病死畜禽高效微波滅菌生物降解處理工藝與設(shè)備

楊昂超，麥永強(qiáng)

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630）

0 引言

近年來(lái)，隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，在保證滿足畜產(chǎn)品需求的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的畜禽糞便、污水、廢氣以及病死畜禽尸體等養(yǎng)殖場(chǎng)污染廢棄物[1]。據(jù)2019年兩會(huì)報(bào)道，2018年全國(guó)畜禽糞污產(chǎn)生量高達(dá)38.2億t，給環(huán)境治理帶來(lái)了巨大的壓力。畜禽糞污中由于病死畜禽攜帶了大量的病原微生物和寄生蟲[2]，有人畜共患的病源，更是疫情的傳播源。對(duì)病死畜禽進(jìn)行無(wú)害化處理不僅事關(guān)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全，也事關(guān)畜牧養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、社會(huì)公共衛(wèi)生安全和人民群眾的身體健康[3]。

自2018年8月在中國(guó)發(fā)生首例非洲豬瘟以來(lái)，非洲豬瘟疫情在中國(guó)多省市持續(xù)增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)至2019年2月總發(fā)病104起，整體發(fā)病死亡率達(dá)60%以上，累計(jì)捕殺總量達(dá)91.6萬(wàn)頭，由此造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5億多元。因此，研制高效滅菌、安全的無(wú)害化處理畜禽尸體技術(shù)和相關(guān)設(shè)備已迫在眉睫。

1 無(wú)害化處理

1.1 常規(guī)無(wú)害化處理方法

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)病死禽畜的常規(guī)無(wú)害化處理方法主要有焚化、掩埋、化制和堆肥生化處理等[4]。焚化處理費(fèi)錢又費(fèi)力，產(chǎn)生的濃煙、臭味、戴奧辛等使環(huán)境污染嚴(yán)重，收集運(yùn)送時(shí)易傳染疾病，所需燃料費(fèi)用成本高；掩埋處理需要大量的土地又無(wú)法確保徹底殺菌消毒，會(huì)造成土壤、地下水污染，且掩埋基地處理程序繁雜；化制處理會(huì)產(chǎn)生惡臭、血水，污染地下水資源，滋生病媒破壞土壤。上述3種動(dòng)物尸體的處理方法均存在容易滋生病菌，造成環(huán)境污染，危害生態(tài)環(huán)境的缺點(diǎn)。而堆肥生化處理是一項(xiàng)對(duì)病死動(dòng)物及其制品無(wú)害化處理的新型技術(shù)，不需高壓和鍋爐，同時(shí)具備自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

1.2 結(jié)合微波滅菌的生物降解技術(shù)

堆肥生化發(fā)酵是處理病死畜禽的有效方法[5]，然而，生物降解過(guò)程畢竟只是生物作用，發(fā)酵過(guò)程的物料溫度控制在55～65℃左右，不能保證同樣是生物體的病原微生物能完全被殺滅。在投新料時(shí)，動(dòng)物尸體如不進(jìn)行滅菌處理，病菌有可能隨空氣等媒介飄出系統(tǒng)，危害養(yǎng)殖場(chǎng)周邊環(huán)境及公共衛(wèi)生安全。投料時(shí)新料含有大量雜菌（含病菌），進(jìn)入降解系統(tǒng)后與發(fā)酵菌群爭(zhēng)奪資源，會(huì)降低處理效率，甚至可能導(dǎo)致發(fā)酵系統(tǒng)崩潰。所以無(wú)論從養(yǎng)殖環(huán)境、公共衛(wèi)生安全角度，還是提高生物降解機(jī)處理效率角度，都應(yīng)該在第一時(shí)間對(duì)動(dòng)物尸體進(jìn)行滅菌、消毒，減少病原微生物存活機(jī)會(huì)，才能有助于降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)揮生化無(wú)害化處理系統(tǒng)的效益。

微波作為一種電磁波[6]，照射于物體時(shí)，引起物體內(nèi)部分子間摩擦運(yùn)動(dòng)，在有水分存在時(shí)，產(chǎn)生熱效應(yīng)殺滅所有微生物，不需要利用傳熱介質(zhì)的傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱，并且具有殺菌時(shí)間短、升溫速度快、能耗少、殺菌均勻徹底、原料養(yǎng)分損失少等特點(diǎn)。因此微波滅菌的工作原理非常適合利用生物降解法處理畜禽尸體前的滅菌作業(yè)。

病死畜禽生化處理機(jī)工作原理是利用堆肥產(chǎn)生的高溫殺死病死畜禽的病原微生物，同時(shí)微生物分解病死畜禽，變成植物肥料，完成無(wú)害化處理[7]。處理過(guò)程高效快速，完全密封，并配有除臭裝置，無(wú)污水及臭味等二次污染產(chǎn)生，只需1～2 d即可分解得到高養(yǎng)份的有機(jī)肥料。

紫外線可用于處理車間內(nèi)的機(jī)器表面、一般物品表面和空氣消毒，使用方便，可解決微波無(wú)法處理的物件和方位，可作為補(bǔ)充手段，全方位解決動(dòng)物尸體生化處理車間病原微生物的污染問(wèn)題。

因此，結(jié)合微波滅菌和生物降解等技術(shù)，研發(fā)集約化養(yǎng)殖業(yè)畜禽尸體的綜合治理新工藝與新裝備，不僅能夠快速腐化尸體，有效地切斷畜禽病毒的傳播，而且可以將畜禽尸體徹底地轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，從根本上解決畜禽尸體無(wú)害化處理問(wèn)題。

2 微波滅菌無(wú)害化處理系統(tǒng)的工藝流程

將原料（病死畜禽尸體）經(jīng)提升機(jī)投入破碎機(jī)粉碎，再用微波滅菌技術(shù)裝置對(duì)畜禽尸體碎粒進(jìn)行滅菌消毒處理，然后投入生化發(fā)酵室中，加入蘑菇渣、米糠等輔料及菌劑并調(diào)節(jié)水分，進(jìn)行密閉加溫、攪拌和高溫發(fā)酵處理，經(jīng)過(guò)24 h后病死畜禽尸體就可以完全轉(zhuǎn)化為腐熟有機(jī)肥料。發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)空氣凈化系統(tǒng)處理后排出。密閉處理車間通過(guò)紫外線殺菌裝置對(duì)車間內(nèi)物品表面、空氣進(jìn)行滅菌消毒處理。

2.1 工藝流程

微波滅菌無(wú)害化處理系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。工人將病死畜禽（日處理量≤1 000 kg）由專用車裝載至無(wú)害化處理車間，自卸入容積為750 L提升斗內(nèi)，提升斗通過(guò)牽引繩及滑輪組的共同作用把物料倒入破碎機(jī)接料斗。

圖1 微波滅菌無(wú)害化處理系統(tǒng)工藝流程圖

病死畜禽被專用破碎機(jī)快速破碎成小于40 mm的塊狀物[8]；當(dāng)病死畜禽日處理量小于250 kg時(shí)，采取批量處理模式，即破碎后物料直接由攪龍輸送至配有20支微波發(fā)射器的微波滅菌機(jī)里。物料在微波滅菌機(jī)內(nèi)邊翻轉(zhuǎn)邊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在微波輻射作用下被迅速加熱。當(dāng)病死畜禽日處理量大于250 kg時(shí)，則采取連續(xù)處理模式，即破碎后物料先進(jìn)入緩沖倉(cāng)，調(diào)整攪龍的輸送速度與微波處理功率相匹配，物料緩慢且連續(xù)不斷地被輸送至微波滅菌機(jī)進(jìn)行高溫滅菌處理。物料在微波滅菌機(jī)里被快速、均勻、徹底加熱。

經(jīng)過(guò)微波輻射處理后的物料直接進(jìn)入到生化處理機(jī)被繼續(xù)加熱到85℃，持續(xù)接受不少于30 min以上的高溫滅菌作業(yè)。

定量的蘑菇渣、米糠等輔料及菌劑被投入提升斗，經(jīng)提升進(jìn)入成套無(wú)害化處理系統(tǒng)，輔料及菌劑的輸送過(guò)程相當(dāng)于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行一次大清潔，避免了設(shè)備中可能存在的物料積聚。物料最終到達(dá)生化處理機(jī)并與高溫滅菌后的病死畜禽混合，混合后物料溫度約65℃，非常適合好氧堆肥的進(jìn)行?；旌衔锪显谏幚頇C(jī)里經(jīng)絞碎、殺菌、發(fā)酵、干燥等多個(gè)環(huán)節(jié)，利用生物菌種與病死畜禽接觸后發(fā)生的酶解作用，實(shí)現(xiàn)病死畜禽的無(wú)害化降解處理，從而把病死畜禽等廢棄物快速降解處理為有機(jī)肥原料。

病死畜禽經(jīng)破碎后流出來(lái)的血水由攪龍底部的孔隙進(jìn)入到水處理裝置，安裝在集液箱上的微波發(fā)射器負(fù)責(zé)對(duì)收集到的液體進(jìn)行加熱滅菌，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間高溫處理并冷卻后的液體進(jìn)入到廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行后期處理并排放。高溫降解無(wú)害化處理過(guò)程中產(chǎn)出的廢氣經(jīng)濾網(wǎng)、管道、風(fēng)機(jī)進(jìn)入到氣體凈化器。廢氣在凈化器內(nèi)經(jīng)活性碳濾解、UV光解共同作用后，達(dá)到環(huán)保要求排放。為避免無(wú)害化處理車間內(nèi)可能存在的微細(xì)塵粒、氣味或傳染可能性，車間內(nèi)配置若干紫外線消毒器，每天在投料結(jié)束后、設(shè)備停用時(shí)啟動(dòng)。

2.2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

本工藝對(duì)病死畜禽實(shí)行先滅菌后降解的兩階段式無(wú)害化處理。第一階段利用微波徹底對(duì)病死畜禽進(jìn)行滅菌處理，實(shí)現(xiàn)快速升溫、加熱均勻、高效滅菌作業(yè)；第二階段利用導(dǎo)熱油加熱實(shí)現(xiàn)持續(xù)保溫滅菌，通過(guò)降解菌種的酶解作用實(shí)現(xiàn)病死畜禽的無(wú)害化降解處理。本工藝具有以下特點(diǎn)：

1）專用微波處理設(shè)備采用一體化設(shè)計(jì)，兼顧機(jī)械及熱能處理作業(yè)功能，微波發(fā)射器采用集成化模塊化設(shè)計(jì)，可靠性高，功率連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效、快速滅菌。系統(tǒng)還具有對(duì)微波滅菌處理后的殘留細(xì)菌進(jìn)一步殺滅功能，實(shí)現(xiàn)徹底滅活，阻斷病原體傳播途徑，確保公共衛(wèi)生安全。

2）微波處理及生化降解處理2個(gè)階段均采用PLC智能化控制系統(tǒng)加液晶顯示，每個(gè)階段均可跟蹤顯示溫度及時(shí)間控制，確定滅菌效果。整套系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，人性化設(shè)計(jì)，工人操作方便。

3）系統(tǒng)對(duì)物料實(shí)行固液分開(kāi)滅菌處理，確保滅菌效果理想，確保以適合水分的物料進(jìn)入后期生化降解，減少了輔料及菌種的使用量，縮短了發(fā)酵時(shí)間，提高了有機(jī)肥的品質(zhì)。

4）具有連續(xù)、間接2種處理工作模式，對(duì)應(yīng)于不同的日處理量，靈活方便，提高設(shè)備使用率，降低處理成本。

5）整個(gè)處理過(guò)程低碳環(huán)保，無(wú)產(chǎn)生廢煙、氣、液二次污染物，是可持續(xù)無(wú)害化處理方式[9]，且便于選址，可就近、就地建設(shè)處理，處理后的物質(zhì)不污染環(huán)境。

6）廠房建設(shè)面積約為50 ㎡，占地面積小，在養(yǎng)殖場(chǎng)就近選擇場(chǎng)地容易，且不會(huì)擾亂附近居民生活，大大降低處理難度。

7）處理效率高、成本低，且變廢變寶，能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。處理病死畜禽成本約250元/t，而產(chǎn)出有機(jī)肥價(jià)值則可達(dá)到800元/t，收益上略有贏利，可持續(xù)健康發(fā)展。

8）增加微薄的附加費(fèi)用即可實(shí)施增量處理，實(shí)現(xiàn)模塊化處理相對(duì)量大的病死畜禽，不僅適用于不同規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng)、屠宰場(chǎng)，也適用于集中化、規(guī)?；臒o(wú)害化處理中心。

3 微波滅菌生物降解無(wú)害化處理系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備

3.1 設(shè)備主要組成

微波滅菌無(wú)害化處理設(shè)備布置圖如圖2所示。微波滅菌生物降解無(wú)害化處理設(shè)備主要組成如表1所示，主要由提升機(jī)、破碎機(jī)、攪龍、微波滅菌機(jī)及生化處理機(jī)等組成。

圖2 微波滅菌生物降解無(wú)害化處理設(shè)備布置圖

表1 微波滅菌無(wú)害化處理設(shè)備主要組成

（續(xù)上表）

4 應(yīng)用情況

成套微波滅菌無(wú)害化處理系統(tǒng)已在廣東廣三保公司安裝并應(yīng)用，應(yīng)用情況表明,養(yǎng)殖場(chǎng)病死畜禽在經(jīng)過(guò)快速加熱微波高溫滅菌（80～85℃）并保持不低于30 min的滅菌時(shí)間，再與其它輔料及菌劑混合達(dá)到好氧發(fā)酵溫度（55～65℃）后，經(jīng)過(guò)24 h的生化處理機(jī)的降解作業(yè)，不但可以將常見(jiàn)病原體全部徹底滅活，而且能變廢為寶，生產(chǎn)出高品質(zhì)的有機(jī)肥，這樣既保證了生產(chǎn)過(guò)程中的安全性，又實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)出物的無(wú)害化，使產(chǎn)出物可以放心使用或作深加工處理。實(shí)踐證明，該成套設(shè)備結(jié)合微波技術(shù)、生物技術(shù)及工程技術(shù)應(yīng)用，徹底解決了大型病死畜禽的粉碎、因含水率過(guò)高而致使菌種基質(zhì)粘結(jié)、病死畜禽生物降解處理前的有效滅活病原菌、尾氣處理問(wèn)題,從而全方位解決了無(wú)害化處理車間病原微生物的污染問(wèn)題，提高了生化處理機(jī)的效率，生產(chǎn)只含有益菌的高價(jià)營(yíng)養(yǎng)原料，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖場(chǎng)有機(jī)廢棄物無(wú)害化處理及資源化利用。

5 結(jié)語(yǔ)

病死畜禽的無(wú)害化處理關(guān)系到整個(gè)國(guó)家的環(huán)境衛(wèi)生和全國(guó)人民的公共安全[10]，具有明顯的公益性質(zhì)。對(duì)病死畜禽及其無(wú)害化系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證，結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，功能齊全，操作方便。該系統(tǒng)可以對(duì)病死畜禽進(jìn)行破碎、快速滅菌、攪拌、加熱殺毒、通風(fēng)加氧后進(jìn)行發(fā)酵處理，最后制成無(wú)害粉狀有機(jī)肥料。在處理過(guò)程中無(wú)煙、無(wú)臭、無(wú)廢水，實(shí)現(xiàn)“源頭減廢、殺滅病菌、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、變廢為寶”的環(huán)保要求，避免病死禽畜肉類流入市場(chǎng)，具有良好的社會(huì)效益。