病死禽畜生化处理机的设计与研制

黄激文，曾庆东，陈朝旭，韦建吉

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

病死禽畜生化处理机的设计与研制

黄激文，曾庆东，陈朝旭，韦建吉

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

利用高温堆肥原理研制生产出的病死禽畜残体堆肥生化处理设备，具有撕碎、搅拌、加热、保温、接种发酵、废气净化处理等功能，可以对病死禽畜残体进行搅拌、加热杀菌、通风加氧进行发酵处理，最后制成有机肥料。

高温堆肥 病死禽畜 生化处理 有机肥料

0 前言

集约化禽畜养殖业近30年来的持续快速发展给人们提供了充足的肉蛋奶，但是其在改善人们生活水平的同时也产生了大量的污染物，包括大量的禽畜粪便、污水以及病死禽畜残体。相对于禽畜粪便对环境的污染，病死禽畜由于携带了大量的病原微生物，如果不及时有效地处理，对人和动物的危害更大更直接。

中国肉类协会统计资料显示，2010年我国的猪、牛和家禽的年出栏量分别为66 686.4万头、4 716.8万头和1 100 578万只。如此大量的动物养殖数量，不可避免地产生了大量的病死禽畜。一般情况下，养猪场、养鸡场的畜禽死亡率在2%～5%之间，如饲养管理不当，其死亡率可达15%以上。因此，对死亡畜禽的处理便成了生产中的一个重要问题。

广东省现代农业装备研究所研制的堆肥生化处理设备，具有撕碎、搅拌、加热、保温、接种发酵、废气净化处理等功能，可以对病死禽畜尸体进行灭菌、分解、发酵处理，最后转化成有机肥料，能有效处理养殖场病死禽畜尸体的问题。

堆肥生化处理病死禽畜的原理是利用好氧堆肥产生的高温杀灭病死禽畜携带的病原菌，同时利用高温微生物分解病死禽畜尸体，达到无害化处理的目的。

1 工艺流程

图1 病死禽畜生化处理工艺图

病死禽畜生化处理工艺路线如图1所示。将原料（病死禽畜残体）和辅料一起投入生化发酵室中，

加入菌剂并调节水分，进行密闭加温、搅拌、撕碎和高温发酵处理，经过一定时间病死禽畜残体就可以完全转化为腐熟有机肥料。发酵过程中产生的废气，经空气净化系统处理后排出。

2 基本结构和参数

2.1 基本结构

病死禽畜生化处理机主要由机架、生化室、搅拌装置、加热系统、保温系统、驱动系统、抽风系统、自动控制系统、废气净化装置等组成，如图2所示。

机架是处理机的基体部分，支承设备的其它部件，带有万向轮，起到支承和移动作用。

生化室是处理机的主体部分，病死禽畜尸体在生化室内，在活性喜盐、嗜酸、耐热微生物菌的作用下，快速分解成小分子有机物.

生化室要求耐磨、耐腐蚀，所以选用304不锈钢，焊接后并做漏水试验。

搅拌装置将病死禽畜尸体、菌剂、辅料等各种原料混和均匀，并可以撕碎禽畜尸体。搅拌轴上安装有多种搅拌桨，按功能分为：分进料搅拌桨、出料搅拌桨、混和搅拌桨等，各种搅拌桨按一定的规律排列在搅拌轴上。

加热系统由防爆式电加热器、导热油、油槽、温度传感器等组成，调节范围在0～120℃范围内，以便生化室物料温度稳定在发酵所需的最佳温度，保证病死禽畜尸体在最短时间内分解。

保温系统分布在生化室的四周，贴有不同厚度和材质的保温板，减少热量损耗。

抽风系统由过滤网、风机、管道等组成，及时排出发酵过程所产生的废气，并提供发酵所需的新鲜空气。

废气净化装置采用生物除臭和吸附除臭，将发酵过程所产生的废气净化后排放。

在生化处理机的研制过程中，考虑到发酵环境及美观要求，整机采用耐酸、碱的优质不锈钢（304）制作。

2.2 主要技术参数

9QSJ-300型废弃禽畜生化处理机主要处理质量在35 kg以下的病死禽畜，其主要技术指标见表1。

图2 生化处理机结构简图

表1 主要技术参数

3 关键部件的设计

3.1 生化发酵室的设计计算

根据调查，在一个万头猪场，每天非正常死亡的生猪约30头，其中一半以上是刚出生的小猪，加上猪胎盘等其它废弃物，每天需要的废弃物处理量约为300 kg。根据发酵原理，经计算，处理300 kg废弃物需要配用辅料450 kg，混和后物料的密度约为800 kg/m3。据此，计算发酵室的容积V：

式中 V为生化发酵室的有效容积，m3；m1为第一种物料的质量，kg；m2为第二种物料的质量，kg；m3为第三种物料的质量，kg；ρ为混和后物料的堆积密度，kg/m3。取整，生化室的体积为1 m3。

发酵室横截面下半部为半圆形，上半部为长方形，长方形的长、宽比是2∶1。现确定横截面圆半径R=0.45 m，则生化发酵室长度L为：

式中 L为生化发酵室的有效长度，m；R为生化发酵室的有效半径，m。

3.2 自动控制系统的设计

根据禽畜生化处理机的工艺设计流程，控制系统主要实现以下功能：定时开启停止搅拌机构，对物料进行搅拌；根据设定温度，自动控制加热系统，对物料加热；控制风机，进行除臭等。为确保稳定的、可靠的实现整个工作流程，电气控制系统采用可编程控制器（PLC）和温控表控制方式，对各动作进行自动化控制。总体设计如下图所示：

图3 控制系统结构

整个控制系统的设计包括硬件和软件两部分。

3.2.1 硬件设计

电气控制系统硬件采用可编程控制器（PLC）和温控表控制方式。可编控制器选用日本三菱FX1s-20MR控制器，温控表选用日本欧姆龙E5CZ-R2MT智能温控表，电气元件整体采用进口品牌，确保电气的稳定可靠。

3.2.2 软件设计

禽畜生化处理机具体工作流程如下：

手动方式：出料时使用，这时搅拌机不断搅拌，把物料送到出料口；

自动方式：工作时使用，这时搅拌机按预设的开启和关闭时间，进行间歇搅拌；

节能方式：当设备长时间（一般设定为24 h）内，没有投入物料时，控制器关闭加热系统，进入节能状态，同时开启节能指示灯；

除臭子系统：开启引风机，把设备内的空气及到除臭箱内，经除臭箱再排到大气中；

报警子系统：当投料口或出料口打开时，电源灯进入闪烁状态，警示操作人员注意安全。

程序用三菱GX Developer专业软件，采用梯形图编程方式编写，性能可靠。

4 项目试验及优化改造

样机调试、生产配料设计、带负荷试验并考核各项性能指标。

样机安装完毕后，先进行渗漏试验，再加入导热油，分别进行单动试机、联动试机、模拟自动生产。

投入替代物料，进行带负荷试机，检验各电机的启动电流、工作电流；加热器工作时间、停止时间；温度显示、自动控制状况等。确认设备全部正常后，进行实物试验。

用死猪做主料，蘑菇渣、米糠等做辅料，将主料与辅料充分混和，使其碳氮比控制在10～30∶1，含水率控制在40%～60%，然后加入高温菌种，进行实物试验。观察死猪尸体的变化情况：死猪尸体经历了膨胀、撕碎、猪肉消融、猪骨消融、猪皮消融、猪蹄消融等一系列变化。最后，死猪尸体与辅料都变成了粉状物料，排出机外。

在设备试验过程中，出料机构位置比较高，出料不方便，费人工，清理难；我们在处理机端部增加了一个出料口，出料快，省时省工。

搅拌器原设计为圆形结构，生产中有时会弯曲变形，后改进为圆形和加强刀片结构，即加强了搅拌器的刚性，又增加了搅拌器对死猪尸体的撕碎作业，加快了死猪的处理速度。

除臭箱原设计为2层抽屉结构，每层的厚度为250～300 mm的活性炭和生物除臭剂，试验中，除臭效果不是太好；改进为2层固定结构，每层厚度为600～800 mm，效果明显改观。

5 试验结论及改进方向

1）堆肥可以很好的分解病死禽畜残体，有效杀灭病原微生物，是一种低成本的病死禽畜处理方法。

2）现设备只能处理35 kg以下的病死禽畜尸体，对于大于此质量的病死禽畜尸体，需配套粉碎装置；

3）设备进料口高，操作工人劳动强度较大，需要增加进料装置，以方便工人操作；

4）可以采用更为先进的除臭方式，如生物除臭、光触媒除臭等。

Design and Development of a Biochemical Processor for Died Livestock and Poultries

Huang Jiwen,Zeng Qingdong,Chen Chaoxu,Wei Jianji
（Guangdong Institute of Modern Agricultural Equipment,Guangzhou 510630）

Using high-temperature composting principle to develop and produce a biochemical treatment equipment for died livestock and poultries，it achieves multi-function in work of tearing，mixing，heating，heat preservation，fermentation and waste gas purification treatment。Using this machine，the died livestock and poultries can be processed by mixing and heat sterilization and aeration and fermentation，finally made into organic fertilizer.

High temperature compost,died livestock and poultries,biochemical treatment,organic fertilizer

黄激文（1968-），男，汉族，湖南岳阳人，高级工程师，主要从事复混肥、有机肥、有机废弃物处理等工艺及设备的研究开发工作。