病死畜禽生物發酵袋的設計及應用研究

王翠萍 王玉茂 趙守山 孫紅霞 劉小青 李雪艷

1.山東省鄒平市長山鎮畜牧獸醫站，山東鄒平256200；2.山東省濱州畜牧獸醫研究院，山東濱州256600

1 病死畜禽生物發酵袋的設計原理

1.1 發酵袋的內環境要求

病死畜禽生物發酵是利用具有特定功能的微生物，將動物尸體進行礦質化、腐質化和無害化的生物化學過程。在袋內整個發酵過程靠稻殼、鋸末等墊料作為碳源物質為微生物提供能量，而動物尸體組織為微生物的蛋白質合成提供氮源。在袋內經過發酵，使病死畜禽最終轉化為一種性質穩定、含有豐富有機質及各種礦物質的可應用于植物耕作的有機肥料。

1.2 病死畜禽生物發酵的理化過程

根據整個生物發酵過程中的溫度變化，可以將生物發酵過程分為升溫、高溫、降溫和腐熟4 個階段：

第一階段是升溫階段。在好氧條件下，動物體內的蛋白質、淀粉以及簡單的糖類經微生物的生化分解，釋放出大量能量，堆體溫度繼續升高，在此階段起主導作用的是中溫好氧型微生物。當堆體的溫度超過50 ℃后，中溫微生物的活性降低，堆體發酵進入第二階段。

第二階段是高溫階段。此階段溫度維持在60～70 ℃，依靠嗜熱微生物，將纖維素、木質素等一些難被水解的有機物分解。分解有機物產生高溫，使大部分微生物難以存活，總的微生物活性降低，分解有機物產生的熱量逐漸降低，溫度不再升高，從而達到最高溫度。高溫在持續一段時間之后，開始形成腐殖質，堆肥的產物基本成型。

第三階段是降溫階段。溫度高于70 ℃后，嗜熱微生物活性降低，微生物大量死亡或者進入休眠狀態。但由于各種微生物所含各種酶的作用，有機物的腐解作用仍在進行，隨著作用的衰退，堆體內溫度也隨之降低。當下降到適當的溫度后，中溫微生物又恢復活性，腐殖化過程進一步進行。

第四階段是腐熟階段。有機物耗盡后，微生物進入內源呼吸期，溫度下降，中溫微生物重占優勢，腐殖質增加，堆體中的腐殖質趨于穩定，堆肥基本成型。

2 病死畜禽生物發酵袋的設計樣式

依據發酵好氧、厭氧、兼性厭氧的原理，考慮環境溫度對發酵的影響，對病死畜禽生物發酵袋進行如下設計：

發酵袋包括底部進氣閥，附袋內壁輸入管，輸入管的上端1/3 處鉆孔，袋上部出氣閥，頂端與出氣閥相連，發酵袋為雙層保溫氣密特殊材料，采用特殊粘結工藝，雙層保溫層之間可以外接熱源；袋的頂部左右各留1 個口。

當外界環境溫度過低時，菌種活性降低，發酵效率降低，所以在現有技術中單一使用自然發酵的情況下，設計太陽能換熱裝置配合換熱套管、電熱鍋爐配合地暖盤管的雙供熱設計，可保證發酵袋內長期保持在菌種最適活性溫度，并且不受氣候條件的限制。攪拌器的設計可保證擴大發酵菌種與病死畜禽尸體接觸面，從而高效、低成本分解處理動物尸體。

設計圖見圖1 至圖3。圖中：1 發酵袋，2 外袋，3內袋，4 分布支管，5 輸氧管，6 排氣管，7 排氣閥，8輸氧閥，9 分布主管，10 進料管，11 進料閥，12 排料管，13 排料閥，14 電熱板，15 承載板，16 萬向輪，17外管，1701 布氣孔，18 內管，19 支撐桿，20 二級換熱器，21 一級換熱器，22 吸附箱，23 活性炭吸附罐，24 風機，25 氧氣輸入管。

圖1 生物發酵袋氣囊主視剖視示意圖

圖2 生物發酵袋分布主管與分布支管連接示意圖

圖3 發酵裝置結構示意圖

3 病死畜禽生物發酵袋的應用

1）發酵菌種本單位研制包括芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌等有益菌群及其代謝產物（消化酶、蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、氨基酸、微生物等）。有效活菌含量每克10 億以上。

2）發酵墊料配制及采樣。2 m2發酵袋不同季節所用的材料比例見表1。

表1 2 m2 發酵袋不同季節所用材料比例詳情

以制作10 m3墊料為例：將2 kg 菌種和30 kg次粉充分混合均勻。再將此混合物加40 kg 鋸末充分混合均勻，這是菌種的二級預混。將制作好的菌種混合均勻地撒在鋸末和稻殼混合物的墊料堆表面上，并與之混合均勻。再將液態菌種加水以1:20的比例稀釋后用噴霧器均勻地噴在混合好的大批墊料堆表面上后開始加水再混合。

墊料整體水分的濕度達到45%左右最適宜。現場實踐是用手抓墊料來判斷，即墊料用手捏無水從手指縫中流出，感覺有一定濕度，散開手手心向下，輕抖手面有鋸末黏在手上，說明水分掌握較為適宜。

將制作好的墊料平鋪在發酵袋內，填充量為發酵袋的2/3。將病死畜禽（100 kg 病死雞）均勻埋入發酵袋發酵料中。當溫度累計到60～65 ℃時，開始打開通氣閥門通氣12 h，溫度可上升到70 ℃以上后，再次通氣12 h，這樣累計2～3 次，大約7～10 d 就可以發酵完成。發酵完全的物料沒有明顯的臭味、松軟且帶有白色菌絲體。

3）不同發酵時間的樣品采樣。追蹤監測采樣至第30 d（比試驗方案多追蹤了1 周），以5 d 為1 個時間階段，采用“五點取樣法”（每層的前、后、左、右及中心，圖4）采集樣品，每次采樣每個堆體各采樣15 份，混合均勻。將發酵樣品混合均勻后，分析樣品色、氣味、松散度、濕度、成分的完整性等表觀特征。

圖4 每層5 個取樣點分布

4）發酵產物理化參數測定。溫度記錄追蹤：實時監測不同時間上、中、下3 層的溫度，將得到的數據分析整理。通過記錄、利用圖5 至圖7 和表2 分析可以看出，在整個發酵過程中，發酵袋內平均溫度維持在65 ℃以上的天數可達7 d 左右，有效促進了微生物的代謝活動和降低了病原微生物的活性，從而提高了整個發酵過程中的安全性。

圖5 A 組溫度平均值趨勢

圖6 B 組溫度平均值趨勢

圖7 C 組溫度平均值趨勢

由表2 可見，發酵堆在第20 天的CFU 最低，第30 天采集的樣品CFU 數量逐漸升高，因此，理論上此生物發酵法的發酵時間設計到第20 天微生物含量最低。

3 組無害化處理堆經過20 d 的處理后，3 組菌體含量均下降明顯，含量的數量級非常一致，均達到6 個數量級。據相關數據可知，l g 肥沃土壤，如菜園土中?？珊?08個甚至更多的微生物，而在貧瘠土壤如生荒土中僅有103～107個微生物。因此，此生物發酵法無害化處理病死家禽后，其微生物含量已僅僅相當于荒土等貧瘠土壤的微生物含量。綜上所述，說明采用生物發酵袋無害化方法處理病死家禽，其殺滅微生物的效果非常顯著[1]。

表2 徐州11 個區域規模養殖場蛋雞的腸道疾病調查統計 CFU/g

4 結論

根據以上指標測定和分析，可以得出，本方案中設計及應用的無害化生物發酵袋技術安全、可靠、可操作性強，不僅減輕了環境污染，而且給養殖戶帶來個額外收入，此乃一舉兩得。與普通無害化發酵池和高溫高壓發酵設備相比具有以下優點：

1）占地面積小。此無害化發酵袋只占地2 m2，與其他技術比較減少80%。

2）建設成本低。全部投資只需0.5 萬元，比采用高溫高壓方法節約90%。

3）處理成本低。處理100 kg 重的病死家禽成本僅5～10 元。

4）無二次污染。本技術運行只需要稻殼鋸末等墊料，少量的電和微生物制劑產品，無有害氣體和臭味產生，全封閉系統無蠅蛆產生。

5）安全風險低。本技術的處理系統是成套生物處理系統，處理環境在一個微酸性、且連續高溫的封閉環境中，動物體內的病毒、致病細菌、寄生蟲等一般7 d 內可完全被殺滅；用過的墊料再經過密封高溫發酵還田，可循環利用，因此無生物安全問題。

6）節能耐用強。根據規模大小可定制不同的型號袋,也可多袋輪換使用。

7）資源可循環利用。動物尸體經過發酵處理后成為富含氨基酸、微量元素等的高檔有機肥，可用于農作物種植，實現資源循環。

設計的病死畜禽生物發酵袋可以大力推廣。本設計發酵袋可用于大小養殖場戶的任何動物發酵，投資少、應用方便、可持續、便于普及病死畜禽的無害化處理，為我國病死畜禽的處理提供了一項可迅速推廣、可持續發展的重要方案。例如，2019年“利奇馬”臺風引起強大洪災，當地洪水淹死雞鴨80 萬只，在進行無害化處理中，生物發酵袋技術發揮了重要作用，有力地保證了因尸體腐爛造成的環境污染防控。