病死动物高温生物降解无害化处理技术试验研究

杨军香/ 全国畜牧总站 何述忠 龚永强 王刚/ 重庆市动物卫生监督所 张银梅/ 北京爱牧技术开发有限公司

北京爱牧技术开发有限公司与重庆市动物卫生监督所协作, 以重庆市歌乐山动物无害化处理场为试验基地，对高温与生物生物降解无害化处理工艺设备于2013-2014 年间开展并完成了相关指标检测试验，报告如下。

一、试验内容

1. 灭菌效果试验；2. 设备最高温度及工作温度试验测定；3. 设备最佳处理时间测定；4. 处理有机质测定；5. 环保指标测定；6. 运行成本的测定。

二、试验器材

1. 高温生物降解器：一体机（北京爱牧技术开发有限公司提供）

2. 高温生物降解器：分体机（北京爱牧技术开发有限公司提供）

3. 高温高压湿化机：内江永胜化工机械公司生产（主机型号：NCH-2111-01）

4. 降解菌种: 北京爱牧技术开发有限公司提供

5. 锯末：购自当地农户

6. 枯草芽孢杆菌：购自中国兽医药品监督所

7. 实验动物：猪、牛、羊、禽类、实验室动物若干（重庆市动物卫生监督所提供）

三、试验方法

（一）灭菌效果试验

1. 芽孢杆菌的准备。无菌打开菌种管口，加入无菌生理盐水溶解，接种固体培养基（20 g 葡萄糖，15 g 蛋白胨，5 g 氯化钠，0.5 g 牛肉膏，20 g 琼脂，加蒸馏水至1 L，加热溶解，将PH 调整为6.0 ～ 7.0，高压灭菌后倾注平板。）37℃培养24 h，将菌苔接种到液体培养基（20 g 葡糖糖，15 g 蛋白胨，5 g 氯化钠，0.5 g 牛肉膏，加蒸馏水至1 L，加热溶解，将PH 调整为6.0 ～ 7.0.）37℃培养20 ～ 24 h，按2% 比例再扩大至液体培养基中，28℃培养72 h，涂片芽孢染色检查，待80% 以上菌体出现芽孢，细菌计数，用无菌生理盐水将菌液调整至1.0×109 ～ 1.5×109 cfu/m，备用。

2. 病死猪处理。分3 组，取病死猪25 头，总重量4.0 t。用注射器给每头死猪胸腔、腹腔内各注射500 ml 芽孢菌液，颅腔内注射100 ml 枯草芽孢菌，同时放入压力蒸汽灭菌化学指标条。

3. 无害化处理动物。将上述实验步骤中病死猪分别放入实验处理罐内。

（1）一体机：0.48 t，按处理重量15% 加入锯末，关闭罐盖，启动处理设备。设备运行参数为：将温度设定为120℃，转速8 转/min，连续工作12 h 后降温，待物料温度降至70℃以下，无菌采样，备用，再加入菌种后续降解。

（2）分体机：放入1.494 t，关闭罐盖，启动处理设备。设备运行参数为：将温度设定为160℃，压力0.3 Pa，连续工作4 h 后降温，待物料温度降至70℃以下，无菌采样并取出标识菌，备用，然后，将处理后的动物尸体移至一体机中添加约5% 锯末（调整秸秆添加量，确保动物尸体与秸秆混合物的C/N 约为25，水份（按 GB/T8576 2010 测定）占混合物比例约为55％）加入5k 菌，进行生物降解，后熟。

（3）湿化机：放入2.07 t，关闭罐盖，启动处理设备。设备运行参数为：将温度设定为135℃，压力0.35 Pa,连续工作5 h 后降温，待物料温度降至70℃以下，无菌采样，备用，产物进一步干湿分离，提取油脂。

4. 样品采集。

（1）处理前样品采集：枯草芽孢杆菌液注射死猪前无菌取2 ml 备用。

（2）处理后样品采集：病死猪经设备处理后，无菌取样20 g，每次取2 份，备用。同时取出灭菌化学指标条。

5. 实验室检测。

（1） 处理前样品：直接接种到固体培养基，37℃培养24 ～ 48 h，观察枯草芽孢杆菌生长情况。

（2）处理后样品：向每份样品中无菌加入50 ml 灭菌生理盐水，震荡混匀，室温静置20 min，取上清液0.2 ml置固体培养基，涂布,37℃培养24 ～ 48 h ；每份样品接种3 块平板，观察枯草芽孢杆菌和细菌总数生长情况。

（二）设备最高温度及工作温度试验测定 将设备在空载和负载时运行，进行罐内温度测定。

（三）设备最处理时长和工作处理时间测定 将设备满负荷运转，分别记录不同处理时间的物料情况。

（四）处理有机质测定 将处理产物经堆肥后熟，堆肥肥效按照NY 525-2011 规定方法检测堆肥外观、有机质、氮、五氧化二磷、氧化钾、水分、酸碱度、总砷、总汞、总铅、总铬、总镉；采样时间与腐熟度评价同步。由重庆市化肥商品质量监督监测站进行检测。

（五）环保指标测定 邀请重庆市合川区环境监测站对现场进行环保指标监测。通过参照国家（行业）标准检测了设备运行时废气中SO2、NO2、H2S、NH3、臭气浓度等污染物排放情况，废水中BOD、COD、NH3-N、总磷、总氮、动植物油总量、硫化物等污染物排放情况；以废渣经发酵后对种子毒性、生长试验为参考评价了废弃物对环境的影响。

（六）运行成本的测算 详细核算设备在运行过程水、电、气等能耗评价了运行中的经济成本。

四、试验结果

（一）灭菌效果试验 枯草芽孢杆菌实验：处理前样品中有大量细菌生长，处理后全部样品均无细菌生长；细菌总数检测值＜ 10 cfu/g ；压力蒸汽灭菌化学指示条显示处理环境达到灭菌要求（如表1）。

（二）设备最高温度及工作温度试验 一体机: 本设备空载时，处理罐内最高温度可达198℃。满负荷运转时，罐内温度最高可达140℃，最佳工作温度60℃～ 120℃。分体机: 本设备空载时，处理罐内最高温度可达220℃。满负荷运转时，罐内温度最高可达200℃，最佳工作温度160℃。

（三）设备最处理处理时间测定 一体机本设备满负荷运转时，最佳处理时间12 h，最短处理时间5 h ；分体机本设备满负荷运转时，最佳工作时间为12 h，最短处理时间8 h。

（四）处理有机质测定 随机抽检2 批废渣（经微生物发酵后的动物残渣与辅料混合物）总重量123 kg。废渣对种子的毒性试验显示：经5% 的未发酵的废渣萃取液、5% 发酵后的废渣萃取液、蒸馏水分别培养72 h 后发芽情况分别是7/10、10/10、10/10，总根长分别是2.1 cm、11.5 cm、25.4 cm， 总芽长分别为9.4 cm、30.2 cm、37.9 cm。对玉米种子的发芽和生长试验显示：渣/ 土体积比分别为10%、20%、30%，纯土，纯废渣的环境下玉米的发芽率分别为100%、100%、100%、75%、0 ；15 d时植株均高分别为12.9 cm、13.6 cm、7.4 cm、7.8 cm。

（五）环保指标测定

1. 废气。

受试验环境的影响，本试验未按照《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）、《大气污染物综合排放标准》（16297-1996）布置检测位点，而选用车间外( 即车间边缘)为污染源参考点、车间外下风向20 m 处为假定厂界参考点采样，以无组织排放标准为污控标准。检测结果显示（如表2）：

（1）3 套设备运行时均产生不同程度的空气污染物，其中以恶臭浓度为主要污染物。

（2）车间外，恶臭气体浓度以湿化机最大，车间外浓度高达730。臭气浓度由低到高依次为：一体机＜分体机＜湿化机。车间外下风向20 m 处，湿化机臭气浓度为95，严重超过规定标准的3.75 倍；分体机臭气浓度为34，高于规定标准的0.7 倍；一体机臭气浓度为20，未超过20 的排放标准（见表3）。其他空气污染物无明显差异，均低于《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）、《大气污染物综合排放标准》（16297-1996）规定标准。说明恶臭气体为废气的主要污染物。

（3）在假定厂界即离处理车间20 m 的环境下，一体机能够达标排放。单机废气排放情况依次为一体机＜分体机＜湿化机。

2. 废水。

我国尚未对病害动物无害化处理场环境污染物排放指定专项标准，本试验中采用《污水综合排放标准》（GB2978-1996）之“其它一切排污单位二类排放标准”为参考。结果显示：（1）一体机无废水产生。分体机产生100 kg 蒸汽水（可作为后期降解水源补充，实际无废水排放）。

3. 废渣。

（1）一体机和分体机处理病害动物，产生的废渣约为初始物重量的50%。

（2）废渣发酵腐熟后能显著降低对种子的毒性并能促进植物生长。与未发酵的废渣相比：发酵后种子发芽率从70% 提高到100%，达到种子在蒸馏水中的发芽率；根长从2.1 cm 提高到11.5 cm; 芽长从9.4 cm 提高到30.2 cm，接近了蒸馏水环境下的芽长，说明经过发酵能有效降低病害动物残渣对种子的毒性。

（3）从GI 值分析看，经过发酵GI 值从5.7 上升到45.3，仍低于业界认为最低50% 的标准，说明完全腐熟需要发酵更长的时间或需要改良发酵条件。

（4）添加不同比例的腐熟物对玉米种子的生长试验发现：添加体积比为10%、20% 的腐熟废渣能有效促进玉米的生长，其发芽率均高于纯土培养25% ；15 d时，植株平均长度为12.9 cm、13.6 cm，分别高于纯土65.3% 和74.4% ；而添加量达到30% 时，均高为7.4 cm，低于纯土培养5% ；纯废渣培养的玉米种子未见发芽，说明该废弃物经适当比例还耕后能促进植物生长，过高添加该废渣对植物会产生不利影响。

（5）有机肥效检测显示：降解废渣总肥效、重金属均符合《有机肥》（NY 525-2011）标准。

（6）综合判定：经发酵腐熟后的废渣可以作为促进植物生长的添加物使用，具有可持续循环使用的价值。

（三）处理成本及处理能力

以批次计算，处理成本（如表3）由低到高依次为一体机（222 元）、分体机（601 元）、湿化机（4 624 元）；以单位处理量计（每吨），处理成本由低到高依次为分体机（402 元）、一体机（462 元）、湿化机（2 234 元）。处理能力由高到低依次为：湿化机（51 393 kg）、分体机（51 222 kg）、一体机（28 800 kg）。

五、结果分析

（一）生物安全 枯草芽孢杆菌为耐热芽孢菌，通过回收植入枯草芽孢杆菌标识菌，细菌总数测定及利用压力蒸汽灭菌化学指示条等方法测定高温生物降解工艺的对微生物的杀灭效果（两种设备）均显示处理环境能达到灭菌要求。说明两种设备均能有效杀灭微生物。

（二）运行成本 一体机，每吨处理成本460 元，分体机每吨处理成本402 元，湿化机每吨处理成本2 234 元。

（三）对环境的影响

1. 废水。由于我国尚无对病害动物无害化处理场环境污染物排放的专门标准，本试验中采用《污水综合排放标准》（GB2978-1996）之“其它一切排污单位二类排放标准”为参考。生物降解工艺中一体机无废水产程；分体机产生300 kg 废水，经生物发酵补充水源后降解，实际无废水排放。高温高压湿化处理设备每一批次产生废水3 t，合每吨动物尸体产生1.4 t 废水；其BOD浓度为5.81×103 mg/L 超出标准（60 mg/L）95.8 倍，COD 浓度为1.29×104 mg/L 超出标准（150 mg/L）85倍，NH3-N 浓度为3.76×102 mg/L 超出标准（25 mg/L）14 倍， 总磷浓度为13.4 mg/L 超出标准（1 mg/L）12.4 倍， 动植物油总量2.92×102 mg/L 超出标准（20 mg/L）13.6 倍。

2. 废气。鉴于本试验场场地较为宽敞，未按照《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）、《大气污染物综合排放标准》（16297-1996）布置检测位点，而选用车间外( 即车间边缘)、车间外下风20 m 处为参考点采样。检测结果显示：三种设备在运行时均产生恶臭气体，其中以湿化机尤其突出，车间外浓度高达730，排放浓度依次为一体机＜分体机＜高温高压湿化机（均为无组织排放）；车间外20 m 处，除一体机外，其余两种设备臭气排放浓度均高于规定厂界标准（20），其余各种受检测的大气污染物均符合规定排放标准。

3. 废渣。生物降解工艺产生的废渣约为初始物重量的50% ；废渣发酵腐熟后能显著降低对种子的毒性。与未发酵的废渣相比：发酵后种子发芽率从70% 提高到100%，达到种子在蒸馏水中的发芽率；根长从2.1 cm 提高到11.5 cm; 芽长从9.4 cm 提高到30.2 cm，接近了蒸馏水环境下的芽长，说明经过发酵能有效降低动物尸体残渣对种子的毒性；不过从 GI 值分析看，即便经过发酵GI 值从8% 上升到45%，仍低于研究认为的50% 的标准，说明完全腐熟需要发酵更长的时间或需要改良发酵条件。添加不同比例的腐熟物对玉米种子的生长试验发现：添加体积比为10%、20% 的腐熟废渣能有效促进玉米的生长，其发芽率均高于纯土培养25% ；15 d 时，植株平均长度为12.9 cm、13.6 cm，分别高于纯土65.3% 和74.4% ；而添加量达到30% 时，均高为7.4 cm，低于纯土培养5%；纯废渣培养的玉米种子未见发芽。说明该废弃物经合当比例还耕后能促进植物生长，过高添加该废渣对植物会产生不利影响。

六、结论

1. 供试的三台设备均能对微生物起到有效的杀灭作用。

2. 受测试的设备运行成本在不同的工作环境其运行成本存在差异。处理量低于1 t 的，适合一体机，高于1 t 的，宜采用分体机。

3. 对环境的影响。两款设备受检废气项目中主要污染指标为臭气浓度。在本试验环境下，如以车间外下风向20 m 为参考厂界，湿化机严重超过规定标准，分体机略高于规定标准，一体机可达标排放。高温生物降解工艺无废水排放；高温生物降解工艺产生的废渣经充分降解工艺后有望实现对动物无害化处理的同时达到废弃物对环境的达标排放。

七、存在的问题及建议

1. 高温降解后进一步生物发酵工艺需要深入研究。对动物尸体的生物降解菌种应当深入研究、筛选出具有针对性的降解菌群组合并找出最佳的发酵环境以期获得对动物尸体的完全降解。

2. 需要对动物尸体处理过程中的恶臭气体成分进行深入研究以为设计具有针对行的除臭方法打下基础。在本试验中，分体机和一体机臭气浓度亦分别达到130、97， 相应的硫化氢和氨气浓度仅0.022 mg/m3( 分体机)、0.028 mg/m3( 一体机)、0.071 mg/m3( 分体机)、0.079 mg/m3( 一体机)，均低于环境二类空气质量标准对硫化氢和氨气规定的0.1 mg/m3 和2 mg/m3。据文献报道，动物尸体在不同的腐败时间其产生的恶臭气体成分存在差异，说明本试验检测到的硫化氢和氨气并非试验环境下恶臭气体的主要成分。因此，有必要研究动物尸体腐败过程中的恶臭气体释放规律并确认其主要成分以针对性研发废气净化方法，这对于该设备使用过程中环保控制十分关键。

参考文献（略）