基于微生物發(fā)酵法無(wú)害化處理病死動(dòng)物尸體的研究

時(shí)宇飛，管 璐，劉婉榆，姜智禮，于 晶，藍(lán)木香*

1.嘉應(yīng)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東梅州 514015；2.廣東省山區(qū)特色農(nóng)業(yè)資源保護(hù)與精準(zhǔn)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東梅州 514015；3.通化市二道江區(qū)鴨園鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心，吉林通化 134005；4.吉林省通化市二道江區(qū)鐵廠(chǎng)鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心，吉林通化 134006

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，截止到2021年底，全國(guó)家禽出欄量達(dá)155.7億只，禽肉產(chǎn)量2 361萬(wàn)噸，而家禽的正常死淘率約為5%，按其計(jì)算我國(guó)每年正常死亡家禽約為7.785億只，如何安全有效地處理這些動(dòng)物尸體已成為亟待解決的問(wèn)題。目前我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)定的動(dòng)物尸體處理方法有焚燒法、化制法、高溫法、深埋法、硫酸分解法等。上述方法均存在處理設(shè)備價(jià)格高、處理成本高、能耗大、占地面積大等問(wèn)題。采用微生物發(fā)酵降解法在分解動(dòng)物尸體以及消殺有害病原體方面，具有操作簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

動(dòng)物：三黃雞尸體；兩種有益微生物菌劑：菌種A，南寧威瑞生物科技有限公司生產(chǎn)；菌種B，上海甘度環(huán)境工程有限公司生產(chǎn)。二者均含酵母菌、乳酸菌、絲狀真菌和芽孢桿菌等益生菌，能夠在良好的氣體環(huán)境以及適宜的濕度、溫度、pH值條件下，迅速生長(zhǎng)繁殖，并產(chǎn)生60～70 ℃的高溫。三種野生菌種分別取自魚(yú)塘、稻田和林地，依次命名為：C、D、E。

發(fā)酵輔料：稻殼、稻草(粉碎)和落葉(粉碎)，按1:1:1的比例進(jìn)行配料、混合后制作基質(zhì)備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

密封保溫發(fā)酵罐：自制（罐體氣密性好，熱量流失率低）、探針式測(cè)溫儀：型號(hào)TM-1310（探頭置于三黃雞體內(nèi)用于測(cè)溫）、HIBLOW打氧泵：型號(hào)HP100（泵頭放置于發(fā)酵罐底部四角處便于向罐體充氧）、止逆閥等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)分組

依據(jù)投料菌種的不同，將實(shí)驗(yàn)分為A組（菌劑A作為菌種）、B組（菌劑B作為菌種）、C組（接種野生菌株C）、D組（接種野生菌株D）、E組（接種野生菌株D）和F組（空白對(duì)照，不接種任何菌株）。每組均設(shè)置6個(gè)發(fā)酵罐，共計(jì)36個(gè)發(fā)酵罐。投料前，將A、B兩種菌劑進(jìn)行活化處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后記錄并統(tǒng)計(jì)每個(gè)發(fā)酵罐的溫度和濕度。

1.3.2 稱(chēng)重與包埋

稱(chēng)量并記錄即將放入發(fā)酵罐中的三黃雞尸體的重量，按照1:3（g/g）的比例確定投料的質(zhì)量。包埋時(shí)，在罐底鋪上4～10 cm厚度的投料，再將三黃雞尸體投入罐中。隨后繼續(xù)投料包埋，確保動(dòng)物尸體處于發(fā)酵罐的正中心并被基質(zhì)完全包裹。

1.3.3 罐體內(nèi)外溫度、濕度的測(cè)量

發(fā)酵罐體鉆取3個(gè)孔洞，分別用于進(jìn)氣、排氣以及溫度和濕度的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)期間，每隔1 d利用打氧泵對(duì)罐內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)氧（持續(xù)10 s），確保微生物生長(zhǎng)所需的氧氣充足。實(shí)驗(yàn)第2天開(kāi)始進(jìn)行測(cè)溫，并于此后的每天8:00測(cè)量罐體內(nèi)部以及外部的溫度和濕度，連續(xù)測(cè)量30 d，同時(shí)定期觀(guān)察堆料發(fā)酵情況。

1.3.4 發(fā)酵釋放氣體的檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)期間，通過(guò)氣體傳感器檢測(cè)排氣孔排放的發(fā)酵后氣體，確定發(fā)酵時(shí)會(huì)產(chǎn)生何種氣體。

1.3.5 大腸桿菌的檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，利用平板計(jì)數(shù)法檢測(cè)罐中實(shí)驗(yàn)品的大腸桿菌的數(shù)量。實(shí)驗(yàn)期間，每隔2 d從罐蓋測(cè)溫口取樣檢測(cè)大腸桿菌的數(shù)量。從每一個(gè)罐子中隨機(jī)選取三個(gè)點(diǎn)抽取3 g樣品，混合均勻后，稱(chēng)取其中1 g樣品，使用無(wú)菌水對(duì)其進(jìn)行梯度稀釋后涂布于大腸桿菌顯色培養(yǎng)基上，放置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，隨后進(jìn)行菌落的計(jì)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 三黃雞尸體微生物發(fā)酵過(guò)程中的溫、濕度

結(jié)果顯示，A、B菌種的前期發(fā)酵速率很快，在開(kāi)始發(fā)酵后第5天罐內(nèi)溫度上升至峰值，發(fā)酵溫度達(dá)到60 ℃以上，中期及后期發(fā)酵速率幾乎保持不變。而C、D、E及對(duì)照組F的發(fā)酵速率前期較慢，中期發(fā)酵速率逐漸加快，在發(fā)酵開(kāi)始的第15天發(fā)酵溫度達(dá)到60 ℃以上，后期發(fā)酵速率幾乎保持不變。由此可知，A、B商用菌劑對(duì)畜禽尸體無(wú)害化處理升溫速度最快，采集的野生菌群因菌種基數(shù)少，需要經(jīng)過(guò)15 d左右的增殖過(guò)程，才可以達(dá)到完成無(wú)害化處理所需溫度；對(duì)照組F與人工采集野生菌種C、D、E差異不明顯。

2.2 罐體內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，罐體內(nèi)動(dòng)物尸體發(fā)酵產(chǎn)生的氣體主要有二氧化碳、甲烷、硫化氫、氨氣、一氧化氮、氮?dú)?、二氧化硫和氫氣等?/p>

2.3 發(fā)酵過(guò)程中大腸桿菌的檢測(cè)結(jié)果

各組在發(fā)酵前三黃雞尸體內(nèi)均含有大量的大腸桿菌（數(shù)量≥6.4×105個(gè)/g）。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，各組大腸桿菌數(shù)量均不斷減少。發(fā)酵至27 d時(shí)，A、B兩組的大腸桿菌數(shù)量分別降至21、32個(gè)/g，C、D、E、F四組的大腸桿菌數(shù)量降至65～93個(gè)/g，均達(dá)到了無(wú)害化處理的技術(shù)要求。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，第24天時(shí)，A、B兩組的大腸桿菌指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了無(wú)害化處理技術(shù)要求。使用了微生物菌劑處理的實(shí)驗(yàn)組相較于使用野生菌種的實(shí)驗(yàn)組達(dá)到無(wú)害化處理技術(shù)要求所需要的時(shí)間更短。

表1 添加微生物菌劑對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)大腸桿菌數(shù)量的影響（個(gè)/g）

3 討論

3.1 微生物發(fā)酵方法處理病死動(dòng)物尸體可行性

筆者利用微生物發(fā)酵的方法對(duì)病死動(dòng)物尸體進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)36個(gè)發(fā)酵罐的溫度與濕度的變化進(jìn)行記錄并進(jìn)行分析，所有發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵溫度均能上升到60 ℃以上，且持續(xù)超過(guò)48 h，依照禽類(lèi)各類(lèi)易感致病菌最高耐受溫度及時(shí)間參照，證明了利用微生物發(fā)酵法無(wú)害化處理尸體的方法是科學(xué)、可行的。

3.2 微生物發(fā)酵降解對(duì)降解病死動(dòng)物尸體的影響

根據(jù)混有高熱腐熟菌劑的A組發(fā)酵罐和混有甘度菌劑的B組發(fā)酵罐數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，高熱腐熟菌劑其溫度上升快，從投放菌劑開(kāi)始第2天就使其平均溫度上升至46 ℃左右，在第4天平均溫度上升至60 ℃以上。60 ℃是判斷病死動(dòng)物尸體內(nèi)可能含有的病原微生物是否滅活的重要指標(biāo)，依照禽類(lèi)易感致病菌最高耐受溫度及時(shí)間表作為參照，微生物發(fā)酵降解可以快速將大量病原微生物滅活，達(dá)到無(wú)害化處理的目的。添加野外采集菌群的發(fā)酵罐與添加購(gòu)買(mǎi)菌種的發(fā)酵罐相比，平均溫度上升至60 ℃時(shí)間多耗時(shí)11 d，究其原因可能是野外采集的菌群需要進(jìn)行一定時(shí)間的增殖，才能達(dá)到相同的發(fā)酵程度。

3.3 外界環(huán)境對(duì)微生物降解病死動(dòng)物尸體效率的影響

溫度和濕度是微生物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素。試驗(yàn)期間室外溫度在13～20 ℃不等，室外濕度在40%～90%，而微生物降解罐內(nèi)溫度處于穩(wěn)定的上升階段，外界溫度對(duì)內(nèi)部罐體溫度影響并不大，這是由于生物降解罐體具有很好的保溫作用，在降解過(guò)程中產(chǎn)生的熱量很好地保存于罐體內(nèi)。微生物降解處理病死動(dòng)物尸體需要一個(gè)良好的保溫環(huán)境，使得發(fā)酵產(chǎn)生的熱量不易散失，罐體內(nèi)溫度可以持續(xù)升高，起到滅活病原微生物、無(wú)害化處理的目的。

3.4 微生物降解法產(chǎn)生的氣體及其處理辦法

微生物降解法在降解尸體過(guò)程中主要產(chǎn)生有二氧化碳、甲烷、一氧化氮、氮?dú)?、二氧化硫和氫氣等氣體。其中硫化氫、氨氣、二氧化硫均會(huì)產(chǎn)生帶有刺激性的氣味。對(duì)于這些氣體的處理方法，可采用容易制得的碳酸鈣堿性水溶液（pH 9.5～10.2）去除含硫氣體，可用草木灰酸性水溶液（pH＜7）固定含氮?dú)怏w，從而達(dá)到國(guó)家要求的氣體排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，保持罐體溫度在60 ℃左右時(shí)，微生物發(fā)酵法無(wú)害化處理病死動(dòng)物尸體的方法能有效地消滅病原微生物。微生物發(fā)酵法無(wú)害化處理病死動(dòng)物尸體的方法具有成本低、易操作、污染小等特點(diǎn)，在努力推進(jìn)實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)中具有很大的研究、推廣價(jià)值。