病死畜禽高效微波灭菌生物降解处理工艺与设备

杨昂超，麦永强

（广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630）

0 引言

近年来，随着养殖业的快速发展，在保证满足畜产品需求的同时，也产生了大量的畜禽粪便、污水、废气以及病死畜禽尸体等养殖场污染废弃物[1]。据2019年两会报道，2018年全国畜禽粪污产生量高达38.2亿t，给环境治理带来了巨大的压力。畜禽粪污中由于病死畜禽携带了大量的病原微生物和寄生虫[2]，有人畜共患的病源，更是疫情的传播源。对病死畜禽进行无害化处理不仅事关畜产品质量安全，也事关畜牧养殖业经济的持续稳定发展、社会公共卫生安全和人民群众的身体健康[3]。

自2018年8月在中国发生首例非洲猪瘟以来，非洲猪瘟疫情在中国多省市持续增加，据统计至2019年2月总发病104起，整体发病死亡率达60%以上，累计捕杀总量达91.6万头，由此造成的直接经济损失达5亿多元。因此，研制高效灭菌、安全的无害化处理畜禽尸体技术和相关设备已迫在眉睫。

1 无害化处理

1.1 常规无害化处理方法

目前国内外对病死禽畜的常规无害化处理方法主要有焚化、掩埋、化制和堆肥生化处理等[4]。焚化处理费钱又费力，产生的浓烟、臭味、戴奥辛等使环境污染严重，收集运送时易传染疾病，所需燃料费用成本高；掩埋处理需要大量的土地又无法确保彻底杀菌消毒，会造成土壤、地下水污染，且掩埋基地处理程序繁杂；化制处理会产生恶臭、血水，污染地下水资源，滋生病媒破坏土壤。上述3种动物尸体的处理方法均存在容易滋生病菌，造成环境污染，危害生态环境的缺点。而堆肥生化处理是一项对病死动物及其制品无害化处理的新型技术，不需高压和锅炉，同时具备自动化程度高、操作简单的特点。

1.2 结合微波灭菌的生物降解技术

堆肥生化发酵是处理病死畜禽的有效方法[5]，然而，生物降解过程毕竟只是生物作用，发酵过程的物料温度控制在55～65℃左右，不能保证同样是生物体的病原微生物能完全被杀灭。在投新料时，动物尸体如不进行灭菌处理，病菌有可能随空气等媒介飘出系统，危害养殖场周边环境及公共卫生安全。投料时新料含有大量杂菌（含病菌），进入降解系统后与发酵菌群争夺资源，会降低处理效率，甚至可能导致发酵系统崩溃。所以无论从养殖环境、公共卫生安全角度，还是提高生物降解机处理效率角度，都应该在第一时间对动物尸体进行灭菌、消毒，减少病原微生物存活机会，才能有助于降低养殖风险，发挥生化无害化处理系统的效益。

微波作为一种电磁波[6]，照射于物体时，引起物体内部分子间摩擦运动，在有水分存在时，产生热效应杀灭所有微生物，不需要利用传热介质的传导和对流传热，并且具有杀菌时间短、升温速度快、能耗少、杀菌均匀彻底、原料养分损失少等特点。因此微波灭菌的工作原理非常适合利用生物降解法处理畜禽尸体前的灭菌作业。

病死畜禽生化处理机工作原理是利用堆肥产生的高温杀死病死畜禽的病原微生物，同时微生物分解病死畜禽，变成植物肥料，完成无害化处理[7]。处理过程高效快速，完全密封，并配有除臭装置，无污水及臭味等二次污染产生，只需1～2 d即可分解得到高养份的有机肥料。

紫外线可用于处理车间内的机器表面、一般物品表面和空气消毒，使用方便，可解决微波无法处理的物件和方位，可作为补充手段，全方位解决动物尸体生化处理车间病原微生物的污染问题。

因此，结合微波灭菌和生物降解等技术，研发集约化养殖业畜禽尸体的综合治理新工艺与新装备，不仅能够快速腐化尸体，有效地切断畜禽病毒的传播，而且可以将畜禽尸体彻底地转化为有机肥，从根本上解决畜禽尸体无害化处理问题。

2 微波灭菌无害化处理系统的工艺流程

将原料（病死畜禽尸体）经提升机投入破碎机粉碎，再用微波灭菌技术装置对畜禽尸体碎粒进行灭菌消毒处理，然后投入生化发酵室中，加入蘑菇渣、米糠等辅料及菌剂并调节水分，进行密闭加温、搅拌和高温发酵处理，经过24 h后病死畜禽尸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。密闭处理车间通过紫外线杀菌装置对车间内物品表面、空气进行灭菌消毒处理。

2.1 工艺流程

微波灭菌无害化处理系统的工艺流程如图1所示。工人将病死畜禽（日处理量≤1 000 kg）由专用车装载至无害化处理车间，自卸入容积为750 L提升斗内，提升斗通过牵引绳及滑轮组的共同作用把物料倒入破碎机接料斗。

图1 微波灭菌无害化处理系统工艺流程图

病死畜禽被专用破碎机快速破碎成小于40 mm的块状物[8]；当病死畜禽日处理量小于250 kg时，采取批量处理模式，即破碎后物料直接由搅龙输送至配有20支微波发射器的微波灭菌机里。物料在微波灭菌机内边翻转边往复运动，同时在微波辐射作用下被迅速加热。当病死畜禽日处理量大于250 kg时，则采取连续处理模式，即破碎后物料先进入缓冲仓，调整搅龙的输送速度与微波处理功率相匹配，物料缓慢且连续不断地被输送至微波灭菌机进行高温灭菌处理。物料在微波灭菌机里被快速、均匀、彻底加热。

经过微波辐射处理后的物料直接进入到生化处理机被继续加热到85℃，持续接受不少于30 min以上的高温灭菌作业。

定量的蘑菇渣、米糠等辅料及菌剂被投入提升斗，经提升进入成套无害化处理系统，辅料及菌剂的输送过程相当于对整个系统设备进行一次大清洁，避免了设备中可能存在的物料积聚。物料最终到达生化处理机并与高温灭菌后的病死畜禽混合，混合后物料温度约65℃，非常适合好氧堆肥的进行。混合物料在生化处理机里经绞碎、杀菌、发酵、干燥等多个环节，利用生物菌种与病死畜禽接触后发生的酶解作用，实现病死畜禽的无害化降解处理，从而把病死畜禽等废弃物快速降解处理为有机肥原料。

病死畜禽经破碎后流出来的血水由搅龙底部的孔隙进入到水处理装置，安装在集液箱上的微波发射器负责对收集到的液体进行加热灭菌，经过一定时间高温处理并冷却后的液体进入到废水处理系统进行后期处理并排放。高温降解无害化处理过程中产出的废气经滤网、管道、风机进入到气体净化器。废气在净化器内经活性碳滤解、UV光解共同作用后，达到环保要求排放。为避免无害化处理车间内可能存在的微细尘粒、气味或传染可能性，车间内配置若干紫外线消毒器，每天在投料结束后、设备停用时启动。

2.2 工艺技术特点

本工艺对病死畜禽实行先灭菌后降解的两阶段式无害化处理。第一阶段利用微波彻底对病死畜禽进行灭菌处理，实现快速升温、加热均匀、高效灭菌作业；第二阶段利用导热油加热实现持续保温灭菌，通过降解菌种的酶解作用实现病死畜禽的无害化降解处理。本工艺具有以下特点：

1）专用微波处理设备采用一体化设计，兼顾机械及热能处理作业功能，微波发射器采用集成化模块化设计，可靠性高，功率连续可调，实现节能高效、快速灭菌。系统还具有对微波灭菌处理后的残留细菌进一步杀灭功能，实现彻底灭活，阻断病原体传播途径，确保公共卫生安全。

2）微波处理及生化降解处理2个阶段均采用PLC智能化控制系统加液晶显示，每个阶段均可跟踪显示温度及时间控制，确定灭菌效果。整套系统稳定可靠，人性化设计，工人操作方便。

3）系统对物料实行固液分开灭菌处理，确保灭菌效果理想，确保以适合水分的物料进入后期生化降解，减少了辅料及菌种的使用量，缩短了发酵时间，提高了有机肥的品质。

4）具有连续、间接2种处理工作模式，对应于不同的日处理量，灵活方便，提高设备使用率，降低处理成本。

5）整个处理过程低碳环保，无产生废烟、气、液二次污染物，是可持续无害化处理方式[9]，且便于选址，可就近、就地建设处理，处理后的物质不污染环境。

6）厂房建设面积约为50 ㎡，占地面积小，在养殖场就近选择场地容易，且不会扰乱附近居民生活，大大降低处理难度。

7）处理效率高、成本低，且变废变宝，能实现农业循环经济。处理病死畜禽成本约250元/t，而产出有机肥价值则可达到800元/t，收益上略有赢利，可持续健康发展。

8）增加微薄的附加费用即可实施增量处理，实现模块化处理相对量大的病死畜禽，不仅适用于不同规模的养殖场、屠宰场，也适用于集中化、规模化的无害化处理中心。

3 微波灭菌生物降解无害化处理系统的生产设备

3.1 设备主要组成

微波灭菌无害化处理设备布置图如图2所示。微波灭菌生物降解无害化处理设备主要组成如表1所示，主要由提升机、破碎机、搅龙、微波灭菌机及生化处理机等组成。

图2 微波灭菌生物降解无害化处理设备布置图

表1 微波灭菌无害化处理设备主要组成

（续上表）

4 应用情况

成套微波灭菌无害化处理系统已在广东广三保公司安装并应用，应用情况表明,养殖场病死畜禽在经过快速加热微波高温灭菌（80～85℃）并保持不低于30 min的灭菌时间，再与其它辅料及菌剂混合达到好氧发酵温度（55～65℃）后，经过24 h的生化处理机的降解作业，不但可以将常见病原体全部彻底灭活，而且能变废为宝，生产出高品质的有机肥，这样既保证了生产过程中的安全性，又实现了产出物的无害化，使产出物可以放心使用或作深加工处理。实践证明，该成套设备结合微波技术、生物技术及工程技术应用，彻底解决了大型病死畜禽的粉碎、因含水率过高而致使菌种基质粘结、病死畜禽生物降解处理前的有效灭活病原菌、尾气处理问题,从而全方位解决了无害化处理车间病原微生物的污染问题，提高了生化处理机的效率，生产只含有益菌的高价营养原料，实现了养殖场有机废弃物无害化处理及资源化利用。

5 结语

病死畜禽的无害化处理关系到整个国家的环境卫生和全国人民的公共安全[10]，具有明显的公益性质。对病死畜禽及其无害化系统进行现场应用验证，结果表明，该系统运行可靠，性能稳定，功能齐全，操作方便。该系统可以对病死畜禽进行破碎、快速灭菌、搅拌、加热杀毒、通风加氧后进行发酵处理，最后制成无害粉状有机肥料。在处理过程中无烟、无臭、无废水，实现“源头减废、杀灭病菌、循环经济、变废为宝”的环保要求，避免病死禽畜肉类流入市场，具有良好的社会效益。