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，不僅會嚴(yán)重污染環(huán)境，還會增加人畜共患病發(fā)生的危險。因此，十分有必要推進(jìn)病死畜禽無害化處理及其產(chǎn)物的資源化利用。農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《病死動物無害化處理技術(shù)規(guī)范》(農(nóng)醫(yī)發(fā)〔2013〕34號)建議的病死畜禽無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，深埋法無法實(shí)現(xiàn)資源化利用，且可能會導(dǎo)致疫病傳播、土壤和地下水污染等問題；傳統(tǒng)好氧發(fā)酵法無法殺死危險性較大的病原菌。近年來，病死畜禽無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)肉骨粉和動物油脂；爐內(nèi)焚燒和炭化法可以利用動物體內(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。本文針對病死畜禽無害化處理后產(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，為病死畜禽無害化處理及資源化利用提供指導(dǎo)，對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)酵法是通過高溫好氧發(fā)酵設(shè)備對病死畜禽進(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)見表1[5]。

發(fā)酵產(chǎn)物滅菌徹底、無害化程度較高。翟振等[6]將病死豬經(jīng)過分切、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)酵過程對病原菌的殺滅效果，從而保障發(fā)酵產(chǎn)物的安全利用，避免疾病傳播以及對作物生長產(chǎn)生影響。在這個過程中除了常規(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。沙門氏菌屬和大腸桿菌等常見病菌較容易滅活，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)酵處理基本可滿足病原微生物的滅活要求。Senne等[8]對死雞發(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、沙門氏菌和蛔蟲卵，保證發(fā)酵產(chǎn)物的安全性。曾中華等[10]對病死豬高溫好氧發(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種病毒和沙門氏桿菌，且大腸桿菌最大可能數(shù)小于3個/g，蛔蟲卵死亡率超過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/g，蛔蟲卵死亡率≥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試驗(yàn)，當(dāng)添加體積比為10%和20%時，可有效促進(jìn)玉米的生長，其發(fā)芽率是純土壤培養(yǎng)的1.25倍；但添加量過高則對作物產(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。對于發(fā)酵物料中油脂的降解效果以及發(fā)酵產(chǎn)品對作物生長的影響仍需要進(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議。目前，尚無文獻(xiàn)專門針對病死畜禽化制處理產(chǎn)生的肉骨粉的理化性質(zhì)進(jìn)行報道。普通肉骨粉具體理化性質(zhì)見表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)過化制處理后，大部分病原菌可被殺滅。Troutt等[15]對17個不同化制處理廠的原料和產(chǎn)品進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后產(chǎn)氣莢膜梭菌、李斯特菌、彎曲桿菌和沙門氏菌均被完全殺滅。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FDA規(guī)定含有反芻動物副產(chǎn)品的原材料不能用來制造反芻動物飼料。歐洲一些國家規(guī)定哺乳動物尸體經(jīng)化制處理后的產(chǎn)物需通過焚燒進(jìn)一步處理[16]。目前，我國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內(nèi)外市場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、維生素等營養(yǎng)成分。一些研究認(rèn)為，該肉骨粉可用于專供皮毛類經(jīng)濟(jì)動物(貂、狐、貉等)養(yǎng)殖使用[5，17]，該類動物對其消化利用率較高[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)到一定比例也會導(dǎo)致動物和水產(chǎn)品對蛋白質(zhì)的消化率下降[5，19-21]，同時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，但近年來大多數(shù)國家禁止肉骨粉在反芻動物養(yǎng)殖過程中的使用，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，這對于規(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)一步開發(fā)利用，開發(fā)有機(jī)肥、氨基酸肥、氣體燃料、建筑材料等。趙國良等[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)?。Cyr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，這些動物油脂只允許通過生產(chǎn)能源或用作生物燃料[27]。

3.2 動物油脂的應(yīng)用

動物油脂在油脂化工行業(yè)常用于化妝品、香皂、潤滑劑等的添加。生物柴油是以動物油脂、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]通過兩步法用廢棄動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、水含量均同時符合德國標(biāo)準(zhǔn)、美國標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。動物油脂生產(chǎn)的生物柴油的冷濾點(diǎn)高于德國標(biāo)準(zhǔn)，在使用前需加入降凝劑，以改善其低溫流動性。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化制法生產(chǎn)的油脂成品符合農(nóng)業(yè)部飼料級用油標(biāo)準(zhǔn)[30]。

4 其他無害化處理產(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600 ℃以上高溫處理,能有效殺滅病原體及有害病菌，處理過程中生物炭產(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)、氨基酸等營養(yǎng)素含量豐富，是一種營養(yǎng)全面的優(yōu)質(zhì)昆蟲蛋白源。已有研究表明蠅蛆粉可以部分替代魚粉作為飼料，在黃顙魚的養(yǎng)殖中可替代魚粉40%[37]，但在黃顙魚幼魚養(yǎng)殖時添加量超過20%，會導(dǎo)致前腸、肝胰臟組織結(jié)構(gòu)造成病理損傷[38]。而蠅蛆養(yǎng)殖基質(zhì)經(jīng)過蠅蛆消化后產(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病死畜禽無害化處理和資源化的研究方向。

5 小 結(jié)

目前，我國病死畜禽無害化處理采用較多的是化尸窖和發(fā)酵法，但病死畜禽無害化處理正在向規(guī)范化、環(huán)?；唾Y源化利用方向發(fā)展。好氧發(fā)酵、高溫好氧發(fā)酵、焚燒等無害化處理方法逐步被用戶接受并得到市場化推廣?；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，從而使病死畜禽無害化處理成本降低。然而對于發(fā)酵法產(chǎn)物仍需對其中的油脂降解過程及對作物的影響開展進(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分析，從而避免不必要的疫病風(fēng)險；生物炭以及其他的衍生品的開發(fā)也可以進(jìn)一步提升病死畜禽無害化處理產(chǎn)物的利用效益，促進(jìn)整個行業(yè)的發(fā)展。

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