喜温莓菌 103 107 10的 16 单位：个数/海克湿堆肥 总之，堆肥过程主要靠微生物的作用进行，微生物是堆肥发酵的主体。参与堆肥的微生 物右两个夹，一右机废物里面原右的大量微生物。一是人工加入的微生物接动剂，这些 菌种在一定条件下对某些有机废物具有较强的分解能力，具有活性强、繁殖快、分解有机物 迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。 堆肥过程中微生物的种群随温度的变化发生如下的交替变化：低、中温菌群为主转变为 中、高温菌群为主，中高温菌群为主转变为中、低温菌群。随着堆肥时间的延长，细菌逐渐 碱少，放线菌逐渐增多 ,霉菌和酵母菌在堆肥的末期显著减少。研究发现： 堆肥温度在500 时，高温真菌、细菌和放线菌非常活跃：65℃时，真菌极少，细菌和放线菌占优势：75℃时 仅有产孢细菌是唯一存活的微生物。 在高温堆肥中，微生物的活动主要分为三个时期：糖分解期、纤维素分解期、木质素分 保飘地推制机责天是氧化、蓝分解苗等玉进形商为主对粗有机成肤分签水溶州 当堆内温度 高到50℃-0C的高 段，高温性纤维素分解菌占优势，除继续分解易分解的有机物质外，主要分解半纤维素、纤 维素等复杂有机物，同时也开始了腐殖化过程，这一阶段称为“纤维素分解期”。当堆肥温 度降至50℃以下时，高温分解菌的活动受到抑制，中温性微生物显著增加，主要分解残留 下来的纤维素、半纤维素、木质素物质，称为“木素分解期”。 堆肥既然是微生物作用的过程，如何通过各种手段满足微生物的生长需要就成为堆肥工 程的核 堆肥实际 工作者应了解这些基本的微生物作用特点，为合理的物料配比、过程控 制以及保障产品质量奠定良好的生物学理论基础。 三、堆肥热力学原理 热力学是 一个涉及能量和其转化的学科，其原理也广泛用于堆肥系统的分析 热力学第一定律为能量守恒定律，即能量既不会凭空产生也不会消失。因此，可以认为 能量进入一个系统后只有两条出路：一是贮存起来，二是流出此系统。堆肥工艺中的主要能 量输入是堆肥基质的有机分子，当这些分子被微生物分解时，能量可转化为微生物机体或以 热释放到周围环境中。由此可见，有机物分解产生的能量推动了堆肥化讲程，使温度升高」 同时还可干燥湿基质。实际上也正好可以使微生物继续获得能量对周围有机质进行分解 热力学第二定律则提出了热量的散失方向，即对于所有独立系统来讲，其熵的变化总是 向着无序增加的状态进行。堆肥过程中始终件随着热量的散失，热量一旦损失，就不可逆转， 必须靠微生物进一步利用有机碳源来获得能量。 堆肥热力学过程简图（图83）描述了系统的主要输入输出过程。主要输入有基质、其 它调理剂、空气及其携带的水蒸气：主要输出是堆肥产品、排出的干燥气体和水蒸气。图 8-3分析了与这些物质相关的热量输入和输出，虽然散发到环境中的热损失没有计在内，但 通常是热输出的一小部分：堆肥回料和膨胀剂回料没在图中标出，这些物料的流动属于系统 边界的内部因素，它们对系统内的平衡是重要的，但不影响整个系统热平衡
喜温霉菌 103 107 106 16 单位：个数/每克湿堆肥 总之，堆肥过程主要靠微生物的作用进行，微生物是堆肥发酵的主体。参与堆肥的微生 物有两个来源：一是有机废物里面原有的大量微生物；一是人工加入的微生物接种剂，这些 菌种在一定条件下对某些有机废物具有较强的分解能力，具有活性强、繁殖快、分解有机物 迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。 堆肥过程中微生物的种群随温度的变化发生如下的交替变化：低、中温菌群为主转变为 中、高温菌群为主，中高温菌群为主转变为中、低温菌群。随着堆肥时间的延长，细菌逐渐 减少，放线菌逐渐增多，霉菌和酵母菌在堆肥的末期显著减少。研究发现：堆肥温度在50℃ 时，高温真菌、细菌和放线菌非常活跃；65℃时，真菌极少，细菌和放线菌占优势；75℃时 仅有产孢细菌是唯一存活的微生物。 在高温堆肥中，微生物的活动主要分为三个时期：糖分解期、纤维素分解期、木质素分 解期。堆制初期主要是氨化细菌、糖分解菌等无芽孢细菌为主，对粗有机质、糖分等水溶性 有机物以及蛋白质类进行分解，称为“糖分解期”。当堆内温度升高到 50℃~70℃的高温阶 段，高温性纤维素分解菌占优势，除继续分解易分解的有机物质外，主要分解半纤维素、纤 维素等复杂有机物，同时也开始了腐殖化过程，这一阶段称为“纤维素分解期”。当堆肥温 度降至 50℃以下时，高温分解菌的活动受到抑制，中温性微生物显著增加，主要分解残留 下来的纤维素、半纤维素、木质素等物质，称为“木质素分解期”。 堆肥既然是微生物作用的过程，如何通过各种手段满足微生物的生长需要就成为堆肥工 程的核心。堆肥实际工作者应了解这些基本的微生物作用特点，为合理的物料配比、过程控 制以及保障产品质量奠定良好的生物学理论基础。 三、堆肥热力学原理 热力学是一个涉及能量和其转化的学科，其原理也广泛用于堆肥系统的分析。 热力学第一定律为能量守恒定律，即能量既不会凭空产生也不会消失。因此，可以认为 能量进入一个系统后只有两条出路：一是贮存起来，二是流出此系统。堆肥工艺中的主要能 量输入是堆肥基质的有机分子，当这些分子被微生物分解时，能量可转化为微生物机体或以 热释放到周围环境中。由此可见，有机物分解产生的能量推动了堆肥化进程，使温度升高， 同时还可干燥湿基质。实际上也正好可以使微生物继续获得能量对周围有机质进行分解。 热力学第二定律则提出了热量的散失方向，即对于所有独立系统来讲，其熵的变化总是 向着无序增加的状态进行。堆肥过程中始终伴随着热量的散失，热量一旦损失，就不可逆转， 必须靠微生物进一步利用有机碳源来获得能量。 堆肥热力学过程简图（图 8-3）描述了系统的主要输入输出过程。主要输入有基质、其 它调理剂、空气及其携带的水蒸气；主要输出是堆肥产品、排出的干燥气体和水蒸气。图 8-3 分析了与这些物质相关的热量输入和输出，虽然散发到环境中的热损失没有计在内，但 通常是热输出的一小部分；堆肥回料和膨胀剂回料没在图中标出，这些物料的流动属于系统 边界的内部因素，它们对系统内的平衡是重要的，但不影响整个系统热平衡
干燥气体 水蒸气 热力学边界 堆肥过程 堆肥产品 两理剂 水蒸气 千操气体 图8-3堆肥中的热力学边界和主要的输入输出过程 有机物分解产生的热量使堆肥混合物中的水、气和固体基质温度升高，也驱动了水分随 气体排出而蒸发。由于堆垛温度比围环境温度要高，热量会从暴露于空气的堆体表面散失。 堆垛的隔离效应一定程度上可限制热传导，并减少了热损失。条垛或堆体在机械搅拌下也会 产生热量损失。 四、堆肥热灭活原理 许多堆肥用的基质携带人类、动植物的病原体，以及令人讨厌的生物如杂草种子，来源 于城市污水处理后的污泥，就是典型的携带病原体的基质。在堆肥过程中，通过短时间的持 续升温，可以有效地控制这些生物的生长。因此，高温堆肥的一个主要优势就是能够使人利 动植物病原体以及种子失活。 表82几种常见病菌与寄生虫的死亡温度
图 8-3 堆肥中的热力学边界和主要的输入输出过程 有机物分解产生的热量使堆肥混合物中的水、气和固体基质温度升高，也驱动了水分随 气体排出而蒸发。由于堆垛温度比周围环境温度要高，热量会从暴露于空气的堆体表面散失。 堆垛的隔离效应一定程度上可限制热传导，并减少了热损失。条垛或堆体在机械搅拌下也会 产生热量损失。 四、堆肥热灭活原理 许多堆肥用的基质携带人类、动植物的病原体，以及令人讨厌的生物如杂草种子，来源 于城市污水处理后的污泥，就是典型的携带病原体的基质。在堆肥过程中，通过短时间的持 续升温，可以有效地控制这些生物的生长。因此，高温堆肥的一个主要优势就是能够使人和 动植物病原体以及种子失活。 表 8-2 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度
名称 死亡情况 名称 死亡情况 沙门氏伤寒菌 46℃以上不生长：55~60℃，30血吸虫卵 53℃，1天死亡 分钟内死日 沙门氏菌属 56℃1小时内死亡，60℃，1520蝇蛆 51-56℃，1天死亡 分钟死亡 志贺氏杆菌 55℃，1小时内死亡 霍乱产弧南 65℃，30天死亡 大肠杆菌 绝大部分，55℃，1小时列 炭疽杆菌 50-55℃，60天死亡 亡：60℃，15~-20分钟死白 阿米巴涂 50℃：3天死亡：71℃，50分钟内布氏杆菌 55℃，60天死亡 关洲钩虫 45℃，50分钟内死已 猪丹毒杆菌 50℃，15天死 流产有鲁氏菌61℃，3分钟内死亡 猜瘟病毒 50-60℃，30天死亡 酿融裤成增 4℃.10分钟内死- 口瑞毒 60℃.0天死户 化脓性细菌50℃，10分钟内死亡 小麦黑穗病菌 54℃，10天死亡 结核分枝杆 66℃ 。15~20℃分钟内死亡67℃ 宿热病菌 51-52℃，10天死亡 死亡 生结核杆茵 55℃，45分钟内死亡 麦进相 60℃，5天死亡 姐中 55-60℃5-10天死亡 一化酮 55℃，3天死亡 钩虫卵 50℃：3天死亡 小豆象生 60℃，4天死亡 鞭虫卵 45C:60天死亡 绕虫卵 50℃，1天死亡 细胞的死广很大程度上基干燕的热失活。在活官的温府下，酶的失活是可逆的，但在君 温下是不可逆的 热力学的观点表明 ,在 个很小的温度范围内酶的活性部分将迅速降低 如果没有酶的作用，细胞就会失去功能，然后死亡。只有少数几种酶能够经受住长时间的高 温。因此，微生物对热失活非常敏感。 研究表明，在一定的温度下加热一段时间可以破坏病原体或者是令人讨厌的生物体。通 常在600℃（湿热）的温度下，加热510分钟，可以破坏非芽狗细菌和芽孢细菌的非休 眠体的活性。在表22中，资料表明，利用加热灭菌，在70℃条件下加热30分钟可以消灭 污泥中的病原体。但在较低的温度下(50-60℃)，一些病原菌的灭活则长达60天（表2-3）， 因此堆肥过程中保持60℃以上温度一段时间是必须的。 表8-2中的数据也表明，热失活效应与时间和温度有关。短时间的高温和长时间的低温 具有相同的热失活效果。 从以上的讨论中，可以得出以下几个结论。第一，堆肥可以完全破坏专性寄生的病原体 也可以把指示细菌和非专性寄生细菌病原体减少到很低的水平。 维持多种份 生初的 群可以抑制非专性寄生细菌病原体的再生。如果堆肥的温度接近周围的温度，微生物种群就 会增加。第三，所有的物质应该暴露在失活的时间/温度条件下，这一点很重要。保证所有 的物质都能在失活的条件，可以获得高概率的病原体破坏。第四，为了保证病原体在统计学 上的高破坏概率，要讲行质量控生制。第五，全程监控排肥系统或者应用堆肥反应器都以付 病原体的破坏概率提高，尤其适用于低温和潮湿的地区
细胞的死亡很大程度上基于酶的热失活。在适宜的温度下，酶的失活是可逆的，但在高 温下是不可逆的。热力学的观点表明，在一个很小的温度范围内酶的活性部分将迅速降低。 如果没有酶的作用，细胞就会失去功能，然后死亡。只有少数几种酶能够经受住长时间的高 温。因此，微生物对热失活非常敏感。 研究表明，在一定的温度下加热一段时间可以破坏病原体或者是令人讨厌的生物体。通 常在 60~70℃（湿热）的温度下，加热 5~10 分钟，可以破坏非芽孢细菌和芽孢细菌的非休 眠体的活性。在表 2.2 中，资料表明，利用加热灭菌，在 70℃条件下加热 30 分钟可以消灭 污泥中的病原体。但在较低的温度下（50-60℃），一些病原菌的灭活则长达 60 天（表 2-3）， 因此堆肥过程中保持 60℃以上温度一段时间是必须的。 表 8-2 中的数据也表明，热失活效应与时间和温度有关。短时间的高温和长时间的低温 具有相同的热失活效果。 从以上的讨论中，可以得出以下几个结论。第一，堆肥可以完全破坏专性寄生的病原体， 也可以把指示细菌和非专性寄生细菌病原体减少到很低的水平。第二，维持多种微生物的种 群可以抑制非专性寄生细菌病原体的再生。如果堆肥的温度接近周围的温度，微生物种群就 会增加。第三，所有的物质应该暴露在失活的时间／温度条件下，这一点很重要。保证所有 的物质都能在失活的条件，可以获得高概率的病原体破坏。第四，为了保证病原体在统计学 上的高破坏概率，要进行质量控制。第五，全程监控堆肥系统或者应用堆肥反应器都可以使 病原体的破坏概率提高，尤其适用于低温和潮湿的地区。 名称 死亡情况 名称 死亡情况 沙门氏伤寒菌 46℃以上不生长；55～60℃，30 分钟内死亡 血吸虫卵 53℃，1 天死亡 沙门氏菌属 56℃1 小时内死亡，60℃，15～20 分钟死亡 蝇蛆 51-56℃，1 天死亡 志贺氏杆菌 55℃，1 小时内死亡 霍乱产弧菌 65℃，30 天死亡 大肠杆菌 绝大部分，55℃，1 小时死 亡；60℃，15～20 分钟死亡 炭疽杆菌 50-55℃，60 天死亡 阿米巴涂 50℃；3 天死亡；71℃，50 分钟内 死亡 布氏杆菌 55℃，60 天死亡 美洲钩虫 45℃，50 分钟内死亡 猪丹毒杆菌 50℃，15 天死亡 流产布鲁氏菌 61℃，3 分钟内死亡 猪瘟病毒 50-60℃，30 天死亡 酿脓链球菌 54℃，10 分钟内死亡 口蹄疫病毒 60℃，30 天死亡 化脓性细菌 50℃，10 分钟内死亡 小麦黑穗病菌 54℃，10 天死亡 结核分枝杆菌 66℃，15～20℃分钟内死亡 67℃， 死亡 稻热病菌 51-52℃，10 天死亡 牛结核杆菌 55℃，45 分钟内死亡 麦蛾卵 60℃，5 天死亡 蛔虫卵 55～60℃， 5～10 天死亡 二化螟卵 55℃，3 天死亡 钩虫卵 50℃；3 天死亡 小豆象虫 60℃，4 天死亡 鞭虫卵 45℃；60 天死亡 绕虫卵 50℃，1 天死亡
第三节好氧堆肥工艺 一、基本工艺及特点 国外自上世纪50年代以来开发出各种各样的现代堆肥系统，这些系统具有机械化程度 高、处理量大、堆肥速度快、无害化程度高等诸多特点，因此得到了广泛的应用。 各种堆肥系统的主要区别在于维持堆料及通气条件所用技术手段的差异，因此就出现 不同的分类方法。有人将堆肥系统分成干预堆肥系统和非干预堆肥系统，还有人将堆肥系统 按堆料的运动与否分成静态堆肥系统和动态堆肥系统。 一般来讲，应用反应器的系统通常被叫做“机械的”、“封闭的”或“容器的”系统，而 不用反应器的系统被称为“开放”系统。堆肥系统也可依据反应器类型、物料流动特占，反 应器条件以及空气供应方式来分类。表83基本包括了大部分历史上和目前沿用的堆肥系 统。 表83国内外主要堆肥系统分类 开放性 搅动 敢风 堆肥类型 无搅动 不鼓风 传统堆肥 放 鼓风 静态堆肥 有搅动 不鼓风 条垛堆肥（自然通风） 鼓风 条垛堆肥（强制通风） 物料流动方 干预方式 堆肥类型 向 密闭 水平 静态 隧道式堆肥 搅拌 搅拌槽式堆肥 翻转 转鼓式(DANO)堆肥 垂直 搅拌 塔式堆肥 筒仓式堆肥 根据堆肥技术的复杂程度以及使用情况，主要有三大类堆肥系统：条垛式、静态垛式利 反应器系统。其中条垛堆肥主要通过人工或机械的定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有 氧状态：与条垛堆肥相比，静态堆肥在堆肥过程中不进行物料的翻堆，能更有效地确保堆体 到高温和病原菌灭活，雄肥周期缩短，反应器堆肥在一个或几个容翠中讲行，通气和水 分条件得到了更好的控制。表84对常见的条垛堆肥、静态堆肥和反应器堆肥的优缺点进行 了比较。 表84各种堆肥系统的优峡点比较 条垛堆肥 静态堆肥 反应器堆肥
第三节 好氧堆肥工艺 一、基本工艺及特点 国外自上世纪 50 年代以来开发出各种各样的现代堆肥系统，这些系统具有机械化程度 高、处理量大、堆肥速度快、无害化程度高等诸多特点，因此得到了广泛的应用。 各种堆肥系统的主要区别在于维持堆料及通气条件所用技术手段的差异，因此就出现了 不同的分类方法。有人将堆肥系统分成干预堆肥系统和非干预堆肥系统，还有人将堆肥系统 按堆料的运动与否分成静态堆肥系统和动态堆肥系统。 一般来讲，应用反应器的系统通常被叫做“机械的”、“封闭的”或“容器的”系统，而 不用反应器的系统被称为“开放”系统。堆肥系统也可依据反应器类型、物料流动特点，反 应器条件以及空气供应方式来分类。表 8-3 基本包括了大部分历史上和目前沿用的堆肥系 统。 表 8-3 国内外主要堆肥系统分类 开 放 性 搅 动 鼓 风 堆 肥 类 型 开 放 无搅动 不鼓风 传统堆肥 鼓风 静态堆肥 有搅动 不鼓风 条垛堆肥（自然通风） 鼓风 条垛堆肥（强制通风） 密 闭 物料流动方 向 干 预 方 式 堆 肥 类 型 水平 静态 隧道式堆肥 搅拌 搅拌槽式堆肥 翻转 转鼓式（DANO）堆肥 垂直 搅拌 塔式堆肥 填充 筒仓式堆肥 根据堆肥技术的复杂程度以及使用情况，主要有三大类堆肥系统：条垛式、静态垛式和 反应器系统。其中条垛堆肥主要通过人工或机械的定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有 氧状态；与条垛堆肥相比，静态堆肥在堆肥过程中不进行物料的翻堆，能更有效地确保堆体 达到高温和病原菌灭活，堆肥周期缩短；反应器堆肥则在一个或几个容器中进行，通气和水 分条件得到了更好的控制。表 8-4 对常见的条垛堆肥、静态堆肥和反应器堆肥的优缺点进行 了比较。 表 8-4 各种堆肥系统的优缺点比较 条垛堆肥 静态堆肥 反应器堆肥
投资成本 高 运行和护费用 较低 高 操作难度 低 较低 受气候条件影响大小 较大 臭味控制 良 占地而积 大 中 小 堆肥时间 长 中 堆肥产品质量 良 优 良 二、条垛堆肥 从1905年开发出印多尔法(1 ndore)堆肥后，堆肥开始走向机械化，30年代出现了丹 诺(Dao)式堆肥，40年代出现了机械化较强的发酵装置-立式移动搅拌发酵仓，到50年 代最常见的堆肥装置是条垛系统。 条垛堆肥是将原料混合物堆成长条形的堆或条垛，在好氧条件下进行分解，是一种常见 好氧发酵系统。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。 条垛堆肥翻堆的设备由条垛的大小、形状以及位置决定。图84为露天条垛式堆肥系统 图。 图84露天条垛式堆肥系统 条垛的通气主要由自然或被动通风完成。通气速率由条垛的孔隙度决定。条垛太大，在 其中心附近会有厌氧区，当翻动条垛时有臭气释放：条垛太小，其散热迅速，堆温不能杀灭 病原体和杂草种子，水分蒸发少。 国内外现已开发出许多用于条垛翻堆的专门机械。这些机器大量的节省了时间和劳力 原料能完全混合，堆肥也更均匀。在这些设备中，一部分机械靠农场拖拉机牵引，一部分自 身具有驱动系统，还有一部分机器能装载在条垛旁的卡车或货车上。 在条垛系统中，条垛的高度、宽度和形状随原料的性质和翻堆设备的类型而变化。氧气 主要是通过条垛里热气上升引起的自然通风来供应，或通过翻堆过程中的气体交换而少量供 应。 在强制通风条垛系统中，氧气在空压机的强制或诱导通风下进入条垛。无论什么情况下， 都可对条垛进行周期性的翻动，以调整其通透性
投资成本 低 低 高 运行和维护费用 较低 低 高 操作难度 低 较低 难 受气候条件影响大小 大 较大 小 臭味控制 差 良 优 占地面积 大 中 小 堆肥时间 长 中 短 堆肥产品质量 良 优 良 二、条垛堆肥 从 1905 年开发出印多尔法（Indore）堆肥后，堆肥开始走向机械化，30 年代出现了丹 诺（Dano）式堆肥，40 年代出现了机械化较强的发酵装置-立式移动搅拌发酵仓，到 50 年 代最常见的堆肥装置是条垛系统。 条垛堆肥是将原料混合物堆成长条形的堆或条垛，在好氧条件下进行分解，是一种常见 好氧发酵系统。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。 条垛堆肥翻堆的设备由条垛的大小、形状以及位置决定。图 8-4 为露天条垛式堆肥系统 图。 图 8-4 露天条垛式堆肥系统 条垛的通气主要由自然或被动通风完成。通气速率由条垛的孔隙度决定。条垛太大，在 其中心附近会有厌氧区，当翻动条垛时有臭气释放；条垛太小，其散热迅速，堆温不能杀灭 病原体和杂草种子，水分蒸发少。 国内外现已开发出许多用于条垛翻堆的专门机械。这些机器大量的节省了时间和劳力， 原料能完全混合，堆肥也更均匀。在这些设备中，一部分机械靠农场拖拉机牵引，一部分自 身具有驱动系统，还有一部分机器能装载在条垛旁的卡车或货车上。 在条垛系统中，条垛的高度、宽度和形状随原料的性质和翻堆设备的类型而变化。氧气 主要是通过条垛里热气上升引起的自然通风来供应，或通过翻堆过程中的气体交换而少量供 应。 在强制通风条垛系统中，氧气在空压机的强制或诱导通风下进入条垛。无论什么情况下， 都可对条垛进行周期性的翻动，以调整其通透性