好氧静态堆肥工艺
4.1 堆肥工艺类型和流程
4.1.1 好氧堆肥工艺类型可分为一次性发酵和二次性发酵。
本条阐明好氧堆肥工艺的两种类型。堆肥发酵全过程在一个反应设施中一次完成的称为一次性发酵工艺；堆肥发酵全过程分两个阶段分别在不同反应设施中完成的称为二次性发酵工艺。二次性发酵工艺中的第一阶段称为初级发酵，第二阶段称为次级发酵。
堆肥是指在一定条件下，通过微生物的作用使生活废弃物中的可降解有机物发酵，并经腐熟而得到产品。这一产品称为堆肥。堆肥是一种深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节和改良剂，其主要成分是腐殖质，氮、磷和钾含量一般分别为0.4％～1.6％、0.1％～0.4％和0.2％～0.6％。
现代堆肥基本都采用好氧工艺，它具有分解物质彻底、堆置周期短、臭味小、宜于进行机械化作业等优点。好氧堆肥放出热量而使堆体达到高温，高温阶段持续时间长，利于垃圾无害化处理。高温堆肥过程中，温度的升高是由于好氧微生物如细菌、真菌、酵母菌和放线菌在分解有机物过程中释放出的热量造成的。堆肥初期有机物中的可溶性物质如单糖很快降解，释放出部分热量，堆温开始上升；随着温度上升，嗜温菌较为活跃，并大量繁殖，这样又导致更多的有机物降解和释放较多的热能。由于堆肥物质具有良好的保温性，温度上升很快，几天内就可以达到50～60℃或者更高。这时嗜温菌开始受到抑制甚至死亡，而嗜热菌如真菌、放线菌等取而代之，有机物中除残留的和新形成的可溶性物质继续分解转化外，复杂的有机物如半纤维素、纤维素、蛋白质也被分解，腐殖质开始形成，堆肥物质进入稳定状态。经过高温以后，堆肥的需氧量逐渐减少，如果堆肥能一直处在最佳状态，则温度持续下降，这表示堆肥即将结束。当温度下降并稳定在40℃左右时，堆肥基本达到稳定。
好氧堆肥反应式如下：
根据上述原理，好氧堆肥从堆积到腐熟大致分为三个阶段，即中温、高温和降温。
1.中温阶段（产热阶段）。堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜热性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程（此时可溶性物质如单糖分解最快）中，有一部分变成热能，在堆肥物质的良好保温作用下，堆肥温度不断上升。此阶段微生物以中温、需氧性为主，通常是一些无芽孢细菌。
适于中温的微生物种类极多，其中最主要有细菌、真菌和放线菌。这些微生物都有分解有机物的能力，不仅对于不同温度有各自的适应性，且对于不同化合物的适应性也各不相同，如细菌特别适应水溶性单糖类，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。当堆肥温度升高到45℃以上即进入高温阶段。在这一阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解。在高温阶段中，各种嗜热性微生物的最适温度也是不相同的，在堆肥温度上升过程中，嗜热性微生物的类群和种类是互相接替的。通常，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，仅为嗜热性放线菌与细菌的活动；温度升到70℃以上时，对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。根据微生物的活性，可将微生物在高温阶段的生长过程分为三个时期：
（1）对数增长期：此时嗜热性微生物处于对数增长期，营养过剩，其活性增长速度与有机物浓度无关，仅与温度及供氧量有关。
（2）减速增长期：在易分解和部分较难分解有机物不断消耗和新细胞不断合成后，有机物含量急剧下降，直至有机物不在过剩，且成为微生物进一步生长的限制因素。此时，微生物增长速度将直接与剩下的营养物浓度成正比。
（3）内源呼吸期：此时继续通入空气，微生物仍不断进行代谢活动，但因堆肥中易分解和部分较难分解有机物几乎耗尽，微生物代谢进入内源呼吸期。虽然在有机物充足时内源呼吸也存在，但细胞的合成远大于消耗，故表现不明显；而在内源呼吸期则不然，因为此时微生物已不能从其周围环境获得足够的能量以维持生命，于是开始显著地代谢自身细胞内的营养物质。随后，微生物在维持其生命中逐渐死亡，细胞内部分酶分解细胞壁的某些部分，营养物质便离开细胞本体而向外扩散，以提供给活着的微生物较多营养。此时，细胞的生长虽没有完全停止，但被细胞分解率所超越，致使微生物量减少。由于此时能量水平低，好氧量减少，故通气量亦可减少。
整个微生物的生长变化过程可用图3-2表示。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层内就开始发生与有机物分解相对立的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定状态。
图3-2 微生物活性示意图
1—微生物活性曲线；2—O2利用率
3.降温阶段。在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及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。在此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物空隙增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。
4.1.2 一次性发酵工艺应符合下列规定（工艺流程示意图见图4.1.2）：
图4.1.2 一次性发酵工艺流程示意图
4.1.2.1 符合进仓原料要求的堆肥原料，可直接进入发酵设施发酵或经预处理去除粗大物和非堆肥物后进入发酵设施发酵。
4.1.2.2 进仓原料进入发酵设施发酵前，必须进行物料调节（水分、C/N）。
4.1.2.3 发酵完毕后的堆肥必须经后处理，达到合格的堆肥制品。
4.1.2.4 预处理和后处理过程中的分选物，其可回收物应作资源回收利用，其非堆肥物、杂物必须采用卫生填埋或其它无害化措施，进行最终处置。
本条规定了一次性发酵的工艺流程。根据堆肥原料在发酵前有无预处理回收系统，又可分为有预处理回收系统的工艺流程和无预处理回收系统的工艺流程。
1款阐明符合进仓原料要求的堆肥原料可直接进入发酵设施或经预处理后进入发酵设施发酵的两种方式。
2款规定了进仓原料在发酵前必须对水分、C/N进行调节。
3款阐明后处理的目的，是保证发酵完毕后的堆肥经后处理后，成为合格的堆肥制品。
4款阐明了堆肥工艺中的二次固体废弃物，可作资源回收利用，余下的不可利用物，必须作最终处置。
4.1.3 二次性发酵工艺应符合下列规定（工艺流程示意图见图4.1.3）：
4.1.3.1 符合进仓原料要求的堆肥原料，可直接进入初级发酵设施发酵或经预处理去除粗大物和非堆肥物后进入初级发酵设施发酵。
4.1.3.2 进仓原料进入初级发酵设施发酵前，必须进行物料调节（水分、C/N）。
4.1.3.3 次级发酵完毕后的堆肥必须经后处理，达到合格的堆肥制品。
图4.1.3 二次性发酵工艺流程示意图
4.1.3.4 预处理和后处理过程中的分选物，其可回收物应作资源回收利用，其非堆肥物、杂物必须采用卫生填埋或其它无害化措施，进行最终处置。
本条规定了二次性发酵的工艺流程。根据堆肥原料在发酵前有无预处理回收系统，又可分为有预处理回收系统的工艺流程和无预处理回收系统的工艺流程。
1款阐明符合进仓原料要求的堆肥原料可直接进入初级发酵设施或经预处理后进入初级发酵设施发酵的两种方式。
2款规定了进仓原料在发酵前必须对水分、C/N进行调节。
3款阐明后处理的目的，是保证发酵完毕后的堆肥经后处理后，成为合格的堆肥制品。
4款阐明了堆肥工艺中的二次固体废弃物，可作资源回收利用，余下的不可利用物，必须作最终处置。
4.2 堆肥发酵周期和发酵条件
4.2.1 一次性发酵工艺的发酵周期不宜少于30d，二次性发酵工艺的初级发酵和次级发酵周期均不宜少于10d。
堆肥发酵周期的确定因素是无害化卫生标准和腐熟度。前者在堆温大于55℃并保持5d以上就能实现，但腐熟度目前国内尚无统一公认的标准。根据各城市试验情况的调查来看，一般认为一次性发酵工艺的周期在30d左右达到腐熟，二次性发酵工艺的初级发酵周期和次级发酵周期各为10d。
堆肥工艺的一般参数包括一次发酵和二次发酵工艺参数。
1.一次发酵工艺参数。含水率：45％～60％；C/N比：25/1～35/1；温度：55～65℃；周期：5～10d。
2.二次发酵工艺参数。含水率：小于30％；温度：小于40℃；周期：25～35d。
表3-11是欧洲不同国家堆肥工艺过程控制（卫生等）情况。
表3-11 欧洲不同国家堆肥工艺过程（卫生等）控制情况
4.2.2 发酵设施必须有保温、防雨、防渗的性能，必须配置通风、排水和其它测试工艺参数的装置。
堆肥发酵反应的设施可以是钢筋混凝土或砖结构的发酵仓（池），也可以露天堆垛方式进行。前者密封性好，温度、通风等条件容易控制；后者简单，造价低，但必须采用覆盖保温、防雨措施，如塑料薄膜等，发酵条件不易控制，受季节和气候变化影响大。
有机物好氧分解的发酵过程是整个堆肥系统的关键组成部分。前处理系统和设备已为高的发酵速率提供了先决条件——合格的原料，包括高的有机质含量、50mm左右的粒度、合理的C/N配比、合适的水分含量。发酵的整个工艺过程包括通风、温度控制、翻堆、水分控制、无害化控制、堆肥的腐熟等几个方面。堆肥发酵装置不仅应尽可能地满足工艺要求，而且要实现机械化生产需要。最终达到缩短发酵周期，提高发酵速率，提高生产率，实现机械化大生产的目的。
4.2.3 发酵过程中，必须测定堆层温度的变化情况，检测方法应符合附录A的规定。堆层各测试点温度均应保持在55℃以上，且持续时间不得少于5d，发酵温度不宜大于75℃。
本条对堆肥发酵过程温度控制的要求作了具体规定。
4.2.4 发酵过程中，应进行氧浓度的测定，检测方法应符合附录A的规定。各测试点的氧浓度必须大于10％。
氧浓度与发酵反应速度呈线性关系，但当氧浓度低于10％时，氧浓度成为发酵反应速度的限制因素，势必延长发酵周期。因此，要求堆层氧浓度保持在10％以上，使发酵反应速度保持在较高的水平上，以保证发酵周期的稳定性。
4.2.5 发酵过程中，必须进行通风，对不同通风方式应符合下列要求：
4.2.5.1 自然通风时，堆层高度宜在1.2～1.5m，并应采用必要的强化措施。
自然通风不需消耗动力，氧的传递由大气经堆层表面向内层扩散供氧，形成浓度梯度。扩散速度和深度与原料粒度、堆层高度、水分、温度、孔隙率等因素有关。扩散深度所及范围在0.4～1.Om之间，因此，堆垛方式采用自然通风的堆肥，其堆垛高度和宽度都要考虑氧扩散深度因素，以维持堆肥发酵必须的氧浓度。达不到时，则需采用必要的强化措施，如在堆层中按一定间隔打孔或插入有孔的竹杆筒等，以利于氧的扩散，防止局部缺氧或厌氧。
4.2.5.2 机械通风时，应对耗氧速率进行跟踪测试，及时调整通风量，标准状态的风量宜为每立方米垃圾0.05～0.20m3/min；风压可按堆层每升高1m增加1000～1500Pa选取。通风次数和时间应保证发酵在最适宜条件下进行。
机械通风中，风量与堆肥原料中有机物含量、堆层大小等因素有关。有机物含量高、堆层厚，取较大值，反之取较小值。风压与堆层高度和堆肥原料粒度、孔隙率等因素有关，要根据试验结果来确定堆高限度和风机选型。堆肥过程中微生物的耗氧速率，随微生物生成量和活性的增加而上升，以后随着有机物的分解、减少，其耗氧速率也随之下降并达到稳定。因此，一般以日为单位测定堆肥过程中微生物的耗氧速率，以决定通风时间的长短。过量通风会造成能耗损失和热量散失；通风不足，会因缺氧或厌氧影响反应速率而延长发酵周期。
4.2.6 发酵终止时，堆肥应符合下列要求：
4.2.6.1 含水率宜为25％～35％。
4.2.6.2 碳氮比（C/N）不大于20∶1。
4.2.6.3 达到无害化卫生要求，必须符合现行国家标准《粪便无害化卫生标准》的规定。
4.2.6.4 耗氧速率趋于稳定。
本条阐明堆肥发酵终止指标，它是检验堆肥是否腐熟的重要依据。堆肥腐熟度虽无统一公认的指标，但规定的四个方面可以作为腐熟度的综合指标。
1.含水率的限值是考虑有利于堆肥制品的贮存。
2.C/N比值大的堆肥制品施入土壤后会因氮“饥饿”造成土壤氮损失。
3.发酵终止时的堆肥必须达到《粪便无害化卫生标准》（GB 7959）的规定。
4.耗氧速率趋于稳定，是有机物稳定化的表现。
4.3 堆肥制品
4.3.1 堆肥制品必须符合现行国家标准《城镇垃圾农用控制标准》的规定。
《城镇垃圾农用控制标准》（GB 8172）中对城镇垃圾农用提出了具体的各项控制标准，因此，堆肥制品必须符合该标准的规定。
4.3.2 堆肥制品可按用途分别制成初级堆肥、腐熟堆肥和专用堆肥等不同品级。
堆肥制品可按用途分别制成初级堆肥、腐熟堆肥和专用堆肥等不同品级。
堆肥主要质量标准有：
1.一次发酵终止指标：无恶臭；容积减量30％～40％；水分去除率20％；C/N比15/1～20/1。
2.二次发酵终止指标。堆肥充分腐熟；含水率小于25％；C/N比＜20/1；堆肥粒度小于10mm。
4.3.3 堆肥制品出厂前，应存放在有一定规模的、具有良好通风条件和防止淋雨的设施内。
堆肥的使用时间受季节影响很大，一般冬耕季节用量较大，其他季节用量较少。因此，必须考虑有一定规模的贮存场所。
贮存可采用直接堆存在二次发酵仓中或袋装，这时要求干燥而透气，如果密闭和受潮则会影响制品的质量。