[科普中国]-好氧堆肥

原理

好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程，将要堆腐的有机料与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化。在好氧堆肥的过程中，有机废物中的可溶性小分子有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收和利用。其中的不溶性大分子有机物则先附着在微生物的体外，由微生物所分泌的胞外酶分解成可溶性小分子物质，再输入其细胞内为微生物所利用。通过微生物的生命活动（合成及分解过程），把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并提供活动中所需要的能量，而把另一部分有机物转化成新的细胞物质，供微生物增殖所需。1

典型工艺好氧静态堆肥工艺

我国在好氧静态堆肥技术方面有较丰富的实战经验，通常采用的静态堆肥为露天强制通风垛，或是在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。当一批物料堆积成垛或置入发酵装置后，即处于不再添加新料和翻倒，直至物料腐熟后运出。1

间歇式好氧动态堆肥工艺

间歇式堆肥采用静态一次发酵的技术路线，其特点是发酵周期短，可使堆肥体积有所减少。具体操作是采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料的发酵仓，将物料批量地进行发酵处理。1

连续好氧动态堆肥工艺

其工艺采取连续进料和连续出料的方式进行，在一个专设的发酵装置内使物料处于一种连续翻动的动态下，易于形成空隙，其组分混合均匀，水分蒸发迅速，故而发酵周期得以缩短，与此同时还有效地灭活病原微生物，并可防止异味的产生。1

设备主要的设备有：磁选机，BJD型普通锤式破碎机，混料机，翻抛机(主体设备)，筛分机，低温破碎机。

工艺流程堆肥工艺流程主要包括：前处理～主发酵（一次发酵）～后发酵（二次发酵）～后处理～贮存。2

原料的预处理：包括分选、破碎以及含水率及碳氮比的调整。首先去除废物中的金属、玻璃、塑料和木材等杂质，并破碎到40毫米左右的粒度，然后选择堆肥原料进行配料，以便调整水分和碳氮比，可以使用纯垃圾，垃圾和粪便之比为7：3或者垃圾与污泥之比为7：3进行混合堆肥。

原料的发酵阶段：我国大都采用一次发酵方式，周期长达30天，目前采用二次发酵方式，周期一般用20天。一次发酵是好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程，具体从发酵开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程，一般需要10—12天，高温阶段持续时间较长。二次发酵指物料经过一次发酵后，还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在，需将其送到后发酵室，堆成1—2米高的堆垛进行二次发酵并腐熟。当温度稳定在40℃左右时即达腐熟，一般需20—30天。

后处理阶段：是对发酵熟化的堆肥进行处理，进一步去除堆肥中前处理过程中没有去除的杂质和进行必要的破碎过程、经处理后得到的精制堆肥含水在30%左右，碳氮比为15—20。

贮存阶段：贮存是指堆肥处理前必须加以堆存管理，一般可直接存放，也可装袋存放。但贮存时要注意保持干燥通风，防止闭气受潮。分为三个过程：起始阶段、高温阶段、熟化阶段。

影响因素含水率在堆肥过程中，水分是一个重要的物理因素，水分含量是指整个堆体的含水量。水分的主要作用有二：一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢，二是调节堆肥温度，温度过高时通过水分的蒸发，带走一部分热量。水分的多少，直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥的质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败。在堆肥期间，如果水分含量低于10%-15%，细菌的代谢作用会普遍停止；含水量太高，会使堆体内自由空间少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速度，延长堆腐时间。1

温度微生物活性是保证有机固废堆肥化的根本内因，而温度是影响微生物活性的关键因素。好氧堆肥是一个变温过程，嗜温菌和嗜热菌分别在不同温度阶段发挥主要作用，最适温度分别为30~40℃、50~60℃。升温和降温阶段的堆肥体系温度一般低于45℃，此阶段以嗜温菌为主；高温阶段的堆体温度一般为45~60℃，此阶段嗜温菌活性受到抑制或死亡，数量变少，嗜热菌数量增多并占主导地位。研究发现，嗜热菌对有机固废的降解能力明显高于嗜温菌，可通过维持一定时间的高温，充分发挥嗜热菌对有机固废的降解能力，缩短堆肥周期。3

pH值pH值是显著影响有机固废好氧堆肥进程的另一个重要参数。适宜细菌生长的pH值范围为6.0~7.5，适宜放线菌生长的pH值范围为5.5~8.0。Bharadwaj研究pH值对微生物活性的影响时发现，对堆体中大部分微生物来说最适生长pH值范围为6.5~7.5。我国一些学者认为好氧堆肥最适宜pH值是中性或弱酸性（6~9）。好氧堆肥进程中pH值是动态变化的：起始阶段，由于微生物将有机固废分解为大量小分子的挥发性脂肪酸（VFAs）和CO2，pH值通常较低；随着反应的进行，温度升高，VFAs被微生物吸收利用，CO2挥发，蛋白质分解产生NH3，pH值逐渐升高。值得注意的是，pH值也会影响堆肥中氮的存在形式，进而影响堆肥产品最终的氮素损失。3

C/N比碳是微生物的主要能量来源，并且一小部分碳素参与微生物细胞的组成。细菌干细胞质量的50%以上是蛋白质，氮作为蛋白质组成的主要元素对微生物种群的增长影响巨大。一般用C/N比表征这两种主要营养元素在堆肥中的平衡关系。当氮素受限制（C/N比较高）时，微生物种群会长时间保持在较少的状态，并且需要更长的时间降解可生化的碳；当氮素过量（C/N比较低）时，氮素供应超过了微生物的需求，结果往往以NH3的形式从系统中挥发而流失。因此，综合考虑促进微生物降解和氮固定，合适的C/N比为30：1。在国内堆肥的研究和应用中一般认为初始阶段物料合适的C/N比为（25~35）：1。3

其他因素有机固废好氧堆肥过程还受原料理化性质的影响，如底物的课粒度大小、含盐量和油脂含量（主要针对餐厨垃圾）等。对堆肥原料进行粉碎预处理，使其具有适宜的粒径，可以有效调节堆体通气透水性能，防止底物粒径过小形成局部厌氧环境，也可避免底物粒径过大造成降解过程中堆体坍塌，影响升温。一般认为适合餐厨垃圾好氧堆肥的粒径大小为5~10mm，秸秆等调理机适宜破碎为10~50mm。3