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垃圾堆肥是處理與利用垃圾的一種方法，是利用垃圾或土壤中存在的細菌、酵母菌、真菌和放線菌等微生物，使垃圾中的有機物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)而降解(消化),形成一種類似腐蝕質(zhì)土壤的物質(zhì)，用作肥料并用來改良土壤。垃圾堆肥技術(shù)在中國農(nóng)是從事活動中早有應(yīng)用，而作為科學(xué)進行研究探討此法則始于1920年。按細菌分解的作用原理，分為高溫需(好)氧法和低溫厭氧法堆肥。按堆肥方法，分為露天堆肥法和機械堆肥。堆肥法操作一般分為4步：
? ? ? ?①預(yù)處理，剔出大塊的及無機雜品，將垃圾破碎篩分為勻質(zhì)狀，勻質(zhì)垃圾的最佳含水率為45-60%，碳氮比約為(20-30)：1，達不到需要時可摻進污泥或糞便；
? ? ? ?②細菌分解(或稱發(fā)酵)，在溫度、水分和氧氣適宜條件下，好氧或厭氧微生物迅速繁殖，垃圾開始分解，將各種有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的肥料；
? ? ? ?③腐熟，穩(wěn)定肥質(zhì)，待完全腐熟即可施用；
? ? ? ?④貯存或處置，將肥料貯存，肥料另作填埋處置。
堆肥定義
堆肥是在一定條件下通過微生物的作用，使有機物不斷被降解和穩(wěn)定，并生產(chǎn)出一種適宜于土地利用的產(chǎn)品的過程。
堆肥一般分好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧氣情況下有機物料的分解過程，其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機物料的分解，厭氧分解最后的代謝產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物，如有機酸等。厭氧堆肥與好氧堆肥相比較，單位質(zhì)量的有機質(zhì)降解產(chǎn)生的能量較少，而且厭氧堆肥通常容易發(fā)出臭味。由于這些原因，兒乎所有的堆肥工程系統(tǒng)都采用好氧堆肥。
堆肥實際就是廢棄物穩(wěn)定化的一種形式，但它需要特殊的濕度和通氣條件以產(chǎn)生適宜的溫度。一般認為這個溫度要高于45℃，保持這種高溫可以使病原菌失活，并殺死雜草種子。在合理堆肥后殘留的有機物分解率較低并相劉‘穩(wěn)定，堆肥的臭味可以大大降低。堆肥還可以產(chǎn)生明顯的干燥效果，這一點對于處理市鎮(zhèn)和工業(yè)污泥等潮濕物料非常有用。堆肥中有機底物的降解與干燥過程同步進行能夠降低后續(xù)處理的費用，從而有利于增加堆肥的再利用或處置。
目前堆肥還沒有一個被廣泛認同的定義。完整意義上的堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C／N比和通風(fēng)條件下通過微生物的發(fā)酵作用，將廢棄有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^程。通過堆肥化過程，有機物由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)，其堆肥產(chǎn)品不含病原菌，不含雜草種子，而且無臭無蠅，可以安全處理和保存，是一種良好的土壤改良劑和有機肥料。
有機堆肥施用于農(nóng)田有許多好處。第一，堆肥可以作為一種有機質(zhì)來源，以保持和形成土壤腐殖質(zhì)，有效地改善土壤結(jié)構(gòu)和持水能力。第二，堆肥可以提高商品化農(nóng)業(yè)中作物的生長和活力，穩(wěn)定的堆肥可以降低植物病原菌，并且提高植物對病害的抵抗力。堆肥后期有益菌群的定植能對病菌起到抑制作用。第三，堆肥含有許多有價值的營養(yǎng)元素，包括N、P和多種必要的微量元素。堆肥的養(yǎng)分含量與初始有機基質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)。許多堆肥養(yǎng)分含量太低，不能被劃分為肥料，它們的主要用途是作為土壤改良劑、覆蓋物或與肥料調(diào)節(jié)劑一起作為有機底質(zhì)—另一方面，堆肥中的養(yǎng)分如N素通常與有機物結(jié)合在一起，在植物牛長期可以
緩慢地被釋放出來，因此比起液體肥料來就不易淋失。
第二節(jié) 堆肥歷史
? ?有機廢物堆肥有著悠久的歷史，自古以來我國農(nóng)村地區(qū)就普遍將秸稈、落葉、野草、動物糞便及墊圈料等堆積在一起，進行發(fā)酵制成肥料。據(jù)古書記載，我國公元六世紀就出現(xiàn)了“踏肥”，即廄肥的生產(chǎn)利用；1591年就出現(xiàn)了“蒸糞法”，即堆肥的積制利用方法；1633年就開始了“釀糞法”，即漚肥的積制利用方法。
但是，真正對堆肥技術(shù)進行科學(xué)的探討則始于20世紀初。根據(jù)美國公用事業(yè)協(xié)會(APWA)報道，最早的堆肥工程工藝起于1925年的印度，當時英國的霍華德先生開始把落葉、垃圾、動物及人的糞尿在土坑內(nèi)堆成約L 5m高的堆體，經(jīng)過6個月2次的翻堆，即可獲得腐殖質(zhì)這樣的產(chǎn)品，此法稱為印多爾法(1ndore)。它之所以成功是因為堆體會像預(yù)言的一樣可以發(fā)熱，而且不會腐敗。該方法的科學(xué)性表現(xiàn)在基質(zhì)有了配方，另外有了操作的步驟描述。
后來為了促進堆肥的好氧發(fā)酵，又提出了貝蓋洛爾法(Beccari)，即將固體廢物和人糞肥分層交替堆積，并使翻堆由一二次改為多次翻堆(堆積4～6月)。
1932年荷蘭VAM公司建立了歐洲第一個改良印多爾法的規(guī)模堆肥工廠，其工藝稱為范曼奈法(Van Mannen)，是將垃圾用水調(diào)節(jié)后，在室外堆積4～8月(厭氧分解)，然后破碎、分選。
1933年在丹麥出現(xiàn)了丹諾(Dano)堆肥工藝，這是一種運用轉(zhuǎn)鼓進行好氧發(fā)酵的方法，特點是發(fā)酵周期短，一般只需3～4天。
羅代爾是另一位堆肥科學(xué)的先驅(qū)。1942年，他創(chuàng)辦了《有機庭園》雜志，并于1950年出版《堆肥全書》，在他的影響下于1960年春天創(chuàng)辦了《堆肥科學(xué)》，并在1981年重新命名為《生物循環(huán)》。目前《生物循環(huán)》已成為堆肥工業(yè)的旗幟性雜志。
20世紀70年代以后，許多堆肥工藝不斷得到完善，一些新的工藝也被開發(fā)出來，如1972～1973年間美國農(nóng)業(yè)部馬里蘭州的農(nóng)業(yè)研究中心開發(fā)的通氣靜態(tài)堆工藝，也稱貝特斯維勒(BELTSVILLE)工藝。該工藝在美國得到了廣泛應(yīng)用，1990年有超過76座設(shè)備在運行。還有如垂直通風(fēng)攪拌固體床托馬斯(EARP-THOMAS)工藝、日本的立式多層攪拌床式工藝(即塔式工藝)、愛溫森(EWESON)轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器系統(tǒng)以及比爾德(Beard)筒倉工藝等。
第三節(jié)堆肥特點
堆肥有兩個主要的優(yōu)點：一是可以把令人討厭的廢物轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谔幚淼奈?/span>
堆肥原理
第一節(jié) 堆肥基本過程
堆肥過程通常分兩個階段：一次堆肥(也叫快速或高溫發(fā)酵)和二次堆肥(也叫后熟或陳化)。這兩個階段之間通常沒有明確的定義和區(qū)別。
一次堆肥階段的特點是：高氧氣吸收率，高溫，可降解揮發(fā)性固體(BVS)大量減少，高的臭味潛力。通常，一次堆肥階段由于需要減少臭氣，因此需要提供通氣和保持對堆肥過程的良好控制。二次堆肥階段的特點是：溫度低，氧氣吸收率低，臭味潛力低。相對一次堆肥來講，二次堆肥階段的管理和調(diào)控比較簡單，然而從工程角度看，不能沒有二次堆肥，因為二次堆肥階段可繼續(xù)降解那些難降解的有機物，還要克服反應(yīng)速率變慢以及重建低溫微生物群落，從而有助于堆肥腐熟、減少植物毒性物質(zhì)和抑制病原菌。這兩個階段對一個完整的堆肥系統(tǒng)的設(shè)計和操作來說是缺一不可的，而且是生產(chǎn)腐熟堆肥所必需的。一般堆肥流程如圖2—1所示。
一次堆肥開始之前的原料處理稱為前處理，后熟階段之后的原料處理稱為后處理。前處理或后處理是否需要依賴于原料的特點和期望的產(chǎn)品質(zhì)量。
堆肥過程一般分為升溫階段、高溫階段和降溫階段3個階段。
1．升溫階段
一般指堆肥過程的初期，在該階段，堆體溫度逐步從環(huán)境溫度上升到45℃左右，主導(dǎo)微生物以嗜溫性微生物為主，包括真菌、細菌和放線菌，分解底物以糖類和淀粉類為主，期間能發(fā)現(xiàn)真菌的子實體，也有動物及原生動物參與分解。
2．高溫階段
堆溫升至45℃以上即進入高溫階段，在這一階段，嗜溫微生物受到抑制甚
至死亡，而嗜熱微生物則上升為主導(dǎo)微生物。堆肥中殘留的和新形成的可溶性有機物質(zhì)繼續(xù)被氧化分解，復(fù)雜的有機物如半纖維素—纖維索和蛋白質(zhì)也開始被強烈分解。微生物的活動交替出現(xiàn)，通常在50℃左右時最活躍的是嗜熱性真菌和放線菌，溫度上升到60℃時真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱性細菌和放線菌活動，溫度升到70℃時大多數(shù)嗜熱性微生物已不再適應(yīng)，并大批進入休眠和死亡階段?，F(xiàn)代化堆肥生產(chǎn)的最佳溫度一般為55℃，這是因為大多數(shù)微生物在該溫度范圍內(nèi)最活躍，最易分解有機物，而病原菌和寄生蟲大多數(shù)可被殺死。
3．降溫階段
高溫階段必然造成微生物的死亡和活動減少，自然進入低溫階段。在這一階段，嗜溫性微生物又開始占據(jù)優(yōu)勢，對殘余較難分解的有機物做進一步的分解，但微生物活性普遍下降，堆體發(fā)熱量減少，溫度開始下降，有機物趨于穩(wěn)定化，需氧量大大減少，堆肥進入席熟或后熟階段。
第二節(jié) 堆肥基本原理
好氧堆肥的基本反應(yīng)過程可以表示為：
有機廢物+O2微生物/新陳代謝→穩(wěn)定的有機殘余物+CO2+H2O+熱
好氧條件下，堆肥物料中的可溶性有機物透過微生物的細胞壁和細胞膜為微生物吸收；固體和膠體有機物質(zhì)先附著在微生物體外，由微生物分泌胞外酶將其分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細胞。好氧堆肥反應(yīng)過程如圖2—2所示。
同時微生物通過自身的代謝活動，也使一部分有機物被氧化成簡單的無機物，并釋放能量，使另一部分有機物用于合成微生物自身的細胞物質(zhì)，提供微生物各種生理活動所需的能量，使機體能進行正常的生長與繁殖。
堆肥中有機物的氧化與合成基本過程是有機物的氧化、細胞物質(zhì)的合成及細胞物質(zhì)的氧化。
堆肥控制基本要素
如前所述，影響堆肥發(fā)酵的因素很多，但一旦進入發(fā)酵過程后，堆肥的水分(水)、通透性(氣)、濕度(溫)便成為關(guān)鍵控制因素，所以通常把水、氣、溫稱為堆肥三要素，三者相互影響，互為關(guān)聯(lián)。概括表述為：通透性調(diào)節(jié)是基礎(chǔ)，水分調(diào)節(jié)是關(guān)鍵，溫度調(diào)節(jié)是保證。
一、水分
不同物料因理化特性存在差異，適宜發(fā)酵的水分含量是不一樣的，同時溫度、濕度等環(huán)境因素也會對其產(chǎn)生影響。通常情況下，水分偏低或偏高會導(dǎo)致堆肥堆體溫度急劇上升，或形成“燒白”，或發(fā)酵溫度居高不下；水分過低或過高時往往會不升溫，即無發(fā)酵溫度產(chǎn)生。關(guān)于堆肥物料的水分控制和調(diào)整，應(yīng)遵循以下一般原則。
(1)南方地區(qū)適當調(diào)低，北方地區(qū)適當調(diào)高 南方地區(qū)空氣濕度大，物料水分的自然揮發(fā)或蒸發(fā)量小，所以物料水分相對于北方來說應(yīng)調(diào)低點。
(2)雨季適當調(diào)低，旱季適當調(diào)高 主要也是考慮到空氣濕度對水分自然揮發(fā)或蒸發(fā)量的影響。
(3)低溫季節(jié)適當調(diào)低，高溫季節(jié)適當調(diào)高 環(huán)境溫度較低時，發(fā)酵溫度上升相對緩慢，熱量損失大，水分揮發(fā)少，環(huán)境溫度較高時則正好相反。
(4)陳料熟料適當調(diào)低，鮮料適當調(diào)高 陳放時間較長的物料在陳放過程中，環(huán)境微生物已將部分有機物不同程度分解，相對于新鮮物料其生化反應(yīng)過程的劇烈程度有所減弱，水分需求量相對也要少，經(jīng)過物理或化學(xué)手段處理后的物料，其生化反應(yīng)的需水量更少。
(5)低C／N適當調(diào)低，高C／N適當調(diào)高 C／N低意味著可分解的碳水化合物數(shù)量少，生化反應(yīng)的需水量也少，反之則需水量就大。
總之，應(yīng)根據(jù)地域、氣候、物料及配方的特點，摸索相應(yīng)的最適水分含量，并在堆肥化過程中仔細觀察物料的水分變化及其對堆肥化的影響，及時采取調(diào)整措施，確保發(fā)酵的正常進行。
二、通透性
堆吧過程中，通透性即物料的供氧狀況是通過溫度和氣味來反映的。堆肥溫度的異常變化或有臭味、異味產(chǎn)生就說明物料的通透性發(fā)生了問題。工業(yè)化堆肥一般不太可能通過空氣的自然滲透來滿足堆肥有機物生化反應(yīng)對氧氣的需要，必須采取相應(yīng)的輔助增氧措施，目前常用的是采取翻堆或強制通風(fēng)(曝氣)方式。通過翻堆或強制通風(fēng)，不僅可以提供堆肥牛化反應(yīng)足夠的氧氣，而且還能將熱量帶走，避免堆體溫度過高導(dǎo)致微生物失活，同時隨著熱量散失還可帶走大量水分。所以堆肥化過程不僅是堆肥有機物氧化還原的過程，同時也是堆肥水分逐漸散失的過程，這一點對高水分的有機物料尤為重要，有利于降低后期干燥成本。
條垛式堆肥由于堆體與空氣的接觸面大，一般通過翻堆就能滿足其通透性需要；槽式堆肥則由于堆體大特別是堆高較大、與空氣的接觸面相對較小，需要采取翻堆和強制通風(fēng)的雙重辦法來滿足其供氧需要。翻堆和強制通風(fēng)的頻率及次數(shù)應(yīng)該視物料性質(zhì)和堆溫變化確定，正常情況下只需每天翻堆一次，強制通風(fēng)也可采取間歇式方式，每天上下午各一次，每次10～30min 通風(fēng)流量參照0.05～0．2m3／(min·m3)值，并根據(jù)物料性質(zhì)、混合物物料相對密度等確定。
三、溫度
堆肥的溫度變化是反映發(fā)酵是否正常最直接、最敏感的指標。由于它與水分、通透性以及其他各項堆肥控制因子都有著極其密切的聯(lián)系，所以它又是—個最復(fù)雜的因子。對堆肥溫度變化的要求可概括為：前期溫度上升平穩(wěn)、中期高溫維持適度、后期溫度下降緩慢。堆肥前期的溫度變化一定要處理好“快”與“穩(wěn)”的關(guān)系，即發(fā)酵起溫要快，但溫度上升不能過快，要盡町能的平穩(wěn)；堆肥中期高溫維持的溫度值要適度，時長也要適度，快速堆肥理想的高溫值為50～60℃，嚴禁突破70℃，高溫維持時間的長短反映配方調(diào)整和前期原料預(yù)處理的好壞，理想時長一般為5～10d，時間過長或過短都需要對配方重新調(diào)整。
