基于微生物发酵技术的病死猪尸体资源化利用研究

张 德, 葛大兵,2*

(1.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.生态科学与工程研究所，湖南 长沙 410128)

基于微生物发酵技术的病死猪尸体资源化利用研究

张 德1, 葛大兵1,2*

(1.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.生态科学与工程研究所，湖南 长沙 410128)

近年来,大量的规模化养猪场的不断出现,任意排放的病死猪尸体已成为一个较为突出的环境污染问题,不仅对生态环境和人体健康产生危害,还影响畜牧业的可持续发展.试验利用sq复合菌剂、病死猪、米糠、泥炭土作为原材料，在发酵箱内，经过7 d反复发酵搅拌后生产有机肥的工艺流程,从微生物接种浓度、原材料的投放C/N比例、原材料的含水率、反应时的翻堆间隔时间方面进行单因子试验，探究复合菌剂在工艺流程中的最优反应参数.结果表明，微生物复合菌剂在接种浓度为2%，微生物与原材料碳氮比例为28∶1，原材料含水率保持在50～60%，12 h堆翻一次的工艺条件下反应效果最佳.图8，表1，参17.

sq复合菌剂; 病死猪; 接种浓度; 含水率

根据资料，我国畜禽传染病有 200 多种，每年因各类疾病引起猪的死亡率为 8% ～12%，病死猪丢弃在河道、山场、路边等场所，对人民群众生活及环境带来了危害，影响了养殖业的可持续发展，这已成为一个亟待解决的问题.

目前,资源化、无害化处理病死猪的主要采用高温的微生物发酵的方法,不但可以解决环境污染问题,还可以生产生物有机肥,带来经济效益、社会效益.该文基于微生物再发酵条件,进行了sq复合菌剂对病死猪处理的优势和最佳反应条件试验研究.

1 材料与方法

1.1 原料与发酵箱

实验主要原材料为病死猪尸体，米糠，泥炭土为辅助材料，米糠用来调节原材料的含水率，泥炭土用来调节原材料C/N(见表1),微生物制剂为sq复合菌剂，其原材料均来自朱仑猪场，五个规格为45 cm×30 cm×20 cm的发酵箱，每个参数分别分为3～5组进行单因素对照试验，并进行两次重复.

表1 原料基本性质

1.2 试验设计

研究均采用的是单因素试验设计，分别对四个因素进行分析，具体如下：

1.2.1 菌剂接种量对病死猪尸体堆肥发酵温度的影响

该部分共设置五组实验,每组的复合微生物菌剂的接种量分别为0、1%、1.5%、2%、2.5%,各3 ml，原材料保持C/N为30∶1，含水率保持为50%,病死猪2 kg、米糠1.25 kg，泥炭土2.16 kg，猪粪18 kg，每12 h翻堆一次.

1.2.2 原材料含水量对病死猪尸体堆肥发酵温度的影响

共设置五组实验,原材料初始含水率分别为40%、50%、60%、70%、80%,米糠分别为2.3、1.25、0.6、0.17、0 kg、C/N保持为为30∶1，病死猪2 kg、泥炭土2.16 kg，猪粪18 kg，复合微生物菌剂的接种量为3 ml，菌剂浓度为2%,每12 h翻堆一次.

1.2.3 原材料C/N比对病死猪尸体堆肥发酵温度的影响

共设置四组实验,保持其原材料C/N比为24∶1、28∶1、32∶1、36∶1，泥炭土分别为6、2.16、2.3、2.66 kg，病死猪各2 kg、米糠各1.25 kg猪粪18 kg，复合微生物菌剂的接种量各3 ml,浓度为2%，初始含水率为50%,每12 h翻堆一次.

1.2.4 发酵过程中堆翻次数对病死猪尸体堆肥发酵温度的影响

共设置三组实验,三组实验的翻堆时间分别为每6、12、24 h,初始原材料C/N比为30∶1,病死猪2 kg、米糠1.25 kg，泥炭土2.16 kg，猪粪18 kg，复合微生物菌剂的接种量3 ml,浓度为2%,初始含水率为50%.

试验时，将发酵箱底部安装温度探测仪探头，测定发酵过程中温度的变化，同时在发酵箱外安装温度探测仪，记录环境温度，投料后，每隔12 h取次样品，用于测定其有机质含量分析测定，直至第7天发酵完成为止.

1.3 测定指标及方法

1.3.1 腐熟度的评价指标

1)温度.采用高温期堆体达到的最高温度和持续时间来衡量堆肥的腐熟程度,温度是保证高温堆肥的重要物理指标，也是体现微生物活性的重要标志.堆体温度在 55 ℃～70 ℃条件下，是微生物分泌分解酶的最适应温度，同时保持 3 d 以上，是杀灭堆体中所含的致病微生物保证堆肥的卫生学指标.

2)检测有机质含量.堆料中的不稳定有机质通过微生物的分解转化为二氧化碳、矿物质和稳定有机质,

使堆料的有机质含量的变化较为显著，是有机物分解程度的一个指标，也是有机肥肥度的衡量标准之一，有机质分解的越快，说明发酵效果越好，同时为保持其有机肥的肥度，有机质含量又不得低于45%.

1.3.2 测定方法

1)温度测定.从反应开始,每天用温度计测定两次,早晚各一次,并记录到达最高温的时间和持续的时间.

2)含水率的测定.称取试样20 g,在105 ℃下干燥4～6 h,恒重至0.01 g测定水分.

3)C/N比测定.碳氮比是样品有机物中碳的总含量与氮的总含量的比[2].

4)总碳(TOC)测定.整个堆肥期间坚持每天采集试样,先进行干燥、粉碎,然后进行测定,用重铬钾容量法[3].

5)总氮测定.采用凯氏定氮法[4].

6)有机质测定.堆肥过程中每天采集试样,先进行干燥、粉碎,然后进行测定,釆用高温灼烧法，及试验经高温灼烧,除去有机质,灼烧前后烧失质量差,即为有机物分解的量[5].

2 结果与分析

2.1 有效微生物菌剂加入量对发酵温度的影响

微生物菌剂不同的接种量对病死猪发酵过程的发酵温度有很大的影响.发酵过程中，接种的sq复合菌剂菌剂可以使发酵温度迅速提高，使发酵高温期提前到来并且延长高温的持续时间，从而提高有机物的分解速率.从图1可知接种量为2%的发酵效使反应高温时间来的最早，并且维持得最久.从图2可以看出2%接种量的微生物使反应速度最快，降解率也最大，所以将的接种量控制在2%左右为最适宜接种量.

图1 sq复合菌剂接种量的变化对发酵温度的影响Fig.1 Effect of changes in the inoculation amount of sq on the fermentation temperature

图2 sq复合菌剂菌剂接种量变化对有机质降解的影响Fig.2 Effect of changes in the inoculation amount of the two kinds of bacteria on the degradation of organic matter

2.2 含水率对发酵温度的影响

从图3可以看出，含水率过高，温度上升的慢，水分子充满整个堆体间隙，不利于空气的传输，造成堆体里出现局部厌氧环境，产生臭气.但含水率过低，随着堆体温度的升高，水分蒸发过快，不能供给微生物足够的水分，不利于微生物的生长代谢活动，对发酵产生不利影响.从图4可以看出，含水率为50%和60%的降解速度都较快而且无明显差异.所以含水率应控制在50%～60%之间均适宜.

2.3 C/N比对发酵温度的影响

C/N为28∶1和32∶1时，反应最高温分别为62 ℃和61.5 ℃，升温速度也较快，到达高温时间较短.同时降解速度也较快.综合来看，将原材料的比调整为28∶1或32∶1时，都能达到最佳的发酵温度，所以适当降低C/N并不会影响堆肥质量，而且C/N的下降(从32∶1下降到28∶1)可使病死猪的处理量大大增多，有利于养殖场大规模处理禽畜尸体,所以处理时选择C/N为28∶1时较为适宜(见图5、图6).

图3 含水率变化对sq复合菌剂发酵的影响Fig.3 Effect of water content on fermentation of sq compound

图4 含水率变化对有机质降解速率的影响Fig.4 Effect of water content on degradation rate of organic matter

图5 C/N比的变化对发酵温度的影响Fig.5 Effect of C / N ratio on fermentation temperature

图6 C/N比变化对有机质分解速率的影响Fig.6 Effect of C / N ratio on the decomposition rate of organic matter

2.4 翻堆时间间隔变化对发酵的影响

由图7可以看出,发酵在不同的翻堆间时条件下,整个发酵过程中温度的变化大致相同,都经历了 3个阶段:升温期,高温期和降温腐熟期.但第二组实验的发酵升温48 h达到61 ℃,高温持续120 h,效果优于其它两个处理.从图8可以看出,12 h翻堆一次的实验组有机质的降解速度明显最快,且降解率也最高.

图7 翻堆时间变化对发酵的影响Fig.7 Effect of stacking time changes on fermentation

图8 翻堆时间变化对有机质分解速率的影响Fig.8 The effect of the number of stacking time changes on the decomposition rate of organic matter

3 讨 论

水分在微生物生长繁殖中起决定作用,所以含水率是发酵过程的重要因素.水分溶解有机物,以提供微生物生长所需的营养;能参与微生物的新陈代谢;并能调节堆体温度[11].该实验中含水率40%时，水分过低,则无机物很难溶解,不能满足微生物生长繁殖的基本需求,导致部分有机物很难分解.如果含水率在60%以上水分过高,温度上升缓慢,微生物的活性降低,分解有机物的速度也明显下降,因为水分过多,就会充满物料之间,不能达到良好的通风供氧,抑制好氧微生物的生长和代谢活动,以及产生大量的恶臭气体.因此,在发酵过程中,水分应控制在合理的范围内,试验表明,含水率在50%～60%之间最适宜[12-13].

反应的温度影响微生物的生长,高温菌对有机物的降解效率明显比中温菌要高,发酵的主要目的就是快速上升堆体温度,持续保持最适宜温度,是有机物快速降解,同时高温将病原菌、虫卵等有害物质杀死[14].发酵开始时,堆体温度基本与外界温度相同,12～24 h以后,在中温菌的作用下,堆肥温度就会迅速上升,达到50～65 ℃左右,这个温度正好适合高温菌,在此温度下,发酵在持续4～5 d左右,当微生物浓度在2%以下时，浓度过低，发酵不够充分，产生的热量少，温度难以提高，微生物发酵时间变长，升温时间过长，直接影响到了发酵温度.此实验表明微生物浓度在2%时，到达最佳发酵温度时间最短，效果最明显.

微生物的生长需要碳源,合成蛋白质需要氮源,所以在发酵过程中碳源、氮源是必不可少的.因为微生物合成1份蛋白质需要30份的碳,所以在发酵中物料的碳氮比应控制在30∶1左右[15].原料中碳氮比为24∶1时,碳少,氮剩,微生物的生长受到限制,发酵过程氮素大量损失并以NH3形式挥发,散发出难闻的气味[16].原料碳氮比为36∶1时,碳多氮乏,微生物需要消耗过多的碳,就会减慢分解有机物,发酵时间增多.氮会以氨态氮的形式大量挥发,氮元素严重损失就会达不到理想的肥力，还容易提高成品堆肥的碳氮比,使用此肥料以后,反而会将土壤中原有的氮素消耗,从而造成氮缺乏,不能为作物生长提供足够的氮素.为了确保发酵成品的碳氮比(10～20∶1)和堆肥过程的分解速度,原料的碳氮比应严格控制在25～40之间(而生活垃圾大约为24∶1左右).通过试验，当原料中碳氮比为28∶1时，各成分相互发酵最充分，能达到最优发酵温度

翻堆是为了保证好氧微生物在发酵过程中,保持有氧的条件下对有机物迅速降解的重要因素之一.能给微生物生长活动提供足够的氧气、带走堆体部分多余的水分和控制堆体的温度.当实验中每24 h通一次气时，供氧明显不足,微生物的活动会被抑制,延长发酵时间,使堆肥质量变差.当通气为6 h一次时,微生物活动过于活跃,加快有机物的分解的速度,积累腐殖质的量就会减少,翻堆次数过多还会损失热量降低反应温度.静态发酵是通过翻堆来平衡温度和调节有机物分解速率的[17]，实验表明，每12 h翻堆一次时候刚好提供氧气同时又不过多损失产生的热量，从而达到最佳效果.

4 结 论

应用sq复合菌剂处理病死畜禽尸体比普通堆肥直接处理病死畜禽尸体时间更短,效果更好,是一种有效手段,操作简单、快速、高效、且无臭,很有发展潜力,可以用于大规模工业生产.研究发现应用sq复合菌剂发酵病死畜禽尸体最优的条件为有效微生物菌剂接种量为2%,原材料初始含水率应控制在50%～60%之间,初始的C/N比为28∶1,12 h翻堆一次.

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Biography：ZHANG De,male,born in 1991,master,ecological planning.

Study on Utilization of Dead Pigs Based on Microbial Fermentation Techniques

ZHANG De1, GE Da-bin1,2*

(1.Schoolof Biology and Technology，HunanAgricultural University,Changsha 410128,China;2.Institute of Ecological Science and Engineering,Changsha 410128,China)

In recent years,the large number of large-scale pig farms have been emerging,and the dead bodies of dead pigs have become a prominent environmental pollution problem,which not only harm the ecological environment and human health,but also can affect the sustainable development of animal husbandry.In this study,the process of organic fertilizer was produced after 7 days of repeated fermentation in the fermentation tank by using sq compound bacteria,dead pigs,rice bran and peat soil as raw materials.The optimum reaction parameters of the compound bacteria in the process were investigated from the microbial inoculation concentration,the C / N ratio and the moisture content of the raw material as well as times of the reactor.The results showed that the reaction effect of microbial compound bacteria was the best when the inoculation concentration was 2%,the ratio of microorganism to raw material carbon and nitrogen was 28∶1,the moisture content of raw material was kept at 50～60% and the stacking time was 12 h.8figs.,1tab.,17refs.

sq compound bacteria；dead pigs；inoculation concentration；moisture content

2017-02-23

张德(1991-)，男，湖南岳阳人，硕士，研究方向:生态规划. *通讯作者,Email：1157630608@qq.com]

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.02-036

TQ920.6

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