快速堆肥發(fā)酵過程及控制講解課件

快速堆肥發(fā)酵過程及控制

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院李季教授快速堆肥發(fā)酵過程及控制中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院1目錄一、堆肥基礎(chǔ)二、快速堆肥及條件三、堆肥過程控制四、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及檢驗

目錄一、堆肥基礎(chǔ)2第一部分：堆肥基礎(chǔ)第一部分：堆肥基礎(chǔ)3堆肥含義堆肥，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。

堆肥含義堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風(fēng)4堆肥基本特點水熱原料堆肥產(chǎn)品有機質(zhì)礦物質(zhì)水微生物有機質(zhì)礦物質(zhì)水微生物堆肥基本特點水熱原料堆肥產(chǎn)品有機質(zhì)礦物質(zhì)水微生物有機質(zhì)5堆肥生物鏈蜈蚣、捕食螨、甲蟲、螞蟻等]跳蟲、一些螨、羽毛翼甲蟲、線蟲、原生動物等細(xì)菌、真菌、放線菌、線蟲、一些螨、蝸牛、蚯蚓等畜禽糞便、樹葉、草枝、食品垃圾等堆肥生物鏈蜈蚣、捕食螨、甲蟲、螞蟻等]跳蟲、一些螨、羽毛翼甲6堆肥中的微生物堆肥中的微生物7堆肥微生物變化堆肥微生物變化8高溫好氧堆肥過程中微生物的數(shù)量變化規(guī)律4d9d13d20d24d28d32d38d43d45d4-4:1++4-4:2++4-9:1+++4-13:1+++++++4-9:2++13-13:1++13-13:2++13-20:1+++20-45:1+++++++20-45:2+++++++++++++24-45:2++++++++24-45:3+++++++24-45:1+++++++++++43-45:1+++注：+++，strong；++，substantial；+，recognizable；nomark，notrecognized.STCM高溫好氧堆肥過程中微生物的數(shù)量變化規(guī)律4d9d13d20d9堆肥微生物變化堆肥階段微生物類型拉丁名（相似性）中文名初期S（0-4d）4-4:1Leuconostocparamesenteroides(97.4%)類腸膜明串珠菌4-9:1Pediococcusacidilactici(98.2%)乳酸片球菌4-4:2Staphylococcuspiscifermentans(99.1%)葡萄球菌4-13:1Bacillusbadius(99.3%)栗褐芽胞桿菌高溫期T(4-13d)4-13:1Bacillusbadius(99.3%)栗褐芽胞桿菌4-9:2Bacillussp.(99.1%)芽胞桿菌屬13-13:1Virdibacillusproomii(94.7%)枝芽胞桿菌13-20:1Gracilibacillushalotolerans(94.4%)薄壁芽胞桿菌13-13:2Corynebacteriumurealyticum(95.3%)解脲棒桿菌堆肥微生物變化堆肥階段微生物類型拉丁名（相似性）中文名4-410堆肥微生物變化降溫期C（13-32d）24-45:1SphingobacteriumMultivorum(83.4%)多食鞘氨醇桿菌24-45:2Alloiococcusotitis(90.0%)耳炎差異球菌24-45:3Clostridiumfervidus(88.2%)熱梭菌20-45:1Cl.Filimentosum(85.6%)梭菌20-45:2Alcaligenessp.NKNTAU(91.4%)產(chǎn)堿菌腐熟期M（32-45d）24-45:1SphingobacteriumMultivorum(83.4%)多食鞘氨醇桿菌24-45:2Alloiococcusotitis(90.0%)耳炎差異球菌24-45:3Clostridiumfervidus(88.2%)熱梭菌20-45:1Cl.Filimentosum(85.6%)梭菌20-45:2Alcaligenessp.NKNTAU(91.4%)產(chǎn)堿菌43-45:1Arthrobactersp.(86.4%)節(jié)桿菌屬堆肥微生物變化24-45:1Sphingobacterium11堆肥熱力學(xué)過程

在堆肥過程中實際釋放的熱量取決于有機物真正降解的程度，或混合物中不同成分比例。例如，脂肪比蛋白質(zhì)或者碳水化合物更能被降解，因為脂類熱值就高。堆肥熱力學(xué)過程在堆肥過程中實際釋放的熱量取決于有機物真正降12熱滅活動力學(xué)美國環(huán)保署要求熱失活的最低溫度為50℃。根據(jù)Brannen等人的研究結(jié)果，在55℃時加熱7分鐘和在50℃時加熱60分鐘，蛔蟲卵基本消失，但是在47℃時加熱2個小時蛔蟲卵就不被破壞。為保證能徹底消滅蛔蟲卵，處理溫度就應(yīng)該明顯超過閾限溫度。因此，選定最低溫度為50℃，這樣就能大大減少蛔蟲卵的濃度。熱滅活動力學(xué)美國環(huán)保署要求熱失活的最低溫度為50℃。13污水污泥中消滅病原體所用的時間和溫度污水污泥中消滅病原體所用的時間和溫度14幾種常見病菌與寄生蟲的死亡溫度幾種常見病菌與寄生蟲的死亡溫度15顆粒大小對滅菌的影響在堆肥過程中形成了大顆粒或者球狀物，由于氧氣不足，在這些顆粒內(nèi)就減少了熱的積累，為了保證這些顆粒內(nèi)部的病原體完全被破壞，堆肥溫度必須傳遞到顆粒內(nèi)部。顆粒越大，傳遞時間就會越長。顆粒大小對滅菌的影響在堆肥過程中形成了大顆?；蛘咔驙钗?，由于16堆肥無害化第一，堆肥的本質(zhì)是微生物利用基質(zhì)養(yǎng)料生長、繁殖，并釋放能量、帶走水分的過程，是一種依靠自然力的生態(tài)降解過程。第二、堆肥微生物的作用必須建立在其適宜的基質(zhì)、能量和環(huán)境條件上。第三、只要堆肥正常，就可以完全破壞專性寄生的病原體，也可以把指示細(xì)菌和非專性寄生細(xì)菌病原體減少到很低的水平，達(dá)到無害化的程度。堆肥無害化第一，堆肥的本質(zhì)是微生物利用基質(zhì)養(yǎng)料生長、繁殖，并17第二部分：快速堆肥及條件第二部分：快速堆肥及條件18堆肥典型時間堆肥典型時間19快速堆肥討論什么是快速堆肥？即在滿足堆肥產(chǎn)品市場需求及環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)前提下，采用生物接種、配方優(yōu)化、條件控制、設(shè)備創(chuàng)新等綜合措施使一次堆肥時間縮短到1到2周，二次堆肥縮短到2-3周的堆肥工藝?？焖俣逊视懻撌裁词强焖俣逊?？即在滿足堆肥產(chǎn)品市場需求及環(huán)境衛(wèi)20為何快速堆肥成本問題每天堆肥成本養(yǎng)分損失特別是氮素?fù)p失為何快速堆肥成本問題21堆肥成本單位:元/噸典型堆肥廠成本分析堆肥成本單位:元/噸典型堆肥廠成本分析22養(yǎng)分損失處理

有機質(zhì)損失（%）

全氮損失（%）第120天的牛糞堆肥不翻堆用鏟斗裝載機翻堆每兩周翻1次每周翻2次第150天的家禽堆肥不翻堆用鏟斗裝載機翻堆每兩周翻1次每周翻2次70787380757979885160536472767886出自：Brinton,1998養(yǎng)分損失處理23環(huán)境影響堆肥過程最少人為干預(yù)條垛系統(tǒng)強制通風(fēng)系統(tǒng)（堆肥前后變化量%）體積減少揮發(fā)性固體平均甲烷釋放排放量（ppmv）551228,744732222355153ppmv(單位體積的百萬分率)環(huán)境影響堆肥過程最少人為干預(yù)24快速堆肥討論快速堆肥的可行性：1、密閉環(huán)境，保溫2、翻堆次數(shù)多3、接種有效微生物4、有除臭措施5、僅生產(chǎn)有機物料6、堆肥產(chǎn)品進(jìn)一步生產(chǎn)復(fù)合肥，并通過高溫、制粒等步驟實現(xiàn)后續(xù)處理7、建立有關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測制度快速堆肥討論快速堆肥的可行性：25快速堆肥討論快速堆肥的核心：1、通過協(xié)調(diào)堆肥過程中養(yǎng)分的降解和保持，建立有機養(yǎng)分、無機養(yǎng)分之間的平衡；2、通過微生物分解發(fā)熱實現(xiàn)自身脫水；3、建立環(huán)境、衛(wèi)生、工業(yè)、農(nóng)業(yè)之間的堆肥協(xié)調(diào)途徑及方法

快速堆肥討論快速堆肥的核心：26堆肥條件*依特定的物料、堆體大小和天氣條件而變。堆肥條件*依特定的物料、堆體大小和天氣條件而變。27生物可降解性

生物可降解性28碳源及能量堆肥過程中通常期望濕基質(zhì)水分能不斷蒸發(fā)以獲得相對干燥的堆肥產(chǎn)品。與干基質(zhì)相比，濕基質(zhì)堆肥水分蒸發(fā)負(fù)擔(dān)較大，所以濕基質(zhì)提供的能量就至為重要，因為需大量能量來支持蒸發(fā)。碳源及能量堆肥過程中通常期望濕基質(zhì)水分能不斷蒸發(fā)以獲得相對干29基質(zhì)能量調(diào)節(jié)如果基質(zhì)沒有足夠的能量推動堆肥進(jìn)程，則需要進(jìn)行能量調(diào)節(jié)以達(dá)到能量平衡?？刹捎靡环N或多種如下方法：（1）通過控制和降低堆肥過程中的空氣供應(yīng)以限制干燥；（2）強化脫水以降低基質(zhì)含水率；（3）外加能量調(diào)理劑。如果通過減少空氣供應(yīng)量來控制能量平衡，則必須對產(chǎn)品進(jìn)行烘干或者加入水分吸收調(diào)理劑。外加能量調(diào)理劑是控制能量平衡的較好方法。采用可降解調(diào)理劑調(diào)節(jié)能量，是初始混合物料調(diào)節(jié)的最優(yōu)選擇基質(zhì)能量調(diào)節(jié)如果基質(zhì)沒有足夠的能量推動堆肥進(jìn)程，則需要進(jìn)行能30氧氣

堆肥過程中，微生物利用碳源，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳。如果沒有充足的氧氣，堆肥過程將會變成厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生難聞的氣味，包括H2S氣體的臭雞蛋氣味。

那么，對于好氧堆肥，氧氣供應(yīng)量應(yīng)該是多少才算是充足呢？盡管空氣中氧氣含量占到21%，但是好氧微生物在氧氣濃度為5%時就可以存活。氧氣濃度高于10%被認(rèn)為是好氧堆肥的最適條件。

氧氣堆肥過程中，微生物利用碳源，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳。如31粒徑在相同體積或質(zhì)量的情況下，小顆粒要比大顆粒有更大的表面積。所以如果供氧充足，小顆粒將降解的更快一些。實驗證明將堆肥物質(zhì)加以粉碎，可以將降解率提高2倍，科學(xué)家提出一個推薦的粒徑值為1.3-7.6毫米，這個區(qū)間的下限適用于通風(fēng)或連續(xù)翻堆的堆肥系統(tǒng)，上限為靜態(tài)堆垛或其他靜態(tài)通風(fēng)堆肥系統(tǒng)。粒徑在相同體積或質(zhì)量的情況下，小顆粒要比大顆粒有更大的表面積32堆肥工藝優(yōu)化堆肥必須因地制宜認(rèn)識堆肥條件的不可替代性探索快速堆肥的途徑和方法協(xié)調(diào)原料配比、溫度、水分、翻堆等關(guān)系堆肥工藝優(yōu)化堆肥必須因地制宜33第三部分：堆肥過程控制第三部分：堆肥過程控制34通風(fēng)控制

通風(fēng)有三個主要目的：第一，通風(fēng)能滿足有機質(zhì)分解的氧氣需求（也叫化學(xué)需氧量）；

第二，通風(fēng)可以除去濕基質(zhì)之中的水分（稱為干燥需求），當(dāng)空氣被堆肥基質(zhì)加熱以后，可以蒸發(fā)掉水份，使得堆肥物料得到烘干；第三，通風(fēng)可以除去有機質(zhì)分解產(chǎn)生的熱量，以控制過程溫度（稱為除熱需求）。通風(fēng)控制通風(fēng)有三個主要目的：35不同有機物料及其有機成分的一般化學(xué)組成不同有機物料及其有機成分的一般化學(xué)組成36有機物降解需氧量計算假定碳水化合物為主要的成分，可以計算出分解反應(yīng)的需氧量：1xC6H10O5+6O2=6CO2+5H2O1626(32)則纖維基質(zhì)的需氧量估計為：x=6(32)/162=1.185gO2/gBVS有機物降解需氧量計算假定碳水化合物為主要的成分，可以計算出37通風(fēng)控制化學(xué)需氧量:1.95kg空氣/kg混合基質(zhì)干重,說明滿足化學(xué)需氧量時，空氣的重量幾乎是進(jìn)料物質(zhì)干重的兩倍。水分干燥需氧量:26.7g干空氣/gds基質(zhì)說明干燥所需的空氣遠(yuǎn)比生物氧化需要的空氣要多.除熱需氧量:47.9g空氣/g基質(zhì)ds除熱所需的空氣量遠(yuǎn)比化學(xué)或者除水分需要的都多。堆肥所需空氣的重量是基質(zhì)干重的30～50倍。由于氣體是看不到的，空氣活動有時候總是被忽略。應(yīng)該牢記基質(zhì)處理既包括固體，也包括氣體部分。通風(fēng)控制化學(xué)需氧量:1.95kg空氣/kg混合基質(zhì)干重,說38翻堆的重要性溫度（℃）氧氣濃度（％）深度（cm）圖6-5由消化污泥和堆肥回料堆置的條垛，其不同深度（cm）的溫度和氧氣濃度（%）的曲線圖。在攪拌條垛5個小時之后測量。來自lacobonietal.[19]翻堆的重要性溫度（℃）氧氣濃度（％）深度（cm）圖6-539通風(fēng)管道通風(fēng)管道40某堆肥廠所用的永久性管路系統(tǒng)示意圖某堆肥廠所用的永久性管路系統(tǒng)示意圖41通風(fēng)系統(tǒng)示意通風(fēng)系統(tǒng)示意42部分臭氣化合物的臭氣指數(shù)

部分臭氣化合物的臭氣指數(shù)43臭氣釋放規(guī)律大多數(shù)臭氣是在堆肥周期的最初7～10d釋放出來的，最初2～3d的SOER值為10～20m3/min-m2，此后，SOER值迅速降低到0.5～2

m3/min-m2范圍。翻堆前平均可達(dá)15～30m3/min-m2，翻堆后SOER值迅速增加到550m3/min-m2，然后在接下來的3～4小時開始降低。

雖然臭氣釋放的峰值與翻堆有關(guān),但是臭氣釋放的主要部分還是在沒有翻堆時。如果不考慮翻堆的頻率,估計因為翻堆而釋放的氣體大約相當(dāng)于總釋放氣體的10%到15％。增加翻堆頻率會使釋放的峰值降低,但是總的臭氣揮發(fā)量基本保持不變?；谝陨涎芯?，建議當(dāng)天氣條件不好應(yīng)當(dāng)停止翻堆。臭氣釋放規(guī)律大多數(shù)臭氣是在堆肥周期的最初7～10d釋放出來的44臭氣處理的方法吸附：氣體吸附是指通過特定的吸附裝置，把臭氣化合物溶解到洗滌液中的一種臭氣處理方法。常用吸附裝置包括噴霧塔、填充式洗滌床、流體洗滌床、板式塔、噴射洗滌器。通常的化學(xué)藥劑包括：氧化劑例如次氯酸鈉（NaOCI）,過氧化氫（H2O2）及高錳酸鉀（ＫＭｎＯ４）堿性物例如CaO，Ｃa[OH]2，NaOH酸類例如H2SO4，HCl還原劑例如Na2SO3，H2O2吸收增強劑例如表面活性劑臭氣處理的方法吸附：氣體吸附是指通過特定的吸附裝置，把臭氣45一種生物過濾器系統(tǒng)的框圖一種生物過濾器系統(tǒng)的框圖46圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞臭味的影響sucrose蔗糖glucose葡萄糖圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞臭味的影響su47圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞中氨揮發(fā)的影響圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞中氨揮發(fā)的影響48堆肥氮素變化機理堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化很復(fù)雜，主要包括氮素固定和氮素釋放。其中氮素的釋放主要指有機氮的礦化、氨的揮發(fā)以及硝態(tài)氮的反硝化。有機氮作為堆肥的全氮的主要組成部分與全氮一樣，在堆肥過程中，始終呈降低趨勢。一次發(fā)酵初期，氮損失速率較快，主要由于NH3高溫?fù)]發(fā)所致，另外易揮發(fā)含氮有機物的直接揮發(fā)也是造成氮素大量損失的另一個主要原因；二次發(fā)酵階段基本無氮損失。一次發(fā)酵初期(前10ｄ)，在微生物作用下，易降解有機物迅速分解，由于物料的含水率較高,生成的氨主要以NH+4的形式存在于物料中，NH+4-N的含量不斷增加，至第10ｄ左右增至最高點。隨后，由于高溫作用，水汽蒸發(fā)加強，引起大量NH3揮發(fā)，NH+4-N含量不斷降低。硝態(tài)氮（NO3－N）含量主要取決于硝化和反硝化速率之差，物料所處環(huán)境為好氧狀態(tài)時，硝化作用占絕對優(yōu)勢。堆肥氮素變化機理堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化很復(fù)雜，主要包括氮素固定和49堆肥前后氮素變化（袁守軍，２００４）堆肥前后氮素變化（袁守軍，２００４）50影響堆肥氮素?fù)p失的因素

1）堆肥物料的組成：堆肥的氮損失與初始物料的組成和含氮量密切相關(guān)，原料含氮量高損失的比例相應(yīng)就高。研究表明，廚余垃圾與樹葉等混合堆肥的凈氮損失是43%～62%，雞舍廢物(雞糞、鋸末混合物)在強制通風(fēng)堆制過程中的氮損失為初始氮的59%，單獨的牛糞堆制比牛糞與生活垃圾堆肥以1∶1體積聯(lián)合堆制的氮損失高4～10倍。2）堆肥物料C/N比：堆肥物料C/N比越低，氮素?fù)p失越嚴(yán)重。堆肥合適的C/N比范圍為25～35。楊毓峰等以畜禽飼養(yǎng)場排放的雞糞、牛糞為底物,以玉米糠和玉米秸稈作調(diào)理劑和膨脹劑進(jìn)行堆制，堆肥化過程中的氮素?fù)p失隨起始堆料的C/N比升高而降低。影響堆肥氮素?fù)p失的因素1）堆肥物料的組成：堆肥的氮損失與初51影響堆肥氮素?fù)p失的因素3）不同通風(fēng)方式和pH值：翻堆、強制通風(fēng)以及鼓風(fēng)能加快氨從條垛/堆體中逸出的速度。但適當(dāng)通風(fēng)是堆肥的關(guān)鍵，因此，不能由于保氮而減少翻堆或通風(fēng)，只有當(dāng)保存氮素很重要的時候，才可減少對原料的不必要的翻動。高pH值增加了氨的損失，特別是像家禽糞便等含氮量高的原材料。在堆肥原料中有兩種氨的存在形態(tài)：氣態(tài)氨（NH3）和溶解在堆肥中的氨離子（NH4+）。這兩種形態(tài)都會出現(xiàn)并能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種，轉(zhuǎn)化比例由堆體條件所決定。較高的pH值能幫助氣態(tài)氨從堆體中逸出。影響堆肥氮素?fù)p失的因素3）不同通風(fēng)方式和pH值：翻堆、強制通52堆肥氮損失控制的方法

1)改變工藝條件：如保障適量的通風(fēng)/控溫、適當(dāng)?shù)臐穸鹊?。加水和翻堆有利于確保氮素；使堆體內(nèi)的氧含量始終保持在較高水平，可以減少堆體內(nèi)的局部厭氧，抑制反硝化的進(jìn)行，減少硝態(tài)氮的損失；單一強制通風(fēng)由于缺乏對混合物料的翻動，造成堆體較為堅實且分布不均勻，氣體交換受阻，不利于好氧堆肥的進(jìn)行；多次翻動可以破碎結(jié)塊的物料，并通過多次混合使物料分布均勻，從而減少或消除物料結(jié)塊及不均勻的現(xiàn)象，增加堆體孔隙度，有利于氣體交換及好氧堆肥化的進(jìn)行。強制通風(fēng)與機械翻堆相結(jié)合能促進(jìn)堆肥溫度的升高和腐熟，加快有機碳的降解和硝態(tài)氮的升高，是相對最好的一種通風(fēng)方式。。堆肥氮損失控制的方法1)改變工藝條件：如保障適量的通風(fēng)/控53堆肥氮損失控制的方法2)在堆肥過程中加入添加劑：1）富碳物質(zhì)：在堆肥過程中添加高C/N比的混合物可降低氮損失。如在禽糞堆制時,通過加入富C物質(zhì)(秸桿和泥炭)可使NH3損失分別降低33.5%和25.8%。2）金屬鹽類及硫元素：金屬鹽類的添加可降低堆肥過程中的NH3損失?？蛇x擇沸石、過磷酸鈣和少量MnSO4作為氮素?fù)p失抑制劑。3）吸附劑和調(diào)理劑：吸附劑和調(diào)理劑的添加也可使氨損失降低。研究表明，泥炭、沸石和玄武巖可在糞便好氧堆制過程中降低氨損失。4）外源微生物：外源微生物的添加可調(diào)控堆肥過程中氮、碳的代謝，調(diào)控氮素物質(zhì)分解為NH4+-N后的氣態(tài)揮發(fā)損失，保留更多的氮養(yǎng)分。堆肥氮損失控制的方法2)在堆肥過程中加入添加劑：54第四部分：堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及檢驗第四部分：堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及檢驗55堆肥穩(wěn)定性堆肥過程中，基質(zhì)里可降解的有機質(zhì)被氧化，并逐漸被增加的難降解的腐殖物質(zhì)所代替。堆肥發(fā)酵過程中結(jié)尾階段比較穩(wěn)定的成分仍然可以被降解，但是同原來的基質(zhì)相比，降解速率會大大降低?，F(xiàn)在的問題是多大的穩(wěn)定性才是足夠的呢？對于這個問題沒有準(zhǔn)確的答案。例如，厭氧消化的污泥一般認(rèn)為是很穩(wěn)定的，似乎可以應(yīng)用于土地，但如果消化污泥堆置在開放的堆上，那么腐敗物質(zhì)和臭氣將會產(chǎn)生。另外如粗污泥在加熱烘干后，也可長時間貯存不會產(chǎn)生異味，其低水分含量使生物活性大大降低，并處于一種“假的穩(wěn)定”狀態(tài)下,但當(dāng)物料重新變濕后，通常生物活性就會恢復(fù)正常，容易發(fā)霉。堆肥穩(wěn)定性堆肥過程中，基質(zhì)里可降解的有機質(zhì)被氧化，并逐漸被增56堆肥穩(wěn)定性穩(wěn)定性的另外一個方面是有機質(zhì)對植物生長的影響。研究者已經(jīng)觀察到不成熟的堆肥包含著許多對植物有毒性（稱植物毒性）的代謝產(chǎn)物，會危害植物根系，并抑制其生長。生物降解的代謝產(chǎn)物，如乙酸對植物生長有很強的毒害作用。研究表明毒性主要在堆肥開始的前期，盡管直至堆肥發(fā)酵60天后，其毒性仍然未完全消除。所有的堆肥設(shè)施在設(shè)計和操作上都應(yīng)該是生產(chǎn)有利于植物生長的穩(wěn)定的產(chǎn)品，而不產(chǎn)生毒性。

堆肥穩(wěn)定性穩(wěn)定性的另外一個方面是有機質(zhì)對植物生長的影響。研究57堆肥質(zhì)量定義嚴(yán)格地講，完全穩(wěn)定的前提是所有的有機質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，但是完全的穩(wěn)定性并不是人們所期望的。因為堆肥作為一種土壤調(diào)理劑的價值就在于有機質(zhì)含量。穩(wěn)定性應(yīng)該建立在足以減少危害潛力和植物毒性的基礎(chǔ)之上，但還不是如此徹底以及最終產(chǎn)品中有機質(zhì)不必要地?fù)p失掉；穩(wěn)定性還應(yīng)該建立在當(dāng)氧氣消耗降低到某一點時，厭氧和異味條件還沒有產(chǎn)生，不致于影響到存貯和產(chǎn)品的最終使用，也不致于產(chǎn)生植物毒性物質(zhì)。堆肥質(zhì)量定義嚴(yán)格地講，完全穩(wěn)定的前提是所有的有機質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為58堆肥質(zhì)量要求堆肥產(chǎn)品質(zhì)量涉及眾多因子，既有理化指標(biāo)，又有衛(wèi)生指標(biāo)，還有生物學(xué)指標(biāo)。堆肥質(zhì)量一般包括顆粒大小，pH值，可溶鹽含量，產(chǎn)品穩(wěn)定性，雜草種子、重金屬、植物毒素等有害組分的存在，以及雜質(zhì)。好的堆肥應(yīng)表現(xiàn)在：顆粒直徑小于1.3厘米，pH值在6.0-7.8，可溶鹽濃度小于2.5ms/cm，低呼吸比率，沒有雜草種子，污染物濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。這種堆肥的使用一般不會受到限制。呼吸比率是通過測定耗氧量求得的，呼吸率高，就說明堆肥尚未穩(wěn)定。堆肥質(zhì)量要求堆肥產(chǎn)品質(zhì)量涉及眾多因子，既有理化指標(biāo)，又有衛(wèi)生59堆肥質(zhì)量的指導(dǎo)原則堆肥質(zhì)量的指導(dǎo)原則60堆肥指標(biāo)穩(wěn)定性

發(fā)酵好的堆肥不應(yīng)繼續(xù)升溫，并產(chǎn)生臭味。養(yǎng)分含量

發(fā)酵好的堆肥速效養(yǎng)分一般在4-5%之間，并含有微量元素。水分含量

堆肥完成后水分應(yīng)降到45%以下。堆肥指標(biāo)穩(wěn)定性

發(fā)酵好的堆肥不應(yīng)繼續(xù)升溫，并產(chǎn)生臭味。61堆肥指標(biāo)粒徑分布

堆好后物料分散，粒徑相對均一。無雜草種子

堆好的產(chǎn)品是沒有雜草種子的，產(chǎn)品在2-3周內(nèi)不會有種子發(fā)芽。其它元素濃度

重金屬、農(nóng)藥的濃度應(yīng)控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。產(chǎn)品質(zhì)量一致

每批產(chǎn)品應(yīng)保持質(zhì)量的一致。堆肥指標(biāo)粒徑分布

堆好后物料分散，粒徑相對均一。62堆肥腐熟度評價-溫度溫度被認(rèn)為是堆肥穩(wěn)定度評價最簡便快捷的指標(biāo)，當(dāng)其趨于環(huán)境溫度時，表明堆肥已達(dá)穩(wěn)定。一般認(rèn)為堆肥溫度在50℃以上并維持5~10天，符合糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此，快速達(dá)到溫度并維持一定時間是比較理想的狀態(tài)。另外堆肥完成后不應(yīng)出現(xiàn)再升溫的現(xiàn)象，許多堆肥廠完成一次堆肥后，在二次成化時仍表現(xiàn)溫度升高，有時甚至發(fā)生“燒心”的現(xiàn)象，就說明堆肥沒有腐熟完全，以致養(yǎng)分損失加劇，肥效因此受到影響。堆肥腐熟度評價-溫度溫度被認(rèn)為是堆肥穩(wěn)定度評價最簡便快捷的指63堆肥腐熟度評價-顏色及氣味堆肥腐熟度也可從堆肥的表觀特征作出一些判斷。從顏色上來看，堆肥過程中堆料逐漸發(fā)黑，腐熟后的堆肥產(chǎn)品呈黑褐色或黑色。從氣味上來看，通常，堆肥原料具有令人不快的氣味，在運行良好的堆肥過程中，這種氣味逐漸減弱并在堆肥結(jié)束后消失。腐熟堆肥的表觀特征為：堆肥后期溫度自然降低；不再吸引蚊蠅；不會有令人討厭的臭味；由于真菌的生長堆肥出現(xiàn)白色或灰白色；堆肥產(chǎn)品呈現(xiàn)疏松的團粒結(jié)構(gòu)。總的來說，物理學(xué)指標(biāo)雖然簡便、直觀，但是難以定量表征堆肥過程中堆料成分的變化，也就不易定量說明堆肥腐熟程度，缺乏可信度和可操作性。堆肥腐熟度評價-顏色及氣味堆肥腐熟度也可從堆肥的表觀特征作64有機質(zhì)的變化水溶性有機質(zhì)含量與堆肥時間有很顯著的相關(guān)性，是指示堆肥腐熟程度的一個合適的參數(shù)。盡管水溶性有機質(zhì)也受堆肥原料的性質(zhì)的影響，但在堆肥腐熟的后期，水溶性有機質(zhì)含量不超過2．2g/l，所以水溶性有機質(zhì)含量<2．2g/l可作為堆肥腐熟的參數(shù)。如果堆肥物質(zhì)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，就不應(yīng)再含有淀粉和糖類。但不能以淀粉消失判定堆肥腐熟，因為淀粉僅占堆料可降解物質(zhì)的一小部分，檢不出淀粉應(yīng)是堆肥腐熟的必要條件。水溶性糖類（SC）含量在堆肥過程中大幅度降低，在堆肥腐熟時，所有堆肥水溶性糖含量都相同。所以堆肥中水溶性糖含量可作為腐熟度的一個好的指標(biāo)，腐熟堆肥的水溶性糖含量SC>0．1%。有機質(zhì)的變化水溶性有機質(zhì)含量與堆肥時間有很顯著的相關(guān)性，是65氮成分變化堆肥過程中，由于水溶性NH4+-N一部分轉(zhuǎn)化為ＮＨ3而揮發(fā)減少，另外，通過硝化作用一部分NH4+-N又轉(zhuǎn)化為NO3-N。因此，NH4+-N的減少及NO3-N的增加，也是堆肥腐熟度評價的常用指標(biāo)。NO3--N是評價堆肥腐熟度的簡單而有力的參數(shù)，具有較好的實用價值。當(dāng)污泥堆肥中的總Ｎ含量超過干重的0．6%時，堆肥達(dá)到腐熟。氮成分變化堆肥過程中，由于水溶性NH4+-N一部分轉(zhuǎn)化為Ｎ66腐殖化程度相關(guān)的參數(shù)堆肥過程中伴隨著腐殖化的進(jìn)行，研究各腐殖化參數(shù)的變化是評價腐熟度的重要方法之一。CEC(陽離子交換容量)能反映有機質(zhì)降低的程度，是堆肥腐殖化程度及新形成有機質(zhì)的重要指標(biāo)，可作為評價腐熟度的參數(shù)。根據(jù)堆肥在酸、堿中的溶解性質(zhì)，可將堆肥中的腐殖質(zhì)劃分為：腐殖質(zhì)HS，腐殖酸HA，富里酸FA，富里部分FF及非腐殖質(zhì)成分NHF。在堆肥原料中HA含量低，F(xiàn)A含量多，但隨著堆肥過程的進(jìn)行，二者的含量發(fā)生顯著變化，HA含量增加，F(xiàn)A含量在堆肥過程中下降。腐殖質(zhì)在堆肥中的變化有一定的規(guī)律性，可作為評價腐熟度的參數(shù)。腐殖化程度相關(guān)的參數(shù)堆肥過程中伴隨著腐殖化的進(jìn)行，研究各腐67C/N比的變化固相C/N是最常用于評價腐熟度的參數(shù)。Garcia(1992)認(rèn)為最終堆肥產(chǎn)品C/N值在理論上趨于微生物菌體的C/N比，提出C/N比由30：1降為15~20：1時，可以認(rèn)為堆肥腐熟，達(dá)到穩(wěn)定的程度。Morel等（1985）建議采用Ｔ=(終點Ｃ/Ｎ)/(初始Ｃ/Ｎ)來評價城市垃圾堆肥的腐熟度，并提出當(dāng)Ｔ值小于0．6時堆肥達(dá)到腐熟。研究認(rèn)為腐熟豬糞與稻草混合堆肥的Ｔ值應(yīng)在0．49～0．59之間?？梢?，不同物料堆肥的Ｔ值變化不大，在0．5～0．7之間。因而可以認(rèn)為，Ｔ值適用于不同物料堆肥的腐熟度評價。C/N比的變化固相C/N是最常用于評價腐熟度的參數(shù)。Gar68呼吸作用對于好氧堆肥來說，微生物耗氧速率變化反映了堆肥過程中微生物活性的變化。堆肥過程的耗氧速率變化反映了堆肥過程中有機物的變化?？筛鶕?jù)堆肥過程中微生物吸收O2和釋放CO2的強度來判斷微生物代謝活動的強度及堆肥的穩(wěn)定性。堆肥釋放CO2在5mg（C）·g-1以下時，達(dá)到相對穩(wěn)定；為2mg（C）·g-1以下時，達(dá)到腐熟。張所明等（1998）提出當(dāng)堆肥達(dá)到腐熟時，耗氧速率為0．02～0．1O2%·min-1。呼吸作用可通過測定呼吸強度和溶解氧來計算，由于測定與實際誤差大，這個指標(biāo)較少使用，但可作為微生物代謝活動的強度的指示。呼吸作用對于好氧堆肥來說，微生物耗氧速率變化反映了堆肥過程69植物生物測定

從植物毒性的角度講，最直接的判斷堆肥產(chǎn)品是否完全腐熟的方法應(yīng)該是看其對植物生長的影響。盆栽研究是可以進(jìn)行的，但在結(jié)果出來前需要相當(dāng)?shù)臅r間。一些研究者在尋找減少時間的測定方法。這其中最多的是測試種子的發(fā)芽率，通常用水芹種子（Lepidiumsativum），因為它具有反應(yīng)迅速的特點。植物生物測定從植物毒性的角度講，最直接的判斷堆肥產(chǎn)品是否完70植物生物測定Zucconi等人發(fā)明了一種24小時生物測定方法：將樣品水分含量調(diào)節(jié)到60%之后，接著進(jìn)行壓力過濾就得到提取液，在提取液中放置6～8粒水芹種子，在27℃下黑暗培養(yǎng)24小時，測量發(fā)芽部分以及根部的生長，并以百分比表示。發(fā)芽指數(shù)（germinationindex）即萌芽部分和根系生長的百分率（各自為對照的百分比）。發(fā)芽指數(shù)在50％～60％之間，即達(dá)到腐熟。植物生物測定Zucconi等人發(fā)明了一種24小時生物測定方法71安全性評價污泥、城市垃圾和畜禽糞便中含有大量致病細(xì)菌、霉菌、寄生蟲和草種等，直接影響到堆肥的安全性。但這些致病微生物對溫度非常敏感，當(dāng)堆肥溫度高于55℃，并保持3天以上時，可殺死絕大多數(shù)。Tiquia（2000）等研究豬糞的堆肥化處理時發(fā)現(xiàn)，堆肥開始時，堆肥中大腸桿菌的數(shù)量為(6．18～6．65)×104CFUｇ-1，經(jīng)過高溫階段后，堆肥中已經(jīng)檢測不出大腸桿菌的存在。所以可以認(rèn)為，當(dāng)堆肥中檢測不出大腸桿菌時，可認(rèn)為堆肥已達(dá)穩(wěn)定。安全性評價污泥、城市垃圾和畜禽糞便中含有大量致病細(xì)菌、霉菌72堆肥綜合評價通過以上分析可以看出：物理學(xué)指標(biāo)易于監(jiān)測，用以定性描述堆肥過程所處的狀態(tài)；化學(xué)指標(biāo)測定簡單，是堆肥的實質(zhì)反映；核磁共振NMR、紅外光譜FT-IR、色譜技術(shù)的應(yīng)用揭示了堆肥微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，有助于評價化學(xué)指標(biāo)的合理性；生物學(xué)指標(biāo)能夠綜合反映堆肥和實用性，一般用于判斷堆肥的穩(wěn)定性。通常生產(chǎn)上比較簡單實用的評價指標(biāo)主要包括：溫度變化、水分變化、物料顏色、發(fā)芽率、C/N比。一個有經(jīng)驗的堆肥技術(shù)員可以通過外觀、顏色、氣味、質(zhì)地、顆粒大小以及其它一些物理特征來判斷堆肥的腐熟程度，可能不是很科學(xué)，但會很有用且通常是準(zhǔn)確的。堆肥綜合評價通過以上分析可以看出：物理學(xué)指標(biāo)易于監(jiān)測，用以定73堆肥長期施用地塊蚯蚓情況有機蔬菜地塊常規(guī)蔬菜地塊堆肥長期施用地塊蚯蚓情況有機蔬菜地塊常規(guī)蔬菜地塊74總結(jié)1、充分了解堆肥的復(fù)雜性2、堆肥技術(shù)與工藝的優(yōu)化和本地化3、堆肥必須有政策推動4、堆肥技術(shù)的創(chuàng)新5、堆肥工藝與設(shè)備合作6、國際合作與產(chǎn)業(yè)運作總結(jié)1、充分了解堆肥的復(fù)雜性75快速堆肥發(fā)酵過程及控制

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院李季教授快速堆肥發(fā)酵過程及控制中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院76目錄一、堆肥基礎(chǔ)二、快速堆肥及條件三、堆肥過程控制四、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及檢驗

目錄一、堆肥基礎(chǔ)77第一部分：堆肥基礎(chǔ)第一部分：堆肥基礎(chǔ)78堆肥含義堆肥，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。

堆肥含義堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風(fēng)79堆肥基本特點水熱原料堆肥產(chǎn)品有機質(zhì)礦物質(zhì)水微生物有機質(zhì)礦物質(zhì)水微生物堆肥基本特點水熱原料堆肥產(chǎn)品有機質(zhì)礦物質(zhì)水微生物有機質(zhì)80堆肥生物鏈蜈蚣、捕食螨、甲蟲、螞蟻等]跳蟲、一些螨、羽毛翼甲蟲、線蟲、原生動物等細(xì)菌、真菌、放線菌、線蟲、一些螨、蝸牛、蚯蚓等畜禽糞便、樹葉、草枝、食品垃圾等堆肥生物鏈蜈蚣、捕食螨、甲蟲、螞蟻等]跳蟲、一些螨、羽毛翼甲81堆肥中的微生物堆肥中的微生物82堆肥微生物變化堆肥微生物變化83高溫好氧堆肥過程中微生物的數(shù)量變化規(guī)律4d9d13d20d24d28d32d38d43d45d4-4:1++4-4:2++4-9:1+++4-13:1+++++++4-9:2++13-13:1++13-13:2++13-20:1+++20-45:1+++++++20-45:2+++++++++++++24-45:2++++++++24-45:3+++++++24-45:1+++++++++++43-45:1+++注：+++，strong；++，substantial；+，recognizable；nomark，notrecognized.STCM高溫好氧堆肥過程中微生物的數(shù)量變化規(guī)律4d9d13d20d84堆肥微生物變化堆肥階段微生物類型拉丁名（相似性）中文名初期S（0-4d）4-4:1Leuconostocparamesenteroides(97.4%)類腸膜明串珠菌4-9:1Pediococcusacidilactici(98.2%)乳酸片球菌4-4:2Staphylococcuspiscifermentans(99.1%)葡萄球菌4-13:1Bacillusbadius(99.3%)栗褐芽胞桿菌高溫期T(4-13d)4-13:1Bacillusbadius(99.3%)栗褐芽胞桿菌4-9:2Bacillussp.(99.1%)芽胞桿菌屬13-13:1Virdibacillusproomii(94.7%)枝芽胞桿菌13-20:1Gracilibacillushalotolerans(94.4%)薄壁芽胞桿菌13-13:2Corynebacteriumurealyticum(95.3%)解脲棒桿菌堆肥微生物變化堆肥階段微生物類型拉丁名（相似性）中文名4-485堆肥微生物變化降溫期C（13-32d）24-45:1SphingobacteriumMultivorum(83.4%)多食鞘氨醇桿菌24-45:2Alloiococcusotitis(90.0%)耳炎差異球菌24-45:3Clostridiumfervidus(88.2%)熱梭菌20-45:1Cl.Filimentosum(85.6%)梭菌20-45:2Alcaligenessp.NKNTAU(91.4%)產(chǎn)堿菌腐熟期M（32-45d）24-45:1SphingobacteriumMultivorum(83.4%)多食鞘氨醇桿菌24-45:2Alloiococcusotitis(90.0%)耳炎差異球菌24-45:3Clostridiumfervidus(88.2%)熱梭菌20-45:1Cl.Filimentosum(85.6%)梭菌20-45:2Alcaligenessp.NKNTAU(91.4%)產(chǎn)堿菌43-45:1Arthrobactersp.(86.4%)節(jié)桿菌屬堆肥微生物變化24-45:1Sphingobacterium86堆肥熱力學(xué)過程

在堆肥過程中實際釋放的熱量取決于有機物真正降解的程度，或混合物中不同成分比例。例如，脂肪比蛋白質(zhì)或者碳水化合物更能被降解，因為脂類熱值就高。堆肥熱力學(xué)過程在堆肥過程中實際釋放的熱量取決于有機物真正降87熱滅活動力學(xué)美國環(huán)保署要求熱失活的最低溫度為50℃。根據(jù)Brannen等人的研究結(jié)果，在55℃時加熱7分鐘和在50℃時加熱60分鐘，蛔蟲卵基本消失，但是在47℃時加熱2個小時蛔蟲卵就不被破壞。為保證能徹底消滅蛔蟲卵，處理溫度就應(yīng)該明顯超過閾限溫度。因此，選定最低溫度為50℃，這樣就能大大減少蛔蟲卵的濃度。熱滅活動力學(xué)美國環(huán)保署要求熱失活的最低溫度為50℃。88污水污泥中消滅病原體所用的時間和溫度污水污泥中消滅病原體所用的時間和溫度89幾種常見病菌與寄生蟲的死亡溫度幾種常見病菌與寄生蟲的死亡溫度90顆粒大小對滅菌的影響在堆肥過程中形成了大顆粒或者球狀物，由于氧氣不足，在這些顆粒內(nèi)就減少了熱的積累，為了保證這些顆粒內(nèi)部的病原體完全被破壞，堆肥溫度必須傳遞到顆粒內(nèi)部。顆粒越大，傳遞時間就會越長。顆粒大小對滅菌的影響在堆肥過程中形成了大顆粒或者球狀物，由于91堆肥無害化第一，堆肥的本質(zhì)是微生物利用基質(zhì)養(yǎng)料生長、繁殖，并釋放能量、帶走水分的過程，是一種依靠自然力的生態(tài)降解過程。第二、堆肥微生物的作用必須建立在其適宜的基質(zhì)、能量和環(huán)境條件上。第三、只要堆肥正常，就可以完全破壞專性寄生的病原體，也可以把指示細(xì)菌和非專性寄生細(xì)菌病原體減少到很低的水平，達(dá)到無害化的程度。堆肥無害化第一，堆肥的本質(zhì)是微生物利用基質(zhì)養(yǎng)料生長、繁殖，并92第二部分：快速堆肥及條件第二部分：快速堆肥及條件93堆肥典型時間堆肥典型時間94快速堆肥討論什么是快速堆肥？即在滿足堆肥產(chǎn)品市場需求及環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)前提下，采用生物接種、配方優(yōu)化、條件控制、設(shè)備創(chuàng)新等綜合措施使一次堆肥時間縮短到1到2周，二次堆肥縮短到2-3周的堆肥工藝?？焖俣逊视懻撌裁词强焖俣逊?？即在滿足堆肥產(chǎn)品市場需求及環(huán)境衛(wèi)95為何快速堆肥成本問題每天堆肥成本養(yǎng)分損失特別是氮素?fù)p失為何快速堆肥成本問題96堆肥成本單位:元/噸典型堆肥廠成本分析堆肥成本單位:元/噸典型堆肥廠成本分析97養(yǎng)分損失處理

有機質(zhì)損失（%）

全氮損失（%）第120天的牛糞堆肥不翻堆用鏟斗裝載機翻堆每兩周翻1次每周翻2次第150天的家禽堆肥不翻堆用鏟斗裝載機翻堆每兩周翻1次每周翻2次70787380757979885160536472767886出自：Brinton,1998養(yǎng)分損失處理98環(huán)境影響堆肥過程最少人為干預(yù)條垛系統(tǒng)強制通風(fēng)系統(tǒng)（堆肥前后變化量%）體積減少揮發(fā)性固體平均甲烷釋放排放量（ppmv）551228,744732222355153ppmv(單位體積的百萬分率)環(huán)境影響堆肥過程最少人為干預(yù)99快速堆肥討論快速堆肥的可行性：1、密閉環(huán)境，保溫2、翻堆次數(shù)多3、接種有效微生物4、有除臭措施5、僅生產(chǎn)有機物料6、堆肥產(chǎn)品進(jìn)一步生產(chǎn)復(fù)合肥，并通過高溫、制粒等步驟實現(xiàn)后續(xù)處理7、建立有關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測制度快速堆肥討論快速堆肥的可行性：100快速堆肥討論快速堆肥的核心：1、通過協(xié)調(diào)堆肥過程中養(yǎng)分的降解和保持，建立有機養(yǎng)分、無機養(yǎng)分之間的平衡；2、通過微生物分解發(fā)熱實現(xiàn)自身脫水；3、建立環(huán)境、衛(wèi)生、工業(yè)、農(nóng)業(yè)之間的堆肥協(xié)調(diào)途徑及方法

快速堆肥討論快速堆肥的核心：101堆肥條件*依特定的物料、堆體大小和天氣條件而變。堆肥條件*依特定的物料、堆體大小和天氣條件而變。102生物可降解性

生物可降解性103碳源及能量堆肥過程中通常期望濕基質(zhì)水分能不斷蒸發(fā)以獲得相對干燥的堆肥產(chǎn)品。與干基質(zhì)相比，濕基質(zhì)堆肥水分蒸發(fā)負(fù)擔(dān)較大，所以濕基質(zhì)提供的能量就至為重要，因為需大量能量來支持蒸發(fā)。碳源及能量堆肥過程中通常期望濕基質(zhì)水分能不斷蒸發(fā)以獲得相對干104基質(zhì)能量調(diào)節(jié)如果基質(zhì)沒有足夠的能量推動堆肥進(jìn)程，則需要進(jìn)行能量調(diào)節(jié)以達(dá)到能量平衡?？刹捎靡环N或多種如下方法：（1）通過控制和降低堆肥過程中的空氣供應(yīng)以限制干燥；（2）強化脫水以降低基質(zhì)含水率；（3）外加能量調(diào)理劑。如果通過減少空氣供應(yīng)量來控制能量平衡，則必須對產(chǎn)品進(jìn)行烘干或者加入水分吸收調(diào)理劑。外加能量調(diào)理劑是控制能量平衡的較好方法。采用可降解調(diào)理劑調(diào)節(jié)能量，是初始混合物料調(diào)節(jié)的最優(yōu)選擇基質(zhì)能量調(diào)節(jié)如果基質(zhì)沒有足夠的能量推動堆肥進(jìn)程，則需要進(jìn)行能105氧氣

堆肥過程中，微生物利用碳源，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳。如果沒有充足的氧氣，堆肥過程將會變成厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生難聞的氣味，包括H2S氣體的臭雞蛋氣味。

那么，對于好氧堆肥，氧氣供應(yīng)量應(yīng)該是多少才算是充足呢？盡管空氣中氧氣含量占到21%，但是好氧微生物在氧氣濃度為5%時就可以存活。氧氣濃度高于10%被認(rèn)為是好氧堆肥的最適條件。

氧氣堆肥過程中，微生物利用碳源，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳。如106粒徑在相同體積或質(zhì)量的情況下，小顆粒要比大顆粒有更大的表面積。所以如果供氧充足，小顆粒將降解的更快一些。實驗證明將堆肥物質(zhì)加以粉碎，可以將降解率提高2倍，科學(xué)家提出一個推薦的粒徑值為1.3-7.6毫米，這個區(qū)間的下限適用于通風(fēng)或連續(xù)翻堆的堆肥系統(tǒng)，上限為靜態(tài)堆垛或其他靜態(tài)通風(fēng)堆肥系統(tǒng)。粒徑在相同體積或質(zhì)量的情況下，小顆粒要比大顆粒有更大的表面積107堆肥工藝優(yōu)化堆肥必須因地制宜認(rèn)識堆肥條件的不可替代性探索快速堆肥的途徑和方法協(xié)調(diào)原料配比、溫度、水分、翻堆等關(guān)系堆肥工藝優(yōu)化堆肥必須因地制宜108第三部分：堆肥過程控制第三部分：堆肥過程控制109通風(fēng)控制

通風(fēng)有三個主要目的：第一，通風(fēng)能滿足有機質(zhì)分解的氧氣需求（也叫化學(xué)需氧量）；

第二，通風(fēng)可以除去濕基質(zhì)之中的水分（稱為干燥需求），當(dāng)空氣被堆肥基質(zhì)加熱以后，可以蒸發(fā)掉水份，使得堆肥物料得到烘干；第三，通風(fēng)可以除去有機質(zhì)分解產(chǎn)生的熱量，以控制過程溫度（稱為除熱需求）。通風(fēng)控制通風(fēng)有三個主要目的：110不同有機物料及其有機成分的一般化學(xué)組成不同有機物料及其有機成分的一般化學(xué)組成111有機物降解需氧量計算假定碳水化合物為主要的成分，可以計算出分解反應(yīng)的需氧量：1xC6H10O5+6O2=6CO2+5H2O1626(32)則纖維基質(zhì)的需氧量估計為：x=6(32)/162=1.185gO2/gBVS有機物降解需氧量計算假定碳水化合物為主要的成分，可以計算出112通風(fēng)控制化學(xué)需氧量:1.95kg空氣/kg混合基質(zhì)干重,說明滿足化學(xué)需氧量時，空氣的重量幾乎是進(jìn)料物質(zhì)干重的兩倍。水分干燥需氧量:26.7g干空氣/gds基質(zhì)說明干燥所需的空氣遠(yuǎn)比生物氧化需要的空氣要多.除熱需氧量:47.9g空氣/g基質(zhì)ds除熱所需的空氣量遠(yuǎn)比化學(xué)或者除水分需要的都多。堆肥所需空氣的重量是基質(zhì)干重的30～50倍。由于氣體是看不到的，空氣活動有時候總是被忽略。應(yīng)該牢記基質(zhì)處理既包括固體，也包括氣體部分。通風(fēng)控制化學(xué)需氧量:1.95kg空氣/kg混合基質(zhì)干重,說113翻堆的重要性溫度（℃）氧氣濃度（％）深度（cm）圖6-5由消化污泥和堆肥回料堆置的條垛，其不同深度（cm）的溫度和氧氣濃度（%）的曲線圖。在攪拌條垛5個小時之后測量。來自lacobonietal.[19]翻堆的重要性溫度（℃）氧氣濃度（％）深度（cm）圖6-5114通風(fēng)管道通風(fēng)管道115某堆肥廠所用的永久性管路系統(tǒng)示意圖某堆肥廠所用的永久性管路系統(tǒng)示意圖116通風(fēng)系統(tǒng)示意通風(fēng)系統(tǒng)示意117部分臭氣化合物的臭氣指數(shù)

部分臭氣化合物的臭氣指數(shù)118臭氣釋放規(guī)律大多數(shù)臭氣是在堆肥周期的最初7～10d釋放出來的，最初2～3d的SOER值為10～20m3/min-m2，此后，SOER值迅速降低到0.5～2

m3/min-m2范圍。翻堆前平均可達(dá)15～30m3/min-m2，翻堆后SOER值迅速增加到550m3/min-m2，然后在接下來的3～4小時開始降低。

雖然臭氣釋放的峰值與翻堆有關(guān),但是臭氣釋放的主要部分還是在沒有翻堆時。如果不考慮翻堆的頻率,估計因為翻堆而釋放的氣體大約相當(dāng)于總釋放氣體的10%到15％。增加翻堆頻率會使釋放的峰值降低,但是總的臭氣揮發(fā)量基本保持不變?；谝陨涎芯?，建議當(dāng)天氣條件不好應(yīng)當(dāng)停止翻堆。臭氣釋放規(guī)律大多數(shù)臭氣是在堆肥周期的最初7～10d釋放出來的119臭氣處理的方法吸附：氣體吸附是指通過特定的吸附裝置，把臭氣化合物溶解到洗滌液中的一種臭氣處理方法。常用吸附裝置包括噴霧塔、填充式洗滌床、流體洗滌床、板式塔、噴射洗滌器。通常的化學(xué)藥劑包括：氧化劑例如次氯酸鈉（NaOCI）,過氧化氫（H2O2）及高錳酸鉀（ＫＭｎＯ４）堿性物例如CaO，Ｃa[OH]2，NaOH酸類例如H2SO4，HCl還原劑例如Na2SO3，H2O2吸收增強劑例如表面活性劑臭氣處理的方法吸附：氣體吸附是指通過特定的吸附裝置，把臭氣120一種生物過濾器系統(tǒng)的框圖一種生物過濾器系統(tǒng)的框圖121圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞臭味的影響sucrose蔗糖glucose葡萄糖圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞臭味的影響su122圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞中氨揮發(fā)的影響圖.1添加植物乳桿菌與可溶性碳水化合物對豬糞中氨揮發(fā)的影響123堆肥氮素變化機理堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化很復(fù)雜，主要包括氮素固定和氮素釋放。其中氮素的釋放主要指有機氮的礦化、氨的揮發(fā)以及硝態(tài)氮的反硝化。有機氮作為堆肥的全氮的主要組成部分與全氮一樣，在堆肥過程中，始終呈降低趨勢。一次發(fā)酵初期，氮損失速率較快，主要由于NH3高溫?fù)]發(fā)所致，另外易揮發(fā)含氮有機物的直接揮發(fā)也是造成氮素大量損失的另一個主要原因；二次發(fā)酵階段基本無氮損失。一次發(fā)酵初期(前10ｄ)，在微生物作用下，易降解有機物迅速分解，由于物料的含水率較高,生成的氨主要以NH+4的形式存在于物料中，NH+4-N的含量不斷增加，至第10ｄ左右增至最高點。隨后，由于高溫作用，水汽蒸發(fā)加強，引起大量NH3揮發(fā)，NH+4-N含量不斷降低。硝態(tài)氮（NO3－N）含量主要取決于硝化和反硝化速率之差，物料所處環(huán)境為好氧狀態(tài)時，硝化作用占絕對優(yōu)勢。堆肥氮素變化機理堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化很復(fù)雜，主要包括氮素固定和124堆肥前后氮素變化（袁守軍，２００４）堆肥前后氮素變化（袁守軍，２００４）125影響堆肥氮素?fù)p失的因素

1）堆肥物料的組成：堆肥的氮損失與初始物料的組成和含氮量密切相關(guān)，原料含氮量高損失的比例相應(yīng)就高。研究表明，廚余垃圾與樹葉等混合堆肥的凈氮損失是43%～62%，雞舍廢物(雞糞、鋸末混合物)在強制通風(fēng)堆制過程中的氮損失為初始氮的59%，單獨的牛糞堆制比牛糞與生活垃圾堆肥以1∶1體積聯(lián)合堆制的氮損失高4～10倍。2）堆肥物料C/N比：堆肥物料C/N比越低，氮素?fù)p失越嚴(yán)重。堆肥合適的C/N比范圍為25～35。楊毓峰等以畜禽飼養(yǎng)場排放的雞糞、牛糞為底物,以玉米糠和玉米秸稈作調(diào)理劑和膨脹劑進(jìn)行堆制，堆肥化過程中的氮素?fù)p失隨起始堆料的C/N比升高而降低。影響堆肥氮素?fù)p失的因素1）堆肥物料的組成：堆肥的氮損失與初126影響堆肥氮素?fù)p失的因素3）不同通風(fēng)方式和pH值：翻堆、強制通風(fēng)以及鼓風(fēng)能加快氨從條垛/堆體中逸出的速度。但適當(dāng)通風(fēng)是堆肥的關(guān)鍵，因此，不能由于保氮而減少翻堆或通風(fēng)，只有當(dāng)保存氮素很重要的時候，才可減少對原料的不必要的翻動。高pH值增加了氨的損失，特別是像家禽糞便等含氮量高的原材料。在堆肥原料中有兩種氨的存在形態(tài)：氣態(tài)氨（NH3）和溶解在堆肥中的氨離子（NH4+）。這兩種形態(tài)都會出現(xiàn)并能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種，轉(zhuǎn)化比例由堆體條件所決定。較高的pH值能幫助氣態(tài)氨從堆體中逸出。影響堆肥氮素?fù)p失的因素3）不同通風(fēng)方式和pH值：翻堆、強制通127堆肥氮損失控制的方法

1)改變工藝條件：如保障適量的通風(fēng)/控溫、適當(dāng)?shù)臐穸鹊取＜铀头延欣诖_保氮素；使堆體內(nèi)的氧含量始終保持在較高水平，可以減少堆體內(nèi)的局部厭氧，抑制反硝化的進(jìn)行，減少硝態(tài)氮的損失；單一強制通風(fēng)由于缺乏對混合物料的翻動，造成堆體較為堅實且分布不均勻，氣體交換受阻，不利于好氧堆肥的進(jìn)行；多次翻動可以破碎結(jié)塊的物料，并通過多次混合使物料分布均勻，從而減少或消除物料結(jié)塊及不均勻的現(xiàn)象，增加堆體孔隙度，有利于氣體交換及好氧堆肥化的進(jìn)行。強制通風(fēng)與機械翻堆相結(jié)合能促進(jìn)堆肥溫度的升高和腐熟，加快有機碳的降解和硝態(tài)氮的升高，是相對最好的一種通風(fēng)方式。。堆肥氮損失控制的方法1)改變工藝條件：如保障適量的通風(fēng)/控128堆肥氮損失控制的方法2)在堆肥過程中加入添加劑：1）富碳物質(zhì)：在堆肥過程中添加高C/N比的混合物可降低氮損失。如在禽糞堆制時,通過加入富C物質(zhì)(秸桿和泥炭)可使NH3損失分別降低33.5%和25.8%。2）金屬鹽類及硫元素：金屬鹽類的添加可降低堆肥過程中的NH3損失。可選擇沸石、過磷酸鈣和少量MnSO4作為氮素?fù)p失抑制劑。3）吸附劑和調(diào)理劑：吸附劑和調(diào)理劑的添加也可使氨損失降低。研究表明，泥炭、沸石和玄武巖可在糞便好氧堆制過程中降低氨損失。4）外源微生物：外源微生物的添加可調(diào)控堆肥過程中氮、碳的代謝，調(diào)控氮素物質(zhì)分解為NH4+-N后的氣態(tài)揮發(fā)損失，保留更多的氮養(yǎng)分。堆肥氮損失控制的方法2)在堆肥過程中加入添加劑：129第四部分：堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及檢驗第四部分：堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及檢驗130堆肥穩(wěn)定性堆肥過程中，基質(zhì)里可降解的有機質(zhì)被氧化，并逐漸被增加的難降解的腐殖物質(zhì)所代替。堆肥發(fā)酵過程中結(jié)尾階段比較穩(wěn)定的成分仍然可以被降解，但是同原來的基質(zhì)相比，降解速率會大大降低?，F(xiàn)在的問題是多大的穩(wěn)定性才是足夠的呢？對于這個問題沒有準(zhǔn)確的答案。例如，厭氧消化的污泥一般認(rèn)為是很穩(wěn)定的，似乎可以應(yīng)用于土地，但如果消化污泥堆置在開放的堆上，那么腐敗物質(zhì)和臭氣將會產(chǎn)生。另外如粗污泥在加熱烘干后，也可長時間貯存不會產(chǎn)生異味，其低水分含量使生物活性大大降低，并處于一種“假的穩(wěn)定”狀態(tài)下,但當(dāng)物料重新變濕后，通常生物活性就會恢復(fù)正常，容易發(fā)霉。堆肥穩(wěn)定性堆肥過程中，基質(zhì)里可降解的有機質(zhì)被氧化，并逐漸被增131堆肥穩(wěn)定性穩(wěn)定性的另外一個方面是有機質(zhì)對植物生長的影響。研究者已經(jīng)觀察到不成熟的堆肥包含著許多對植物有毒性（稱植物毒性）的代謝產(chǎn)物，會危害植物根系，并抑制其生長。生物降解的代謝產(chǎn)物，如乙酸對植物生長有很強的毒害作用。研究表明毒性主要在堆肥開始的前期，盡管直至堆肥發(fā)酵60天后，其毒性仍然未完全消除。所有的堆肥設(shè)施在設(shè)計和操作上都應(yīng)該是生產(chǎn)有利于植物生長的穩(wěn)定的產(chǎn)品，而不產(chǎn)生毒性。

堆肥穩(wěn)定性穩(wěn)定性的另外一個方面是有機質(zhì)對植物生長的影響。研究132堆肥質(zhì)量定義嚴(yán)格地講，完全穩(wěn)定的前提是所有的有機質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，但是完全的穩(wěn)定性并不是人們所期望的。因為堆肥作為一種土壤調(diào)理劑的價值就在于有機質(zhì)含量。穩(wěn)定性應(yīng)該建立在足以減少危害潛力和植物毒性的基礎(chǔ)之上，但還不是如此徹底以及最終產(chǎn)品中有機質(zhì)不必要地?fù)p失掉；穩(wěn)定性還應(yīng)該建立在當(dāng)氧氣消耗降低到某一點時，厭氧和異味條件還沒有產(chǎn)生，不致于影響到存貯和產(chǎn)品的最終使用，也不致于產(chǎn)生植物毒性物質(zhì)。堆肥質(zhì)量定義嚴(yán)格地講，完全穩(wěn)定的前提是所有的有機質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為133堆肥質(zhì)量要求堆肥產(chǎn)品質(zhì)量涉及眾多因子，既有理化指標(biāo)，又有衛(wèi)生指標(biāo)，還有生物學(xué)指標(biāo)。堆肥質(zhì)量一般包括顆粒大小，pH值，可溶鹽含量，產(chǎn)品穩(wěn)定性，雜草種子、重金屬、植物毒素等有害組分的存在，以及雜質(zhì)。好的堆肥應(yīng)表現(xiàn)在：顆粒直徑小于1.3厘米，pH值在6.0-7.8，可溶鹽濃度小于2.5ms/cm，低呼吸比率，沒有雜草種子，污染物濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。這種堆肥的使用一般不會受到限制。呼吸比率是通過測定耗氧量求得的，呼吸率高，就說明堆肥尚未穩(wěn)定。堆肥質(zhì)量要求堆肥產(chǎn)品質(zhì)量涉及眾多因子，既有理化指標(biāo)，又有衛(wèi)生134堆肥質(zhì)量的指導(dǎo)原則堆肥質(zhì)量的指導(dǎo)原則135堆肥指標(biāo)穩(wěn)定性

發(fā)酵好的堆肥不應(yīng)繼續(xù)升溫，并產(chǎn)生臭味。養(yǎng)分含量

發(fā)酵好的堆肥速效養(yǎng)分一般在4-5%之間，并含有微量元素。水分含量

堆肥完成后水分應(yīng)降到45%以下。堆肥指標(biāo)穩(wěn)定性

發(fā)酵好的堆肥不應(yīng)繼續(xù)升溫，并產(chǎn)生臭味。136堆肥指標(biāo)粒徑分布

堆好后物料分散，粒徑相對均一。無雜草種子

堆好的產(chǎn)品是沒有雜草種子的，產(chǎn)品在2-3周內(nèi)不會有種子發(fā)芽。其它元素濃度

重金屬、農(nóng)藥的濃度應(yīng)控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。產(chǎn)品質(zhì)量一致

每批產(chǎn)品應(yīng)保持質(zhì)量的一致。堆肥指標(biāo)粒徑分布

堆好后物料分散，粒徑相對均一。137堆肥腐熟度評價-溫度溫度被認(rèn)為是堆肥穩(wěn)定度評價最簡便快捷的指標(biāo)，當(dāng)其趨于環(huán)境溫度時，表明堆肥已達(dá)穩(wěn)定。一般認(rèn)為堆肥溫度在50℃以上并維持5~10天，符合糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此，快速達(dá)到溫度并維持一定時間是比較理想的狀態(tài)。另外堆肥完成后不應(yīng)出現(xiàn)再升溫的現(xiàn)象，許多堆肥廠完成一次堆肥后，在二次成化時仍表現(xiàn)溫度升高，有時甚至發(fā)生“燒心”的現(xiàn)象，就說明堆肥沒有腐熟完全，以致養(yǎng)分損失加劇，肥效因此受到影響。堆肥腐熟度評價-溫度溫度被認(rèn)為是堆肥穩(wěn)定度評價最簡便快捷的指138堆肥腐熟度評價-顏色及氣味堆肥腐熟度也可從堆肥的表觀特征作出一些判斷。從顏色上來看，堆肥過程中堆料逐漸發(fā)黑，腐熟后的堆肥產(chǎn)品呈黑褐色或黑色。從氣味上來看，通常，堆肥原料具有令人不快的氣味，在運行良好的堆肥過程中，這種氣味逐漸減弱并在堆肥結(jié)束后消失。腐熟堆肥的表觀特征為：堆肥后期溫度自然降低；不再吸引蚊蠅；不會有令人討厭的臭味；由于真菌的生長堆肥出現(xiàn)白色或灰白色；堆肥產(chǎn)品呈現(xiàn)疏松的團粒結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，物理學(xué)指標(biāo)雖然簡便、直觀，但是難以定量表征堆肥過程中堆料成分的變化，也就不易定量說明堆肥腐熟程度，缺乏可信度和可操作性。堆肥腐熟度評價-顏色及氣味堆肥腐熟度也可從堆肥的表觀特征作139有機質(zhì)的變化水溶性有機質(zhì)含量與堆肥時間有很顯著的相關(guān)性，是指示堆肥腐熟程度的一個合適的參數(shù)。盡管水溶性有機質(zhì)也受堆肥原料的性質(zhì)的影響，但在堆肥腐熟的后期