動物廢棄物無害化廠區工藝技術研究
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引言
我國是畜禽養殖業大國，養殖門檻低，散養戶還較多，投資規模偏小[1]。目前，我國養殖業雖然逐漸進入了微利時代，但政府對養殖業的扶持力度逐年加大，綜合來看，養殖帶來的利潤仍較為可觀，所以，投資養殖行業的人逐漸增多[2]。據調查，我國畜禽傳染病有200多種，每年因各類疾病引起的豬的死亡率在8%～12%，家禽的死亡率在12%～20%[3]。在部分地區，畜禽因病死亡后尸體被埋掉的比例不足20%，能夠進行無害化處理的比例更小。隨著全民食品安全和環保意識的增強，病死畜禽的無害化處理滯后于生產發展需要的矛盾加突出[4]。部分規模化養殖場常將病死畜禽非法低價賣給屠宰加工病死畜禽的個人或企業，小型的散養戶由于意識薄弱，常將病死畜禽隨意亂扔，甚至食用。近期，網絡報道的上海黃浦江水源區漂浮大量死豬事件，直接反映出我國畜禽業的無害化處理正面臨著嚴峻的挑戰[5]。
1.1生產處理規模
根據對某市近些年死亡動物的種類、數量進行調研的結果，本項目的原料以死豬及豬肉制品為主，禽類、毛皮動物等其他動物及動物制品為輔，體積最大的動物按照成年的牛來考慮；在本系統中選擇的設備單批次處理能力為5噸，每天運行2批次，每批次物料的處理時間為5-6小時，滿足日處理10噸，年處理能力3000噸的要求。
1.2原料來源、收集范圍、收集方式
原料來源：本項目原料主要為生豬等體型較小的病死動物。按照《病害動物和病害動物產品生物安全處理規程》（GB16548-2006）進行操作。處理對象分析具體見工程分析中工藝流程介紹。收集范圍：本項目的收集范圍為某市管轄的養殖場、養殖小區、養殖散戶等。收集方式：本項目不上門收集動物尸體，采用定點收集的方式。按照規定設置暫存點，做好暫存點的防滲、清洗、消毒工作。暫存點由專人負責，制定管理制度。本項目將配備專用密封、防滲的廂式貨車進行死亡動物的運輸。運輸過程制定規范，不能進行中轉存放或堆放，直接將死亡動物運至廠區進行無害化處理。
1.3產品方案
本項目采用干法化制工藝處理技術，病死動物經高溫破碎滅菌脫水后，產品方案見表1。動物尸體及產品經過無害化處理后的殘渣可作為生產有機肥的原料，根據技術資料，1t的物料回收動物油脂0.05噸、殘渣0.3噸。油脂經過過濾、精加工可提煉做生物柴油，油渣可以堆肥做成生物肥料。
2工藝技術方案設計
2.1工藝優選
目前國內外針對動物尸體常用的處理工藝有堆肥工藝、熱解碳化工藝、傳統蒸煮鍋工藝、干法化制工藝等四種方法。通過對比四種無害化處理工藝方案可得表2。由表2可以看出：堆肥工藝由于占地面積大，未能徹底殺滅病原體，因此首先可以排除。熱解碳化工藝，單臺每批次僅能處理700Kg，此項目日處理10噸，需要10多臺設備及輔助設備，不經濟；在整個熱解工藝要保持≥600℃，二燃室≥1100℃，此工藝能耗太高；不能回收油脂副產品、存在二噁英污染等，所以不建議使用熱解碳化工藝。傳統濕法蒸煮工藝投資略低于干法化制工藝，但由于衛生操作條件差，臭氣濃度高，處理量大，容易造成人畜共患，產生疾病。且廢水呈“濃湯”處理量大，處理難度大，很難達到污水綜合排放標準中的一級標準，且成本高。從技術角度講，干法化制工藝為國際先進的主流工藝，在無害化、減量化、資源化等方面較傳統濕法蒸煮工藝先進。高溫滅菌脫水工藝的自動化程度高，勞動強度小，操作衛生條件好，維護工作量小，運行成本低。從防疫功能講，干法化制工藝減少了工人與物料的接觸，大大改善了防疫功能。從環保角度講，干法化制工藝的密封性能好，臭氣和廢水均受控處理，達標排放。傳統濕法蒸煮工藝的廢水濃度高，廢水量大，臭氣量大。綜合比較，本項目采用干法化制工藝作為病死動物無害化處理系統生產工藝。
2.2流程設計
干法化制工藝的處理程序為：前處理車間收料→進料→破碎→高溫化制→壓榨分離→提油、排渣，工藝方框圖見圖1干法化制工藝流程示意圖。流程簡述：（1）病死動物運輸采用液壓自卸車輛，直接將物料卸入進料輸送機內。（2）通過進料輸送機將物料送入破碎機內，通過輸送機將破碎后的物料送入輸料泵內。（3）破碎機的作用是將物料破碎至一定的粒徑，滿足后續輸料泵、滅菌脫水反應釜對物料性狀的要求。（4）破碎后的物料，均勻地落入輸料泵，再泵送至反應釜。（5）物料送入滅菌脫水反應釜后，首先在滅菌脫水反應釜內進行高溫、高壓滅菌操作，然后在常壓下對物料進行脫水處理。（6）脫水后物料，再經輸送機送入連續滲濾槽預過濾，預過濾后的油脂經輸油泵送到振動篩粗分離油和殘渣；振動篩分離出的固渣落入螺旋輸送機，再進入油脂壓榨機，最終送至殘余物料倉；振動篩分離出的油脂通過高溫油脂輸送泵送到儲油罐。（7）經油脂壓榨機壓榨后，固渣通過輸送機送到殘余物料倉，殘余物料倉的干物料通過螺旋輸送機裝車外運。（8）油脂壓榨機產生的油脂通過高溫油脂泵泵送油罐。
2.3干法化制關鍵控制過程
干法化制工藝關鍵控制是高溫蒸煮機的程序控制，蒸煮干燥機工作時的工藝順序依次為：進料（t≤20min）、加熱（0.8MPa飽和蒸汽時大約2小時）、加壓（t≤20min）、保壓（t≤20min，P=0.2MPa）、減壓（t≤20min）、烘干（0.8MPa飽和蒸汽時大約2小時）、卸料（t≤15min）。每個工藝步驟中的時間、重量、溫度及壓力均可在上位機軟件調整并且自動記錄每個階段的實際工作時間，蒸煮干燥機在卸料階段是反轉運行（往外推料），其它階段均保持正轉運行（僅攪拌）。整個過程中主管道蒸汽調節閥和主管道壓力傳感器之間PID調節，剛開始進料階段，主管道蒸汽壓力可以控制在0.1~0.2MPa，待整個管道預熱完后（約3~5min），可以逐漸升高壓力至0.8MPa，如果連續生產，那么下批次進料就無需再預熱管道。在進料階段排氣閥開度30%~40%，當蒸煮干燥機進料重量≥5000kg時結束進料（重量可調），待進料閥全部關閉后進入加熱階段，此時排氣閥開100%。加熱階段時間正常兩小時，加熱結束后進入加壓階段，此時排氣閥完全關閉。加壓階段時間一般不超過20min，待蒸煮干燥機內部壓力不小于0.2MPa，同時蒸煮干燥機內部溫度不小于125℃時進入保壓階段，使蒸煮干燥機內部壓力保持在0.2MPa，當蒸煮干燥機內部壓力低于0.19MPa時，直接往蒸煮干燥機注入蒸汽，當壓力低于0.18MPa時，重新返回加壓階段。保壓20min后進入減壓階段，為使得蒸煮罐內部壓力平緩下降，剛開始排氣閥開度很小，隨著壓力的逐漸減小，開度慢慢增大，整個減壓階段時間大約20min。當蒸煮干燥機內部壓力≤0.02MPa時，排氣閥開100%。減壓結束后進入烘干階段，此時排氣閥開100%，烘干時間正常兩小時，烘干時間到達后蒸煮干燥機停止運轉，卸料清洗閥打開噴蒸汽，一分鐘后卸料清洗閥關閉，卸料刀閘閥開始打開，待完全打開后，蒸煮干燥機反轉運行，進入卸料階段，此時排氣閥開度25%~40%，待蒸煮干燥機重量≤300kg時，卸料清洗閥打開噴蒸汽，一分鐘后卸料清洗閥關閉，蒸煮干燥機停止運轉，卸料刀閘閥開始關閉，待完全關閉后，排氣閥全開。接料倉主電機直接啟動，可正反轉控制。蒸煮干燥機卸料前5min，開啟接收倉主電機，開啟蒸汽進入接收倉夾套。卸料后接收倉可以作為存儲倉對物料進行短時存儲和保溫。當原料種類、蒸煮重量、蒸汽壓力任何一方發生改變時，上述蒸煮方法和時間都需做相應的調整。
2.4物料衡算
根據工業過程標準規范和給排水通風等規范，正常運行時的物料平衡計算結果見附表。
3結論
（1）采用干法化制工藝無害化處理動物尸體，主要包括前處理車間收料→進料→破碎→高溫化制→壓榨分離→提油、排渣，每批次處理時間約5～6小時。（2）給出了干法化制蒸煮干燥機工作的關鍵控制過程：進料（t≤20min）、加熱（0.8MPa飽和蒸汽時大約2小時）、加壓（t≤20min）、保壓（t≤20min，P=0.2MPa）、減壓（t≤20min）、烘干（0.8MPa飽和蒸汽時大約2小時）、卸料（t≤15min）。每個工藝步驟中的時間、重量、溫度、壓力均可在上位機軟件調整并且自動記錄每個階段的實際工作時間，蒸煮干燥機在卸料階段是反轉運行（往外推料），其它階段均保持正轉運行（僅攪拌）。（3）從物料衡算結果得出，設計的無害化處理方案可滿足每天處理動物尸體1批次計5噸的規模，病死動物滅菌、脫水、油渣分離處理后，產出0.5噸/天動物油脂、3噸/天肉骨粉渣，動物油脂可加工制成生物柴油，肉骨粉渣可制成生物肥料，產物均得到妥善處理或回收利用。
結語
當前該廠采用本工藝處理動物尸體已成功投產運行，得益于來料的穩定，使得該廠一直運行很穩定。由于干法化制蒸煮干燥機的控制過程對于不同來料有些許變化，為使產品質量穩定有保證，現階段需要根據不同來料對蒸煮干燥機的控制過程進行調整，后續可根據不同來料處理過程數據積累，對全程過進行程序性控制，從而實現全過程的自動化以及智能化。
參考文獻
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作者:朱學理 王曦 王閩穎 單位:光大綠色環保管理(深圳)有限公司
