黃激文，曾慶東，陳朝旭，韋建吉

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

病死禽畜生化處理機(jī)的設(shè)計(jì)與研制

黃激文，曾慶東，陳朝旭，韋建吉

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

利用高溫堆肥原理研制生產(chǎn)出的病死禽畜殘體堆肥生化處理設(shè)備，具有撕碎、攪拌、加熱、保溫、接種發(fā)酵、廢氣凈化處理等功能，可以對病死禽畜殘體進(jìn)行攪拌、加熱殺菌、通風(fēng)加氧進(jìn)行發(fā)酵處理，最后制成有機(jī)肥料。

高溫堆肥 病死禽畜 生化處理 有機(jī)肥料

0 前言

集約化禽畜養(yǎng)殖業(yè)近30年來的持續(xù)快速發(fā)展給人們提供了充足的肉蛋奶，但是其在改善人們生活水平的同時也產(chǎn)生了大量的污染物，包括大量的禽畜糞便、污水以及病死禽畜殘體。相對于禽畜糞便對環(huán)境的污染，病死禽畜由于攜帶了大量的病原微生物，如果不及時有效地處理，對人和動物的危害更大更直接。

中國肉類協(xié)會統(tǒng)計(jì)資料顯示，2010年我國的豬、牛和家禽的年出欄量分別為66 686.4萬頭、4 716.8萬頭和1 100 578萬只。如此大量的動物養(yǎng)殖數(shù)量，不可避免地產(chǎn)生了大量的病死禽畜。一般情況下，養(yǎng)豬場、養(yǎng)雞場的畜禽死亡率在2%～5%之間，如飼養(yǎng)管理不當(dāng)，其死亡率可達(dá)15%以上。因此，對死亡畜禽的處理便成了生產(chǎn)中的一個重要問題。

廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所研制的堆肥生化處理設(shè)備，具有撕碎、攪拌、加熱、保溫、接種發(fā)酵、廢氣凈化處理等功能，可以對病死禽畜尸體進(jìn)行滅菌、分解、發(fā)酵處理，最后轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥料，能有效處理養(yǎng)殖場病死禽畜尸體的問題。

堆肥生化處理病死禽畜的原理是利用好氧堆肥產(chǎn)生的高溫殺滅病死禽畜攜帶的病原菌，同時利用高溫微生物分解病死禽畜尸體，達(dá)到無害化處理的目的。

1 工藝流程

圖1 病死禽畜生化處理工藝圖

病死禽畜生化處理工藝路線如圖1所示。將原料（病死禽畜殘體）和輔料一起投入生化發(fā)酵室中，

加入菌劑并調(diào)節(jié)水分，進(jìn)行密閉加溫、攪拌、撕碎和高溫發(fā)酵處理，經(jīng)過一定時間病死禽畜殘體就可以完全轉(zhuǎn)化為腐熟有機(jī)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。

2 基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)

2.1 基本結(jié)構(gòu)

病死禽畜生化處理機(jī)主要由機(jī)架、生化室、攪拌裝置、加熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、抽風(fēng)系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、廢氣凈化裝置等組成，如圖2所示。

機(jī)架是處理機(jī)的基體部分，支承設(shè)備的其它部件，帶有萬向輪，起到支承和移動作用。

生化室是處理機(jī)的主體部分，病死禽畜尸體在生化室內(nèi)，在活性喜鹽、嗜酸、耐熱微生物菌的作用下，快速分解成小分子有機(jī)物.

生化室要求耐磨、耐腐蝕，所以選用304不銹鋼，焊接后并做漏水試驗(yàn)。

攪拌裝置將病死禽畜尸體、菌劑、輔料等各種原料混和均勻，并可以撕碎禽畜尸體。攪拌軸上安裝有多種攪拌槳，按功能分為：分進(jìn)料攪拌槳、出料攪拌槳、混和攪拌槳等，各種攪拌槳按一定的規(guī)律排列在攪拌軸上。

加熱系統(tǒng)由防爆式電加熱器、導(dǎo)熱油、油槽、溫度傳感器等組成，調(diào)節(jié)范圍在0～120℃范圍內(nèi)，以便生化室物料溫度穩(wěn)定在發(fā)酵所需的最佳溫度，保證病死禽畜尸體在最短時間內(nèi)分解。

保溫系統(tǒng)分布在生化室的四周，貼有不同厚度和材質(zhì)的保溫板，減少熱量損耗。

抽風(fēng)系統(tǒng)由過濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)、管道等組成，及時排出發(fā)酵過程所產(chǎn)生的廢氣，并提供發(fā)酵所需的新鮮空氣。

廢氣凈化裝置采用生物除臭和吸附除臭，將發(fā)酵過程所產(chǎn)生的廢氣凈化后排放。

在生化處理機(jī)的研制過程中，考慮到發(fā)酵環(huán)境及美觀要求，整機(jī)采用耐酸、堿的優(yōu)質(zhì)不銹鋼（304）制作。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

9QSJ-300型廢棄禽畜生化處理機(jī)主要處理質(zhì)量在35 kg以下的病死禽畜，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

圖2 生化處理機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

表1 主要技術(shù)參數(shù)

3 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3.1 生化發(fā)酵室的設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)調(diào)查，在一個萬頭豬場，每天非正常死亡的生豬約30頭，其中一半以上是剛出生的小豬，加上豬胎盤等其它廢棄物，每天需要的廢棄物處理量約為300 kg。根據(jù)發(fā)酵原理，經(jīng)計(jì)算，處理300 kg廢棄物需要配用輔料450 kg，混和后物料的密度約為800 kg/m3。據(jù)此，計(jì)算發(fā)酵室的容積V：

式中 V為生化發(fā)酵室的有效容積，m3；m1為第一種物料的質(zhì)量，kg；m2為第二種物料的質(zhì)量，kg；m3為第三種物料的質(zhì)量，kg；ρ為混和后物料的堆積密度，kg/m3。取整，生化室的體積為1 m3。

發(fā)酵室橫截面下半部為半圓形，上半部為長方形，長方形的長、寬比是2∶1?，F(xiàn)確定橫截面圓半徑R=0.45 m，則生化發(fā)酵室長度L為：

式中 L為生化發(fā)酵室的有效長度，m；R為生化發(fā)酵室的有效半徑，m。

3.2 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)禽畜生化處理機(jī)的工藝設(shè)計(jì)流程，控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：定時開啟停止攪拌機(jī)構(gòu)，對物料進(jìn)行攪拌；根據(jù)設(shè)定溫度，自動控制加熱系統(tǒng)，對物料加熱；控制風(fēng)機(jī)，進(jìn)行除臭等。為確保穩(wěn)定的、可靠的實(shí)現(xiàn)整個工作流程，電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）和溫控表控制方式，對各動作進(jìn)行自動化控制?？傮w設(shè)計(jì)如下圖所示：

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩部分。

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)硬件采用可編程控制器（PLC）和溫控表控制方式?？删幙刂破鬟x用日本三菱FX1s-20MR控制器，溫控表選用日本歐姆龍E5CZ-R2MT智能溫控表，電氣元件整體采用進(jìn)口品牌，確保電氣的穩(wěn)定可靠。

3.2.2 軟件設(shè)計(jì)

禽畜生化處理機(jī)具體工作流程如下：

手動方式：出料時使用，這時攪拌機(jī)不斷攪拌，把物料送到出料口；

自動方式：工作時使用，這時攪拌機(jī)按預(yù)設(shè)的開啟和關(guān)閉時間，進(jìn)行間歇攪拌；

節(jié)能方式：當(dāng)設(shè)備長時間（一般設(shè)定為24 h）內(nèi)，沒有投入物料時，控制器關(guān)閉加熱系統(tǒng)，進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，同時開啟節(jié)能指示燈；

除臭子系統(tǒng)：開啟引風(fēng)機(jī)，把設(shè)備內(nèi)的空氣及到除臭箱內(nèi)，經(jīng)除臭箱再排到大氣中；

報警子系統(tǒng)：當(dāng)投料口或出料口打開時，電源燈進(jìn)入閃爍狀態(tài)，警示操作人員注意安全。

程序用三菱GX Developer專業(yè)軟件，采用梯形圖編程方式編寫，性能可靠。

4 項(xiàng)目試驗(yàn)及優(yōu)化改造

樣機(jī)調(diào)試、生產(chǎn)配料設(shè)計(jì)、帶負(fù)荷試驗(yàn)并考核各項(xiàng)性能指標(biāo)。

樣機(jī)安裝完畢后，先進(jìn)行滲漏試驗(yàn)，再加入導(dǎo)熱油，分別進(jìn)行單動試機(jī)、聯(lián)動試機(jī)、模擬自動生產(chǎn)。

投入替代物料，進(jìn)行帶負(fù)荷試機(jī)，檢驗(yàn)各電機(jī)的啟動電流、工作電流；加熱器工作時間、停止時間；溫度顯示、自動控制狀況等。確認(rèn)設(shè)備全部正常后，進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)。

用死豬做主料，蘑菇渣、米糠等做輔料，將主料與輔料充分混和，使其碳氮比控制在10～30∶1，含水率控制在40%～60%，然后加入高溫菌種，進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)。觀察死豬尸體的變化情況：死豬尸體經(jīng)歷了膨脹、撕碎、豬肉消融、豬骨消融、豬皮消融、豬蹄消融等一系列變化。最后，死豬尸體與輔料都變成了粉狀物料，排出機(jī)外。

在設(shè)備試驗(yàn)過程中，出料機(jī)構(gòu)位置比較高，出料不方便，費(fèi)人工，清理難；我們在處理機(jī)端部增加了一個出料口，出料快，省時省工。

攪拌器原設(shè)計(jì)為圓形結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)中有時會彎曲變形，后改進(jìn)為圓形和加強(qiáng)刀片結(jié)構(gòu)，即加強(qiáng)了攪拌器的剛性，又增加了攪拌器對死豬尸體的撕碎作業(yè)，加快了死豬的處理速度。

除臭箱原設(shè)計(jì)為2層抽屜結(jié)構(gòu)，每層的厚度為250～300 mm的活性炭和生物除臭劑，試驗(yàn)中，除臭效果不是太好；改進(jìn)為2層固定結(jié)構(gòu)，每層厚度為600～800 mm，效果明顯改觀。

5 試驗(yàn)結(jié)論及改進(jìn)方向

1）堆肥可以很好的分解病死禽畜殘體，有效殺滅病原微生物，是一種低成本的病死禽畜處理方法。

2）現(xiàn)設(shè)備只能處理35 kg以下的病死禽畜尸體，對于大于此質(zhì)量的病死禽畜尸體，需配套粉碎裝置；

3）設(shè)備進(jìn)料口高，操作工人勞動強(qiáng)度較大，需要增加進(jìn)料裝置，以方便工人操作；

4）可以采用更為先進(jìn)的除臭方式，如生物除臭、光觸媒除臭等。

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

黃激文（1968-），男，漢族，湖南岳陽人，高級工程師，主要從事復(fù)混肥、有機(jī)肥、有機(jī)廢棄物處理等工藝及設(shè)備的研究開發(fā)工作。