堆肥是利用土著微生物(自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物)或人工接种剂,人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化,它是一种处理有机固体废弃物并使之实现资源化的重要技术。
堆肥原理
根据微生物对氧气的需求可将堆肥工艺分为有氧发酵和厌氧发酵两种
有氧发酵:堆肥通过供氧,保持物料一定的水分、温度、c/n比等,通过好氧微生物的作用,由群落结构
演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现的动态过程。
厌氧发酵:厌氧堆肥是利用厌氧微生物发酵的堆肥方法,厌氧发酵自身能耗少,不需要外部供氧,但微生物生长繁殖慢,对有机物的分解速度慢,处理周期长达80-100d,需要较大的反映场地,如果控制不好会产生大量臭气,对周围环境影响
较大。
堆料中的可溶性有机成分被微生物直接吸收,固体和胶体物质附着在微生物体外,由分泌的胞外酶分解成可溶性物质,再渗入细胞。微生物吸收能力,通过自身生命活动——氧化还原和生物合成,一部分供自己生长,另一方面合成新细胞的原材料。通过放热反应将大分子物质分解成简单、稳定的小分子物质(二氧化碳、水蒸气等),使堆温上升。
开始微生物分解容易降解的糖类、脂肪、蛋白质等有机物,同时获得能量供自己生长繁殖,由于这些物质容易降解,微生物开始活动剧烈,这时堆温在30-40℃,优势微生物属于中温菌,随着放热,温度逐渐升高到50-65℃,这时高温微生物开始代替中温微生物,很多好热微生物主要包括细菌、放线菌、丝状真菌等,是分解纤维素和果胶类能力很强的微生物。
因此,在高温阶段能快速分解物料中难降解物质,同时,高温能杀死寄生虫卵和有害微生物并产生腐殖质。
但当温度超过65℃,好热丝状真菌几乎全部停止了活动,而好热放线菌和芽孢杆菌占了优势;当温度超过70℃,只有好热芽孢杆菌在活动。
当物料中的营养物质不能满足高温微生物生长的需要时,高温微生物死亡,中温微生物又开始活跃,进一步使物料腐熟。
一般好氧高温堆肥仅需要10-30d就可腐熟,并杀死堆肥中的病原微生物,对周边环境污染较小。因此,目前好氧堆肥成为堆肥的主要方法。
影响堆肥的主要因素
01、堆体温度
堆温的高低决定堆肥速度的快慢。
堆肥温度应控制在45-65℃,其中以55-60℃较佳。
所有的过程参数控制都是为了使堆体温度最快上升、维持但是当的堆腐温度及顺利下降。堆体的高温才能杀死其中的病原菌,在适当温度范围内,有机质降解最快,同时需要在适当的情况下进行水分的去处。
我国粪便无害化卫生标准中规定,堆肥温度在50-55℃以上维持5-7天达无害化要求。
理想的无害化温度和时间分别为50℃和2天。在此温度及时间下,可保证蛔虫卵的杀灭率为100%。
但由于物料温度分布不均,故选择平均温度60℃为无害化温度,以便使物料温度
基本上高于50℃。
02、堆肥含水率
堆肥中水分的作用:
①溶解有机物,媒介作用。
②调节温度含水率低于30%,分解过程迟缓,当水分低于12%时,微生物停止活动。
含水率过高时,导致颗粒间隙充满水,系统孔隙率降低,导致供氧不足,厌氧情况
使微生物代谢过程不完全,以致产生臭气。
含水率超过65%,堆体内将有厌氧环境存在。
一般认为堆肥初始相对含水率在40-70%能保证堆肥的顺利进行,而最适宜的含水率
为50-60%。
因为物料通常不是单一,而是不同物料的混合堆肥,需要结合种类及比例来确定堆肥
最佳含水率。
经验上,用手紧握堆料有水滴挤出,如果不能挤出任何水分,说明堆料太干,而如果
不挤压就能流出水滴,说明太湿。
03、通风供氧
研究表明:堆料中氧含量10%时,已能保证微生物代谢的需要。
在供氧充足和其他条件也适宜的条件下,微生物迅速分解有机物,产生大量的热能,如果不能控制温度,反倒会抑制有机物的生物降解过程,从而增加运行成本。
堆肥通风供氧主要有:自然通风、定期翻堆、被动通风及强制通风。
强制通风可加快有机物的分解、转化,缩短堆肥周期。
04、有机物质含量及调理剂
堆肥需要合适的有机物质含量。
高温好氧堆肥,适宜的有机质含量范围为20%-80%。
当低于20%时,不能为微生物提供足够的能源物质,影响其活动,无法达到高温无害化目的。
当高于80%时,堆肥过程中需氧要求提高,达不到良好的好氧条件而产生恶臭。
有机物质含量过高或过低时,应进行控制,添加的辅料被称为调理剂。
调理剂有:锯末、作物秸秆、菇渣、稻壳、稻草、粉碎的橡胶轮胎等。
把木屑和秸秆加入高湿的原料中,平衡含水率的同时,还能维持堆垛结构的完整性和多孔性。
锯末抑制氨气挥发效果最好。
05、ph值
ph值影响整个堆肥过程。在7.5-8.5时可获得最大堆肥速率。
一般做大规模堆肥,没必要调整ph值,但如果堆肥用于养殖蚯蚓或培养蘑菇时,需要加入ph调节剂,以防止波动。
常用的调节剂有碳酸钙、石灰和石膏等。
06、原料c/n
堆肥最佳c/n比:25-30
人粪尿:6-10、牛粪8-26、猪粪7-15、鸡粪5-10、秸秆48-150、锯末200-511、肉和骨头4
c/n比超过50:1,堆肥进展缓慢,在80以上时堆肥无法进行。
调整过高碳氮比的最佳物料为尿素。尿素做氮源时呼吸率最高。
07、合适的颗粒度
堆肥中所需要的氧气是通过堆肥原料颗粒空隙供给的。
像纸张、动植物、纤维织物等,遇水受压时密度会提高,颗粒间空隙大大缩小,不利于通风供氧。
以厨余食品垃圾为主的废物,其破碎尺度要求大一些,避免成浆状物料。
处理物料还要考虑经济成本,因为破碎越小,动力消耗越大,成本会越高。
为什么要“大力”推广有机肥?