病死畜禽生物發(fā)酵袋的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

王翠萍 王玉茂 趙守山 孫紅霞 劉小青 李雪艷

1.山東省鄒平市長山鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，山東鄒平256200；2.山東省濱州畜牧獸醫(yī)研究院，山東濱州256600

1 病死畜禽生物發(fā)酵袋的設(shè)計(jì)原理

1.1 發(fā)酵袋的內(nèi)環(huán)境要求

病死畜禽生物發(fā)酵是利用具有特定功能的微生物，將動(dòng)物尸體進(jìn)行礦質(zhì)化、腐質(zhì)化和無害化的生物化學(xué)過程。在袋內(nèi)整個(gè)發(fā)酵過程靠稻殼、鋸末等墊料作為碳源物質(zhì)為微生物提供能量，而動(dòng)物尸體組織為微生物的蛋白質(zhì)合成提供氮源。在袋內(nèi)經(jīng)過發(fā)酵，使病死畜禽最終轉(zhuǎn)化為一種性質(zhì)穩(wěn)定、含有豐富有機(jī)質(zhì)及各種礦物質(zhì)的可應(yīng)用于植物耕作的有機(jī)肥料。

1.2 病死畜禽生物發(fā)酵的理化過程

根據(jù)整個(gè)生物發(fā)酵過程中的溫度變化，可以將生物發(fā)酵過程分為升溫、高溫、降溫和腐熟4 個(gè)階段：

第一階段是升溫階段。在好氧條件下，動(dòng)物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、淀粉以及簡單的糖類經(jīng)微生物的生化分解，釋放出大量能量，堆體溫度繼續(xù)升高，在此階段起主導(dǎo)作用的是中溫好氧型微生物。當(dāng)堆體的溫度超過50 ℃后，中溫微生物的活性降低，堆體發(fā)酵進(jìn)入第二階段。

第二階段是高溫階段。此階段溫度維持在60～70 ℃，依靠嗜熱微生物，將纖維素、木質(zhì)素等一些難被水解的有機(jī)物分解。分解有機(jī)物產(chǎn)生高溫，使大部分微生物難以存活，總的微生物活性降低，分解有機(jī)物產(chǎn)生的熱量逐漸降低，溫度不再升高，從而達(dá)到最高溫度。高溫在持續(xù)一段時(shí)間之后，開始形成腐殖質(zhì)，堆肥的產(chǎn)物基本成型。

第三階段是降溫階段。溫度高于70 ℃后，嗜熱微生物活性降低，微生物大量死亡或者進(jìn)入休眠狀態(tài)。但由于各種微生物所含各種酶的作用，有機(jī)物的腐解作用仍在進(jìn)行，隨著作用的衰退，堆體內(nèi)溫度也隨之降低。當(dāng)下降到適當(dāng)?shù)臏囟群?，中溫微生物又恢?fù)活性，腐殖化過程進(jìn)一步進(jìn)行。

第四階段是腐熟階段。有機(jī)物耗盡后，微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸期，溫度下降，中溫微生物重占優(yōu)勢(shì)，腐殖質(zhì)增加，堆體中的腐殖質(zhì)趨于穩(wěn)定，堆肥基本成型。

2 病死畜禽生物發(fā)酵袋的設(shè)計(jì)樣式

依據(jù)發(fā)酵好氧、厭氧、兼性厭氧的原理，考慮環(huán)境溫度對(duì)發(fā)酵的影響，對(duì)病死畜禽生物發(fā)酵袋進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

發(fā)酵袋包括底部進(jìn)氣閥，附袋內(nèi)壁輸入管，輸入管的上端1/3 處鉆孔，袋上部出氣閥，頂端與出氣閥相連，發(fā)酵袋為雙層保溫氣密特殊材料，采用特殊粘結(jié)工藝，雙層保溫層之間可以外接熱源；袋的頂部左右各留1 個(gè)口。

當(dāng)外界環(huán)境溫度過低時(shí)，菌種活性降低，發(fā)酵效率降低，所以在現(xiàn)有技術(shù)中單一使用自然發(fā)酵的情況下，設(shè)計(jì)太陽能換熱裝置配合換熱套管、電熱鍋爐配合地暖盤管的雙供熱設(shè)計(jì)，可保證發(fā)酵袋內(nèi)長期保持在菌種最適活性溫度，并且不受氣候條件的限制。攪拌器的設(shè)計(jì)可保證擴(kuò)大發(fā)酵菌種與病死畜禽尸體接觸面，從而高效、低成本分解處理動(dòng)物尸體。

設(shè)計(jì)圖見圖1 至圖3。圖中：1 發(fā)酵袋，2 外袋，3內(nèi)袋，4 分布支管，5 輸氧管，6 排氣管，7 排氣閥，8輸氧閥，9 分布主管，10 進(jìn)料管，11 進(jìn)料閥，12 排料管，13 排料閥，14 電熱板，15 承載板，16 萬向輪，17外管，1701 布?xì)饪祝?8 內(nèi)管，19 支撐桿，20 二級(jí)換熱器，21 一級(jí)換熱器，22 吸附箱，23 活性炭吸附罐，24 風(fēng)機(jī)，25 氧氣輸入管。

圖1 生物發(fā)酵袋氣囊主視剖視示意圖

圖2 生物發(fā)酵袋分布主管與分布支管連接示意圖

圖3 發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 病死畜禽生物發(fā)酵袋的應(yīng)用

1）發(fā)酵菌種本單位研制包括芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌等有益菌群及其代謝產(chǎn)物（消化酶、蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、氨基酸、微生物等）。有效活菌含量每克10 億以上。

2）發(fā)酵墊料配制及采樣。2 m2發(fā)酵袋不同季節(jié)所用的材料比例見表1。

表1 2 m2 發(fā)酵袋不同季節(jié)所用材料比例詳情

以制作10 m3墊料為例：將2 kg 菌種和30 kg次粉充分混合均勻。再將此混合物加40 kg 鋸末充分混合均勻，這是菌種的二級(jí)預(yù)混。將制作好的菌種混合均勻地撒在鋸末和稻殼混合物的墊料堆表面上，并與之混合均勻。再將液態(tài)菌種加水以1:20的比例稀釋后用噴霧器均勻地噴在混合好的大批墊料堆表面上后開始加水再混合。

墊料整體水分的濕度達(dá)到45%左右最適宜?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐是用手抓墊料來判斷，即墊料用手捏無水從手指縫中流出，感覺有一定濕度，散開手手心向下，輕抖手面有鋸末黏在手上，說明水分掌握較為適宜。

將制作好的墊料平鋪在發(fā)酵袋內(nèi)，填充量為發(fā)酵袋的2/3。將病死畜禽（100 kg 病死雞）均勻埋入發(fā)酵袋發(fā)酵料中。當(dāng)溫度累計(jì)到60～65 ℃時(shí)，開始打開通氣閥門通氣12 h，溫度可上升到70 ℃以上后，再次通氣12 h，這樣累計(jì)2～3 次，大約7～10 d 就可以發(fā)酵完成。發(fā)酵完全的物料沒有明顯的臭味、松軟且?guī)в邪咨z體。

3）不同發(fā)酵時(shí)間的樣品采樣。追蹤監(jiān)測(cè)采樣至第30 d（比試驗(yàn)方案多追蹤了1 周），以5 d 為1 個(gè)時(shí)間階段，采用“五點(diǎn)取樣法”（每層的前、后、左、右及中心，圖4）采集樣品，每次采樣每個(gè)堆體各采樣15 份，混合均勻。將發(fā)酵樣品混合均勻后，分析樣品色、氣味、松散度、濕度、成分的完整性等表觀特征。

圖4 每層5 個(gè)取樣點(diǎn)分布

4）發(fā)酵產(chǎn)物理化參數(shù)測(cè)定。溫度記錄追蹤：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同時(shí)間上、中、下3 層的溫度，將得到的數(shù)據(jù)分析整理。通過記錄、利用圖5 至圖7 和表2 分析可以看出，在整個(gè)發(fā)酵過程中，發(fā)酵袋內(nèi)平均溫度維持在65 ℃以上的天數(shù)可達(dá)7 d 左右，有效促進(jìn)了微生物的代謝活動(dòng)和降低了病原微生物的活性，從而提高了整個(gè)發(fā)酵過程中的安全性。

圖5 A 組溫度平均值趨勢(shì)

圖6 B 組溫度平均值趨勢(shì)

圖7 C 組溫度平均值趨勢(shì)

由表2 可見，發(fā)酵堆在第20 天的CFU 最低，第30 天采集的樣品CFU 數(shù)量逐漸升高，因此，理論上此生物發(fā)酵法的發(fā)酵時(shí)間設(shè)計(jì)到第20 天微生物含量最低。

3 組無害化處理堆經(jīng)過20 d 的處理后，3 組菌體含量均下降明顯，含量的數(shù)量級(jí)非常一致，均達(dá)到6 個(gè)數(shù)量級(jí)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，l g 肥沃土壤，如菜園土中?？珊?08個(gè)甚至更多的微生物，而在貧瘠土壤如生荒土中僅有103～107個(gè)微生物。因此，此生物發(fā)酵法無害化處理病死家禽后，其微生物含量已僅僅相當(dāng)于荒土等貧瘠土壤的微生物含量。綜上所述，說明采用生物發(fā)酵袋無害化方法處理病死家禽，其殺滅微生物的效果非常顯著[1]。

表2 徐州11 個(gè)區(qū)域規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)蛋雞的腸道疾病調(diào)查統(tǒng)計(jì) CFU/g

4 結(jié)論

根據(jù)以上指標(biāo)測(cè)定和分析，可以得出，本方案中設(shè)計(jì)及應(yīng)用的無害化生物發(fā)酵袋技術(shù)安全、可靠、可操作性強(qiáng)，不僅減輕了環(huán)境污染，而且給養(yǎng)殖戶帶來個(gè)額外收入，此乃一舉兩得。與普通無害化發(fā)酵池和高溫高壓發(fā)酵設(shè)備相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）占地面積小。此無害化發(fā)酵袋只占地2 m2，與其他技術(shù)比較減少80%。

2）建設(shè)成本低。全部投資只需0.5 萬元，比采用高溫高壓方法節(jié)約90%。

3）處理成本低。處理100 kg 重的病死家禽成本僅5～10 元。

4）無二次污染。本技術(shù)運(yùn)行只需要稻殼鋸末等墊料，少量的電和微生物制劑產(chǎn)品，無有害氣體和臭味產(chǎn)生，全封閉系統(tǒng)無蠅蛆產(chǎn)生。

5）安全風(fēng)險(xiǎn)低。本技術(shù)的處理系統(tǒng)是成套生物處理系統(tǒng)，處理環(huán)境在一個(gè)微酸性、且連續(xù)高溫的封閉環(huán)境中，動(dòng)物體內(nèi)的病毒、致病細(xì)菌、寄生蟲等一般7 d 內(nèi)可完全被殺滅；用過的墊料再經(jīng)過密封高溫發(fā)酵還田，可循環(huán)利用，因此無生物安全問題。

6）節(jié)能耐用強(qiáng)。根據(jù)規(guī)模大小可定制不同的型號(hào)袋,也可多袋輪換使用。

7）資源可循環(huán)利用。動(dòng)物尸體經(jīng)過發(fā)酵處理后成為富含氨基酸、微量元素等的高檔有機(jī)肥，可用于農(nóng)作物種植，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)。

設(shè)計(jì)的病死畜禽生物發(fā)酵袋可以大力推廣。本設(shè)計(jì)發(fā)酵袋可用于大小養(yǎng)殖場(chǎng)戶的任何動(dòng)物發(fā)酵，投資少、應(yīng)用方便、可持續(xù)、便于普及病死畜禽的無害化處理，為我國病死畜禽的處理提供了一項(xiàng)可迅速推廣、可持續(xù)發(fā)展的重要方案。例如，2019年“利奇馬”臺(tái)風(fēng)引起強(qiáng)大洪災(zāi)，當(dāng)?shù)睾樗退离u鴨80 萬只，在進(jìn)行無害化處理中，生物發(fā)酵袋技術(shù)發(fā)揮了重要作用，有力地保證了因尸體腐爛造成的環(huán)境污染防控。