动物废弃物无害化厂区工艺技术研究
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引言
我国是畜禽养殖业大国，养殖门槛低，散养户还较多，投资规模偏小[1]。目前，我国养殖业虽然逐渐进入了微利时代，但政府对养殖业的扶持力度逐年加大，综合来看，养殖带来的利润仍较为可观，所以，投资养殖行业的人逐渐增多[2]。据调查，我国畜禽传染病有200多种，每年因各类疾病引起的猪的死亡率在8%～12%，家禽的死亡率在12%～20%[3]。在部分地区，畜禽因病死亡后尸体被埋掉的比例不足20%，能够进行无害化处理的比例更小。随着全民食品安全和环保意识的增强，病死畜禽的无害化处理滞后于生产发展需要的矛盾加突出[4]。部分规模化养殖场常将病死畜禽非法低价卖给屠宰加工病死畜禽的个人或企业，小型的散养户由于意识薄弱，常将病死畜禽随意乱扔，甚至食用。近期，网络报道的上海黄浦江水源区漂浮大量死猪事件，直接反映出我国畜禽业的无害化处理正面临着严峻的挑战[5]。
1.1生产处理规模
根据对某市近些年死亡动物的种类、数量进行调研的结果，本项目的原料以死猪及猪肉制品为主，禽类、毛皮动物等其他动物及动物制品为辅，体积最大的动物按照成年的牛来考虑；在本系统中选择的设备单批次处理能力为5吨，每天运行2批次，每批次物料的处理时间为5-6小时，满足日处理10吨，年处理能力3000吨的要求。
1.2原料来源、收集范围、收集方式
原料来源：本项目原料主要为生猪等体型较小的病死动物。按照《病害动物和病害动物产品生物安全处理规程》（GB16548-2006）进行操作。处理对象分析具体见工程分析中工艺流程介绍。收集范围：本项目的收集范围为某市管辖的养殖场、养殖小区、养殖散户等。收集方式：本项目不上门收集动物尸体，采用定点收集的方式。按照规定设置暂存点，做好暂存点的防渗、清洗、消毒工作。暂存点由专人负责，制定管理制度。本项目将配备专用密封、防渗的厢式货车进行死亡动物的运输。运输过程制定规范，不能进行中转存放或堆放，直接将死亡动物运至厂区进行无害化处理。
1.3产品方案
本项目采用干法化制工艺处理技术，病死动物经高温破碎灭菌脱水后，产品方案见表1。动物尸体及产品经过无害化处理后的残渣可作为生产有机肥的原料，根据技术资料，1t的物料回收动物油脂0.05吨、残渣0.3吨。油脂经过过滤、精加工可提炼做生物柴油，油渣可以堆肥做成生物肥料。
2工艺技术方案设计
2.1工艺优选
目前国内外针对动物尸体常用的处理工艺有堆肥工艺、热解碳化工艺、传统蒸煮锅工艺、干法化制工艺等四种方法。通过对比四种无害化处理工艺方案可得表2。由表2可以看出：堆肥工艺由于占地面积大，未能彻底杀灭病原体，因此首先可以排除。热解碳化工艺，单台每批次仅能处理700Kg，此项目日处理10吨，需要10多台设备及辅助设备，不经济；在整个热解工艺要保持≥600℃，二燃室≥1100℃，此工艺能耗太高；不能回收油脂副产品、存在二噁英污染等，所以不建议使用热解碳化工艺。传统湿法蒸煮工艺投资略低于干法化制工艺，但由于卫生操作条件差，臭气浓度高，处理量大，容易造成人畜共患，产生疾病。且废水呈“浓汤”处理量大，处理难度大，很难达到污水综合排放标准中的一级标准，且成本高。从技术角度讲，干法化制工艺为国际先进的主流工艺，在无害化、减量化、资源化等方面较传统湿法蒸煮工艺先进。高温灭菌脱水工艺的自动化程度高，劳动强度小，操作卫生条件好，维护工作量小，运行成本低。从防疫功能讲，干法化制工艺减少了工人与物料的接触，大大改善了防疫功能。从环保角度讲，干法化制工艺的密封性能好，臭气和废水均受控处理，达标排放。传统湿法蒸煮工艺的废水浓度高，废水量大，臭气量大。综合比较，本项目采用干法化制工艺作为病死动物无害化处理系统生产工艺。
2.2流程设计
干法化制工艺的处理程序为：前处理车间收料→进料→破碎→高温化制→压榨分离→提油、排渣，工艺方框图见图1干法化制工艺流程示意图。流程简述：（1）病死动物运输采用液压自卸车辆，直接将物料卸入进料输送机内。（2）通过进料输送机将物料送入破碎机内，通过输送机将破碎后的物料送入输料泵内。（3）破碎机的作用是将物料破碎至一定的粒径，满足后续输料泵、灭菌脱水反应釜对物料性状的要求。（4）破碎后的物料，均匀地落入输料泵，再泵送至反应釜。（5）物料送入灭菌脱水反应釜后，首先在灭菌脱水反应釜内进行高温、高压灭菌操作，然后在常压下对物料进行脱水处理。（6）脱水后物料，再经输送机送入连续渗滤槽预过滤，预过滤后的油脂经输油泵送到振动筛粗分离油和残渣；振动筛分离出的固渣落入螺旋输送机，再进入油脂压榨机，最终送至残余物料仓；振动筛分离出的油脂通过高温油脂输送泵送到储油罐。（7）经油脂压榨机压榨后，固渣通过输送机送到残余物料仓，残余物料仓的干物料通过螺旋输送机装车外运。（8）油脂压榨机产生的油脂通过高温油脂泵泵送油罐。
2.3干法化制关键控制过程
干法化制工艺关键控制是高温蒸煮机的程序控制，蒸煮干燥机工作时的工艺顺序依次为：进料（t≤20min）、加热（0.8MPa饱和蒸汽时大约2小时）、加压（t≤20min）、保压（t≤20min，P=0.2MPa）、减压（t≤20min）、烘干（0.8MPa饱和蒸汽时大约2小时）、卸料（t≤15min）。每个工艺步骤中的时间、重量、温度及压力均可在上位机软件调整并且自动记录每个阶段的实际工作时间，蒸煮干燥机在卸料阶段是反转运行（往外推料），其它阶段均保持正转运行（仅搅拌）。整个过程中主管道蒸汽调节阀和主管道压力传感器之间PID调节，刚开始进料阶段，主管道蒸汽压力可以控制在0.1~0.2MPa，待整个管道预热完后（约3~5min），可以逐渐升高压力至0.8MPa，如果连续生产，那么下批次进料就无需再预热管道。在进料阶段排气阀开度30%~40%，当蒸煮干燥机进料重量≥5000kg时结束进料（重量可调），待进料阀全部关闭后进入加热阶段，此时排气阀开100%。加热阶段时间正常两小时，加热结束后进入加压阶段，此时排气阀完全关闭。加压阶段时间一般不超过20min，待蒸煮干燥机内部压力不小于0.2MPa，同时蒸煮干燥机内部温度不小于125℃时进入保压阶段，使蒸煮干燥机内部压力保持在0.2MPa，当蒸煮干燥机内部压力低于0.19MPa时，直接往蒸煮干燥机注入蒸汽，当压力低于0.18MPa时，重新返回加压阶段。保压20min后进入减压阶段，为使得蒸煮罐内部压力平缓下降，刚开始排气阀开度很小，随着压力的逐渐减小，开度慢慢增大，整个减压阶段时间大约20min。当蒸煮干燥机内部压力≤0.02MPa时，排气阀开100%。减压结束后进入烘干阶段，此时排气阀开100%，烘干时间正常两小时，烘干时间到达后蒸煮干燥机停止运转，卸料清洗阀打开喷蒸汽，一分钟后卸料清洗阀关闭，卸料刀闸阀开始打开，待完全打开后，蒸煮干燥机反转运行，进入卸料阶段，此时排气阀开度25%~40%，待蒸煮干燥机重量≤300kg时，卸料清洗阀打开喷蒸汽，一分钟后卸料清洗阀关闭，蒸煮干燥机停止运转，卸料刀闸阀开始关闭，待完全关闭后，排气阀全开。接料仓主电机直接启动，可正反转控制。蒸煮干燥机卸料前5min，开启接收仓主电机，开启蒸汽进入接收仓夹套。卸料后接收仓可以作为存储仓对物料进行短时存储和保温。当原料种类、蒸煮重量、蒸汽压力任何一方发生改变时，上述蒸煮方法和时间都需做相应的调整。
2.4物料衡算
根据工业过程标准规范和给排水通风等规范，正常运行时的物料平衡计算结果见附表。
3结论
（1）采用干法化制工艺无害化处理动物尸体，主要包括前处理车间收料→进料→破碎→高温化制→压榨分离→提油、排渣，每批次处理时间约5～6小时。（2）给出了干法化制蒸煮干燥机工作的关键控制过程：进料（t≤20min）、加热（0.8MPa饱和蒸汽时大约2小时）、加压（t≤20min）、保压（t≤20min，P=0.2MPa）、减压（t≤20min）、烘干（0.8MPa饱和蒸汽时大约2小时）、卸料（t≤15min）。每个工艺步骤中的时间、重量、温度、压力均可在上位机软件调整并且自动记录每个阶段的实际工作时间，蒸煮干燥机在卸料阶段是反转运行（往外推料），其它阶段均保持正转运行（仅搅拌）。（3）从物料衡算结果得出，设计的无害化处理方案可满足每天处理动物尸体1批次计5吨的规模，病死动物灭菌、脱水、油渣分离处理后，产出0.5吨/天动物油脂、3吨/天肉骨粉渣，动物油脂可加工制成生物柴油，肉骨粉渣可制成生物肥料，产物均得到妥善处理或回收利用。
结语
当前该厂采用本工艺处理动物尸体已成功投产运行，得益于来料的稳定，使得该厂一直运行很稳定。由于干法化制蒸煮干燥机的控制过程对于不同来料有些许变化，为使产品质量稳定有保证，现阶段需要根据不同来料对蒸煮干燥机的控制过程进行调整，后续可根据不同来料处理过程数据积累，对全程过进行程序性控制，从而实现全过程的自动化以及智能化。
参考文献
[1]吴彩琴.农村散养户的动物防疫措施[J].中国畜牧兽医文摘,2018,34(06):51.
[2]戈军珍.规模养殖场不得不说的五大问题[J].北方牧业,2017(05):6.
[3]高振泉,张莉.浅析增强环保意识与防制畜禽传染病的措施[J].山东畜牧兽医,2019,40(02):44-45.
[4]程远,胡丹华.规模养殖场防疫工作存在的问题和对策[J].中国畜牧兽医文摘,2015,31(12):90.
[5]王丽媛,马佳,邵芳,陈旭,赵京音.畜禽退养背景下上海生猪养殖业发展现状及展望[J].农业展望,2018,14(09):41-46.
作者:朱学理 王曦 王闽颖 单位:光大绿色环保管理(深圳)有限公司
