病死畜禽无害化处理产物及其应用研究进展

周海宾，沈玉君，孟海波，赵立欣

(农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所，农业部资源循环利用技术与模式重点实验室，北京 100125)

病死畜禽是畜禽养殖及其加工过程中不可避免的“副产物”，既是农业废弃物，又是生物质资源，用则利，弃则害。病死畜禽如果不加以妥善处置，不仅会严重污染环境，还会增加人畜共患病发生的危险。因此，十分有必要推进病死畜禽无害化处理及其产物的资源化利用。农业部发布的《病死动物无害化处理技术规范》(农医发〔2013〕34号)建议的病死畜禽无害化处理方法主要包括深埋法、化制法、焚烧法和发酵法等。我国大部分地区仍采用深埋法和传统发酵法处理病死畜禽[1]。然而，深埋法无法实现资源化利用，且可能会导致疫病传播、土壤和地下水污染等问题；传统好氧发酵法无法杀死危险性较大的病原菌。近年来，病死畜禽无害化处理方式正逐渐由深埋法和传统发酵法向一些先进安全的技术转变，如化制法、高温灭菌+好氧发酵、炉内焚烧、高温炭化等，这些技术不仅可以实现病死畜禽彻底无害化处理，还可实现病死畜禽物质和能量的利用。高温灭菌+好氧发酵法可以产出安全高品质的有机肥原料；化制法处理病死畜禽可以生产肉骨粉和动物油脂；炉内焚烧和炭化法可以利用动物体内的有机成分提供部分能量，从而节省处理成本，且炭化处理还可以生产出生物炭，作为优良的土壤调理剂材料。本文针对病死畜禽无害化处理后产生的堆肥产物、肉骨粉、油脂、生物炭等产物的安全性及应用现状进行分析，为病死畜禽无害化处理及资源化利用提供指导，对于保障食品安全和生态环境安全，促进养殖业健康发展具有重要意义。

1 发酵法产物的安全性及应用

好氧发酵法主要有传统好氧发酵和高温灭菌+好氧发酵，发酵产物病原菌基本被杀灭[2-3]，产物富含营养物质和有机质。习佳林[4]采用病死鸡作为原料进行传统好氧发酵，产物的有机质含量为36.29%～43.96%，全氮为3.78%～4.79%，全磷为4.70%～5.64%。高温灭菌+好氧发酵法是通过高温好氧发酵设备对病死畜禽进行处理。病死猪经高温好氧发酵48 h后的产物主要指标见表1[5]。

发酵产物灭菌彻底、无害化程度较高。翟振等[6]将病死猪经过分切、绞碎、发酵、高温杀菌、干燥等环节处理后，产出的粉末状有机肥的含水率在30%以下，有机质含量达71.8%，全氮含量为4.12%。杨军香等[2]的研究表明，病死畜禽经好氧发酵处理所得产物可达到有机肥产品标准(NY525-2012)，其产量大约是病死畜禽原料的80%左右，基本实现了无害化处理。

1.1 发酵产物的安全性

病死畜禽堆肥化产物需考虑发酵过程对病原菌的杀灭效果，从而保障发酵产物的安全利用，避免疾病传播以及对作物生长产生影响。在这个过程中除了常规病原菌，一些高致死性病毒包括口蹄疫和禽流感等的灭活情况也需要重点考虑。沙门氏菌属和大肠杆菌等常见病菌较容易灭活，堆体温度在55 ℃以上维持1 h即可实现安全处理，而猪瘟病毒、口蹄疫病毒等高致病病毒则需堆体温度维持60 ℃以上10 d，而炭疽杆菌需堆体温度在50～55 ℃维持60 d也可完全杀灭[7]。常规的发酵处理基本可满足病原微生物的灭活要求。Senne等[8]对死鸡发酵处理进行研究，发现经20 d发酵后高致病性禽流感病毒(HPA1)几乎完全被杀灭。范时等[9]用病死鸡经90 d发酵后，金黄色葡萄球菌等病原菌均被灭活。高温灭菌+好氧发酵处理过程中，高温处理阶段核心温度达到135 ℃以上，能够更有效杀灭物料中病原菌及大肠杆菌、沙门氏菌和蛔虫卵，保证发酵产物的安全性。曾中华等[10]对病死猪高温好氧发酵处理的原料和产物中病菌进行了分析，原料中检出核酸阳性猪瘟病毒、蓝耳病病毒、伪狂犬病毒、圆环病毒等，但产物中均未检出上述4种病毒和沙门氏杆菌，且大肠杆菌最大可能数小于3个/g，蛔虫卵死亡率超过97%，产品符合有机肥行业标准。王洪英等[11]将病死畜禽经过高温蒸煮和好氧发酵处理后，发酵产物充分腐熟，物料中粪大肠菌群数低于100个/g，蛔虫卵死亡率≥95%，种子发芽指数≥85%。高温灭菌+好氧发酵处理具有灭菌效果好、时间断、发酵充分等优点，比传统发酵工艺具有更高效的无害化处理能力。

表1 病死猪发酵产物理化性质[5]Table 1 The characteristic of compost[5]

1.2 发酵产物的应用

病死畜禽发酵产物的有机质及养分含量总体较高，用于农业生产的潜力较大，但是考虑其安全性，研究人员对其施用方法和施用后的效果进行了考察。翟振等[6]将病死猪高温好氧发酵产物施用于油菜种植，发现施用量为6.67 g/kg和13.33 g/kg均可显著增加油菜叶绿素含量，增强光合效率，从而增加油菜地上部分干物质累积。杨军香等[2]将病死畜禽发酵后的产物用于玉米种子生长试验，当添加体积比为10%和20%时，可有效促进玉米的生长，其发芽率是纯土壤培养的1.25倍；但添加量过高则对作物产生不利影响。病死畜禽体内含有大量的油脂等物质，油脂经发酵后含量会大幅下降[12]，然而目前关于油脂发酵产物及其应用研究的很少。对于发酵物料中油脂的降解效果以及发酵产品对作物生长的影响仍需要进一步研究。

2 肉骨粉的安全性及应用

肉骨粉是不宜食用的家畜躯体、骨头、胚胎、内脏及其他废弃物制成，也可以采用非传染病死亡的动物胴体作为原料生产，常用于饲料添加。病死畜禽躯体经高温高压处理，也可用于制作肉骨粉，该产物的使用方式仍然存在较大争议。目前，尚无文献专门针对病死畜禽化制处理产生的肉骨粉的理化性质进行报道。普通肉骨粉具体理化性质见表2。

粗蛋白质是一种优质的蛋白质饲料原料，包括磷脂(脑磷脂、卵磷脂等)、无机氮(尿素、肌酸等)、角质蛋白(角、蹄、毛等)、结缔组织蛋白(胶原、骨胶等)、肌肉组织蛋白等。通常肉骨粉中的结缔组织蛋白较多，但氨基酸组成不佳[13]。由于化制过程的破坏，脂溶性维生素A和维生素D含量较低，但B族维生素含量丰富，特别是维生素B12含量高，其他如烟酸、胆碱含量也较高。肉骨粉磷含量为4%～6%，所含磷全部为可利用磷，是动物良好的钙磷供源。此外，微量元素锰、铁、锌的含量也较高。

表2 肉骨粉理化性质[14]Table 2 The characteristic of meat and bone meal[14]

2.1 肉骨粉的安全性

病死畜禽经过化制处理后，大部分病原菌可被杀灭。Troutt等[15]对17个不同化制处理厂的原料和产品进行了检测，发现经过处理后产气荚膜梭菌、李斯特菌、弯曲杆菌和沙门氏菌均被完全杀灭。因此，肉骨粉作为肥料原料进行利用是安全的。而朊病毒被普遍认为是传染性海绵状脑病(BSE)的成因，虽然化制过程可以降低朊病毒的传染性，但现有的化制工艺并不能完全灭活，可能导致疯牛病的传播等。美国FDA规定含有反刍动物副产品的原材料不能用来制造反刍动物饲料。欧洲一些国家规定哺乳动物尸体经化制处理后的产物需通过焚烧进一步处理[16]。目前，我国禁止将肉骨粉作为羊、牛的饲料添加剂。因此，目前化制处理法在国内外市场的接受程度逐渐下降。

2.2 肉骨粉的应用

病死畜禽化制处理后产生的肉骨粉，与动物性蛋白饲料相似，含有各种畜禽所需的必需氨基酸和丰富的钙、磷、维生素等营养成分。一些研究认为，该肉骨粉可用于专供皮毛类经济动物(貂、狐、貉等)养殖使用[5，17]，该类动物对其消化利用率较高[18]，但其安全性仍有待进一步验证。普通肉骨粉在饲料中添加量达到一定比例也会导致动物和水产品对蛋白质的消化率下降[5，19-21]，同时还需要采取有效的技术措施控制肉骨粉在贮存期间的氧化劣变[22]。一些国家和地区曾将病死畜禽肉骨粉作为饲料进行添加，但近年来大多数国家禁止肉骨粉在反刍动物养殖过程中的使用，并逐步限制病死畜禽生产的肉骨粉作为饲料添加剂使用。为了避免病死畜禽制成的肉骨粉掺入常规肉骨粉中，应加强对商品肉骨粉中病死畜禽成分和微生物学指标等的检测，这对于规范肉骨粉的安全使用和促进畜禽健康养殖具有积极意义。

另外，肉骨粉可进一步开发利用，开发有机肥、氨基酸肥、气体燃料、建筑材料等。赵国良等[23]将肉骨粉与植物秸秆、粉煤灰和植物种子粕用于生物有机肥开发，实现作物增产10%～20%以上，生产的有机肥同时还具有肥效持久、肥料利用率高、改良土壤结构、改善作物品质、成本低廉等优点。蒋常德等[24]利用酶-酸两步法水解病死畜禽化制处理产生的有机废水与肉骨粉生产氨基酸肥，其中游离氨基酸含量达到10.51%。Fedorowicz等[25]研究发现，肉骨粉气化产物主要为H2、CO、CO2和CH4，可用于生产燃气。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，当砂浆中添加17%肉骨粉后，其抗压强度类似于标准砂浆，但是肉骨粉含有有机成分，不利于作为建筑材料进行推广。

3 动物油脂的安全性及应用

油脂是屠宰副产品和病死畜禽化制处理的另一种产品，主要成分为棕榈酸、硬脂酸、饱和脂肪酸、油酸等，主要用作生物燃料。

3.1 动物油脂的安全性

屠宰副产物和病死畜禽化制处理产生的油脂属于不可食用油脂，只能用于饲料、宠物食品、油脂化工、生物柴油或作为燃料使用[27]。由于朊病毒为蛋白质类物质，因此油脂中几乎不含有朊病毒。但考虑到病死畜禽提炼的油脂安全性等问题，病死畜禽化制处理后的油脂使用也受到严格控制[7]，在欧盟，这些动物油脂只允许通过生产能源或用作生物燃料[27]。

3.2 动物油脂的应用

动物油脂在油脂化工行业常用于化妆品、香皂、润滑剂等的添加。生物柴油是以动物油脂、非食用野生油料和餐饮行业废油脂等可再生原料通过酯交换工艺制成的甲酯燃料，生物柴油由于具有可再生、环境友好、可替代现有石化柴油等特点，日益受到关注。戴璐璐[28]通过两步法用废弃动物油脂制备生物柴油，生物柴油的收率达到68%，实现了较高的资源化利用率，该成品生物柴油的密度、酸值、十六烷值、粘度、闪点、馏程、水含量均同时符合德国标准、美国标准和国家标准。动物油脂生产的生物柴油的冷滤点高于德国标准，在使用前需加入降凝剂，以改善其低温流动性。病死畜禽脂肪制备生物柴油可以减少81%的温室气体排放，是大豆生产生物柴油工艺减少量的2.5倍，但是由于动物油脂中含有盐、磷、硫和塑料等，转化生物柴油成本更高、难度更大[28]。另外，动物油脂还可作为饲料的高能添加剂[29]，在原料新鲜的前提下通过化制法生产的油脂成品符合农业部饲料级用油标准[30]。

4 其他无害化处理产物

生物炭是病死畜禽热裂解炭化处理的产物。病死畜禽在炭化炉缺氧环境下，经过600 ℃以上高温处理,能有效杀灭病原体及有害病菌，处理过程中生物炭产率约为10%。有研究表明，生物炭可作为土壤改良剂，能降低土壤容重、增加土壤持水量、改善土壤孔隙度，以及显著增加土壤肥力[31]。病死畜禽热解炭化后，其产物生物炭中氮磷钾总量约为17%[32]，是一种非常有效的磷肥[33]。Siebers等[34]的研究表明，骨炭对于重金属Cd具有较强的钝化作用，将病死猪进行炭化得到的生物炭比表面积> 70 m2/g、pH> 9.3，用于土壤重金属污染修复，土壤中CaCl2～Cd和CaCl2～Zn的含量均有明显下降[35]。

病死畜禽经过化制等方法处理后，还可获得蝇蛆粉、氨基酸等其他产品。姚洪根等[36]将病死畜禽经分割、高温灭菌、粉碎、配方混合后用作蝇蛆基质，用于培养蝇蛆，最终得到活性蝇蛆和有机肥料。据测算，每吨病死畜禽处理可产生0.8吨有机肥和0.2吨鲜蝇蛆。蝇蛆粉所含的蛋白质、氨基酸等营养素含量丰富，是一种营养全面的优质昆虫蛋白源。已有研究表明蝇蛆粉可以部分替代鱼粉作为饲料，在黄颡鱼的养殖中可替代鱼粉40%[37]，但在黄颡鱼幼鱼养殖时添加量超过20%，会导致前肠、肝胰脏组织结构造成病理损伤[38]。而蝇蛆养殖基质经过蝇蛆消化后产生的粪肥疏松、黑褐色，含蝇蛆分泌排泄的生物抗生素，能杀灭多种植物病原菌。沈其荣等[39]利用病死畜禽蛋白酸解制取氨基酸肥料，可生产出符合农业部行业标准的氨基酸液体肥(叶面肥或滴灌肥)，氨基酸含量达到10%。以上这些利用方法都可作为我国病死畜禽无害化处理和资源化的研究方向。

5 小 结

目前，我国病死畜禽无害化处理采用较多的是化尸窖和发酵法，但病死畜禽无害化处理正在向规范化、环保化和资源化利用方向发展。好氧发酵、高温好氧发酵、焚烧等无害化处理方法逐步被用户接受并得到市场化推广。化制法处理生产的肉骨粉和油脂的利用途径不断向更安全的方向转变。病死畜禽无害化处理工艺的产物在一定条件下可实现安全利用并产生一定效益，从而使病死畜禽无害化处理成本降低。然而对于发酵法产物仍需对其中的油脂降解过程及对作物的影响开展进一步研究，实现更安全利用；化制法得到的肉骨粉应进一步严控，生物油脂产品及其深度开发产品需要进行安全使用条件的确定，应加强市售饲料添加剂中肉骨粉成分检测分析，从而避免不必要的疫病风险；生物炭以及其他的衍生品的开发也可以进一步提升病死畜禽无害化处理产物的利用效益，促进整个行业的发展。

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