張振玲
(徐州生物工程職業技術學院動物工程系,江蘇 徐州 221006)
中國近幾年出欄的生豬量約7億頭/年,已成為公認的世界養豬大國。但在生豬養殖過程中,由于疫病及生產管理不當等原因,病死豬仍難以避免。目前,我國的生豬死亡率仍較高,如上海部分豬場2012—2015年生豬全程死亡率為19.54%[1]。若按照5%死亡率計算(2020年我國生豬死亡率防治目標是5%[2]),全國每年死豬的數量約有3 500萬頭;若是按照10%來計算,則每年產生約7 000萬頭死豬。也有報道說我國每年死亡豬只數超1億頭,估計需要處理的死豬量超過500萬噸[3]。尤其是2018年下半年以來,隨著非洲豬瘟疫情在全國的陸續暴發,我國病死豬的情況更加嚴重,死亡數量也相當可觀,但目前的死豬無害化處理程度卻并不理想。在部分地區,甚至存在病死肉的地下非法交易,使其流向人類餐桌,嚴重危及人類的身體健康,更可能引發新型高致病、高傳染性疾病的蔓延[4]。
病死豬無害化處理涉及養豬安全生產、環境和食品安全等多方面,其重要性不言而喻。前些年由于養殖業對病死豬無害化處理的重視程度尚不足不夠,同時相關法律法規不夠完善,一些豬場對病死豬采取簡單掩埋或是隨意丟棄,如2013年發生的“黃浦江死豬漂浮”事件等引起了全社會廣泛的關注。當然現在情況已經有了很大的改觀,不再可能會發生類似事件,然而病死豬亂扔亂拋與病死豬非法流入市場的現象仍時有發生(如今年福建武平縣發布查處兩起亂丟濫棄病死豬行為情況的通報以及廣東高州銷售病死豬肉報道等),從一個側面反應了當前我國病死豬無害化處理中還存在的一些問題。
為進一步規范病死及病害動物和相關動物產品無害化處理操作,原農業部獸醫局在2017年依法重新制定頒布了《病死及病害動物無害化處理技術規范》[5](以下簡稱《新規范》)。當前,雖然出臺了新的技術規范,但我國病死豬無害化處理仍需關注。現結合養豬生產實際以及《新規范》,對當前我國病死豬的無害化處理方法、使用情況及常見問題加以概括和總結,分析其特點及今后的發展趨勢,并提出相應的建議,希望能為豬場合理有效處理病死豬提供借鑒。
《新規范》中提到動物的無害化處理就是指用物理、化學等方法處理病死及病害動物和相關動物產品,消滅其所攜帶的病原體,消除危害的過程[5]。《新規范》為我國病害動物無害化處理工作提供了技術規范和基本要求,其中提到的病害動物無害化處理方法有焚燒法、化制法、高溫法、深埋法和硫酸分解法等共5種。另外關于病害動物的無害化處理,全國畜牧總站在2013年提到的技術中包括深埋法、焚燒法、堆肥法、化尸窖處理法、化制法和生物降解法[6]等6種方法,都是實踐中應用較多、較成熟的方法。上面提到的幾種無害化處理方法從原理上講可歸并為掩埋法、焚燒法、化制法和發酵法[7-9]等4大類,其中發酵法包括堆肥法、沼氣法、化尸窖法和生物降解法等。
為闡述方便,將我國病死豬的無害化處理方法按前述提及的分類方法分為以下幾種:1)掩埋法、2)焚燒法、3)化制法、4)發酵法(包括堆肥法、沼氣法、化尸窖法和生物降解法)、5)其他方法。
《新規范》中提到的深埋法適用于發生動物疫情或自然災害等突發事件時對病死及病害動物的應急處理,及邊遠和交通不便地區零星病死畜禽的處理。
養豬生產中病死豬的深埋坑應以實際處理死豬及相關產品數量確定,坑底應高出地下水位1.5 m以上,要防滲、防漏,坑底撒一層厚度為2~5 cm的生石灰或漂白粉。將病死豬及相關動物產品投入坑內,最上層距離地表1.5 m 以上。覆蓋距地表20~30 cm,厚度不少于1~1.2 m的覆土。覆土不要太實,以免腐敗產氣造成氣泡冒出和液體滲漏,另外還要設置警示標識和進行巡查,以及深埋場所的消毒處理[5]等。
將病死豬進行掩埋是傳統的一種處理方法。適用于除患有炭疽等芽孢桿菌類疫病,及牛海綿狀腦病、癢病以外的染疫動物及產品、組織的處理,常用于非常規條件下的應急措施和不具備工業化集中處理條件下所采取的方式[10]。此法經濟、簡單、易操作,是目前我國最常見的一種處理方式[11]。過去也是國內外普遍采用過的一種快速大規模處理豬尸體的主要方法[7]。近年來,隨著養豬業規模化、集約化發展,掩埋場地受到制約,許多豬場已無地可埋。歐盟國家已禁止使用該方法,但是在為了控制嚴重傳染性疾病暴發而殺死大量生豬時,作為一種應急處理措施時仍然還允許使用,另外在偏遠地區也還允許使用。美國目前在所有的養殖區仍允許使用掩埋法處理尸體[12]。此法由于自然降解速度慢、處理地點難尋、易造成土壤和地下水污染甚至病原微生物的再次擴散、耗時耗工和高生物安全風險,另外也不能資源化利用,不符合循環農業的理念,應逐步減少此方法的使用。
焚燒法是對國家規定的染疫動物及其產品、病死或者死因不明的動物尸體,屠宰前確認的病害動物、屠宰過程中經檢疫或肉品品質檢驗確認為不可食用的動物產品,以及其他應當進行無害化處理的動物及動物產品[5]的處理方法。可以分為直接焚燒和間接焚燒兩種方法。
2.2.1 直接焚燒法
將病死及病害動物和相關動物產品或破碎產物,投至焚燒爐本體燃燒室,經充分氧化、熱解,產生的高溫煙氣進入二次燃燒室繼續燃燒,產生的爐渣經出渣機排出。燃燒室溫度應≥850 ℃[5]。
病死豬直接焚燒是借助輔助燃料的熱量并且在富氧條件下對死亡動物直接加熱分解,最終成灰渣的過程,多在豬場實行,是許多國家都曾經使用過的傳統的處理病死豬的方法,現已基本不使用,但是在一些特定情況下有可能還會用到此方法。
2.2.2 炭化焚燒法
病死及病害動物和相關動物產品投至熱解炭化室,在無氧情況下經充分熱解,產生的熱解煙氣進入二次燃燒室繼續燃燒,產生的固體炭化物殘渣經熱解炭化室排出。熱解溫度應≥600 ℃,二次燃燒室溫度≥850 ℃,焚燒后煙氣在850 ℃以上停留時間≥2 s[5]。
炭化焚燒是經過改進的特殊的燃燒方法,通過熱解的原理,在無氧、高溫條件下,將死亡動物轉化成高溫煙氣和性質穩定的固體炭化物,高溫煙氣進一步燃燒的處置過程。其優點主要是能徹底消滅病原微生物、效果可靠且速度快。但是缺點也很明顯,就是費用高以及環保問題,另外該法也無法進行資源化利用,不符合循環農業的理念。
目前,歐盟亦已禁止使用該法,但是作為一種應急(如為控制嚴重傳染性疾病暴發而處理大量病死動物時)措施還允許使用,另外在偏遠地區也允許使用。在美國所有的動物尸體處理方法中,該方法因為費用較高而引起的抱怨最大,故最不可能繼續保留[12]。我國也要借鑒歐盟經驗,允許一些偏遠地區或是在嚴重傳染性疾病暴發時才允許使用該方法。實際上焚燒法在我國也不太常用,大型焚燒場所很少,許多地方建有小型焚尸爐,因費用較高而紛紛倒閉或停用,因此焚燒法也不符合我國國情[12]。但是在一些情況下還必須保留使用該方法,我國《病害動物和病害動物產品生物安全處理規程》中規定“對確認患口蹄疫、豬瘟、傳染性水泡病、豬密螺旋體痢疾、急性豬丹毒等烈性傳染病的病死豬須采用焚燒法進行無害化處理”。因此要合理布局一些較大型的焚燒處理中心,以應對上述提及的幾種烈性傳染病發生時的病死豬的處理。

圖1 病死豬
化制法是指在密閉的高壓容器內,通過向容器夾層或容器內通入高溫飽和蒸汽,在干熱、壓力或蒸汽的作用下,處理病死及病害動物和相關動物產品的方法[5]。不得用于患有炭疽等芽孢桿菌類疫病的染疫動物及產品、組織的處理,其他適用對象同2.1。化制法從原理上講可分為干化法和溫化法。
2.3.1 干化法
病死及病害動物和相關動物產品或破碎產物輸送入高溫高壓滅菌容器。處理物中心溫度≥140 ℃,壓力≥0.5 MPa(絕對壓力),時間≥4 h(具體處理時間隨處理物種類和體積大小而設定)。加熱烘干產生的熱蒸汽經廢氣處理系統后排出。加熱烘干產生的動物尸體殘渣傳輸至壓榨系統處理[5]。干化法化制病死豬尸體時,熱蒸汽不直接和病死豬尸體接觸,而循環于夾層中。病死豬放入化制機內受到干熱與壓力的作用而達到化制目的(熱蒸汽不直接接觸病死豬尸體),主要用于生產肉骨粉、油脂等。
2.3.2 濕化法
將病死及病害動物和相關動物產品或破碎產物送入高溫高壓容器,總質量不得超過容器總承受量的4/5。處理物中心溫度≥135 ℃,壓力≥0.3 MPa(絕對壓力),處理時間≥30 min(具體處理時間隨處理物種類和體積大小而設定)。高溫高壓結束后,對處理產物進行初次固液分離。固體物經破碎處理后,送入烘干系統;液體部分送入油水分離系統處理[5]。
在高溫和高壓的條件下,動物油脂融化和蛋白質凝固,病原微生物被殺滅。無害化處理產物經過進一步的處理,用作有機肥料、工業用油脂等,實現資源合理利用[10]。化制法雖然也較為傳統,但仍受到歐盟成員國的青睞。歐盟國家目前使用較為普遍,且將來很可能還是較青睞該法[13]。化制法成本也較高,加上尸體收集頻率降低,在美國,由于越來越嚴格的環保監管措施以及油脂、蛋白和皮革等價格的下降,化制廠越來越少[12,14]。國外發達國家除歐盟外使用的越來越少,逐漸為其他處理方法取代。在我國,濕化法是一種實現微生物滅菌的常規方法,國內應用較多,技術比較成熟。因為對病死豬進行化制可以產生有價值的副產品(骨粉、油脂、皮革、有機肥料等),實現了資源的循環利用,符合循環農業的思路和理念,同時能夠滅活大部分病原,但是要注意的是不得用于患有炭疽等芽孢桿菌類疫病的病死豬的處理。
此方法缺點也很明顯,就是投入成本較高,對技術和人員要求也較高,處理過程中易產生惡臭以及廢水,環保措施如若跟不上將對環境產生較大的壓力,使生產環境變得更差等。建議在較為發達的區域及較大規模的豬場采用此法進行病死豬的處理,而在種養殖結合區以及偏遠地區和散養戶較多的區域則不宜使用。
我們通常所說的發酵其實是一種在食品工業、生物和化學工業中有著廣泛應用的生物化學反應,是生物體對于有機物的分解過程。發酵法是指將動物尸體及相關動物產品與稻糠、木屑等輔料按要求擺放,利用動物尸體及相關動物產品產生的生物熱或加入特定生物制劑,發酵或分解動物尸體及相關動物產品的方法[15]。堆肥法、沼氣法、化尸窖法和生物降解法都主要是利用發酵的原理進行無害化處理的。
2.4.1 堆肥法
動物尸體堆肥是指將動物尸體置于堆肥內部,通過微生物的代謝過程降解動物尸體,并利用降解過程中產生的高溫殺滅病原微生物,最終達到減量化、無害化、穩定化的處理目的[6]。
動物尸體堆肥首先在20世紀80年代應用于禽類,后又使用在豬、牛等大牲畜的尸體處理上,在美國、加拿大和澳大利亞等許多發達國家被認可,并有在大規模疫病暴發情況下應用的成功實例[16],是一種較為簡單的實現資源循環利用的處理方法。其實堆肥(家庭或小農場水平)的使用已有幾千年歷史。近年來,堆肥被視為可持續的較有前途的廢物處理方式[17]。目前,對于堆肥法的研究較多[18-25]。近年來美國又將被動通風塑料封裹堆肥系統(A passively-ventilated plastic wrapped composting system)(一種最早用在禽流感引起的病死家禽堆肥處理上)經過改進用于病死豬尸體的堆肥試驗,結果表明這種方法在緊急情況下對病死豬的無害化和減量化方面的效果良好,有較好的應用前景[24]。
對病死豬進行堆肥具有技術簡單、投資小、臭味小、不污染水源、能滅活病原并能產生肥料且能在豬場進行等優點,符合廢棄物資源化利用以及循環農業的理念,是一種較為理想的無害化處理方法,建議在我國廣大的種養結合區的豬場使用該方法在豬場處理以達到減量化、無害化和穩定化處理病死豬的目的。但是由于堆肥法堆漚時間較長、處理能力有限,較適合中小豬場或養殖戶采用,在我國的南方地區如四川、江西、廣西、海南等養殖區等由于氣溫較高效果更好,在北方通過增加保溫層、地暖或堆肥菌劑等措施,也可以有效地進行。堆肥法技術簡單,成本低,在養殖成本不斷攀升的今天,具有較好的應用和推廣前景。

圖2 堆肥法
2.4.2 沼氣法
沼氣法又稱為厭氧生物發酵或厭氧消化技術,在農業固體廢棄物、餐廚垃圾和污水處理廠剩余污泥等有機廢棄物的處理處置中得到廣泛應用,在我國養殖業主要用于畜禽糞便的處理,產生沼氣和肥料。近年來上海市動物無害化處理中心和中國農業大學對病死豬厭氧發酵有一定的研究[26,27],在我國成為病死豬處理的新興技術。
沼氣法是利用受控制的厭氧細菌的分解作用,將有機物經厭氧消化轉化為沼氣和二氧化碳。厭氧消化的溫度一般分為低溫(25 ℃)、中溫(2 5 ~4 0 ℃)和高溫(>45 ℃)。中溫相比于高溫條件,對能源需求少,耐沖擊負荷和有毒物質的能力強,特別是在處理畜禽尸體這類廢物時,中溫條件更有利[26]。
厭氧發酵不僅殺死致病微生物和寄生蟲卵、消除臭味,同時還能提供清潔能源,沼液沼渣還可作為各種有機肥料、栽培食用菌、魚和蚯蚓等的飼料或飼料添加劑。沼氣法已在歐洲(尤以德國和北歐發展最為迅速)得到極大發展,在法國等其他歐盟國家也得到了廣泛應用,但是也有一些因素(高昂的初期投資以及監管負擔等)限制了其推廣使用[17]。近年來,我國開展了病死豬與豬糞混合厭氧發酵的試驗研究,結果表明混物料具有很好的產沼氣潛力,利用已有沼氣工程處理病死豬能獲得較好的經濟效益,并找到了最適的反應溫度和最佳的病死豬添加比例〔反應溫度35 ℃,病死豬添加比例為12%,能夠提升總產氣量26%,單位TS(總固形物含量)產氣量30%,單位VS(揮發性固形物含量)產氣量22%〕[28]。
我國非常重視沼氣工程的建設,“十一五”以來逐漸將推廣重點從農村戶用沼氣池轉移到大中型沼氣工程上來,每年投入財政資金數十億元,并出臺了成套畜禽養殖場沼氣工程技術標準,有力地推動了畜禽養殖場沼氣工程的發展[29]。另外,我國大部分縣市都有沼氣推廣部門,沿海和西南地區大中型豬場沼氣工程覆蓋率已超80%[19],因此具有良好的推廣基礎,所以沼氣法適宜于在具有大中型沼氣工程的規模養殖場推廣和使用,是我國病死豬無害化處理和資源化利用的發展方向之一。因此,建議具有大中型沼氣工程的規模豬場采用此方法。
2.4.3 化尸窖法
化尸窖又稱密閉沉尸井、處理窖、尸腐池、生物降解池、化尸池、無害化處理池等等,是指按照一定的要求,在地面挖坑后,采用磚和混凝土結構施工建設的密封池。化尸窖法是指以適量容積的化尸窖沉積動物尸體,讓其自然腐爛降解的方法[6]。
缺點是不能循環重復利用,只能使用一口,封一口,再造一口。另外,化尸窖內尸體自然降解過程受季節、區域等條件影響很大。此法適用于養殖場(小區)、鎮村集中處理場所等對批量畜禽尸體的無害化處理。但是因建造簡單、投入低、運行成本低等特點,目前在我國仍普遍使用,包括一些較大型的豬場也還在使用。而在發達國家正逐漸被其他較為先進的方法所替代。因不能循環重復利用和存在生物安全隱患等,所以不是發展方向,應加強對化尸窖運行單位的監管并逐漸減少此方法的使用。
2.4.4 生物降解法
生物降解是指將病死動物尸體投入到降解反應器中,利用微生物的發酵降解原理,將病死動物尸體破碎、降解、滅菌的過程,其原理是利用生物熱的方法將尸體發酵分解,以達到減量化、無害化處理的目的[6]。
該技術不產生廢水和煙氣,無異味,不需高壓和鍋爐,杜絕了安全隱患,同時具有節能、運行成本較低、操作簡單的特點。此外采用生物降解技術可以有效地減少病死畜禽的體積,實現減量化的目的[6]。
目前,生物降解的利用形式多樣,市場上已出現各種形式的利用模式,如在堆肥技術上演進的發酵床處理模式,為增加通氣性加強發酵效率的滾筒式發酵倉模式,為加快發酵輔助熱源的微加溫生物降解模式,為加快發酵在輔助熱源基礎上提前破碎的生物降解一體機模式,還有高溫化制與生物降解結合形成的高溫生物降解技術等等[6]。
用生物降解法進行處理,省時省工,節約能源,降低成本,提高效益。經生物發酵處理后,尸體可全部分解,與發酵原料充分混合,生產出的生物有機肥或生物蛋白粉是很好的有機肥料,可促進農牧業生產良性循環。另外,對環境的影響極低,不排放油煙和有害氣體,生態環保。由于該法是以耗氧微生物作用為主,氨氣、甲烷、硫化氫等有害氣體產生量很少,處理過程臭味小;由于有鋸末等墊料的吸收作用,加之處理在封閉、防滲場所環境下進行,不會因滲漏造成地下水污染[6]。
高溫生物降解是在密封的降解罐里完成的,利用外部破碎加熱和生物發酵的方法,使病死畜無害化降解。該法可降低無害化處理成本,徹底消滅病原以及可以生產有機肥料等優點,是目前較為理想的一種無害化處理技術[30]。該技術成本低廉、操作簡單、低碳環保,適用于不同規模養殖場、屠宰場、無害化處理中心等[31]。高溫生物降解法也是目前一些地方使用較多的方法,值得推廣。
主要靠使用強酸、強堿等化學溶劑分解病死動物尸體至液態的一種方法。
2.5.1 酸解法
硫酸分解法,將病死及病害動物和相關動物產品或破碎產物,投至耐酸的水解罐中,按每噸處理物加入水150~300 kg,后加入 98%的濃硫酸300~400 kg(具體加入水和濃硫酸量隨處理物的含水量而設定)。密閉水解罐,加熱使水解罐內升至 100~108 ℃,維持壓力≥0.15 MPa,反應時間≥4 h,至罐體內的病死及病害動物和相關動物產品完全分解為液態[5]。該法需嚴格遵守各種物料的添加順序。
2.5.2 堿解法
又叫堿化水解法,本是一種組織消化技術,1993年美國奧爾巴尼大學獸醫系首先用于處理染疫動物尸體[32,33]。堿化水解采用燒堿(氫氧化鈉)或氫氧化鉀作為催化劑,將尸體水解為無菌水溶液(包含多肽、氨基酸、糖類以及皂類物質)。尸體被放置在一個鋼合金容器里,加入燒堿,密封后處理3~6 h(150 ℃),高壓可顯著加速處理過程,且可殺滅朊病毒[33-35]。其優點是能顯著降低處理物重量和體積,能完全滅活病原,操作簡單、費用低,但是其缺點也很明顯就是處理能力較有限。
堿化水解法是目前歐盟處理病死動物使用的主要方法之一[32],在美國也越來越受到青睞[36]。但是該方法目前在我國還研究較少,應用更少,僅在高級別安全性實驗室領域有所研究和應用,此法具有徹底滅活包括朊病毒在內的病原微生物、不產生有害氣體、操作簡單、費用低等優點,具有一定的研究和推廣價值[37]。
堿化水解法與焚燒、掩埋等傳統處理方法相比具有生物安全性高、滅菌能力強、綠色環保等特點,能對染疫動物進行無害化處理,該技術在國外得到深入研究,并已在歐美發達國家得到應用,在動物尸體、屠宰場廢棄物等無害化處理方面展現出巨大的發展潛力,在國外已用于畜禽尸體無害化處理。但是該法在我國目前尚未引起足夠重視,研究及應用仍處于初級階段,所以要加強對堿化水解法的研究,以進一步提高我國死豬無害化處理水平[37]。
2.6.1 高溫法
《新規范》中對高溫法的描述較為簡單,是指常壓狀態下,在封閉系統內利用高溫處理病死及病害動物和相關動物產品的方法[5]。
向容器內輸入油脂,容器夾層經導熱油或其他介質加熱。將病死及病害動物和相關動物產品或破碎產物輸送入容器內,與油脂混合。常壓狀態下,維持容器內部溫度≥180 ℃,持續時間≥2.5 h(具體時間隨處理物的種類和體積大小而設定)[5]。可視情況對病死及病害動物和相關動物產品進行破碎等預處理。處理物或破碎產物體積(長×寬×高)≤125 cm3(5 cm×5 cm×5 cm)。加熱產生的熱蒸汽經廢氣處理系統后排出。加熱產生的動物尸體殘渣傳輸至壓榨系統處理,可以說是一種常壓下的化制法。
病死豬是一種生物質原料,生物質原料在無氧或缺氧(或是存在惰性氣體作為保護氣)的條件下進行高溫熱解,最后生成生物質炭。熱解炭化法是一種熱解炭化處理的方法,作為一種“綠色”經濟的方法,得到越來越多的重視,其熱解之后的油脂、炭化物等還可以被進一步資源化利用。熱解炭化處理病死豬是一種無害化的處理手段,也是我國目前推廣的一種處置方式[38]。
其他還有生物轉化法、逆聚合法等。
逆聚合法是采用高能量微波在富氮缺氧的密閉艙進行消毒滅菌的動物尸體廢棄物處理方式。該法每批次處理量不大,不適于大規模集中處理,另外設施購置、運行和維護的費用非常昂貴,適用領域較窄,可用于實驗型小型豬的尸體處理。
生物轉化法是利用黑水虻昆蟲的腐食性,將病死豬作為其飼料的無害化處理方法。2014年湖南長沙縣被列入全國病死動物無害化處理試點縣。該試點采用完全密閉的病死豬處理生產線,病死豬進入車間破碎后輸送至加熱爐,經兩小時200 ℃以上的高溫滅菌,將所剩殘渣進行生物發酵。利用發酵產物飼養食腐昆蟲黑水虻,再用黑水虻飼養青蛙,此為一種不同源的生物轉化過程。最后經過檢測,黑水虻及青蛙的各項指標合格。利用黑水虻實施生物轉化,為病死豬的無害化處理開辟了一條新的途徑。
生豬產業在我國整個畜牧業中占有主導地位,是現代農業產業體系的一個重要組成部分。病死豬的無害化處理事關重大疫病防控,食品安全和人民群眾的身體健康等多方面。應增強養豬場戶對于病死豬進行無害化處理的意識,進一步提高他們的積極性,促使養豬場戶對病死豬采取適宜的方法進行無害化處理。建議加大養殖環節病死豬無害化處理的補貼力度,不僅補貼規模化養豬場,還要將散戶和小規模養殖戶也列入補貼范圍,并提高補貼的水平以增強其進行無害化處理的積極性。各養豬場戶應根據各自豬場條件及所處的地理位置,合理選擇適宜的病死豬無害化處理方法,同時還應本著安全、節能、減排、增效等原則以及遵循資源化利用的循環農業的理念。
堆肥法技術簡單、成本低廉,可在豬場處理,是國內外學者公認的最具可行性的無害化和資源化處理方法,建議廣大種植區的豬場或家庭農場重點考慮使用堆肥法。在具有大中型沼氣工程的規模養殖場應重點考慮使用沼氣法。應逐漸減少化尸窖法的應用。必須合理布局一些較大型的焚燒處理中心。同時還應積極探索研究新的技術或方法。