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快速堆肥发酵过程及控制


快速堆肥发酵过程及控制

中国农业大学资源环境学院 李季 教授

目 录
一、堆肥基础 二、快速堆肥及条件 三、堆肥过程控制 四、堆肥产品质量及检验

第一部分:堆肥基础

堆肥含义
堆肥,是指在人工控制下,在一定的水分、
C/N比和通风条件下通过微生物的发酵作用, 将废弃有机物转变为肥料的过程。通过堆肥 化过程,有机物由不稳定状态转变为稳定的 腐殖质物质,其堆肥产品不含病原菌,不含

杂草种子,而且无臭无蝇,可以安全处理和
保存,是一种良好的土壤改良剂和有机肥料。

堆肥基本特点


水 有机质 矿物质 水 微生物 原料

有机质 矿物质 水 微生物 堆肥产品

堆肥生物链
蜈蚣、捕食螨、 甲虫、蚂蚁等

第三消费者

]跳虫、一些螨、 羽毛翼甲虫、线 虫、原生动物等 细菌、真菌、放线 菌、线虫、一些螨、 蜗牛、蚯蚓等 畜禽粪便、树叶、 草枝、食品垃圾 等

次级消费者

初级消费者

有机废弃物

堆肥中的微生物
表 2-1 好氧堆肥期间的微生物群体 微生物 升温阶段 高温阶段 降温阶段 (70℃到冷 却) 嗜温细菌 喜温细菌 喜温放线 菌 嗜温霉菌 喜温霉菌 106 103 103 107 105 106 18 16 108 104 104 106 109 108 1011 107 105 6 1 14 物种检验数量 (堆温<40℃) (40—70℃)

单位:个数/每克湿堆肥

堆肥微生物变化

高温好氧堆肥过程中微生物的数量变化规律
4d 4-4:1 ++ 9d 13d 20d 24d 28d 32d 38d 43d 45d

4-4:2

++
++ ++ + + +++ + ++

S

4-9:1 4-13:1 4-9:2

13-13:1

++
++ ++ + + + + + + + +

T

13-13:2 13-20:1 20-45:1

20-45:2

+

++
++ + +

++
+ + ++

++
+ ++ ++

++
+ + ++

++
+ + ++ +

++
++ + ++ ++

C

24-45:2 24-45:3 24-45:1 43-45:1

M 注:+++,strong;++,substantial;+,recognizable;no mark,not recognized.

堆肥微生物变化
堆肥阶段 微生物类型 4-4:1 4-9:1 4-4:2 4-13:1 4-13:1 4-9:2 13-13:1 高温期T (4-13d) 拉丁名(相似性) Leuconostoc paramesenteroides(97.4%) Pediococcus acidilactici(98.2%) Staphylococcus piscifermentans(99.1%) Bacillus badius(99.3%) Bacillus badius(99.3%) Bacillus sp.(99.1%) Virdibacillus proomii(94.7%) 中文名 类肠膜明串珠 菌 乳酸片球菌 葡萄球菌 栗褐芽胞杆菌 栗褐芽胞杆 菌 芽胞杆菌属 枝芽胞杆菌

初期S(0-4d)

13-20:1

Gracilibacillus halotolerans(94.4%)

薄壁芽胞杆 菌
解脲棒杆菌

13-13:2

Corynebacterium urealyticum (95.3%)

堆肥微生物变化
24-45:1 24-45:2 降温期C(1332d) 24-45:3 20-45:1 20-45:2 24-45:1 Sphingobacterium Multivorum(83.4%) Alloiococcus otitis(90.0%) Clostridium fervidus(88.2%) Cl. Filimentosum(85.6%) Alcaligenes sp. NKNTAU(91.4%) Sphingobacterium Multivorum(83.4%) 多食鞘氨醇杆 菌 耳炎差异球菌 热梭菌 梭菌 产碱菌 多食鞘氨醇杆 菌

24-45:2
24-45:3 腐熟期M (32-45d) 20-45:1 20-45:2 43-45:1

Alloiococcus otitis(90.0%)
Clostridium fervidus(88.2%) Cl. Filimentosum(85.6%) Alcaligenes sp. NKNTAU(91.4%) Arthrobacter sp. (86.4%)

耳炎差异球菌
热梭菌 梭菌 产碱菌 节杆菌属

堆肥热力学过程

在堆肥过程中实际释放的热量取决于有机物真正降解的程 度,或混合物中不同成分比例。例如,脂肪比蛋白质或者 碳水化合物更能被降解,因为脂类热值就高。

热灭活动力学
美国环保署要求热失活的最低温度为50℃。 根据Brannen等人的研究结果,在55℃时加热7分钟和在 50℃时加热60分钟,蛔虫卵基本消失,但是在47℃时加热 2个小时蛔虫卵就不被破坏。 为保证能彻底消灭蛔虫卵,处理温度就应该明显超过阈限 温度。因此,选定最低温度为50℃,这样就能大大减少蛔 虫卵的浓度。

污水污泥中消灭病原体所用的时间和温度
灭菌时间(分钟) 微生物 内阿米巴属 蛔虫卵 布鲁氏菌 棒状杆菌 沙门氏菌 埃希氏菌属大肠菌 微球菌 肺结核分支杆菌 病毒 50℃ 5 60 7 60 45 30 60 3 4 4 5 20 20 25 55℃ 60℃ 65℃ 70℃

几种常见病菌与寄生虫的死亡温度
名称 沙门氏伤寒菌 沙门氏菌属 志贺氏杆菌 大肠杆菌 阿米巴涂 美洲钩虫 流产布鲁氏菌 酿脓链球菌 化脓性细菌 结核分枝杆菌 牛结核杆菌 蛔虫卵 钩虫卵 鞭虫卵 死亡情况 名称 46℃以上不生长;55~60℃,30 分 血吸虫卵 钟内死亡 56℃1 小时内死亡,60℃,15~20 蝇蛆 分钟死亡 55℃,1 小时内死亡 绝大部分,55℃,1 小时死 亡;60℃,15~20 分钟死亡 霍乱产弧菌 炭疽杆菌 死亡情况 53℃,1 天死亡 51-56℃,1 天死亡 65℃,30 天死亡 50-55℃,60 天死亡 55℃,60 天死亡 50℃,15 天死亡 50-60℃,30 天死亡 60℃,30 天死亡 54℃,10 天死亡 51-52℃,10 天死亡 60℃,5 天死亡 55℃,3 天死亡 60℃,4 天死亡 50℃,1 天死亡

50℃;3 天死亡;71℃,50 分钟内 布氏杆菌 死亡 45℃,50 分钟内死亡 61℃,3 分钟内死亡 54℃,10 分钟内死亡 50℃,10 分钟内死亡 66℃,15~20℃分钟内死亡 67℃, 死亡 55℃,45 分钟内死亡 55~60℃, 5~10 天死亡 50℃;3 天死亡 45℃;60 天死亡 猪丹毒杆菌 猪瘟病毒 口蹄疫病毒 小麦黑穗病菌 稻热病菌 麦蛾卵 二化螟卵 小豆象虫 绕虫卵

颗粒大小对灭菌的影响
在堆肥过程中形成了大颗粒或者球状物,由于氧气不足, 在这些颗粒内就减少了热的积累,为了保证这些颗粒内 部的病原体完全被破坏,堆肥温度必须传递到颗粒内部。 颗粒越大,传递时间就会越长。
微粒的半径(cm) 到达(T-T0)/(T1-T0)=0.9 所需的时间(h) 1 10 20 50 100 0.1 10 40 250 1000

堆肥无害化
第一,堆肥的本质是微生物利用基质养料生长、繁殖,并 释放能量、带走水分的过程,是一种依靠自然力的生态降 解过程。 第二、堆肥微生物的作用必须建立在其适宜的基质、能量 和环境条件上。

第三、只要堆肥正常,就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,达到无害化的程度。

第二部分:快速堆肥及条件

堆肥典型时间
方法 堆肥实际时间 范围 传统沤肥 条垛式-翻堆 静态通气堆 转鼓发酵 筒仓发酵 6 个月到 2 年 1-4 个月 3-5 周 3-8 天 1-2 周 典型 1年 2 个月 4周 1-2 个月 1-2 个月 2 个月 2 个月 后熟时间

快速堆肥讨论
什么是快速堆肥?即在满足堆肥产品市场
需求及环境卫生标准前提下,采用生物接 种、配方优化、条件控制、设备创新等综 合措施使一次堆肥时间缩短到1到2周,二

次堆肥缩短到2-3周的堆肥工艺。

为何快速堆肥
?成本问题 每天堆肥成本

?养分损失 特别是氮素损失

堆肥成本
燃料动力 原材料 工资 包装 折旧 维修 管理 合计
典型堆肥厂成本分析

16.07 129.28 6.5 40 10.76 4.87 7.82 215.30
单位:元/吨

养分损失
处理 第120天的牛粪堆肥 不翻堆 用铲斗装载机翻堆 每两周翻1次 每周翻2次 第150天的家禽堆肥 不翻堆 用铲斗装载机翻堆 每两周翻1次 每周翻2次 有机质损失(%) 70 78 73 80 全氮损失(%) 51 60 53 64

75 79 79 88

72 76 78 86

出自:Brinton,1998

环境影响
堆肥过程 最少人为干预 条垛系统 (堆肥前后变化量%) 55 12 28,744 73 22 223 强制通风系统

体积减少 挥发性固体 平均甲烷释放 排放量(ppmv)

55 15 3

ppmv(单位体积的百万分率)

快速堆肥讨论
快速堆肥的可行性:
1、密闭环境,保温 2、翻堆次数多 3、接种有效微生物 4、有除臭措施 5、仅生产有机物料 6、堆肥产品进一步生产复合肥,并通过高温、 制粒等步骤实现后续处理 7、建立有关指标的监测制度

快速堆肥讨论
快速堆肥的核心: 1、通过协调堆肥过程中养分的降解和保持, 建立有机养分、无机养分之间的平衡; 2、通过微生物分解发热实现自身脱水; 3、建立环境、卫生、工业、农业之间的堆 肥协调途径及方法

堆肥条件
条件 碳氮比(c/n) 水分含量 氧气浓度 颗粒直径(直径以 cm 计) pH 温度(℃) 合理范围 20:1-40:1 40-65% 大于 5% 0.32-1.27 5.5-9.0 43.3-65.5 最佳范围 25:1-30:1 50-60% 远大于 5% 可变* 6.5-8.0 54.4-60

*依特定的物料、堆体大小和天气条件而变。

生物可降解性
某些有机基质的可降解性 基质 降解性(挥发性固体比例%)

垃圾(总有机组份) 43-54 庭园修剪废弃物 鸡粪 牛粪 垃圾 66 68 28 66

碳源及能量
堆肥过程中通常期望湿基质水分能不断蒸发以获得相对 干燥的堆肥产品。与干基质相比,湿基质堆肥水分蒸发 负担较大,所以湿基质提供的能量就至为重要,因为需 大量能量来支持蒸发。

基质能量调节
如果基质没有足够的能量推动堆肥进程,则需要 进行能量调节以达到能量平衡。可采用一种或多 种如下方法:(1)通过控制和降低堆肥过程中 的空气供应以限制干燥;(2)强化脱水以降低 基质含水率;(3)外加能量调理剂。如果通过 减少空气供应量来控制能量平衡,则必须对产品 进行烘干或者加入水分吸收调理剂。 外加能量调理剂是控制能量平衡的较好方法。采 用可降解调理剂调节能量,是初始混合物料调节 的最优选择

氧气
堆肥过程中,微生物利用碳源,消耗氧气,产 生二氧化碳。如果没有充足的氧气,堆肥过程 将会变成厌氧发酵,产生难闻的气味,包括 H2S气体的臭鸡蛋气味。
那么,对于好氧堆肥,氧气供应量应该是多少 才算是充足呢?尽管空气中氧气含量占到21%, 但是好氧微生物在氧气浓度为5%时就可以存 活。氧气浓度高于10%被认为是好氧堆肥的最 适条件。

粒径
在相同体积或质量的情况下,小颗粒要比大颗粒有更 大的表面积。所以如果供氧充足,小颗粒将降解的更 快一些。实验证明将堆肥物质加以粉碎,可以将降解 率提高2倍,科学家提出一个推荐的粒径值为1.3-7.6 毫米,这个区间的下限适用于通风或连续翻堆的堆肥 系统,上限为静态堆垛或其他静态通风堆肥系统。

堆肥工艺优化
堆肥必须因地制宜
认识堆肥条件的不可替代性 探索快速堆肥的途径和方法

协调原料配比、温度、水分、翻堆等关系

第三部分:堆肥过程控制

通风控制
通风有三个主要目的: 第一,通风能满足有机质分解的氧气需求(也叫 化学需氧量); 第二,通风可以除去湿基质之中的水分(称为干 燥需求),当空气被堆肥基质加热以后,可以蒸 发掉水份,使得堆肥物料得到烘干; 第三,通风可以除去有机质分解产生的热量,以 控制过程温度(称为除热需求)。

不同有机物料及其有机成分的一般化学组成
废弃物料 碳水化合物 蛋白质 脂肪和油 污泥 原始 混合 垃圾(总有机成分) 木材 草 生活垃圾 食物垃圾 纸屑 场院垃圾 典型的化学成分 (C6H10O5)X C16H24O10N4 C50H90O6 C22H39O10N C10H19O3N C64H104O37N C295H420O186N C23H38O17N C16H27O8N C18H26O10N C266H434O210N C27H38O16N 参考文献

McCarty1 Haug et al.2 Corey3 Corey3 Corey3
Kayhanian 和 Tchobanoglous4 Kayhanian 和 Tchobanoglous4 Kayhanian 和 Tchobanoglous4

有机物降解需氧量计算
假定碳水化合物为主要的成分,可以计算出分解反应的 需氧量: 1 x C6H10O5 + 6O2=6CO2 + 5H2O 162 6(32) 则纤维基质的需氧量估计为: x=6(32)/162=1.185g O2/g BVS

通风控制
化学需氧量:1.95kg空气/kg 混合基质干重,说明满足化学 需氧量时,空气的重量几乎是进料物质干重的两倍。

水分干燥需氧量: 26.7g干空气/g ds基质 说明干燥所需的空气远比生物氧化需要的空气要多.
除热需氧量:47.9g空气/g 基质ds 除热所需的空气量远比化学或者除水分需要的都多。 堆肥所需空气的重量是基质干重的30~50倍。由于气体 是看不到的,空气活动有时候总是被忽略。应该牢记基 质处理既包括固体,也包括气体部分。

翻堆的重要性

温 度 ( )

氧 气 浓 度 ( % ) 深度(cm)

图6-5 由消化污泥和堆肥回料堆置的条垛,其不同深度(cm)的温度和氧 气浓度(%)的曲线图。在搅拌条垛5个小时之后测量。来自lacoboni et al.[19]



通风管道

某堆肥厂所用的永久性管路系统示意图

通风系统示意

部分臭气化合物的臭气指数
化合物 氨 硫化氢 1-丁烯 甲基硫醇 乙胺 二甲(基)胺 乙醛 乙硫醇 1-戊烯 2,760,000 289,500,000 376,000,000 臭气指数 167,300 17,000,000 43,480,000 53,300,000 1,445,000 化合物 二甲基硫 二乙基硫 丁硫醇 丁酮 乙酸 丙酸尿 α -松萜, 松油 丁酸 粪臭素 臭气指数 2,760,000 14,400,000 49,340,000 3,800 15,000 112,300 469,000 50,000 30,000

臭气释放规律
大多数臭气是在堆肥周期的最初7~10d释放出来的,最初 2~3 d的SOER值为10~20 m3/min-m2,此后,SOER值迅 速降低到0.5~2 m3/min-m2范围。 翻堆前平均可达15~30 m3/min-m2,翻堆后SOER值迅速 增加到550 m3/min-m2,然后在接下来的3~4小时开始降 低。
虽然臭气释放的峰值与翻堆有关,但是臭气释放的主要部 分还是在没有翻堆时。如果不考虑翻堆的频率,估计因为 翻堆而释放的气体大约相当于总释放气体的10%到15%。 增加翻堆频率会使释放的峰值降低,但是总的臭气挥发量 基本保持不变。基于以上研究,建议当天气条件不好应当 停止翻堆。

臭气处理的方法
吸附:气体吸附是指通过特定的吸附装置,把臭气化 合物溶解到洗涤液中的一种臭气处理方法。常用吸附 装置包括喷雾塔、填充式洗涤床、流体洗涤床、板式 塔、喷射洗涤器。通常的化学药剂包括: 氧化剂例如次氯酸钠(NaOCI), 过氧化氢(H2O2) 及高锰酸钾(KMnO4) 碱性物例如CaO,Ca[OH]2,NaOH 酸类例如H2SO4,HCl 还原剂例如Na2SO3,H2O2 吸收增强剂例如表面活性剂

一种生物过滤器系统的框图

Log odds index
100 20 40 60 80 0

120

C on t ro l

LP LP + 5% su cr os e

图.1添加植物乳杆菌与可溶性碳水化合物对猪粪臭味的影响

sucrose 蔗糖 glucose 葡萄糖
LP + 5% gl uc os e LP + 10 % su cr os e LP + 10 % gl u co se

图.1添加植物乳杆菌与可溶性碳水化合物对猪粪中氨挥发的影响

45 40 35

NH3 , mg/m3

30 25 20 15 10 5 0 3 6 9 12 T ime (days) 15 18

Control LP+5%surcose LP+10%surcose

LP LP+5%glucose LP+10%glucose

堆肥氮素变化机理
堆肥过程中氮素转化很复杂,主要包括氮素固定和氮素释放。其中 氮素的释放主要指有机氮的矿化、氨的挥发以及硝态氮的反硝化。 有机氮作为堆肥的全氮的主要组成部分与全氮一样,在堆肥过程中, 始终呈降低趋势。一次发酵初期,氮损失速率较快,主要由于NH3 高温挥发所致,另外易挥发含氮有机物的直接挥发也是造成氮素大 量损失的另一个主要原因;二次发酵阶段基本无氮损失。

一次发酵初期(前10d),在微生物作用下,易降解有机物迅速分解, 由于物料的含水率较高,生成的氨主要以NH+4的形式存在于物料中, NH+4-N的含量不断增加,至第10d左右增至最高点。随后,由于高 温作用,水汽蒸发加强,引起大量NH3挥发,NH+4-N含量不断降低。 硝态氮(NO3-N)含量主要取决于硝化和反硝化速率之差,物料所 处环境为好氧状态时,硝化作用占绝对优势。

堆肥前后氮素变化

(袁守军,2004)

影响堆肥氮素损失的因素
1)堆肥物料的组成:堆肥的氮损失与初始物料的组成和 含氮量密切相关,原料含氮量高损失的比例相应就高。 研究表明,厨余垃圾与树叶等混合堆肥的净氮损失是 43%~62%,鸡舍废物(鸡粪、锯末混合物)在强制通风堆 制过程中的氮损失为初始氮的59%,单独的牛粪堆制比 牛粪与生活垃圾堆肥以1∶1体积联合堆制的氮损失高4~ 10倍。 2)堆肥物料C/N比:堆肥物料C/N比越低,氮素损失越 严重。堆肥合适的C/N比范围为25~35。杨毓峰等以畜禽 饲养场排放的鸡粪、牛粪为底物,以玉米糠和玉米秸秆作 调理剂和膨胀剂进行堆制,堆肥化过程中的氮素损失随 起始堆料的C/N比升高而降低。

影响堆肥氮素损失的因素
3)不同通风方式和pH值:翻堆、强制通风以及鼓风能 加快氨从条垛/堆体中逸出的速度。但适当通风是堆肥的 关键,因此,不能由于保氮而减少翻堆或通风,只有当 保存氮素很重要的时候,才可减少对原料的不必要的翻 动。

高pH值增加了氨的损失,特别是像家禽粪便等含氮量高 的原材料。在堆肥原料中有两种氨的存在形态:气态氨 (NH3)和溶解在堆肥中的氨离子(NH4+)。这两种形 态都会出现并能从一种形态转化为另一种,转化比例由 堆体条件所决定。较高的pH值能帮助气态氨从堆体中逸 出。

堆肥氮损失控制的方法
1)改变工艺条件:如保障适量的通风/控温、适当的湿度 等。 加水和翻堆有利于确保氮素;使堆体内的氧含量始终保 持在较高水平,可以减少堆体内的局部厌氧,抑制反硝 化的进行,减少硝态氮的损失;单一强制通风由于缺乏 对混合物料的翻动,造成堆体较为坚实且分布不均匀, 气体交换受阻,不利于好氧堆肥的进行;多次翻动可以 破碎结块的物料,并通过多次混合使物料分布均匀,从 而减少或消除物料结块及不均匀的现象,增加堆体孔隙 度,有利于气体交换及好氧堆肥化的进行。强制通风与 机械翻堆相结合能促进堆肥温度的升高和腐熟,加快有 机碳的降解和硝态氮的升高,是相对最好的一种通风方 式。。

堆肥氮损失控制的方法
2)在堆肥过程中加入添加剂: 1)富碳物质:在堆肥过程中添加高C/N比的混合物可降 低氮损失。如在禽粪堆制时,通过加入富C物质(秸杆和泥 炭)可使NH3损失分别降低33.5%和25.8%。 2)金属盐类及硫元素:金属盐类的添加可降低堆肥过程 中的NH3损失。可选择沸石、过磷酸钙和少量MnSO4作为 氮素损失抑制剂。 3)吸附剂和调理剂:吸附剂和调理剂的添加也可使氨损 失降低。研究表明,泥炭、沸石和玄武岩可在粪便好氧堆 制过程中降低氨损失。 4)外源微生物:外源微生物的添加可调控堆肥过程中氮、 碳的代谢,调控氮素物质分解为NH4+-N后的气态挥发损 失,保留更多的氮养分。

第四部分:堆肥产品质量及检验

堆肥稳定性

堆肥过程中,基质里可降解的有机质被氧化,并逐渐被增 加的难降解的腐殖物质所代替。堆肥发酵过程中结尾阶段 比较稳定的成分仍然可以被降解,但是同原来的基质相比, 降解速率会大大降低。 现在的问题是多大的稳定性才是足够的呢?对于这个问题 没有准确的答案。例如,厌氧消化的污泥一般认为是很稳 定的,似乎可以应用于土地,但如果消化污泥堆置在开放 的堆上,那么腐败物质和臭气将会产生。另外如粗污泥在 加热烘干后,也可长时间贮存不会产生异味,其低水分含 量使生物活性大大降低,并处于一种“假的稳定”状态下, 但当物料重新变湿后,通常生物活性就会恢复正常,容易 发霉。

堆肥稳定性
稳定性的另外一个方面是有机质对植物生长的影响。研 究者已经观察到不成熟的堆肥包含着许多对植物有毒性 (称植物毒性)的代谢产物,会危害植物根系,并抑制 其生长。

生物降解的代谢产物,如乙酸对植物生长有很强的毒害 作用。研究表明毒性主要在堆肥开始的前期,尽管直至 堆肥发酵60天后,其毒性仍然未完全消除。 所有的堆肥设施在设计和操作上都应该是生产有利于植 物生长的稳定的产品,而不产生毒性。

堆肥质量定义
严格地讲,完全稳定的前提是所有的有机质全部转化为 水和二氧化碳,但是完全的稳定性并不是人们所期望的。 因为堆肥作为一种土壤调理剂的价值就在于有机质含量。 稳定性应该建立在足以减少危害潜力和植物毒性的基础 之上,但还不是如此彻底以及最终产品中有机质不必要 地损失掉;稳定性还应该建立在当氧气消耗降低到某一 点时,厌氧和异味条件还没有产生,不致于影响到存贮 和产品的最终使用,也不致于产生植物毒性物质。

堆肥质量要求
堆肥产品质量涉及众多因子,既有理化指标,又有卫生 指标,还有生物学指标。 堆肥质量一般包括颗粒大小,pH值,可溶盐含量,产 品稳定性,杂草种子、重金属、植物毒素等有害组分的 存在,以及杂质。 好的堆肥应表现在:颗粒直径小于1.3厘米,pH值在6.07.8,可溶盐浓度小于2.5 ms/cm,低呼吸比率,没有杂 草种子,污染物浓度低于国家标准。这种堆肥的使用一 般不会受到限制。呼吸比率是通过测定耗氧量求得的, 呼吸率高,就说明堆肥尚未稳定。

堆肥质量的指导原则
特性 园林基质 建议使用 作为一种生 长介质,不需 其他添加物 堆肥产品使用的指导原则 园林营养土 作为盆栽植 物的部分生 长基质,要求 pH 小于 7.2。 颜色 深棕色到黑 色 气味 应具生土气 味 颗粒大小 pH 值 小于 13mm 5.0—7.6 深棕色到黑 色 应没有令人 不悦的气味 小于 13mm 范围依要求 定 可溶盐浓 度(ms/cm) 杂质 玻璃、塑料等 在 3—13cm 间的杂质不 超过总干重 的 1%。 重金属 不超过国家 玻璃、塑料等 在 3—13cm 间的杂质不 超过总干重 的 1%。 不超过国家 玻璃、塑料等 玻璃、 塑料等杂质不超 在 3—13cm 间的杂质不 超过总干重 的 1%。 不超过国家 不超过国家标准 过总干重的 5%。 小于 2.5 小于 6 深棕色到黑 色 应没有令人 不悦的气味 小于 7mm 范围依要求 定 小于 5 小于 20 应没有令人不悦的气 味 小于 13mm 范围依要求定 有机肥 主要用在地 表底肥 土壤改良剂 改善农业土壤, 恢复被 破坏的土壤,要求 pH 小于 7.2 的景观植被的 种植和维护 深棕色到黑色

堆肥指标
稳定性 发酵好的堆肥不应继续升温,并产生臭味。

养分含量 发酵好的堆肥速效养分一般在4-5%之间,并含有 微量元素。 水分含量 堆肥完成后水分应降到45 %以下。

堆肥指标
粒径分布 堆好后物料分散,粒径相对均一。
无杂草种子 堆好的产品是没有杂草种子的,产品在2-3周内不会有 种子发芽。

其它元素浓度 重金属、农药的浓度应控制在相关标准之内。
产品质量一致 每批产品应保持质量的一致。

堆肥腐熟度评价-温度
温度被认为是堆肥稳定度评价最简便快捷的指标,当其 趋于环境温度时,表明堆肥已达稳定。一般认为堆肥温 度在50℃以上并维持5~10天,符合粪便无害化卫生标准。 因此,快速达到温度并维持一定时间是比较理想的状态。

另外堆肥完成后不应出现再升温的现象,许多堆肥厂完 成一次堆肥后,在二次成化时仍表现温度升高,有时甚 至发生“烧心”的现象,就说明堆肥没有腐熟完全,以 致养分损失加剧,肥效因此受到影响。

堆肥腐熟度评价-颜色及气味
堆肥腐熟度也可从堆肥的表观特征作出一些判断。从颜 色上来看,堆肥过程中堆料逐渐发黑,腐熟后的堆肥产 品呈黑褐色或黑色。从气味上来看,通常,堆肥原料具 有令人不快的气味,在运行良好的堆肥过程中,这种气 味逐渐减弱并在堆肥结束后消失。
腐熟堆肥的表观特征为:堆肥后期温度自然降低;不再 吸引蚊蝇;不会有令人讨厌的臭味;由于真菌的生长堆 肥出现白色或灰白色;堆肥产品呈现疏松的团粒结构。 总的来说,物理学指标虽然简便、直观,但是难以定量 表征堆肥过程中堆料成分的变化,也就不易定量说明堆 肥腐熟程度,缺乏可信度和可操作性。

有机质的变化
水溶性有机质含量与堆肥时间有很显著的相关性,是指 示堆肥腐熟程度的一个合适的参数。尽管水溶性有机质 也受堆肥原料的性质的影响,但在堆肥腐熟的后期,水 溶性有机质含量不超过2.2g/l,所以水溶性有机质含量 <2.2g/l可作为堆肥腐熟的参数。
如果堆肥物质达到了稳定状态,就不应再含有淀粉和糖 类。但不能以淀粉消失判定堆肥腐熟,因为淀粉仅占堆 料可降解物质的一小部分,检不出淀粉应是堆肥腐熟的 必要条件。水溶性糖类(SC)含量在堆肥过程中大幅度 降低,在堆肥腐熟时,所有堆肥水溶性糖含量都相同。 所以堆肥中水溶性糖含量可作为腐熟度的一个好的指标, 腐熟堆肥的水溶性糖含量SC>0.1%。

氮成分变化
堆肥过程中,由于水溶性NH4+-N一部分转化为NH3而挥 发减少,另外,通过硝化作用一部分NH4+-N又转化为 NO3-N。因此, NH4+-N的减少及NO3-N的增加,也是堆 肥腐熟度评价的常用指标。

NO3--N是评价堆肥腐熟度的简单而有力的参数,具有较 好的实用价值。当污泥堆肥中的总N含量超过干重的 0.6%时,堆肥达到腐熟。

腐殖化程度相关的参数
堆肥过程中伴随着腐殖化的进行,研究各腐殖化参数的 变化是评价腐熟度的重要方法之一。CEC(阳离子交换容 量)能反映有机质降低的程度,是堆肥腐殖化程度及新形 成有机质的重要指标,可作为评价腐熟度的参数。 根据堆肥在酸、碱中的溶解性质,可将堆肥中的腐殖质 划分为:腐殖质HS,腐殖酸HA,富里酸FA,富里部分 FF及非腐殖质成分NHF。在堆肥原料中HA含量低,FA 含量多,但随着堆肥过程的进行,二者的含量发生显著 变化,HA含量增加,FA含量在堆肥过程中下降。腐殖质 在堆肥中的变化有一定的规律性,可作为评价腐熟度的 参数。

C/N比的变化
固相C/N是最常用于评价腐熟度的参数。Garcia (1992) 认为最终堆肥产品C/N值在理论上趋于微生物菌体的 C/N比,提出C/N比由30:1降为15~20:1时,可以认 为堆肥腐熟,达到稳定的程度。

Morel等(1985)建议采用T=(终点C/N)/(初始C/N) 来评价城市垃圾堆肥的腐熟度,并提出当T值小于 0.6时堆肥达到腐熟。研究认为腐熟猪粪与稻草混合 堆肥的T值应在0.49~0.59之间。可见,不同物料 堆肥的T值变化不大,在0.5~0.7之间。因而可以 认为,T值适用于不同物料堆肥的腐熟度评价。

呼吸作用
对于好氧堆肥来说,微生物耗氧速率变化反映了堆肥 过程中微生物活性的变化。堆肥过程的耗氧速率变化 反映了堆肥过程中有机物的变化。可根据堆肥过程中 微生物吸收O2和释放CO2的强度来判断微生物代谢活 动的强度及堆肥的稳定性。堆肥释放CO2在5mg (C)· g-1以下时,达到相对稳定;为2mg(C)· g-1 以下时,达到腐熟。张所明等(1998)提出当堆肥达 到腐熟时,耗氧速率为0.02~0.1O2%· min-1。呼 吸作用可通过测定呼吸强度和溶解氧来计算,由于测 定与实际误差大,这个指标较少使用,但可作为微生 物代谢活动的强度的指示。

植物生物测定

从植物毒性的角度讲,最直接的判断堆肥产品是 否完全腐熟的方法应该是看其对植物生长的影响。 盆栽研究是可以进行的,但在结果出来前需要相 当的时间。一些研究者在寻找减少时间的测定方 法。这其中最多的是测试种子的发芽率,通常用 水芹种子(Lepidium sativum),因为它具有反 应迅速的特点。

植物生物测定
Zucconi等人发明了一种24小时生物测定方法: 将样品水分含量调节到60%之后,接着进行压力过滤就 得到提取液,在提取液中放置6~8粒水芹种子,在27℃ 下黑暗培养24小时,测量发芽部分以及根部的生长,并 以百分比表示。 发芽指数(germination index)即萌芽部分和根系生长的 百分率(各自为对照的百分比)。 发芽指数在50%~60%之间,即达到腐熟。

安全性评价
污泥、城市垃圾和畜禽粪便中含有大量致病细菌、霉菌、 寄生虫和草种等,直接影响到堆肥的安全性。但这些致病 微生物对温度非常敏感,当堆肥温度高于55℃,并保持3 天以上时,可杀死绝大多数。

Tiquia(2000)等研究猪粪的堆肥化处理时发现,堆肥开 始时,堆肥中大肠杆菌的数量为(6.18~6.65)×104CFU g-1,经过高温阶段后,堆肥中已经检测不出大肠杆菌的 存在。
所以可以认为,当堆肥中检测不出大肠杆菌时,可认为堆 肥已达稳定。

堆肥综合评价
通过以上分析可以看出:物理学指标易于监测,用以定 性描述堆肥过程所处的状态;化学指标测定简单,是堆 肥的实质反映;核磁共振NMR、红外光谱FT-IR、色谱 技术的应用揭示了堆肥微观物质结构的变化,有助于评 价化学指标的合理性;生物学指标能够综合反映堆肥和 实用性,一般用于判断堆肥的稳定性。 通常生产上比较简单实用的评价指标主要包括:温度变 化、水分变化、物料颜色、发芽率、C/N比 。一个有经 验的堆肥技术员可以通过外观、颜色、气味、质地、颗 粒大小以及其它一些物理特征来判断堆肥的腐熟程度, 可能不是很科学,但会很有用且通常是准确的。

堆肥长期施用地块蚯蚓情况
有机蔬菜地块
常规蔬菜地块

总 结
1、充分了解堆肥的复杂性 2、堆肥技术与工艺的优化和本地化 3、堆肥必须有政策推动 4、堆肥技术的创新 5、堆肥工艺与设备合作 6、国际合作与产业运作


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