病死動物高溫生物降解無害化處理技術(shù)試驗(yàn)研究

楊軍香/全國畜牧總站 何述忠 龔永強(qiáng) 王剛/重慶市動物衛(wèi)生監(jiān)督所 張銀梅/北京愛牧技術(shù)開發(fā)有限公司

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病死動物高溫生物降解無害化處理技術(shù)試驗(yàn)研究

楊軍香/全國畜牧總站 何述忠 龔永強(qiáng) 王剛/重慶市動物衛(wèi)生監(jiān)督所 張銀梅/北京愛牧技術(shù)開發(fā)有限公司

北京愛牧技術(shù)開發(fā)有限公司與重慶市動物衛(wèi)生監(jiān)督所協(xié)作,以重慶市歌樂山動物無害化處理場為試驗(yàn)基地，對高溫與生物生物降解無害化處理工藝設(shè)備于2013-2014年間開展并完成了相關(guān)指標(biāo)檢測試驗(yàn)，報(bào)告如下。

一、試驗(yàn)內(nèi)容

1.滅菌效果試驗(yàn)；2.設(shè)備最高溫度及工作溫度試驗(yàn)測定；3.設(shè)備最佳處理時(shí)間測定；4.處理有機(jī)質(zhì)測定；5.環(huán)保指標(biāo)測定；6.運(yùn)行成本的測定。

二、試驗(yàn)器材

1.高溫生物降解器：一體機(jī)（北京愛牧技術(shù)開發(fā)有限公司提供）

2.高溫生物降解器：分體機(jī)（北京愛牧技術(shù)開發(fā)有限公司提供）

3.高溫高壓濕化機(jī)：內(nèi)江永勝化工機(jī)械公司生產(chǎn)（主機(jī)型號：NCH-2111-01）

4.降解菌種: 北京愛牧技術(shù)開發(fā)有限公司提供

5.鋸末：購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶

6.枯草芽孢桿菌：購自中國獸醫(yī)藥品監(jiān)督所

7.實(shí)驗(yàn)動物：豬、牛、羊、禽類、實(shí)驗(yàn)室動物若干（重慶市動物衛(wèi)生監(jiān)督所提供）

三、試驗(yàn)方法

（一）滅菌效果試驗(yàn)

1.芽孢桿菌的準(zhǔn)備。

無菌打開菌種管口，加入無菌生理鹽水溶解，接種固體培養(yǎng)基（20 g葡萄糖，15 g蛋白胨，5 g氯化鈉，0.5 g牛肉膏，20 g瓊脂，加蒸餾水至1 L，加熱溶解，將PH調(diào)整為6.0～7.0，高壓滅菌后傾注平板。）37℃培養(yǎng)24 h，將菌苔接種到液體培養(yǎng)基（20 g葡糖糖，15 g蛋白胨，5 g氯化鈉，0.5 g牛肉膏，加蒸餾水至1 L，加熱溶解，將PH調(diào)整為6.0～7.0.）37℃培養(yǎng)20～24 h，按2%比例再擴(kuò)大至液體培養(yǎng)基中，28℃培養(yǎng)72 h，涂片芽孢染色檢查，待80%以上菌體出現(xiàn)芽孢，細(xì)菌計(jì)數(shù)，用無菌生理鹽水將菌液調(diào)整至1.0×109～1.5×109cfu/m，備用。

2.病死豬處理。

分3組，取病死豬25頭，總重量4.0 t。用注射器給每頭死豬胸腔、腹腔內(nèi)各注射500 ml芽孢菌液，顱腔內(nèi)注射100 ml枯草芽孢菌，同時(shí)放入壓力蒸汽滅菌化學(xué)指標(biāo)條。

3.無害化處理動物。

將上述實(shí)驗(yàn)步驟中病死豬分別放入實(shí)驗(yàn)處理罐內(nèi)。

（1）一體機(jī)：0.48 t，按處理重量15%加入鋸末，關(guān)閉罐蓋，啟動處理設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為：將溫度設(shè)定為120℃，轉(zhuǎn)速8轉(zhuǎn)/min，連續(xù)工作12 h后降溫，待物料溫度降至70℃以下，無菌采樣，備用，再加入菌種后續(xù)降解。

（2）分體機(jī)：放入1.494 t，關(guān)閉罐蓋，啟動處理設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為：將溫度設(shè)定為160℃，壓力0.3 Pa，連續(xù)工作4 h后降溫，待物料溫度降至70℃以下，無菌采樣并取出標(biāo)識菌，備用，然后，將處理后的動物尸體移至一體機(jī)中添加約5%鋸末（調(diào)整秸稈添加量，確保動物尸體與秸稈混合物的C/N約為25，水份（按 GB/T 8576 2010測定）占混合物比例約為55%）加入5k菌，進(jìn)行生物降解，后熟。

（3）濕化機(jī)：放入2.07 t，關(guān)閉罐蓋，啟動處理設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為：將溫度設(shè)定為135℃，壓力0.35 Pa,連續(xù)工作5 h后降溫，待物料溫度降至70℃以下，無菌采樣，備用，產(chǎn)物進(jìn)一步干濕分離，提取油脂。

4.樣品采集。

（1）處理前樣品采集：枯草芽孢桿菌液注射死豬前無菌取2 ml備用。

（2）處理后樣品采集：病死豬經(jīng)設(shè)備處理后，無菌取樣20 g，每次取2份，備用。同時(shí)取出滅菌化學(xué)指標(biāo)條。

5.實(shí)驗(yàn)室檢測。

（1） 處理前樣品：直接接種到固體培養(yǎng)基，37℃培養(yǎng)24～48 h，觀察枯草芽孢桿菌生長情況。

（2）處理后樣品：向每份樣品中無菌加入50 ml滅菌生理鹽水，震蕩混勻，室溫靜置20 min，取上清液0.2 ml置固體培養(yǎng)基，涂布,37℃培養(yǎng)24～48 h；每份樣品接種3塊平板，觀察枯草芽孢桿菌和細(xì)菌總數(shù)生長情況。

（二）設(shè)備最高溫度及工作溫度試驗(yàn)測定

將設(shè)備在空載和負(fù)載時(shí)運(yùn)行，進(jìn)行罐內(nèi)溫度測定。

（三）設(shè)備最處理時(shí)長和工作處理時(shí)間測定

將設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，分別記錄不同處理時(shí)間的物料情況。

（四）處理有機(jī)質(zhì)測定

將處理產(chǎn)物經(jīng)堆肥后熟，堆肥肥效按照NY 525-2011規(guī)定方法檢測堆肥外觀、有機(jī)質(zhì)、氮、五氧化二磷、氧化鉀、水分、酸堿度、總砷、總汞、總鉛、總鉻、總鎘；采樣時(shí)間與腐熟度評價(jià)同步。由重慶市化肥商品質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)測站進(jìn)行檢測。

（五）環(huán)保指標(biāo)測定

邀請重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)測站對現(xiàn)場進(jìn)行環(huán)保指標(biāo)監(jiān)測。通過參照國家（行業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)檢測了設(shè)備運(yùn)行時(shí)廢氣中SO2、NO2、H2S、NH3、臭氣濃度等污染物排放情況，廢水中BOD、COD、NH3-N、總磷、總氮、動植物油總量、硫化物等污染物排放情況；以廢渣經(jīng)發(fā)酵后對種子毒性、生長試驗(yàn)為參考評價(jià)了廢棄物對環(huán)境的影響。

（六）運(yùn)行成本的測算

詳細(xì)核算設(shè)備在運(yùn)行過程水、電、氣等能耗評價(jià)了運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)成本。

四、試驗(yàn)結(jié)果

（一）滅菌效果試驗(yàn) 枯草芽孢桿菌實(shí)驗(yàn)：處理前樣品中有大量細(xì)菌生長，處理后全部樣品均無細(xì)菌生長；細(xì)菌總數(shù)檢測值＜10 cfu/g；壓力蒸汽滅菌化學(xué)指示條顯示處理環(huán)境達(dá)到滅菌要求（如表1）。

表1　三種設(shè)備的生物安全效果

（二）設(shè)備最高溫度及工作溫度試驗(yàn)

一體機(jī):本設(shè)備空載時(shí)，處理罐內(nèi)最高溫度可達(dá)198℃。滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，罐內(nèi)溫度最高可達(dá)140℃，最佳工作溫度60℃～120℃。分體機(jī):本設(shè)備空載時(shí)，處理罐內(nèi)最高溫度可達(dá)220℃。滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，罐內(nèi)溫度最高可達(dá)200℃，最佳工作溫度160℃。

（三）設(shè)備最處理處理時(shí)間測定

一體機(jī)本設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，最佳處理時(shí)間12 h，最短處理時(shí)間5 h；分體機(jī)本設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，最佳工作時(shí)間為12 h，最短處理時(shí)間8 h。

（四）處理有機(jī)質(zhì)測定

隨機(jī)抽檢2批廢渣（經(jīng)微生物發(fā)酵后的動物殘?jiān)c輔料混合物）總重量123 kg。廢渣對種子的毒性試驗(yàn)顯示：經(jīng)5%的未發(fā)酵的廢渣萃取液、5%發(fā)酵后的廢渣萃取液、蒸餾水分別培養(yǎng)72 h后發(fā)芽情況分別是7/10、10/10、10/10，總根長分別是2.1 cm、11.5 cm、25.4 cm，總芽長分別為9.4 cm、30.2 cm、37.9 cm。對玉米種子的發(fā)芽和生長試驗(yàn)顯示：渣/土體積比分別為10%、20%、30%，純土，純廢渣的環(huán)境下玉米的發(fā)芽率分別為100%、100%、100%、75%、0；15 d時(shí)植株均高分別為12.9 cm、13.6 cm、7.4 cm、7.8 cm。

（五）環(huán)保指標(biāo)測定

1.廢氣。

受試驗(yàn)環(huán)境的影響，本試驗(yàn)未按照《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（16297-1996）布置檢測位點(diǎn)，而選用車間外(即車間邊緣)為污染源參考點(diǎn)、車間外下風(fēng)向20 m處為假定廠界參考點(diǎn)采樣，以無組織排放標(biāo)準(zhǔn)為污控標(biāo)準(zhǔn)。檢測結(jié)果顯示（如表2）：

（1）3套設(shè)備運(yùn)行時(shí)均產(chǎn)生不同程度的空氣污染物，其中以惡臭濃度為主要污染物。

（2）車間外，惡臭氣體濃度以濕化機(jī)最大，車間外濃度高達(dá)730。臭氣濃度由低到高依次為：一體機(jī)＜分體機(jī)＜濕化機(jī)。車間外下風(fēng)向20 m處，濕化機(jī)臭氣濃度為95，嚴(yán)重超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的3.75倍；分體機(jī)臭氣濃度為34，高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的0.7倍；一體機(jī)臭氣濃度為20，未超過20的排放標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。其他空氣污染物無明顯差異，均低于《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（16297-1996）規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。說明惡臭氣體為廢氣的主要污染物。

（3）在假定廠界即離處理車間20 m的環(huán)境下，一體機(jī)能夠達(dá)標(biāo)排放。單機(jī)廢氣排放情況依次為一體機(jī)＜分體機(jī)＜濕化機(jī)。

表2　廢氣排放情況（車間外下風(fēng)向20米處參考點(diǎn)）

2.廢水。

我國尚未對病害動物無害化處理場環(huán)境污染物排放指定專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)中采用《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB2978-1996）之“其它一切排污單位二類排放標(biāo)準(zhǔn)”為參考。結(jié)果顯示：（1）一體機(jī)無廢水產(chǎn)生。分體機(jī)產(chǎn)生100 kg蒸汽水（可作為后期降解水源補(bǔ)充，實(shí)際無廢水排放）。

3.廢渣。

（1）一體機(jī)和分體機(jī)處理病害動物，產(chǎn)生的廢渣約為初始物重量的50%。

（2）廢渣發(fā)酵腐熟后能顯著降低對種子的毒性并能促進(jìn)植物生長。與未發(fā)酵的廢渣相比：發(fā)酵后種子發(fā)芽率從70%提高到100%，達(dá)到種子在蒸餾水中的發(fā)芽率；根長從2.1 cm提高到11.5 cm;芽長從9.4 cm提高到30.2 cm，接近了蒸餾水環(huán)境下的芽長，說明經(jīng)過發(fā)酵能有效降低病害動物殘?jiān)鼘ΨN子的毒性。

（3）從GI值分析看，經(jīng)過發(fā)酵GI值從5.7上升到45.3，仍低于業(yè)界認(rèn)為最低50%的標(biāo)準(zhǔn)，說明完全腐熟需要發(fā)酵更長的時(shí)間或需要改良發(fā)酵條件。

（4）添加不同比例的腐熟物對玉米種子的生長試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：添加體積比為10%、20%的腐熟廢渣能有效促進(jìn)玉米的生長，其發(fā)芽率均高于純土培養(yǎng)25%；15 d時(shí)，植株平均長度為12.9 cm、13.6 cm，分別高于純土65.3%和74.4%；而添加量達(dá)到30%時(shí)，均高為7.4 cm，低于純土培養(yǎng)5%；純廢渣培養(yǎng)的玉米種子未見發(fā)芽，說明該廢棄物經(jīng)適當(dāng)比例還耕后能促進(jìn)植物生長，過高添加該廢渣對植物會產(chǎn)生不利影響。

（5）有機(jī)肥效檢測顯示：降解廢渣總肥效、重金屬均符合《有機(jī)肥》（NY 525-2011）標(biāo)準(zhǔn)。

（6）綜合判定：經(jīng)發(fā)酵腐熟后的廢渣可以作為促進(jìn)植物生長的添加物使用，具有可持續(xù)循環(huán)使用的價(jià)值。

（三）處理成本及處理能力

以批次計(jì)算，處理成本（如表3）由低到高依次為一體機(jī)（222元）、分體機(jī)（601元）、濕化機(jī)（4 624元）；以單位處理量計(jì)（每噸），處理成本由低到高依次為分體機(jī)（402元）、一體機(jī)（462元）、濕化機(jī)（2 234元）。處理能力由高到低依次為：濕化機(jī)（51 393 kg）、分體機(jī)（51 222 kg）、一體機(jī)（28 800 kg）。

表3　處理成本、處理能力

五、結(jié)果分析

（一）生物安全 枯草芽孢桿菌為耐熱芽孢菌，通過回收植入枯草芽孢桿菌標(biāo)識菌，細(xì)菌總數(shù)測定及利用壓力蒸汽滅菌化學(xué)指示條等方法測定高溫生物降解工藝的對微生物的殺滅效果（兩種設(shè)備）均顯示處理環(huán)境能達(dá)到滅菌要求。說明兩種設(shè)備均能有效殺滅微生物。

（二）運(yùn)行成本

一體機(jī)，每噸處理成本460元，分體機(jī)每噸處理成本402元，濕化機(jī)每噸處理成本2 234元。

（三）對環(huán)境的影響

1.廢水。

由于我國尚無對病害動物無害化處理場環(huán)境污染物排放的專門標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)中采用《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB2978-1996）之“其它一切排污單位二類排放標(biāo)準(zhǔn)”為參考。生物降解工藝中一體機(jī)無廢水產(chǎn)程；分體機(jī)產(chǎn)生300 kg廢水，經(jīng)生物發(fā)酵補(bǔ)充水源后降解，實(shí)際無廢水排放。高溫高壓濕化處理設(shè)備每一批次產(chǎn)生廢水3 t，合每噸動物尸體產(chǎn)生1.4 t廢水；其BOD濃度為5.81×103mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)（60 mg/L）95.8倍，COD濃度為1.29×104mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)（150 mg/L）85倍，NH3-N濃度為3.76×102mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)（25 mg/ L）14倍，總磷濃度為13.4 mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)（1 mg/ L）12.4倍，動植物油總量2.92×102mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)（20 mg/L）13.6倍。

2.廢氣。

鑒于本試驗(yàn)場場地較為寬敞，未按照《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（16297-1996）布置檢測位點(diǎn)，而選用車間外(即車間邊緣)、車間外下風(fēng)20 m處為參考點(diǎn)采樣。檢測結(jié)果顯示：三種設(shè)備在運(yùn)行時(shí)均產(chǎn)生惡臭氣體，其中以濕化機(jī)尤其突出，車間外濃度高達(dá)730，排放濃度依次為一體機(jī)＜分體機(jī)＜高溫高壓濕化機(jī)（均為無組織排放）；車間外20 m處，除一體機(jī)外，其余兩種設(shè)備臭氣排放濃度均高于規(guī)定廠界標(biāo)準(zhǔn)（20），其余各種受檢測的大氣污染物均符合規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.廢渣。

生物降解工藝產(chǎn)生的廢渣約為初始物重量的50%；廢渣發(fā)酵腐熟后能顯著降低對種子的毒性。與未發(fā)酵的廢渣相比：發(fā)酵后種子發(fā)芽率從70%提高到100%，達(dá)到種子在蒸餾水中的發(fā)芽率；根長從2.1 cm提高到11.5 cm;芽長從9.4 cm提高到30.2 cm，接近了蒸餾水環(huán)境下的芽長，說明經(jīng)過發(fā)酵能有效降低動物尸體殘?jiān)鼘ΨN子的毒性；不過從 GI值分析看，即便經(jīng)過發(fā)酵GI值從8%上升到45%，仍低于研究認(rèn)為的50%的標(biāo)準(zhǔn)，說明完全腐熟需要發(fā)酵更長的時(shí)間或需要改良發(fā)酵條件。添加不同比例的腐熟物對玉米種子的生長試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：添加體積比為10%、20%的腐熟廢渣能有效促進(jìn)玉米的生長，其發(fā)芽率均高于純土培養(yǎng)25%；15 d時(shí)，植株平均長度為12.9 cm、13.6 cm，分別高于純土65.3%和74.4%；而添加量達(dá)到30%時(shí)，均高為7.4 cm，低于純土培養(yǎng)5%；純廢渣培養(yǎng)的玉米種子未見發(fā)芽。說明該廢棄物經(jīng)合當(dāng)比例還耕后能促進(jìn)植物生長，過高添加該廢渣對植物會產(chǎn)生不利影響。

六、結(jié)論

1.供試的三臺設(shè)備均能對微生物起到有效的殺滅作用。

2.受測試的設(shè)備運(yùn)行成本在不同的工作環(huán)境其運(yùn)行成本存在差異。處理量低于1 t的，適合一體機(jī)，高于1 t的，宜采用分體機(jī)。

3.對環(huán)境的影響。兩款設(shè)備受檢廢氣項(xiàng)目中主要污染指標(biāo)為臭氣濃度。在本試驗(yàn)環(huán)境下，如以車間外下風(fēng)向20 m為參考廠界，濕化機(jī)嚴(yán)重超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，分體機(jī)略高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，一體機(jī)可達(dá)標(biāo)排放。高溫生物降解工藝無廢水排放；高溫生物降解工藝產(chǎn)生的廢渣經(jīng)充分降解工藝后有望實(shí)現(xiàn)對動物無害化處理的同時(shí)達(dá)到廢棄物對環(huán)境的達(dá)標(biāo)排放。

七、存在的問題及建議

1.高溫降解后進(jìn)一步生物發(fā)酵工藝需要深入研究。對動物尸體的生物降解菌種應(yīng)當(dāng)深入研究、篩選出具有針對性的降解菌群組合并找出最佳的發(fā)酵環(huán)境以期獲得對動物尸體的完全降解。

2.需要對動物尸體處理過程中的惡臭氣體成分進(jìn)行深入研究以為設(shè)計(jì)具有針對行的除臭方法打下基礎(chǔ)。在本試驗(yàn)中，分體機(jī)和一體機(jī)臭氣濃度亦分別達(dá)到130、97，相應(yīng)的硫化氫和氨氣濃度僅0.022 mg/m3(分體機(jī))、0.028 mg/m3(一體機(jī))、0.071 mg/m3(分體機(jī))、0.079 mg/m3(一體機(jī))，均低于環(huán)境二類空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對硫化氫和氨氣規(guī)定的0.1 mg/m3和2 mg/m3。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，動物尸體在不同的腐敗時(shí)間其產(chǎn)生的惡臭氣體成分存在差異，說明本試驗(yàn)檢測到的硫化氫和氨氣并非試驗(yàn)環(huán)境下惡臭氣體的主要成分。因此，有必要研究動物尸體腐敗過程中的惡臭氣體釋放規(guī)律并確認(rèn)其主要成分以針對性研發(fā)廢氣凈化方法，這對于該設(shè)備使用過程中環(huán)?？刂剖株P(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)（略）