堆肥技术

堆肥及其应用一背景•人类在长期的生产实践中早已懂得利用秸杆、落叶、野草和畜禽粪便堆积发酵以制取肥料，但都是采用传统的手工操作和自然堆积方式，依靠自发的生物转化作用，所以存在发酵周期长，处理能力低，有机物分解不完全，所得的肥料质量差等等问题。•到20世纪20年代，出现了机械化堆肥技术，并逐渐发展成为处理生活垃圾、污水污泥、人畜禽粪便以及农业固体废物的重要方法之一。二定义•堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物，在控制条件下使来自生物的有机废物降解转化为稳定腐殖质的生物化学过程。堆肥化得到的产品称为堆肥，由于它是一种腐殖质含量很高的呈疏松状态的物质，故也称为腐殖土，有机固体废物经堆肥化后，体积只有原体积的50～70％。1.好氧堆肥•在有氧状态下，好氧微生物对有机废物分解转化的过程•最终产物主要是H2O、CO2、热量和腐殖质。•好氧堆肥主要用于处理城市垃圾、畜禽粪便，堆肥系统的温度一般为50～65℃，最高可达70℃以上，堆肥周期短，能连续操作，也称为高温快速堆肥；•好氧堆肥的肥料质量好，可以制作有机颗粒肥料。2.厌氧堆肥•在无氧条件下，厌氧微生物对有机物分解转化的过程•厌氧堆肥的最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。•厌氧堆肥过程中，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，工艺较简单，成本低，对原料的适应性强，成品肥中氮素保留较多，但工艺条件较难控制，堆肥周期长，有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，有机物分解不完全，产品质量低，肥效差。实际上，堆肥化的好氧和厌氧是相对的，在好氧过程中，由于原料颗粒较大且不均匀，不可避免存在厌氧发酵过程；反之，由于密封不严，厌氧过程中也会有好氧菌的作用。三堆肥原料生活垃圾、有机污泥、人畜禽粪便以及农林废物等都含有堆肥微生物所需要的碳水化合物、脂肪、蛋白质等各种基质，因此这些有机废物是常用的堆肥原料。•生活垃圾•含有较多的不可堆腐的惰性物质，因此必须进行预处理，去除这些惰性物后才能作为堆肥原料。•有机污泥•通常富含有微生物生活繁殖所需的营养成分，是堆肥的良好原料。•人、畜、禽粪便•一般颗粒较小，含有大量的低分子化合物，即人和动物未能吸收消化的中间产物，含水量较高，可直接用作堆肥原料。•农林废物•均富含碳素•但有的农林废物因含有难于分解的纤维素、半纤维素、果胶、木质素和植物腊等物质，难以被微生物分解。•有的农林废物因表面布有众多疏水性毛孔，使微生物的分解作用十分缓慢•因此这些农林废物均需进行预处理后才能用于生产堆肥。四堆肥化过程•堆肥化过程中发生的生物化学反应是极其复杂的，目前尚难进行精确的描述。在实际设计和操作过程中，通常根据温度的变化情况分为以下四个阶段(见右图)。•潜伏阶段•中温阶段•高温阶段•熟化阶段1潜伏阶段(温度在内25℃以下)•堆肥化的初期阶段；•微生物适应新环境的过程，也叫驯化过程。2中温阶段(温度25～45℃)•嗜温菌最活跃，主要利用物料中可溶解性的有机物，如糖类、淀粉，大量繁殖，在转换和利用化学能的过程中释放出细胞合成所需的多余能量，加上物料的保温作用，使温度不断上升。•以细菌、真菌和放线菌为主的微生物在此阶段迅速繁殖。3高温阶段(温度45℃)•废物堆积开始发酵一周左右，堆温可达65～70℃。嗜温菌受到抑制或死亡，嗜热菌大量繁殖。•最有利于有机物的降解，除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解外，其它固体有机物(纤维素、半纤维素、本质素、蛋白质等)也开始强烈分解。50℃，嗜热性真菌和放线菌都很活跃。60℃，真菌不适于生存，只有嗜热性放线菌和细菌仍在活动。70℃以上，大多数微生物其谢活动受到抑制，死亡或休眠•高温阶段，微生物经历三个时期的变化后，堆肥开始形成腐殖质，逐步进入稳定状态。4腐熟阶段(温度为40—20℃)•在内源呼吸期，微生物活性下降，发热量减少，温度逐渐下降至中温,并最后过渡到环境温度，剩余有机物大部分为难降解物质，腐殖质大量形成。•在温度下降的过程中，嗜温菌又重新开始活动，进一步分解残留有机物，腐质不断增多，且趋于“稳定”，堆肥便进入腐熟阶段。五堆肥化的影响因素影响堆肥化效果的因素很多，为了创造更好的微生物生长繁殖和有机物分解的条件，在堆肥化过程中必须控制以下主要因素。堆肥化的影响因素•通风和耗氧速率•含水率•温度•有机物含量•粒度•碳氮比（C/N）•碳磷比（C/P）•pH值1通风和耗氧速率•堆层中氧的浓度和耗氧速率反应了堆肥过程中微生物活动的强弱和有机物的分解程度。•堆肥过程适宜的氧体积浓度为14～17％，最低不得10％，一旦低于此限，好氧发酵将会停止。•适宜的CO2体积浓度为3～6％。2含水率•由于水是溶解废物中有机物和营养物质以及合成微生物细胞质必不可少的物质，因此，要求堆肥物料中含有足够的水分；•若含水率过高超过70%，温度难以上升，有机物分解速率低，水会阻碍空气流通，造成缺氧；•若水分过少，当含水率20％时，微生物将停止繁殖。3温度初期与环境温度一致堆温上升，加速分解消化，杀灭虫卵、致病菌以及杂草籽，安全用于农田。4有机物含量•有机物含量太低不能提供足够的能量，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发酵过程。•有机物含量太高则堆肥过程中要求大量供氧，实际生产过程中常因供氧不足而发生部分厌氧过程，影响堆肥的腐熟度，即堆肥质量。•适宜的有机物含量为20～80％。5粒度•在堆肥化过程中，物料的粒度影响其堆体密度、内部摩擦力和流动性。足够小的粒度可以增加废物与微生物及空间的接触面积，加快生物化学反应速率；粒度太小容易造成厌氧。•对静态堆肥，粒度可适当增大，以起到支撑结构的作用，增加空隙率，有利于通风。6碳氮比(C／N)•C／N是影响微生物生长的最重要的营养因素之一。•初始物料的C／N比为30：1，最佳值26：1～35：1之间。•成品堆肥的适宜C／N在10：1～20：1之间。•C／N过低，菌体衰老和自溶，氮源浪费和酶产量下降，余氮就会以氨的形式逸散，并可能污染环境；•C／N过高，则氮不足，就使得微生物的繁殖受到氮源少的限制，导致有机物分解速率降低，施入土壤中，将夺取土壤中的氮素，陷入“氮饥饿”状态。7C／P(碳磷比)•堆肥过程中C／P的变化是微生物分解有机物的重要标志，堆肥原料的C／P应控制在75～150。•堆肥原料的C／P一般高于此值，排水污泥的C／P低，可用来作为堆肥原料配料时的调整剂，调整堆肥原料的C／P比。8pH值•在堆肥化过程中，pH值随着温度及时间的变化而变化,其变化情况和温度的变化是一样的，也反映了有机物分解的进程。•在堆肥初期，由于有机酸的产生，pH值可降至5以下。随着有机酸的逐步分解，pH值逐渐上升，发酵完成前可达到8.5～9.0;•最终成品的pH=7～9。六堆肥的腐熟度堆肥腐熟度是指堆肥的稳定化程度，它既是反映堆肥化反应完成的标志，又是堆肥质量的标准。评价指标：气味、pH值、有机质变化、碳氮比、氮化合物、腐殖酸、种子发芽率七堆肥农业效用•改良土壤•促进植物根系增长•堆肥的增产作用1改良土壤•增加有机质和养分•改善土壤结构•使粘质土壤松散，使砂质土壤结成团粒，降低土壤容重，增加孔隙率；•使土壤固相下降，液、气相增加；•促进通风，提高保水能力；•腐殖质粒子表面带负电，能吸附NH+4、K＋、Ca2＋等养分，使肥分不致流失。2促进植物根系增长•堆肥本身是腐殖质，能促进植物根系的伸长和增长。•堆肥中含有丰富的微生物、原生动物，施入土壤可以改善土壤生物环境的结构和功能，成为防止病原微生物的“屏障”，使农作物不易遭受虫害。3堆肥的增产作用•施用适宜数量的优质堆肥,一般均有较好的增产作用，并能提高农产品的品质；•但对于不同的农作物，增产效果并不一样。感谢您的聆听！