楊昂超，麥永強

（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，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，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)殖場污染廢棄物[1]。據(jù)2019年兩會報道，2018年全國畜禽糞污產(chǎn)生量高達38.2億t，給環(huán)境治理帶來了巨大的壓力。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。對病死畜禽進行無害化處理不僅事關(guān)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全，也事關(guān)畜牧養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、社會公共衛(wèi)生安全和人民群眾的身體健康[3]。

自2018年8月在中國發(fā)生首例非洲豬瘟以來，非洲豬瘟疫情在中國多省市持續(xù)增加，據(jù)統(tǒng)計至2019年2月總發(fā)病104起，整體發(fā)病死亡率達60%以上，累計捕殺總量達91.6萬頭，由此造成的直接經(jīng)濟損失達5億多元。因此，研制高效滅菌、安全的無害化處理畜禽尸體技術(shù)和相關(guān)設(shè)備已迫在眉睫。

1 無害化處理

1.1 常規(guī)無害化處理方法

目前國內(nèi)外對病死禽畜的常規(guī)無害化處理方法主要有焚化、掩埋、化制和堆肥生化處理等[4]。焚化處理費錢又費力，產(chǎn)生的濃煙、臭味、戴奧辛等使環(huán)境污染嚴重，收集運送時易傳染疾病，所需燃料費用成本高；掩埋處理需要大量的土地又無法確保徹底殺菌消毒，會造成土壤、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。而堆肥生化處理是一項對病死動物及其制品無害化處理的新型技術(shù)，不需高壓和鍋爐，同時具備自動化程度高、操作簡單的特點。

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，生物降解過程畢竟只是生物作用，發(fā)酵過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，動物尸體如不進行滅菌處理，病菌有可能隨空氣等媒介飄出系統(tǒng)，危害養(yǎng)殖場周邊環(huán)境及公共衛(wèi)生安全。投料時新料含有大量雜菌（含病菌），進入降解系統(tǒng)后與發(fā)酵菌群爭奪資源，會降低處理效率，甚至可能導致發(fā)酵系統(tǒng)崩潰。所以無論從養(yǎng)殖環(huán)境、公共衛(wèi)生安全角度，還是提高生物降解機處理效率角度，都應(yīng)該在第一時間對動物尸體進行滅菌、消毒，減少病原微生物存活機會，才能有助于降低養(yǎng)殖風險，發(fā)揮生化無害化處理系統(tǒng)的效益。

微波作為一種電磁波[6]，照射于物體時，引起物體內(nèi)部分子間摩擦運動，在有水分存在時，產(chǎn)生熱效應(yīng)殺滅所有微生物，不需要利用傳熱介質(zhì)的傳導和對流傳熱，并且具有殺菌時間短、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。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，同時微生物分解病死畜禽，變成植物肥料，完成無害化處理[7]。處理過程高效快速，完全密封，并配有除臭裝置，無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)份的有機肥料。

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

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)化為有機肥，從根本上解決畜禽尸體無害化處理問題。

2 微波滅菌無害化處理系統(tǒng)的工藝流程

將原料（病死畜禽尸體）經(jīng)提升機投入破碎機粉碎，再用微波滅菌技術(shù)裝置對畜禽尸體碎粒進行滅菌消毒處理，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，進行密閉加溫、攪拌和高溫發(fā)酵處理，經(jīng)過24 h后病死畜禽尸體就可以完全轉(zhuǎn)化為腐熟有機肥料。發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)空氣凈化系統(tǒng)處理后排出。密閉處理車間通過紫外線殺菌裝置對車間內(nèi)物品表面、空氣進行滅菌消毒處理。

2.1 工藝流程

微波滅菌無害化處理系統(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）由專用車裝載至無害化處理車間，自卸入容積為750 L提升斗內(nèi)，提升斗通過牽引繩及滑輪組的共同作用把物料倒入破碎機接料斗。

圖1 微波滅菌無害化處理系統(tǒng)工藝流程圖

病死畜禽被專用破碎機快速破碎成小于40 mm的塊狀物[8]；當病死畜禽日處理量小于250 kg時，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)射器的微波滅菌機里。物料在微波滅菌機內(nèi)邊翻轉(zhuǎn)邊往復運動，同時在微波輻射作用下被迅速加熱。當病死畜禽日處理量大于250 kg時，則采取連續(xù)處理模式，即破碎后物料先進入緩沖倉，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進行高溫滅菌處理。物料在微波滅菌機里被快速、均勻、徹底加熱。

經(jīng)過微波輻射處理后的物料直接進入到生化處理機被繼續(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)提升進入成套無害化處理系統(tǒng)，輔料及菌劑的輸送過程相當于對整個系統(tǒng)設(shè)備進行一次大清潔，避免了設(shè)備中可能存在的物料積聚。物料最終到達生化處理機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行?；旌衔锪显谏幚頇C里經(jīng)絞碎、殺菌、發(fā)酵、干燥等多個環(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，實現(xiàn)病死畜禽的無害化降解處理，從而把病死畜禽等廢棄物快速降解處理為有機肥原料。

病死畜禽經(jīng)破碎后流出來的血水由攪龍底部的孔隙進入到水處理裝置，安裝在集液箱上的微波發(fā)射器負責對收集到的液體進行加熱滅菌，經(jīng)過一定時間高溫處理并冷卻后的液體進入到廢水處理系統(tǒng)進行后期處理并排放。高溫降解無害化處理過程中產(chǎn)出的廢氣經(jīng)濾網(wǎng)、管道、風機進入到氣體凈化器。廢氣在凈化器內(nèi)經(jīng)活性碳濾解、UV光解共同作用后，達到環(huán)保要求排放。為避免無害化處理車間內(nèi)可能存在的微細塵粒、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)備停用時啟動。

2.2 工藝技術(shù)特點

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

1）專用微波處理設(shè)備采用一體化設(shè)計，兼顧機械及熱能處理作業(yè)功能，微波發(fā)射器采用集成化模塊化設(shè)計，可靠性高，功率連續(xù)可調(diào)，實現(xiàn)節(jié)能高效、快速滅菌。系統(tǒng)還具有對微波滅菌處理后的殘留細菌進一步殺滅功能，實現(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個階段均采用PLC智能化控制系統(tǒng)加液晶顯示，每個階段均可跟蹤顯示溫度及時間控制，確定滅菌效果。整套系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，人性化設(shè)計，工人操作方便。

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

4）具有連續(xù)、間接2種處理工作模式，對應(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）整個處理過程低碳環(huán)保，無產(chǎn)生廢煙、氣、液二次污染物，是可持續(xù)無害化處理方式[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)殖場就近選擇場地容易，且不會擾亂附近居民生活，大大降低處理難度。

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

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

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

3.1 設(shè)備主要組成

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

圖2 微波滅菌生物降解無害化處理設(shè)備布置圖

表1 微波滅菌無害化處理設(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)殖場病死畜禽在經(jīng)過快速加熱微波高溫滅菌（80～85℃）并保持不低于30 min的滅菌時間，再與其它輔料及菌劑混合達到好氧發(fā)酵溫度（55～65℃）后，經(jīng)過24 h的生化處理機的降解作業(yè)，不但可以將常見病原體全部徹底滅活，而且能變廢為寶，生產(chǎn)出高品質(zhì)的有機肥，這樣既保證了生產(chǎn)過程中的安全性，又實現(xiàn)了產(chǎn)出物的無害化，使產(chǎn)出物可以放心使用或作深加工處理。實踐證明，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、尾氣處理問題,從而全方位解決了無害化處理車間病原微生物的污染問題，提高了生化處理機的效率，生產(chǎn)只含有益菌的高價營養(yǎng)原料，實現(xiàn)了養(yǎng)殖場有機廢棄物無害化處理及資源化利用。

5 結(jié)語

病死畜禽的無害化處理關(guān)系到整個國家的環(huán)境衛(wèi)生和全國人民的公共安全[10]，具有明顯的公益性質(zhì)。對病死畜禽及其無害化系統(tǒng)進行現(xiàn)場應(yīng)用驗證，結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行可靠，性能穩(wěn)定，功能齊全，操作方便。該系統(tǒng)可以對病死畜禽進行破碎、快速滅菌、攪拌、加熱殺毒、通風加氧后進行發(fā)酵處理，最后制成無害粉狀有機肥料。在處理過程中無煙、無臭、無廢水，實現(xiàn)“源頭減廢、殺滅病菌、循環(huán)經(jīng)濟、變廢為寶”的環(huán)保要求，避免病死禽畜肉類流入市場，具有良好的社會效益。