第一节 概述
一、基本概念
1、定义：堆肥化 是在有控制的条件下，使有机废弃物在微生物（主要为细菌）作用下，发生降解，并同时使有机物发生生物稳定作用的过程。堆肥化后的产物称之为堆肥。
2、堆肥的优点
1)废物的物理性质得到改善: 如结构蓬松、体积和水分减少
2)卫生无害化: 无臭味、病原物大幅度灭活、不孳生苍蝇
3)可充分发挥培肥改土和促进植物生长的作用
· 堆肥化处理后，物料腐殖化程度提高，施用后不会烧根烧苗
· 改良土壤物理性能：促进土壤团粒结构形成、降低土壤容重、提高土壤保肥能力
· 提高土壤有机质水平和提供作物养分（具有缓释的特点）
· 提高土壤的缓冲作用
· 活化土壤养分
· 具有生理调节作用：具有生理活性物质
· 提高土壤生物活性
3、堆肥的原料
1）纤维木质素类废弃物：农业秸秆、林业废弃物（树皮、锯末、树叶）、糠壳、甘蔗渣、芦苇渣、野草等。
注意：以此为主体原料的堆肥，常要配合低C/N比的材料，如畜禽粪便。
我们所用的原料为：稻糠 牛粪
4、堆肥的类型
好氧堆肥:好氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程。
好氧堆肥堆温高，一般在55℃以上，可维持7-11天，极限可达80℃以上，亦称高温堆肥法。好氧堆肥法具有堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等优点。
目前国内外两类主要两种好氧堆肥系统：无发酵装置系统和发酵仓式堆肥系统。我们所使用的为无发酵装置系统，因此在这里其他系统不做说明。
无发酵装置系统：物料通常均堆制成条垛式，依据堆料供氧方式，无发酵装置系统又可分为搅拌式堆肥床和固定堆式堆肥床两种堆肥方式。 我们主要使用搅拌式堆肥，但在发酵的第三阶段则采取搅拌加强制通风的方式，有利于提高温度，使水分走失速度加快。
搅拌式堆肥床式堆肥又称传统式或强制通气条垛发酵。固定堆式堆肥基本不进行翻堆，其供氧方式采用强制通风供氧方式进行堆肥，也称固定堆强制通风堆肥法。肥堆的供氧利用鼓风机或空气压缩机强行鼓风进行。
无发酵装置系统堆肥的特点是基建投资少；工艺简单；操作简便易行；处理容量大。缺点是由于是敞开式堆肥，在冬季低温条件下，肥堆不易升温和保温；通常占地较大；堆肥时间较长。
第二节 好氧堆肥的原理及工艺流程
一、 基本原理
1、基本原理
好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体的过程。
2、微生物学过程
嗜温菌和嗜热菌活动的温度范围
|
细菌 |
最低 |
适宜 |
最高 |
|
嗜温性 |
15-25 |
25-40 |
43 |
|
嗜热性 |
25-45 |
40-50 |
85 |
好氧堆肥的微生物学过程可大致分为三个阶段，每个阶段都有其独特的微生物类群：
1）产热阶段（中温阶段，升温阶段）：
· 堆肥初期（通常在1-3天），肥堆中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使肥堆温度不断上升。此阶段温度在室温至45℃范围内，微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。
· 微生物类型较多，主要是细菌、真菌和放线菌。其中细菌主要利用水溶性单糖等，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊的功能。
2）高温阶段：
①当肥堆温度上升到45℃以上时，即进入高温阶段。
通常从堆积发酵开始，只须2-3天时间肥堆温度便能迅速地升高到55℃，1周内堆温可达到最高值（最高温可达80℃）。
②嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物逐渐取而代之。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；温度上升到70℃以上时，大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。
③此时，产生的热量减少，堆温自动下降。当堆温降至70℃以下时，处于休眠状态的嗜热性微生物又重新活动，继续分解难分解的有机物，热量又增加，堆温就处于一个自然调节的、延续较久的高温期。
④高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此阶段中堆肥内开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。C/N比明显下降，肥堆高度随之降低。通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物，按我国高温堆肥卫生标准（GB7959-87），要求堆肥最高温度达50℃～55℃以上，持续5-7d。
3）、腐熟阶段：
在高温阶段末期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。此时嗜温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化，此时堆肥进入腐熟阶段。
降温后，需氧量大量减少，肥堆空隙增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。在强制通风堆肥中常见的后熟处理，即是将通气堆翻堆一次后，停止通气，让其腐熟。还可取到保氮的作用
二、 工艺流程与装置
（一）堆肥程序
1、原料的预处理：包括分选、混拌、以及含水率和碳氮比的调整
①选择堆肥原料
不同的原料必须分隔开来
去掉杂质，如石头、砖块、瓶子、塑料袋、木头，等等
②堆肥原料称重
根据湿度、原料种类和比例计算用量
此处用70：30的比例（牛粪：稻糠）
计算BPA的用量
BPA比例：1：200（成品）
2、堆肥
①用机械混拌机混合原料
用一满铲的牛粪+ ?用量的BPA +需要量的稻糠+ ?用量的BPA
注意：
在混合时BPA要均匀的撒开
保证每铲牛粪的量是相同的，以便不会多算或少算BPA的用量。多算BPA对堆肥不会有危害，但会增加成本，而少算BPA会降低堆肥的效率。
将混好的原料通过传送带卸载到小型卡车，整理肥堆（挑出/丢弃石头、转头、瓶子、塑料袋、木头、用过的注射器等等）。
②按批将混好的原料（55%±的湿度使纤维素原料软化）堆成堆。物料以垛状堆置，排列成多条平行的条垛，条垛的断面形状通常为三角形或梯形，高度2.0m-2.5,宽6米 。物料的成垛堆放用铲车进行操作。
3、堆肥时需要注意以下几点
①取牛粪的铲车要掌握好每次送料铲内牛粪的量（体积）和干湿度。适当调整这两个因素，保持总体平衡。并在每次倒完料以后，将漏掉在地面上的牛粪处理干净。
②撒菌种，要求工作人员做到认真、耐心，抛撒均匀。分两次抛撒，不可以一次撒完，更不能一次直接倒入。
③站在台子上的工作人员要检查铲车是否将牛粪倾倒干净，并以手势告知铲车司机。
④传送带专人管理，及时清除石块、砖头、编织袋等杂物。以影响发酵和免损坏发酵池供氧设备。
⑤此处工作人员接触生粪，尽量不要进入供氧机车间和成品肥车间，避免与成肥接触。
（二）原料发酵
1、我们采用二次发酵方式，全部周期一般需要45天。
①一次发酵：好氧堆肥中的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程称为一次发酵或主发酵。它是指从发酵初期开始，经中温、高温然后达到温度开始下降的整个过程，一般需10-15天。
②二次发酵：物料经过一次发酵，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1-2m高的堆垛进行二次发酵，使之腐熟。此时温度持续下降，当温度稳定在35-40℃左右时即达腐熟，一般需30天。
2、具体操作步骤
①每次翻堆前检测温度，肉眼观察如肥堆颜色的变化、在肥堆内放线菌（白色）的产生/存在、肥堆的气味、堆内散发出来的气味。颜色变化主要是随着堆肥时间延长堆体颜色逐渐由浅变深；放线菌主要生活在距表面30cm左右的地方，呈白色。生长菌丝的地方往往肥料颜色会变黑，粪臭味消失。
②翻肥的频率可以是每天或每隔一天，取决于2-3点的温度，如果上部点温度（60-65 ℃）高于低处的温度，翻肥通风，降低低处的湿度同时降低上部的温度。湿度大的地方温度不会逐渐升高，而湿度小的地方温度会升高，但可能影响堆肥的质量。当阳光照射降低了肥堆表面湿度的时候也要翻堆。
③将肥堆转移至发酵槽（至少翻5-6次之后）。用翻拌机每天或每隔一天翻肥，是否翻拌取决于温度，还能起到降低湿度的作用。至少需要翻肥30-40次到达发酵槽的一端包装（发酵槽总长是200m，我们仅用180m用翻拌机翻拌，至少20m留用转移肥堆至发酵槽内）。
3、室内发酵
①室内供氧机操作人员按规程操作机器，不得善自离岗。
②每次完成一个过程后要停在进料口一侧清理保养。不可以反回出料一侧清理，以免污染成肥。
③室内操作人员在走动时注意不要踩到生粪。尤其在清底的时候不要将生粪带到池内造成污染。
④工作人员要经常检查供氧设备，对设备存在的隐患要及时发现，及时上报，及时处理，保证生产工作顺利进行。
3、后处理
当肥堆到达另一端，进行筛分（孔径13mm），将粗料、石头、瓶子等分离。符合要求的肥料通过传送带至装袋机料斗内，准备包装。
粗料要经过锤子粉碎，送回到熟化阶段，然后经过分筛、暂存到包装。石头、瓶子、木头等要丢掉。
质量不合格的成肥（分析有机质、pH、碳、C:N比、湿度等）要送回熟化阶段进一步处理。
三、堆肥的影响因素及其控制
（一）通风量与通风频率
通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一，通风量主要决定于堆肥原料有机物含量、挥发度、可降解系数等。
通风的主要作用在于：
①提供氧气，加速微生物的发酵过程；
②调节堆温；
③干燥堆料。
过小的通风量不足以提供给微生物充足的氧气，影响堆肥温度的升高，过大的通风量则有可能使肥堆的热量散失，影响堆肥无害化程度。通常强制通风可取的经验数据为0.05～0.2m3/m3堆料.min。
氧的控制
1、自然通风供氧
2、向肥堆内插入通风管
3、利用各种专用翻推机翻堆通风
4、用风机强制通风供氧。
室外翻堆使用铲车，需要注意的有以下两点：
1、用于翻堆的铲车要做到保证翻倒质量，再提高速度。每铲都要让肥料散落下来，使之充分接触空气，并能起到较好的散热作用。
2、堆体要摆放规整，每行都要排在一条直线上。每翻堆一次要清理地面，保持场地整洁，取粪混料时需注意不要把生粪带到入肥堆里面。
（二）有机质的含量
有机质含量高低影响堆料温度和通风供氧。有机质含量过低，分解产生的热量不足以促进和维持堆肥中嗜热性细菌的增殖，肥堆难于达到高温阶段，影响堆肥的卫生无害化效果。而且，由于有机质含量低，将影响堆肥产品的肥效和使用价值。
有机质含量过高，则需要大量供氧，这会给通风供氧造成实际困难，有可能因供氧不足，造成部分厌气条件。适宜的有机物含量为20-80%
（三）C/N比
最适25：1
在堆肥化中，有机C主要作为微生物的能源物质，大部分有机C在微生物代谢过程中氧化分解变成CO2而挥发，部分C则构成微生物自身的细胞物质。氮主要消耗在原生质合成之中，就微生物对营养的需要而言，最合适的C/N比在4～30。当有机物C/N比在10左右时，有机物被微生物分解速度最大。
当原料的C/N比为20，30～50，78时,其对应所需的堆肥化时间约分别为9～12天，10～19天，及21天，但当C/N比大于80:1时，堆肥就难于进行。
堆腐后C/N比将比堆腐前明显下降，通常在10～20:1，这种C/N比的腐熟堆肥，农业利用肥效较好。若成品堆肥的C/N比过高，农业利用时就可能造成微生物和植物争夺氮素养分，使农作物可利用氮减少，影响农作物的生长发育。
（四）水分
水分是否合适直接影响堆肥发酵速度和腐熟程度。对污泥堆肥而言，堆料合适的水分含量为55-65%。在实际操作中，简便的测定方法为：以手紧握物料能成团，有水迹出现，但水不滴出为宜。畜禽粪便堆肥最合适的水分为65%。
（五）颗粒度
堆肥化所需要的氧气是通过堆肥原料颗粒孔隙供给的。孔隙率及孔隙大小取决于颗粒大小及结构强度，像纸张、动植物、纤维织物等，遇水受压时密度会提高，颗粒间孔隙大大缩小，不利于通风供氧。
一般地：适宜大小为12-60mm.
（六）pH
微生物可在较大的pH范围内繁殖，合适的pH为6-8.5。pH过高或过低的堆料则需要先在露天堆积一定时间或掺入其他堆肥或物料以降低或增加pH值。 在发酵过程中由于微生物的作用会使堆体产生氨气，pH值因此升高。
四、 堆肥的腐熟度
腐熟度：堆肥的腐熟程度
（一）外观变化
直观定性判断标准是堆肥不再进行激烈的分解，成品温度较低；外观呈茶褐色或黑色；结构疏松；没有恶臭。
（二）工艺参数作为判断标准
1、堆温的变化
对于无发酵仓式堆肥，堆温的变化有良好的指示功能。通常肥堆经过了高温阶段后，温度将逐渐下降。当堆肥达到腐熟时，堆温将低于40℃。
2、耗氧速率
耗氧速率是指单位时间内氧在气体中体积浓度%减少值，可用0.02O2%/min表示。在堆肥过程中氧的消耗或CO2的产生速率标志了有机物分解的程度和堆肥反应的进行程度。由于耗氧速率数据测定受原料成分的影响较小，只要在堆层中氧供应充分，耗氧速率的数据就比较稳定可靠。从堆积至腐熟过程中，耗氧速率曲线表明其变化由低至高再下降，然后趋于稳定，当堆肥稳定时，相对耗氧速率基本稳定在0.02O2%/min左右。
（三）化学指标
1 、有机质和挥发性固体含量的变化
随着堆肥的进行，堆肥有机质和挥发性固体含量呈持续下降的趋势，最后达到基本稳定。达到腐熟时，可下降15-30%。然而这种变化趋势受原料来源的影响很大。仅用其来衡量堆肥是否腐熟，还不充分。
2、氮、C/N比及无机氮形态的变化
在堆肥过程中部分有机碳将被氧化成CO2挥发损失，肥堆质量减少。由于氮的损失（主要是在有机氮的氨化阶段，少量的氨氮会挥发损失）远低于有机碳的损失，因此，堆肥腐熟后，堆肥中全氮含量有上升的趋势，而C/N比持续下降，直至稳定。一些研究指出，当堆料的C/N比从25～35:1下降至20:1以下时，肥堆将达到稳定。
3、水溶性有机碳(C)及水溶性有机碳与有机氮之比
在堆肥过程中，堆肥水浸提液中水溶性有机碳的变化比堆料固体有机碳的变化要明显得多。研究发现，当堆肥腐熟时，水溶性有机碳可下降50%以上。浸提液中有机氮也有类似的规律，但降幅远没有水溶性有机碳大。近年来发现，水溶性有机碳与水溶性有机氮的比值是堆肥腐熟的良好化学指标，该值约为5-6时表明堆肥已经腐熟，而且该值与堆肥原料无关。
（四）生物指标
通常采用堆肥水浸提液对种子萌发的影响或堆肥对幼苗生长的影响来作为生物指标衡量堆肥的稳定程度。当堆肥没有达到稳定时，堆肥的水浸提液具有一定的植物毒性，会妨碍种子的萌发和根的伸长。种子萌发实验的时间一般为24小时，它是评价堆肥稳定化程度最直接的指标之一。实验用的种子包括水芹、胡萝卜、芥菜、白菜、小麦、番茄等等，目前国际上应用最多的是水芹（Cress）种子，它对环境的敏感性高，发芽快。种子萌发实验的结果一般用种子发芽指数来表示（%）：
种子发芽指数（%）=[(堆肥浸提液处理种子的发芽率×处理种子的根长)÷(去离子水处理种子的发芽率×去离子水种子的根长)]×100%
具体做法为：堆肥鲜样按水:物料比=1:2浸提，160rpm振荡1个小时后过滤，吸取5ml滤液于铺有滤纸的培养皿中，滤纸上放置10颗水芹(Cress)种子，25℃下暗中培养24h后，测定种子的根长，同时用去离子水做空白对照，按上述公式计算种子发芽指数。
一般地，当水芹种子发芽指数达到50%以上时，被认为是已消除植物毒性，堆肥基本到达稳定化。
