固體廢棄物高溫堆肥技術(shù)

第一節(jié) 概述

一、基本概念

1、定義：堆肥化（Composting）是在有控制的條件下，使有機(jī)廢棄物在微生物（主要為細(xì)菌）作用下，發(fā)生降解，并同時(shí)使有機(jī)物發(fā)生生物穩(wěn)定作用（向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化）的過(guò)程。堆肥化后的產(chǎn)物稱之為堆肥（Compost）。
2、堆肥的優(yōu)點(diǎn)

1)廢物的物理性質(zhì)得到改善: 如結(jié)構(gòu)蓬松、體積和水分減少
2)衛(wèi)生無(wú)害化: 無(wú)臭味、病原物大幅度滅活、不孳生蒼蠅
3)可充分發(fā)揮培肥改土和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用

• 堆肥化處理后，物料腐殖化程度提高，施用后不會(huì)燒根燒苗
  
• 改良土壤物理性能：促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成、降低土壤容重、提高土壤保肥能力
  
• 提高土壤有機(jī)質(zhì)水平和提供作物養(yǎng)分（具有緩釋的特點(diǎn)）
  
• 提高土壤的緩沖作用
  
• 活化土壤養(yǎng)分：腐殖酸具有螯合作用
  
• 具有生理調(diào)節(jié)作用：具有生理活性物質(zhì)
  
• 提高土壤生物活性
  
• 堆肥是CO2供給源

3、堆肥的原料

1）纖維木質(zhì)素類廢棄物：農(nóng)業(yè)秸稈、林業(yè)廢棄物（樹皮、鋸末、樹葉）、糠殼、甘蔗渣、蘆葦渣、野草等
2）廚余物與畜禽糞便
3）市政廢棄物：生活垃圾、下水污泥等
注意：以第一類為主體原料的堆肥，常要配合低C/N比的材料，如畜禽糞便或城市污泥或豆科綠肥或N肥

　4、堆肥的類型

 

好氧堆肥化是在通風(fēng)條件下，有游離氧存在時(shí)進(jìn)行的分解發(fā)酵過(guò)程。

好氧堆肥堆溫高，一般在55℃以上，可維持7-11天，極限可達(dá)80℃以上，亦稱高溫堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、無(wú)害化程度高、衛(wèi)生條件好、易于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)，在有關(guān)污泥、城市垃圾、畜禽糞便和農(nóng)業(yè)秸稈等堆肥中被廣泛采用。

　

目前國(guó)內(nèi)外兩類主要的好氧堆肥系統(tǒng)：

1) 無(wú)發(fā)酵裝置系統(tǒng)
物料通常均堆制成條垛式（windrow），依據(jù)堆料供氧方式，無(wú)發(fā)酵裝置系統(tǒng)又可分為攪拌式堆肥床和固定堆式堆肥床兩種堆肥方式。

　攪拌式堆肥床式堆肥又稱傳統(tǒng)式或強(qiáng)制通氣條垛發(fā)酵

主要特點(diǎn)是采用定期翻堆，使物料均勻，并提供充足氧氣，有時(shí)還考慮強(qiáng)制通氣（常采用抽氣方式進(jìn)行）。翻堆作業(yè)通常采用翻堆機(jī)械進(jìn)行，也有一些堆肥機(jī)械融粉碎、翻堆、測(cè)溫測(cè)氧于一體。

固定堆式堆肥基本不進(jìn)行翻堆，其供氧方式主要有兩種，

一是采用自然通氣方式進(jìn)行堆肥，在堆肥場(chǎng)地開(kāi)有通氣溝，并在垂直方向樹有通氣管（也可用各種秸稈捆綁成束作為通氣之用），生物發(fā)酵所需要的氧氣完全靠自然通風(fēng)。自然通風(fēng)堆肥腐熟時(shí)間通常較長(zhǎng)。
 

二是采用強(qiáng)制通風(fēng)供氧方式進(jìn)行堆肥，也稱固定堆強(qiáng)制通風(fēng)堆肥法

 

肥堆的供氧利用鼓風(fēng)機(jī)或空氣壓縮機(jī)強(qiáng)行鼓風(fēng)進(jìn)行，也可采用抽風(fēng)方式進(jìn)行。吹風(fēng)或抽風(fēng)可用定時(shí)器或在肥堆內(nèi)安置的溫度或氧氣濃度自動(dòng)反饋裝置來(lái)間斷性供氧。自然通風(fēng)堆肥腐熟時(shí)間通常較長(zhǎng)，而固定堆強(qiáng)制通風(fēng)堆肥法則比較快，在3～5周內(nèi)能完成堆肥周期。

無(wú)發(fā)酵裝置系統(tǒng)堆肥的特點(diǎn)是基建投資少；工藝簡(jiǎn)單；操作簡(jiǎn)便易行；處理容量大。缺點(diǎn)是由于是敞開(kāi)式堆肥，在冬季低溫條件下，肥堆不易升溫和保溫；通常占地較大；堆肥時(shí)間比發(fā)酵倉(cāng)式堆肥要長(zhǎng)。

2）發(fā)酵倉(cāng)式堆肥系統(tǒng)

堆肥在發(fā)酵裝置內(nèi)進(jìn)行。發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)可分為立式發(fā)酵塔和臥式或槽式發(fā)酵裝置兩種。

立式堆肥發(fā)酵塔(多段豎爐式發(fā)酵塔)：
通常由5～8層組成。堆肥物料由塔頂進(jìn)入塔內(nèi)，在塔內(nèi)堆肥物通過(guò)不同形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，由塔頂一層層地向塔底移動(dòng)。一般經(jīng)過(guò)5～8天的好氧發(fā)酵，堆肥物即由塔頂移動(dòng)至塔底而完成一次發(fā)酵。立式堆肥發(fā)酵塔通常為密閉結(jié)構(gòu)，塔內(nèi)溫度分布從上層到下層逐漸升高，塔式裝置的供氧通常以風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)。

臥式堆肥發(fā)酵滾筒（達(dá)諾式 Dano）：
該發(fā)酵滾筒在水平方向上呈傾斜放置，直徑為2.5-4.5m，長(zhǎng)20-40m，強(qiáng)制供氣。在該裝置中廢棄物靠與筒體內(nèi)表面的摩擦沿旋轉(zhuǎn)方向提升（轉(zhuǎn)速為0.1-3 rpm），同時(shí)借助自身重量落下。通過(guò)如此反復(fù)升落，廢物被均勻地翻倒與供入的空氣接觸，并通過(guò)微生物的作用進(jìn)行發(fā)酵。經(jīng)1-5天發(fā)酵后排出，條垛放置熟化。

常溫24h連續(xù)操作,通風(fēng)量為0.1m3/(m3.min)。若一次發(fā)酵，時(shí)間36-48h；全程發(fā)酵則2-5d。筒填充率應(yīng)小于80%

筒倉(cāng)式堆肥發(fā)酵倉(cāng)
筒倉(cāng)式堆肥發(fā)酵倉(cāng)為單層圓筒狀，發(fā)酵倉(cāng)深度一般為4-5米，大多采用鋼筋混凝土構(gòu)成。發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)供氧均采用高壓離心風(fēng)機(jī)強(qiáng)制供氣，以維持倉(cāng)內(nèi)堆肥好氧發(fā)酵。空氣從倉(cāng)底進(jìn)入發(fā)酵倉(cāng)，堆肥原料由倉(cāng)頂加入，經(jīng)過(guò)6-12天的好氧發(fā)酵，初步腐熟的堆肥從倉(cāng)底通過(guò)出料機(jī)出料。

其他：

箱式堆肥發(fā)酵池，吊車翻倒式發(fā)酵池，臥式漿葉發(fā)酵池，臥式刮板發(fā)酵池等等。

　

發(fā)酵倉(cāng)式堆肥系統(tǒng)的特點(diǎn)：

• 不受氣候影響
  
• 能有效控制二次污染
  
• 發(fā)酵時(shí)間快，占地面積少。
  

缺點(diǎn)：
是基建投資大，運(yùn)行成本較高，批量生產(chǎn)量相對(duì)較小。

第二節(jié) 好氧堆肥的原理及微生物學(xué)過(guò)程

1、基本原理
好氧堆肥是在有氧條件下，好氧微生物通過(guò)自身的分解代謝和合成代謝過(guò)程，將一部分有機(jī)物分解氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，從中獲得微生物新陳代謝所需要的能量，同時(shí)將一部分的有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體的過(guò)程 。
 

1）有機(jī)物的氧化
CsHtNuOv.aH2O + O2 —>CwHxNyOz.cH2O（堆肥）+ dH2O(氣)+ eH2O(水) + fCO2 + gNH3 + 能量
堆肥成品CwHxNyOz.cH2O與堆肥原料CsHtNuOv.aH2O 之比為0.3~0.5(這是氧化分解減量化的結(jié)果)。
通常可取如下數(shù)值范圍： w=5~10, x=7~17, y=1, z=2~8
堆肥的結(jié)果是廢棄物中有機(jī)物向穩(wěn)定化程度較高的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化,腐殖質(zhì)的形成十分復(fù)雜，其生物學(xué)過(guò)程示意如下：
2、微生物學(xué)過(guò)程

嗜溫菌和嗜熱菌活動(dòng)的溫度范圍

　好氧堆肥的微生物學(xué)過(guò)程可大致分為三個(gè)階段，每個(gè)階段都有其獨(dú)特的微生物類群：
1）產(chǎn)熱階段（中溫階段，升溫階段）：

• 堆肥初期（通常在1-3天），肥堆中嗜溫性微生物利用可溶性和易降解性有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)和能量來(lái)源，迅速增殖，并釋放出熱能，使肥堆溫度不斷上升。此階段溫度在室溫至45℃范圍內(nèi)，微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無(wú)芽胞細(xì)菌。
  
• 微生物類型較多，主要是細(xì)菌、真菌和放線菌。其中細(xì)菌主要利用水溶性單糖等，放線菌和真菌對(duì)于分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊的功能。
  2）高溫階段：
  ①當(dāng)肥堆溫度上升到45℃以上時(shí)，即進(jìn)入高溫階段。
  通常從堆積發(fā)酵開(kāi)始，只須2-3天時(shí)間肥堆溫度便能迅速地升高到55℃，1周內(nèi)堆溫可達(dá)到最高值（最高溫可達(dá)80℃）。
  ②嗜溫性微生物受到抑制，嗜熱性微生物逐漸取而代之。除前一階段殘留的和新形成的可溶性有機(jī)物繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化外，半纖維素、纖維素、蛋白質(zhì)等復(fù)雜有機(jī)物也開(kāi)始強(qiáng)烈分解。在50℃左右進(jìn)行活動(dòng)的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60℃時(shí)，真菌幾乎完全停止活動(dòng)，僅有嗜熱性放線菌和細(xì)菌活動(dòng)；溫度上升到70℃以上時(shí)，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)。
  ③此時(shí)，產(chǎn)生的熱量減少，堆溫自動(dòng)下降。當(dāng)堆溫降至70℃以下時(shí)，處于休眠狀態(tài)的嗜熱性微生物又重新活動(dòng)，繼續(xù)分解難分解的有機(jī)物，熱量又增加，堆溫就處于一個(gè)自然調(diào)節(jié)的、延續(xù)較久的高溫期。
  ④高溫對(duì)于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此階段中堆肥內(nèi)開(kāi)始了腐殖質(zhì)的形成過(guò)程，并開(kāi)始出現(xiàn)能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)。C/N比明顯下降，肥堆高度隨之降低。通過(guò)高溫能有效殺滅有機(jī)廢棄物中病原物，按我國(guó)高溫堆肥衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-87），要求堆肥最高溫度達(dá)50℃～55℃以上，持續(xù)5-7d。
  常見(jiàn)的病原物致死溫度和時(shí)間

高溫堆肥衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-87）

　3）、腐熟階段：

在高溫階段末期，只剩下部分較難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，此時(shí)微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。此時(shí)嗜溫性微生物再占優(yōu)勢(shì)，對(duì)殘留較難分解的有機(jī)物作進(jìn)一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且趨于穩(wěn)定化，此時(shí)堆肥進(jìn)入腐熟階段。

降溫后，需氧量大量減少，肥堆空隙增大，氧擴(kuò)散能力增強(qiáng)，此時(shí)只需自然通風(fēng)。在強(qiáng)制通風(fēng)堆肥中常見(jiàn)的后熟處理，即是將通氣堆翻堆一次后，停止通氣，讓其腐熟。還可取到保氮的作用

堆肥過(guò)程中溫度的變化

　

堆肥前后有機(jī)物結(jié)構(gòu)的變化狀況（熒光光譜）

　

第三節(jié) 工藝流程與裝置

　一、堆肥程序
1、原料的預(yù)處理
包括分選、破碎、以及含水率和碳氮比的調(diào)整
2、原料發(fā)酵
可采用一次發(fā)酵方式、周期一般在30天左右。目前普通推廣二次發(fā)酵方式，周期一般需要20天。
（1）一次發(fā)酵：好氧堆肥中的中溫與高溫兩個(gè)階段的微生物代謝過(guò)程稱為一次發(fā)酵或主發(fā)酵。它是指從發(fā)酵初期開(kāi)始，經(jīng)中溫、高溫然后達(dá)到溫度開(kāi)始下降的整個(gè)過(guò)程，一般需10-12天。
（2）二次發(fā)酵：物料經(jīng)過(guò)一次發(fā)酵，還有一部分易分解和大量難分解的有機(jī)物存在，需將其送到后發(fā)酵室，堆成1-2m高的堆垛進(jìn)行二次發(fā)酵，使之腐熟。此時(shí)溫度持續(xù)下降，當(dāng)溫度穩(wěn)定在35-40℃左右時(shí)即達(dá)腐熟，一般需20-30天。3、后處理
后處理包括去除雜質(zhì)和進(jìn)行必要的破碎處理。

二、工藝
1、鄉(xiāng)村簡(jiǎn)易堆肥法（一次發(fā)酵方式）

鄉(xiāng)村堆肥的目的是利用其農(nóng)業(yè)廢棄物制備優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源。

堆肥材料可分成三類。

第一類是禾谷類的秸稈及其根茬、雜草和落葉等，它們是堆肥的主體。其特點(diǎn)是含氮較少，C/N比寬，木質(zhì)素含量較高，不易分解 。

第二類是促進(jìn)分解的材料包括調(diào)節(jié)C/N比和酸度的材料。前者指含氮較多的物質(zhì)，如人、畜糞尿、新鮮豆科綠肥和化學(xué)氮肥，后者指石灰。在農(nóng)村進(jìn)行簡(jiǎn)易高溫堆肥時(shí)，還加入適量的騾、馬糞或其培養(yǎng)液，以接種高溫纖維分解菌。

第三類是吸附能力強(qiáng)的材料，如泥土和泥炭等。堆制前酌情進(jìn)行預(yù)處理。如粗大的玉米稈等應(yīng)切碎至10 –15cm；垃圾要進(jìn)行分選，去除不可堆肥物；老熟的野草切短后用石灰水浸泡或堆積；含水過(guò)多的雜草需曬一下除去部分水分。

堆制技術(shù)

一般堆寬和堆高各2.0m，長(zhǎng)度視材料而定。堆前夯實(shí)地面，鋪9-10cm厚的干細(xì)土或泥炭，以吸收肥液。開(kāi)始先鋪第一類材料，厚約20cm，然后加適量水和第二類材料，如此反復(fù)，堆積至所需高度，上用泥肥封頂。

　加堆積物的原則為：

第一類材料的厚度，由下而上逐層變薄；
第二類材料的用量，由下而上逐層增多，以利腐熟均勻。
材料的配方因地而異，一般高溫堆肥的配方為：植物性秸稈100份，人、畜糞尿10-20份，石灰或草木灰2-5份，水100-200份，騾、馬糞適量。

2、攪拌翻堆條垛式發(fā)酵工藝 （一次或二次發(fā)酵）

物料以垛狀堆置，可以排列成多條平行的條垛，條垛的斷面形狀通常為三角形或梯形，高度1.5-2.0m,寬4-6米 。

物料的成垛堆放可以用鏟車進(jìn)行操作（見(jiàn)圖）。在大規(guī)模的條垛系統(tǒng)中，物料的翻動(dòng)可通過(guò)移動(dòng)式翻堆設(shè)備進(jìn)行，如下圖所示融翻堆、粉碎、測(cè)溫、測(cè)氧于一體的可移動(dòng)的堆肥翻堆設(shè)備。

對(duì)于濕度較高的有機(jī)物，例如，城市污泥，畜禽糞便等等在堆置前必須與干燥的蓬松劑或調(diào)理劑混合，使其混合后堆料的含水率為55-65%。蓬松劑可采用各種農(nóng)業(yè)秸稈、稻殼、木屑、樹皮、甘蔗渣和干燥的回流堆肥產(chǎn)物等。其發(fā)酵工藝流程如：

• 對(duì)于垃圾堆肥，堆肥前必須進(jìn)行預(yù)處理，主要是對(duì)垃圾分選，去除粗大的無(wú)機(jī)物，回收各種金屬，玻璃，塑料等，提高物料中可堆肥物質(zhì)的比例。在前處理中有時(shí)需要對(duì)垃圾進(jìn)行破碎處理，調(diào)整垃圾的粒度，適宜的粒度范圍是12～60mm。破碎與篩分可使原料的表面積增大，便于微生物繁殖，提高發(fā)酵速度。
  
• 垃圾堆肥通常不需要加調(diào)理劑和蓬松劑，只有水分含量適宜，有機(jī)物含量達(dá)20%以上，通常便可以單獨(dú)堆肥。
  
• 通常在堆置后每4-7天可翻堆一次，1個(gè)月后可停止翻堆，讓其后熟。
  3、強(qiáng)制通風(fēng)式固定垛發(fā)酵工藝
  

該工藝與前者不同之處就在于物料在堆肥過(guò)程中不需要翻堆，氧氣的供應(yīng)是通過(guò)機(jī)械鼓風(fēng)或抽風(fēng)方式來(lái)提供，該工藝在污泥堆肥中應(yīng)用非常普遍 。

具體做法為：

①將脫水污泥與蓬松劑混合，體積比可為1:1, 1:2, 1:3；

②在堆肥場(chǎng)地上鋪設(shè)小木塊或蓬松劑約20cm；

③在上述基礎(chǔ)上，將污泥與蓬松劑混合物堆成高1.5～2M的垛；

④將垛的表面覆蓋一層過(guò)篩后的堆肥產(chǎn)物(厚約20cm)或覆蓋一層塑料薄膜；

⑤將鼓風(fēng)機(jī)或抽風(fēng)機(jī)與通風(fēng)管道連接，肥堆堆積3-4天后開(kāi)始通風(fēng)，通風(fēng)方式可以采用肥堆溫度或氧氣反饋裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，在溫度低于45℃時(shí)，風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，提供氧氣，促進(jìn)微生物的活動(dòng)；當(dāng)溫度處于45～70℃時(shí)，風(fēng)機(jī)停止工作；當(dāng)溫度高于70℃時(shí)，風(fēng)機(jī)再度工作，以降低肥堆的溫度。也可以通過(guò)定時(shí)器控制風(fēng)機(jī)的工作，例如，可每隔3小時(shí)通風(fēng)15～30分鐘。

⑥若采用抽風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)出來(lái)的氣體通常先通過(guò)腐熟后的堆肥過(guò)濾脫臭，再排入大氣。

⑦通常堆肥4周后，肥堆翻堆一次，并停止通風(fēng)，讓其后熟，若需要得到高度腐熟的堆肥，后熟時(shí)間最好為30天以上。

⑧堆腐后的物料通常需要干燥，可以采用自然露天晾干的方法，也可以重新將鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，保持大風(fēng)量來(lái)驅(qū)逐水分。

⑨若堆肥中的蓬松劑（例如小木塊）需要循環(huán)利用，還必須對(duì)堆肥進(jìn)行篩分。

工藝流程
4、發(fā)酵倉(cāng)式城市垃圾堆肥法

1)臥式達(dá)諾式滾筒發(fā)酵堆肥系統(tǒng)（國(guó)外）

下圖是一個(gè)城市垃圾-污泥堆肥化裝置。收集來(lái)的垃圾投入料坑或給料斗，用板式運(yùn)輸機(jī)輸送到破碎機(jī)破碎，然后用磁選機(jī)除去鐵質(zhì)后，用一次分選機(jī)將以廚余物垃圾為主的可堆肥物質(zhì)和非堆肥物質(zhì)分開(kāi)。前者送到一次發(fā)酵倉(cāng)通風(fēng)發(fā)酵。該發(fā)酵倉(cāng)除起發(fā)酵外還起下述作用：通過(guò)旋轉(zhuǎn)使垃圾等可堆肥物質(zhì)破碎，粒度變小；用于使污泥返料堆肥和垃圾的均勻；用于發(fā)酵均勻化的攪拌；進(jìn)行定量排料。

一次發(fā)酵后尚未腐熟的堆肥，用二次分選機(jī)（振蕩篩）分為細(xì)粒未腐熟堆肥及未發(fā)酵破碎塑料等雜質(zhì)兩部分。從一次分選及二次分選選出的非堆肥化雜質(zhì)一并經(jīng)壓縮包裝處理后，送去填埋或焚燒。

未腐熟堆肥，進(jìn)入多段豎爐二次發(fā)酵倉(cāng)快速發(fā)酵分解變成腐熟堆肥，經(jīng)三次分選機(jī)（振蕩篩）進(jìn)一步被分成細(xì)粒堆肥和粗堆肥。一部分粗堆肥作為接種用堆肥和污泥混合后送回一次發(fā)酵倉(cāng)。細(xì)粒堆肥再通過(guò)玻璃選出機(jī)，靠吹風(fēng)、反彈、振蕩等作用去除細(xì)小的玻璃片、塑料等雜質(zhì)，成為高純度的精選堆肥，可直接使用或送入熟成場(chǎng)進(jìn)一步腐熟。
 

2）國(guó)內(nèi)垃圾堆肥系統(tǒng)（無(wú)錫100t/d垃圾處理實(shí)驗(yàn)工廠）

　第三節(jié) 堆肥的影響因素及其控制
一、通風(fēng)量與通風(fēng)頻率
通風(fēng)供氧是好氧堆肥化生產(chǎn)的基本條件之一，通風(fēng)量主要決定于堆肥原料有機(jī)物含量、揮發(fā)度、可降解系數(shù)等。
通風(fēng)的主要作用在于：

①提供氧氣，加速微生物的發(fā)酵過(guò)程；

②調(diào)節(jié)堆溫；

③干燥堆料。

過(guò)小的通風(fēng)量不足以提供給微生物充足的氧氣，影響堆肥溫度的升高，過(guò)大的通風(fēng)量則有可能使肥堆的熱量散失，影響堆肥無(wú)害化程度。通常強(qiáng)制通風(fēng)可取的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為0.05～0.2m3/m3堆料.min。

（一）微生物分解有機(jī)物需要的氧氣之理論計(jì)算
CaHbNcOd +0.5(nz + 2s + r–d) O2 —>nCwHxNyOz+ rH2O + sCO2 + (c - ny)NH3 + 能量

式中，r = 0.5[b – nx - 3(c - ny)]             s = a - nw
n為降解效率（摩爾轉(zhuǎn)化率＜1）
CaHbNcOd和CwHxNyOz分別代表堆肥原料和堆肥產(chǎn)物的成分。

例：用一種成分為C31H50NO26的堆肥原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的好氧堆肥化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果，每1000kg堆料在完成堆肥后僅剩下200kg，測(cè)定產(chǎn)品成分為C11H14NO4，試求每1000kg物料的化學(xué)計(jì)算理論需氧量。

1）計(jì)算出堆肥物料C31H50NO26的千摩爾質(zhì)量為852kg，則參加過(guò)程的有機(jī)物摩爾數(shù)=1000/852=1.173kmol

2)堆肥產(chǎn)品C11H14NO4的千摩爾質(zhì)量為224kg，可計(jì)算出每摩爾參加過(guò)程的有機(jī)物轉(zhuǎn)換系數(shù)即 n = 200/(1.173×224)=0.76

3)由已知條件: a = 31, b = 50, c = 1, d = 26, w = 11, x = 14, z =1, y=4,
可以算出: r = 0.5[b – nx - 3(c - ny)]=19.32
s = a – nw=31- 0.76×11 = 22.64

4)根據(jù)上述化學(xué)計(jì)量式, 所需要的氧量為:
W = 0.5(0.76×4 + 2 ×22.64 + 19.32 – 26) ×1.173 ×32 = 781.5kg

實(shí)際堆肥化系統(tǒng)必須提供超出計(jì)算需氧量(二倍以上)的過(guò)程空氣,以保證充分的好氧條件。

主發(fā)酵強(qiáng)制通風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：
0.05-0.2 m3/(min.m3) 或保證通氣堆含氧15%-20%(v/v).

(二) 氧的控制
1、自然通風(fēng)供氧
2、向肥堆內(nèi)插入通風(fēng)管
3、利用各種專用翻推機(jī)翻堆通風(fēng)
4、用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)供氧。
二、有機(jī)質(zhì)的含量

有機(jī)質(zhì)含量高低影響堆料溫度和通風(fēng)供氧。有機(jī)質(zhì)含量過(guò)低，分解產(chǎn)生的熱量不足以促進(jìn)和維持堆肥中嗜熱性細(xì)菌的增殖，肥堆難于達(dá)到高溫階段，影響堆肥的衛(wèi)生無(wú)害化效果。而且，由于有機(jī)質(zhì)含量低，將影響堆肥產(chǎn)品的肥效和使用價(jià)值。

有機(jī)質(zhì)含量過(guò)高，則需要大量供氧，這會(huì)給通風(fēng)供氧造成實(shí)際困難，有可能因供氧不足，造成部分厭氣條件。適宜的有機(jī)物含量為20-80%

　三、C/N比
最適25：1

在堆肥化中，有機(jī)C主要作為微生物的能源物質(zhì)，大部分有機(jī)C在微生物代謝過(guò)程中氧化分解變成CO2而揮發(fā)，部分C則構(gòu)成微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)。氮主要消耗在原生質(zhì)合成之中，就微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要而言，最合適的C/N比在4～30。當(dāng)有機(jī)物C/N比在10左右時(shí)，有機(jī)物被微生物分解速度最大。

隨著C/N比增加，堆肥時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：

當(dāng)原料的C/N比為20，30～50，78時(shí),其對(duì)應(yīng)所需的堆肥化時(shí)間約分別為9～12天，10～19天，及21天，但當(dāng)C/N比大于80:1時(shí)，堆肥就難于進(jìn)行。

　

各堆肥原料的C/N比通常為：鋸末屑300～1000，秸稈70～100，垃圾50～80，人糞6～10，牛糞8～26，豬糞7～15，雞糞5～10，下水污泥8～15。

堆腐后C/N比將比堆腐前明顯下降，通常在10～20:1，這種C/N比的腐熟堆肥，農(nóng)業(yè)利用肥效較好。若成品堆肥的C/N比過(guò)高，農(nóng)業(yè)利用時(shí)就可能造成微生物和植物爭(zhēng)奪氮素養(yǎng)分，使農(nóng)作物可利用氮減少，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

　四、水分

水分是否合適直接影響堆肥發(fā)酵速度和腐熟程度。對(duì)污泥堆肥而言，堆料合適的水分含量為55-65%。在實(shí)際操作中，簡(jiǎn)便的測(cè)定方法為：以手緊握物料能成團(tuán)，有水跡出現(xiàn)，但水不滴出為宜。垃圾堆肥最合適的水分為55%。
對(duì)于以脫水污泥等濕度大的物料為主要原料時(shí)，采用回流堆肥調(diào)節(jié)水分是常用的方法。

例1：擬采用堆肥化方法處理脫水污泥濾餅，其固體含量為30%，每天處理量為10噸（以干物料基計(jì)算），采用回流堆肥（固體含量70%）起干化物料作用，要求混合物固體含量為40%，試計(jì)算濕基回流比例，并求出每天需要處理的物料總量（濕重）為多少噸？

例2：設(shè)污泥濾餅中加入回流堆肥和調(diào)理劑以控制濕度。選用的有機(jī)調(diào)理劑是鋸末，其固體含量為70%，脫水泥餅和回流堆肥中分別含25%和60%的固體。污泥濾餅、堆肥和調(diào)理劑按比例1: 0.5 : 0.5濕重混合，試求混合物的固體含量。

五、顆粒度

堆肥化所需要的氧氣是通過(guò)堆肥原料顆粒孔隙供給的。孔隙率及孔隙大小取決于顆粒大小及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，像紙張、動(dòng)植物、纖維織物等，遇水受壓時(shí)密度會(huì)提高，顆粒間孔隙大大縮小，不利于通風(fēng)供氧。
一般地：適宜大小為12-60mm.

六、pH

微生物可在較大的pH范圍內(nèi)繁殖，合適的pH為6-8.5。 固體廢棄物堆肥時(shí)通常不需要調(diào)整pH值。但pH過(guò)高或過(guò)低的堆料則需要先在露天堆積一定時(shí)間或摻入其他堆肥或物料以降低或增加pH值。

第四節(jié) 堆肥的腐熟度

腐熟度：堆肥的腐熟程度

一、外觀變化

直觀定性判斷標(biāo)準(zhǔn)是堆肥不再進(jìn)行激烈的分解，成品溫度較低；外觀呈茶褐色或黑色；結(jié)構(gòu)疏松；沒(méi)有惡臭。

二、工藝參數(shù)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)
1、堆溫的變化

對(duì)于無(wú)發(fā)酵倉(cāng)式堆肥，堆溫的變化有良好的指示功能。通常肥堆經(jīng)過(guò)了高溫階段后，溫度將逐漸下降。當(dāng)堆肥達(dá)到腐熟時(shí)，堆溫將低于40℃。但對(duì)于發(fā)酵倉(cāng)式堆肥，堆溫的指示功能不如無(wú)發(fā)酵倉(cāng)式堆肥。因?yàn)槊芊鈧}(cāng)保溫性好，堆層容積大，在堆肥實(shí)際上已穩(wěn)定化時(shí)的溫度仍可能較高。

2、耗氧速率

耗氧速率是指單位時(shí)間內(nèi)氧在氣體中體積濃度%減少值，可用0.02O2%/min表示。在堆肥過(guò)程中氧的消耗或CO2的產(chǎn)生速率標(biāo)志了有機(jī)物分解的程度和堆肥反應(yīng)的進(jìn)行程度。由于耗氧速率數(shù)據(jù)測(cè)定受原料成分的影響較小，只要在堆層中氧供應(yīng)充分，耗氧速率的數(shù)據(jù)就比較穩(wěn)定可靠。從堆積至腐熟過(guò)程中，耗氧速率曲線表明其變化由低至高再下降，然后趨于穩(wěn)定，當(dāng)堆肥穩(wěn)定時(shí)，相對(duì)耗氧速率基本穩(wěn)定在0.02O2%/min左右。

三、化學(xué)指標(biāo)
1 、有機(jī)質(zhì)和揮發(fā)性固體含量的變化
隨著堆肥的進(jìn)行，堆肥有機(jī)質(zhì)和揮發(fā)性固體含量呈持續(xù)下降的趨勢(shì)，最后達(dá)到基本穩(wěn)定。達(dá)到腐熟時(shí)，可下降15-30%。然而這種變化趨勢(shì)受原料來(lái)源的影響很大。僅用其來(lái)衡量堆肥是否腐熟，還不充分。
2、氮、C/N比及無(wú)機(jī)氮形態(tài)的變化
在堆肥過(guò)程中部分有機(jī)碳將被氧化成CO2揮發(fā)損失，肥堆質(zhì)量減少。由于氮的損失（主要是在有機(jī)氮的氨化階段，少量的氨氮會(huì)揮發(fā)損失）遠(yuǎn)低于有機(jī)碳的損失，因此，堆肥腐熟后，堆肥中全氮含量有上升的趨勢(shì)，而C/N比持續(xù)下降，直至穩(wěn)定。一些研究指出，當(dāng)堆料的C/N比從25～35:1下降至20:1以下時(shí)，肥堆將達(dá)到穩(wěn)定。

堆肥過(guò)程中無(wú)機(jī)氮形態(tài)將會(huì)發(fā)生明顯的變化。氨態(tài)氮在很短的時(shí)間內(nèi)從低迅速增高，隨后大幅度下降，而硝酸鹽則從開(kāi)始起持續(xù)升高

3、水溶性有機(jī)碳(C)及水溶性有機(jī)碳與有機(jī)氮之比
在堆肥過(guò)程中，堆肥水浸提液中水溶性有機(jī)碳的變化比堆料固體有機(jī)碳的變化要明顯得多。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堆肥腐熟時(shí)，水溶性有機(jī)碳可下降50%以上。浸提液中有機(jī)氮也有類似的規(guī)律，但降幅遠(yuǎn)沒(méi)有水溶性有機(jī)碳大。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，水溶性有機(jī)碳與水溶性有機(jī)氮的比值是堆肥腐熟的良好化學(xué)指標(biāo)，該值約為5-6時(shí)表明堆肥已經(jīng)腐熟，而且該值與堆肥原料無(wú)關(guān)。
四、生物指標(biāo)
通常采用堆肥水浸提液對(duì)種子萌發(fā)的影響或堆肥對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響來(lái)作為生物指標(biāo)衡量堆肥的穩(wěn)定程度。當(dāng)堆肥沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，堆肥的水浸提液具有一定的植物毒性，會(huì)妨礙種子的萌發(fā)和根的伸長(zhǎng)。種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間一般為24小時(shí)，它是評(píng)價(jià)堆肥穩(wěn)定化程度最直接的指標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)用的種子包括水芹、胡蘿卜、芥菜、白菜、小麥、番茄等等，目前國(guó)際上應(yīng)用最多的是水芹（Cress）種子，它對(duì)環(huán)境的敏感性高，發(fā)芽快。種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一般用種子發(fā)芽指數(shù)來(lái)表示（%）：
種子發(fā)芽指數(shù)（%）=(堆肥浸提液處理種子的發(fā)芽率×處理種子的根長(zhǎng))÷［(去離子水處理種子的發(fā)芽率×去離子水種子的根長(zhǎng))］×100%
具體做法為：堆肥鮮樣按水:物料比=1:2浸提，160rpm振蕩1個(gè)小時(shí)后過(guò)濾，吸取5ml濾液于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，濾紙上放置10顆水芹(Cress)種子，25℃下暗中培養(yǎng)24h后，測(cè)定種子的根長(zhǎng)，同時(shí)用去離子水做空白對(duì)照，按上述公式計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)。
一般地，當(dāng)水芹種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到50%以上時(shí)，被認(rèn)為是已消除植物毒性，堆肥基本到達(dá)穩(wěn)定化。