠更有效殺滅物料中病原菌及大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和蛔蟲(chóng)卵，保證發(fā)酵產(chǎn)物的安全性。曾中華等[10]對(duì)病死豬高溫好氧發(fā)酵處理的原料和產(chǎn)物中病菌進(jìn)行了分析，原料中檢出核酸陽(yáng)性豬瘟病毒、藍(lán)耳病病毒、偽狂犬病毒、圓環(huán)病毒等，但產(chǎn)物中均未檢出上述4種病毒和沙門(mén)氏桿菌，且大腸桿菌最大可能數(shù)小于3個(gè)/g，蛔蟲(chóng)卵死亡率超過(guò)97%，產(chǎn)品符合有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。王洪英等[11]將病死畜禽經(jīng)過(guò)高溫蒸煮和好氧發(fā)酵處理后，發(fā)酵產(chǎn)物充分腐熟，物料中糞大腸菌群數(shù)低于100個(gè)/g，蛔蟲(chóng)卵死亡率≥95%，種子發(fā)芽指數(shù)≥85%。高溫滅菌+好氧發(fā)酵處理具有滅菌效果好、時(shí)間斷、發(fā)酵充分等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)發(fā)酵工藝具有更高效的無(wú)害化處理能力。

表1 病死豬發(fā)酵產(chǎn)物理化性質(zhì)[5]Table 1 The characteristic of compost[5]

1.2 發(fā)酵產(chǎn)物的應(yīng)用

病死畜禽發(fā)酵產(chǎn)物的有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量總體較高，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛力較大，但是考慮其安全性，研究人員對(duì)其施用方法和施用后的效果進(jìn)行了考察。翟振等[6]將病死豬高溫好氧發(fā)酵產(chǎn)物施用于油菜種植，發(fā)現(xiàn)施用量為6.67 g/kg和13.33 g/kg均可顯著增加油菜葉綠素含量，增強(qiáng)光合效率，從而增加油菜地上部分干物質(zhì)累積。楊軍香等[2]將病死畜禽發(fā)酵后的產(chǎn)物用于玉米種子生長(zhǎng)試驗(yàn)，當(dāng)添加體積比為10%和20%時(shí)，可有效促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，其發(fā)芽率是純土壤培養(yǎng)的1.25倍；但添加量過(guò)高則對(duì)作物產(chǎn)生不利影響。病死畜禽體內(nèi)含有大量的油脂等物質(zhì)，油脂經(jīng)發(fā)酵后含量會(huì)大幅下降[12]，然而目前關(guān)于油脂發(fā)酵產(chǎn)物及其應(yīng)用研究的很少。對(duì)于發(fā)酵物料中油脂的降解效果以及發(fā)酵產(chǎn)品對(duì)作物生長(zhǎng)的影響仍需要進(jìn)一步研究。

2 肉骨粉的安全性及應(yīng)用

肉骨粉是不宜食用的家畜軀體、骨頭、胚胎、內(nèi)臟及其他廢棄物制成，也可以采用非傳染病死亡的動(dòng)物胴體作為原料生產(chǎn)，常用于飼料添加。病死畜禽軀體經(jīng)高溫高壓處理，也可用于制作肉骨粉，該產(chǎn)物的使用方式仍然存在較大爭(zhēng)議。目前，尚無(wú)文獻(xiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)病死畜禽化制處理產(chǎn)生的肉骨粉的理化性質(zhì)進(jìn)行報(bào)道。普通肉骨粉具體理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

粗蛋白質(zhì)是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼料原料，包括磷脂(腦磷脂、卵磷脂等)、無(wú)機(jī)氮(尿素、肌酸等)、角質(zhì)蛋白(角、蹄、毛等)、結(jié)締組織蛋白(膠原、骨膠等)、肌肉組織蛋白等。通常肉骨粉中的結(jié)締組織蛋白較多，但氨基酸組成不佳[13]。由于化制過(guò)程的破壞，脂溶性維生素A和維生素D含量較低，但B族維生素含量豐富，特別是維生素B12含量高，其他如煙酸、膽堿含量也較高。肉骨粉磷含量為4%～6%，所含磷全部為可利用磷，是動(dòng)物良好的鈣磷供源。此外，微量元素錳、鐵、鋅的含量也較高。

表2 肉骨粉理化性質(zhì)[14]Table 2 The characteristic of meat and bone meal[14]

2.1 肉骨粉的安全性

病死畜禽經(jīng)過(guò)化制處理后，大部分病原菌可被殺滅。Troutt等[15]對(duì)17個(gè)不同化制處理廠的原料和產(chǎn)品進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)氣莢膜梭菌、李斯特菌、彎曲桿菌和沙門(mén)氏菌均被完全殺滅。因此，肉骨粉作為肥料原料進(jìn)行利用是安全的。而朊病毒被普遍認(rèn)為是傳染性海綿狀腦病(BSE)的成因，雖然化制過(guò)程可以降低朊病毒的傳染性，但現(xiàn)有的化制工藝并不能完全滅活，可能導(dǎo)致瘋牛病的傳播等。美國(guó)FDA規(guī)定含有反芻動(dòng)物副產(chǎn)品的原材料不能用來(lái)制造反芻動(dòng)物飼料。歐洲一些國(guó)家規(guī)定哺乳動(dòng)物尸體經(jīng)化制處理后的產(chǎn)物需通過(guò)焚燒進(jìn)一步處理[16]。目前，我國(guó)禁止將肉骨粉作為羊、牛的飼料添加劑。因此，目前化制處理法在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的接受程度逐漸下降。

2.2 肉骨粉的應(yīng)用

病死畜禽化制處理后產(chǎn)生的肉骨粉，與動(dòng)物性蛋白飼料相似，含有各種畜禽所需的必需氨基酸和豐富的鈣、磷、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分。一些研究認(rèn)為，該肉骨粉可用于專(zhuān)供皮毛類(lèi)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物(貂、狐、貉等)養(yǎng)殖使用[5，17]，該類(lèi)動(dòng)物對(duì)其消化利用率較高[18]，但其安全性仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。普通肉骨粉在飼料中添加量達(dá)到一定比例也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物和水產(chǎn)品對(duì)蛋白質(zhì)的消化率下降[5，19-21]，同時(shí)還需要采取有效的技術(shù)措施控制肉骨粉在貯存期間的氧化劣變[22]。一些國(guó)家和地區(qū)曾將病死畜禽肉骨粉作為飼料進(jìn)行添加，但近年來(lái)大多數(shù)國(guó)家禁止肉骨粉在反芻動(dòng)物養(yǎng)殖過(guò)程中的使用，并逐步限制病死畜禽生產(chǎn)的肉骨粉作為飼料添加劑使用。為了避免病死畜禽制成的肉骨粉摻入常規(guī)肉骨粉中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)商品肉骨粉中病死畜禽成分和微生物學(xué)指標(biāo)等的檢測(cè)，這對(duì)于規(guī)范肉骨粉的安全使用和促進(jìn)畜禽健康養(yǎng)殖具有積極意義。

另外，肉骨粉可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用，開(kāi)發(fā)有機(jī)肥、氨基酸肥、氣體燃料、建筑材料等。趙國(guó)良等[23]將肉骨粉與植物秸稈、粉煤灰和植物種子粕用于生物有機(jī)肥開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)10%～20%以上，生產(chǎn)的有機(jī)肥同時(shí)還具有肥效持久、肥料利用率高、改良土壤結(jié)構(gòu)、改善作物品質(zhì)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。蔣常德等[24]利用酶-酸兩步法水解病死畜禽化制處理產(chǎn)生的有機(jī)廢水與肉骨粉生產(chǎn)氨基酸肥，其中游離氨基酸含量達(dá)到10.51%。Fedorowicz等[25]研究發(fā)現(xiàn)，肉骨粉氣化產(chǎn)物主要為H2、CO、CO2和CH4，可用于生產(chǎn)燃?xì)狻yr等[26]研究表明，肉骨粉可部分替代混凝土中的沙子和泥灰，當(dāng)砂漿中添加17%肉骨粉后，其抗壓強(qiáng)度類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)砂漿，但是肉骨粉含有有機(jī)成分，不利于作為建筑材料進(jìn)行推廣。

3 動(dòng)物油脂的安全性及應(yīng)用

油脂是屠宰副產(chǎn)品和病死畜禽化制處理的另一種產(chǎn)品，主要成分為棕櫚酸、硬脂酸、飽和脂肪酸、油酸等，主要用作生物燃料。

3.1 動(dòng)物油脂的安全性

屠宰副產(chǎn)物和病死畜禽化制處理產(chǎn)生的油脂屬于不可食用油脂，只能用于飼料、寵物食品、油脂化工、生物柴油或作為燃料使用[27]。由于朊病毒為蛋白質(zhì)類(lèi)物質(zhì)，因此油脂中幾乎不含有朊病毒。但考慮到病死畜禽提煉的油脂安全性等問(wèn)題，病死畜禽化制處理后的油脂使用也受到嚴(yán)格控制[7]，在歐盟，這些動(dòng)物油脂只允許通過(guò)生產(chǎn)能源或用作生物燃料[27]。

3.2 動(dòng)物油脂的應(yīng)用

動(dòng)物油脂在油脂化工行業(yè)常用于化妝品、香皂、潤(rùn)滑劑等的添加。生物柴油是以動(dòng)物油脂、非食用野生油料和餐飲行業(yè)廢油脂等可再生原料通過(guò)酯交換工藝制成的甲酯燃料，生物柴油由于具有可再生、環(huán)境友好、可替代現(xiàn)有石化柴油等特點(diǎn)，日益受到關(guān)注。戴璐璐[28]通過(guò)兩步法用廢棄動(dòng)物油脂制備生物柴油，生物柴油的收率達(dá)到68%，實(shí)現(xiàn)了較高的資源化利用率，該成品生物柴油的密度、酸值、十六烷值、粘度、閃點(diǎn)、餾程、水含量均同時(shí)符合德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)物油脂生產(chǎn)的生物柴油的冷濾點(diǎn)高于德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，在使用前需加入降凝劑，以改善其低溫流動(dòng)性。病死畜禽脂肪制備生物柴油可以減少81%的溫室氣體排放，是大豆生產(chǎn)生物柴油工藝減少量的2.5倍，但是由于動(dòng)物油脂中含有鹽、磷、硫和塑料等，轉(zhuǎn)化生物柴油成本更高、難度更大[28]。另外，動(dòng)物油脂還可作為飼料的高能添加劑[29]，在原料新鮮的前提下通過(guò)化制法生產(chǎn)的油脂成品符合農(nóng)業(yè)部飼料級(jí)用油標(biāo)準(zhǔn)[30]。

4 其他無(wú)害化處理產(chǎn)物

生物炭是病死畜禽熱裂解炭化處理的產(chǎn)物。病死畜禽在炭化爐缺氧環(huán)境下，經(jīng)過(guò)600 ℃以上高溫處理,能有效殺滅病原體及有害病菌，處理過(guò)程中生物炭產(chǎn)率約為10%。有研究表明，生物炭可作為土壤改良劑，能降低土壤容重、增加土壤持水量、改善土壤孔隙度，以及顯著增加土壤肥力[31]。病死畜禽熱解炭化后，其產(chǎn)物生物炭中氮磷鉀總量約為17%[32]，是一種非常有效的磷肥[33]。Siebers等[34]的研究表明，骨炭對(duì)于重金屬Cd具有較強(qiáng)的鈍化作用，將病死豬進(jìn)行炭化得到的生物炭比表面積> 70 m2/g、pH> 9.3，用于土壤重金屬污染修復(fù)，土壤中CaCl2～Cd和CaCl2～Zn的含量均有明顯下降[35]。

病死畜禽經(jīng)過(guò)化制等方法處理后，還可獲得蠅蛆粉、氨基酸等其他產(chǎn)品。姚洪根等[36]將病死畜禽經(jīng)分割、高溫滅菌、粉碎、配方混合后用作蠅蛆基質(zhì)，用于培養(yǎng)蠅蛆，最終得到活性蠅蛆和有機(jī)肥料。據(jù)測(cè)算，每噸病死畜禽處理可產(chǎn)生0.8噸有機(jī)肥和0.2噸鮮蠅蛆。蠅蛆粉所含的蛋白質(zhì)、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)素含量豐富，是一種營(yíng)養(yǎng)全面的優(yōu)質(zhì)昆蟲(chóng)蛋白源。已有研究表明蠅蛆粉可以部分替代魚(yú)粉作為飼料，在黃顙魚(yú)的養(yǎng)殖中可替代魚(yú)粉40%[37]，但在黃顙魚(yú)幼魚(yú)養(yǎng)殖時(shí)添加量超過(guò)20%，會(huì)導(dǎo)致前腸、肝胰臟組織結(jié)構(gòu)造成病理?yè)p傷[38]。而蠅蛆養(yǎng)殖基質(zhì)經(jīng)過(guò)蠅蛆消化后產(chǎn)生的糞肥疏松、黑褐色，含蠅蛆分泌排泄的生物抗生素，能殺滅多種植物病原菌。沈其榮等[39]利用病死畜禽蛋白酸解制取氨基酸肥料，可生產(chǎn)出符合農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的氨基酸液體肥(葉面肥或滴灌肥)，氨基酸含量達(dá)到10%。以上這些利用方法都可作為我國(guó)病死畜禽無(wú)害化處理和資源化的研究方向。

5 小 結(jié)

目前，我國(guó)病死畜禽無(wú)害化處理采用較多的是化尸窖和發(fā)酵法，但病死畜禽無(wú)害化處理正在向規(guī)范化、環(huán)保化和資源化利用方向發(fā)展。好氧發(fā)酵、高溫好氧發(fā)酵、焚燒等無(wú)害化處理方法逐步被用戶(hù)接受并得到市場(chǎng)化推廣?；品ㄌ幚砩a(chǎn)的肉骨粉和油脂的利用途徑不斷向更安全的方向轉(zhuǎn)變。病死畜禽無(wú)害化處理工藝的產(chǎn)物在一定條件下可實(shí)現(xiàn)安全利用并產(chǎn)生一定效益，從而使病死畜禽無(wú)害化處理成本降低。然而對(duì)于發(fā)酵法產(chǎn)物仍需對(duì)其中的油脂降解過(guò)程及對(duì)作物的影響開(kāi)展進(jìn)一步研究，實(shí)現(xiàn)更安全利用；化制法得到的肉骨粉應(yīng)進(jìn)一步嚴(yán)控，生物油脂產(chǎn)品及其深度開(kāi)發(fā)產(chǎn)品需要進(jìn)行安全使用條件的確定，應(yīng)加強(qiáng)市售飼料添加劑中肉骨粉成分檢測(cè)分析，從而避免不必要的疫病風(fēng)險(xiǎn)；生物炭以及其他的衍生品的開(kāi)發(fā)也可以進(jìn)一步提升病死畜禽無(wú)害化處理產(chǎn)物的利用效益，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

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