堆肥的基本原理及工艺流程
时间：2014/06/05
一、堆肥的基本原理
自然界中有很多微生物具有氧化、分解有机物的能力。利用微生物在一定的温度、湿度和PH值条件下，将有机性废弃物进行生物化学降解，使其形成一种类似腐殖质土壤的有机物质用作肥料和改良土壤。这种利用微生物降解有机性废弃物的方法称为生物处理法，一般又称堆肥化处理。好氧堆肥过程中一些物质成分的变化如图所示。
有机性废弃物是堆肥中微生物赖以生存、繁殖的物质条件，由于微生物生活时有的需要氧气，有的不需要氧气，因此，根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，有机性废弃物堆肥化处理可分为好氧堆肥法（高温堆肥法）和厌氧堆肥法二种。前者是在通气条件下借助好氧微生物活动使有机物得到降解，由于好氧堆肥温度一般在50～60度，最高可达70～80度，故也称为高温堆肥。后者是利用厌氧微生物发酵进行肥料制作的过程。
1、好氧堆肥
好氧堆肥是在有氧的条件下，借助好氧微生物的作用来进行的。在堆肥过程中，有机性废弃物中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物吸收，固体和胶体的有机物先附着在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质后再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动——氧化、还原和合成过程，把一部分有机物氧化成简单的无机物，释放出生命活动所需的能量，并把一部分有机物转化为生物体所必须的营养物质以合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖产生更多的生物体。
一般情况下利用堆肥温度变化作为堆肥过程的评价指标。一个完整的堆肥过程由四个堆肥阶段组成，即低温阶段、中温阶段、高温阶段和降温阶段。每个阶段都拥有不同的细菌、放线菌、真菌和原生动物，这些微生物就利用废弃物中的有机物质作为食物和能量来源直至形成稳定的腐殖质物质为止。
2、厌氧堆肥
厌氧堆肥是在无氧条件下借助厌氧微生物的作用来进行的，如图所示
当有机物厌氧分解时，主要经历酸性发酵和碱性发酵两个阶段。分解初期微生物活动中的分解产物主要是有机酸、醇、二氧化碳、磷化氢等。在这一阶段，因有机酸大量积累，发酵材料中PH值逐渐下降。随着易分解性有机物质的减少和氧化还原电位的下降，另一群称为甲烷细菌的微生物开始分解有机酸和醇类等物质，主要产物是甲烷和二氧化碳。随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解、PH值迅速上升，这一阶段叫碱性发酵阶段。以纤维素分解为例，堆肥的厌氧分解反应表示为：
由于厌氧发酵后的产物呈液体状，有时仍含少量病原菌和散发臭气，所以在农田施用前必须经过灭菌并用专门的沼液散布机械进行喷洒，施肥田块的土地面积也要大，所以该方法比较适合于大农场使用。此外，由于沼气的产生受外界温度变化影响大，在北方人寒冷的冬季气量低，因而比较适合我国南方。
二、堆肥工艺流程及参数
传统的堆肥化技术采用厌氧的野外堆积法，这种方法不仅占地面积大、堆积时间长，而且无害化程度低。现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺，具有机械化程度高、处理量大、堆肥发酵速度快、无害化程度高和便于进行清洁化生产等优点。畜禽粪便的好氧堆肥通常由前处理、一次发酵（主处理或主发酵）、二次发酵（后熟发酵）以及后续加工、贮藏等等工序组成。
1、 前处理
因为畜禽粪便中水分含量大（含水量通常在70%～90%），如果不进行水分调节就会因通气不良而出现堆肥温度上升慢、臭气产生量大，并且搬运搅拌也不方便等。因此前处理的主要任务是进行水分含量、材料通气性和C/N调节。同时也可以顺便除去那些较大而不适合堆肥的物质如铁丝、砖瓦、石块、塑料膜、绳索等杂质，否则会影响以后的搅拌、通气等过程。
2、 一次发酵
畜禽粪便的一次发酵通常在特定的发酵场所（槽，池等）或装置内进行，在堆肥过程中通过搅拌和强制通风向堆肥内部通入氧气，促进好氧性微生物活动。由于堆肥原料、空气和土壤存在着大量的各种微生物，所以后很快就进入发酵阶段。首先微生物利用易分解性有机物进行繁殖，产生二氧化水，同时产生热量使堆肥升温。发酵初期有机物质的分解主要是靠中温型微生物（30～40度）进行的，随着温度的升高，最适宜生活在45～65度的高温菌逐渐取代了中温型微生物。在此温度下，各种病原菌、寄生虫卵、杂草种子等均可被灭杀。一般由温度开始上升到温度开始下降的阶段称为一次发酵阶段。为了提高无害化效果，这一阶段至少应保持10天以上。一般情况下，该阶段牛粪为4～5周、猪粪3～4周、鸡粪2～3周左右。
3、 二次发酵
将经过一次发酵后的堆肥送到二次发酵场地继续堆腐，使一次发酵中尚未完全分解的易分解的、较难分解的有机物质继续分解，并将其逐渐转化为比较稳定和腐熟的堆肥。一般二次发酵的要求不如一次发酵条件严格，堆积高度可以在1～2m，只要有防雨、通风措施即可。在堆积过程中每1～2周要进行一次翻堆。二次发酵的时间长短视畜禽粪便各类和添加水分调节材料性质而定，一般堆肥内部温度降至40度以下时就表现二次发酵结束，即可以进行堆肥风干和后续加工了，通常，纯畜禽粪便堆肥二次发酵需要1个月左右的时间，添加等秸秆类材料时二次发酵在2～3个月左右，而添加木质材料如锯末、树皮等情况下二次发酵需要在那6个月以上的时间。
三、微生物的添加
在堆肥中额外加入微生物，可以加速畜禽粪便及秸秆类物质的快速分解和腐熟，大大提高生产效益。但如果堆肥所需的条件达不到，加再多的微生物也会起不到发酵效果。
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