全 文 ：第 11卷 第 1期
2 0 0 3年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．11 NO．1
Jan．， 2003
有机固体废弃物好氧高温堆肥化处理技术
黄 国锋 吴启堂 黄焕忠
(广东省环境科学研究所 广州 510045)(华南农业大学资源与环境学院 广州 510642)
摘 要 好氧高温堆肥化是有机 固体废弃物资源化处理利用的有效途径之一，其关键技术是如何 为微生物繁殖生
长提供 良好 的环境，堆肥水分含 量、pH值 、C／N值、通气量 、翻堆 频率等均影响堆肥化的进程和效率。结合城市污
泥、城市垃圾及 家禽粪便垫料堆肥化处理的生产经验，阐述 了堆肥过程的主要技术要求及其调控方法。
关键词 好氧高温堆肥 有机固体废弃物 堆肥技术
Aerobic and thermophilic composting technology of solid organic waste．HUANG Guo—Feng(Environmental Science In—
stitute of Guangdong Province，Guangzhou 510045)，wU Qi—Tang，WONG J．W ．C．(Colege of Natural Resources and En—
vironment，South China Agricultural University，Guangzhou 510642)，CJEA，2003，11(1)：159～161
Abstract Aerobic and thermophilic compost of solid organic waste is one of the most effective ways for its recycling．The
key importance is how tO provide a suitable environment for the growth of microbiology during the composting process．
The content of moisture，the pH，the C／N value，the aeration rate，and the turning frequency affect the composting progress
and eficiency．In this paper，many practical technologies are involved and discussed．
Key words Aerobic thermophilic compost，So lid organic waste，Co mposting Technology
有机固体废弃物主要包括城市生活垃圾 、城市污水污泥 、集约化禽畜粪便等，其产量巨大，成分复杂、不
稳定和易腐烂，且含有多种病原微生物、寄生虫卵及重金属等 ，必须进行妥善处理以避免二次污染，现行主要
处理方法有投弃海洋、焚烧、填埋和土地利用等。我国是农业大国，堆肥化处理成为我国资源化处理利用有
机固体废弃物的有效途径之一 ，堆肥技术是利用微生物的作用 ，将不稳定的有机质转变为较稳定的有机质，
使废弃物中挥发性物质含量降低 ，臭味减小，物理性状明显改善。高温堆肥还可杀灭堆料中的病原菌、虫卵
和草籽 ，堆肥产品作为土壤改 良剂和植物营养源。堆肥化成功的关键是使微生物正常繁衍 ，而要保证微生物
旺盛生长和优势菌种的合理更替，必须对堆肥物料的 pH、湿度 、温度、o，供给量及 C／N值等环境因子进行适
当调节 ，以提高堆肥化效率。本文以好氧高温简易条垛堆制肥为例，阐述了有机固体废弃物堆肥化处理的关
键调控技术 。
1 堆肥化处理调控技术
简易条垛堆的堆制。简易条垛堆的大小可根据所处理废物的量确定 ，堆体积过小不利于温度上升 ，一般
应≥8m (2m×2m×2m)。为减少热量过度散失，可在条垛堆表面覆盖薄膜。静态强制通气处理方式可在堆
体的底部以 30cm为间隔均匀排放数条 PVC支管 ，并在管壁上以 15cm为间隔均匀打通气孔，支管末端密封
后与总管相连，总管与空气压缩机连通。若在南方雨水较多地区整个堆制过程应在有屋顶的大棚内进行。
N值调节与调理剂的选择。最适合微生物生长的 N值为 25：1，若 N值过低 ，堆肥中的 N易以 NH
形式挥发损失并散发出臭味，且 C不足抑制微生物生长，降低对有机质的分解作用 ；C／N值过高则微生物缺
N而生长受阻，降低有机质的分解速度 ，实际生产中一般堆肥起始以 25：1～30：1左右为准。有机固体废物
C／N值较低，不利于微生物的生长活动，堆肥时需加入一些高 C／N值物质加以调节 ，理想的调理剂是一些干
燥 、疏松 、较轻的有机物，能提高堆料 中 C的数量并改善堆体结构，以利堆体通气。Bhamidimarri S．M．R．
等 研究 比较稻草、木屑、泥炭、花生壳和米糠等用作猪粪堆肥的调理剂时发现，木屑具有很强的吸湿性和对
NH，的吸附保留能力 ，可增加堆料的空隙度以满足微生物活动对 02的需要 ，并减少臭味和 NH 的挥发损
失 ，是最理想 的调理剂 。实 际生产 中可结合 当地 实际及经济成本选择 合适 的调理剂 。
* 美国勒克菲勒基金和广东省农业环境综合治理重点实验室项 目资助
收稿 日期：2001—1卜28 改回 日期 ：2001—12—26
维普资讯 http://www.cqvip.com
160 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
pH值调节。堆肥物料的pH值是影响微生物生长的重要因素之一 ，Jeris J．s．等⋯发现微生物在高温阶
段最大分解能力为 pH7．5～8．5。Epstein E．等 发现高温阶段维持时间最长为 pH6．5～9．6问，<6．5或
>9．6均未达到美国环保署规定的堆肥最高温度必须在 55℃保持 5d以上的要求。一般认为堆肥 pH值控制
在 6．5～8．5问为佳 ，堆制过程可加入一些酸性或碱性物质进行调节。城市污泥 、城市垃圾和禽畜粪便呈微
弱碱性 ，适合微生物的繁殖生长 ，在堆肥化处理时无须进行 pH值调节。
湿度与温度控制。堆料中过多的水分 占据气体交换的自由空间，使好氧发酵无法进行 ，影响堆肥温度和
分解速度。Wiley J．s．等 认为水分含量为 55％～69％有利于城市垃圾堆肥温度的升高。Jeris J．s．等 认
为 65％的含水量为最适湿度条件。金家志等⋯认为 ，70％的含水量为最佳湿度条件。笔者对猪粪 、城市垃
圾及城市污泥堆肥试验表明，水分控制在 60％～70％为宜。含水量较高的物料如未消化污泥等，可加入吸
湿性强的材料如干木屑和稻草等作为调理剂 ，可有效降低物料含水量，此外可揭去覆盖垛形堆的薄膜 、提高
翻堆频率和通气量加快堆肥水分的散失。湿度较大的物料应优先选择强制通气方式堆肥 ，湿度较低的物料
堆肥 时应 视其含水量大小 决定加水量 以调节 合适 湿度 。
温度直接影响微生物的活动及种群组成和数量 ，并进一步影响有机物的分解速率及腐殖化过程。堆肥过
程中温度先升后降 ，第 1阶段为升温和中温阶段 ，堆肥开始后随微生物对有机质的不断分解释放 出热量，堆
肥温度由环境温度速升至 45℃并继续升至 60℃；第 2阶段为高温阶段，嗜热微生物活动和有机质分解进一
步加强 ，堆肥温度保持 60～65℃，大部分有机质分解在此阶段进行，成为堆肥过程中温度控制的主要对象 ；
第 3阶段为降温和冷却阶段，随大部分有机质被分解 ，微生物活动开始减缓，堆肥温度开始下降并进入后熟
冷却阶段 ，重新回到环境温度。高温阶段温度过高会钝化某些微生物活动而降低堆肥化效率 ，Golueke C．G．
等 认为堆肥 最高温度应 <60～65℃ 。Wiley J．S．等 指 出城市 垃圾堆 肥在 60～65℃时 CO’产 生量 最大 ，
有机质分解速度 最快 。Bach P．D．等 认为 60℃是 有机 固体废 弃物 的最佳堆 肥温度 。有机 固体废 弃物堆肥
过程中必须保持一定高温和持续时间杀灭病原菌以达无害化。金家志等⋯发现，当最高温度为 50℃时全部
杀灭蛔虫卵需 48h，60℃以上时需 24h，50℃时 24h可使 44％的大肠杆菌群失活 ，72h可使 56％大肠杆菌群
失活 ；当最高温度为 65～70℃时 24h即可使大肠杆菌存活率为零。实践生产中堆肥最高温度应控制在 60～
65℃问并保持至少 10～14d以杀灭病原菌。
O2供应与控制。O2是好氧堆肥化处理有机固体废物的必要条件 ，直接影响微生物的生长活动。简易
垛形堆的 O2供应主要通过翻堆和强制通气完成。当 O2供应不足时堆体 内发生厌氧反应而产生还原性物
质如 H s和小分子有机酸等 ，恶臭味污染周围环境并对植物生长产生毒害作用。当翻堆频率过高或强制通
风量过大 时堆肥 物料失水过 多又产生干化作用 ，导致 微生物 生长活 动减弱甚 至停 止。故对 物料 发酵处 理 时
必须解决好翻堆和通风问题。Tiquia S．M．等 研究发现 2d和 4d翻堆 1次经过 74d堆肥后温度与环境温
度水平一致 ，7d翻 1次则需较长时间，表明每 2d或 4d翻堆 1次可供给较多 o，，比 7d翻 1次更有利于好氧
堆肥化进行 ；每 2d和 4d翻堆 1次对堆肥产品性质无显著影响而每 4d翻堆 1次是最适翻堆频率 ，为节省开
支，堆肥冷却和后熟阶段每 7d翻堆 1次较合适。金家志等 研究鸡舍垫料 比较 0ml／m min、50ml／m rain、
100ml／m。·rain和 200ml／m。·rain不 同通风量发现 ，不通风 的最 高温度仅达 38℃ ，未形成高温发酵；50～
200ml／m。·rain风量的>60℃发酵温度 的天数分别 为 9d、7d和 5d，且所有通气处理均无 H s产生，说 明
50ml／m。·rain可满足发酵过程对 O，的需要，通气量越大反而带走较多 的热量 ，缩短高温持续时 间。但
Tadahiro M．等 研究发现通气量为 100ml／m。·min时污泥堆肥仍呈厌氧状态。Liao P．H．等 ¨认 为猪粪堆
肥化处理最佳通气量为 40～80ml／min·kg(挥发性物质)，而 Lau A．K．等n 认为 87～187ml／min·kg(挥发性
物质)的通气量较合适。可见不同物料对通气量的要求与堆肥物料的物理性质有关 ，很难给出 1个确定通气
量。一般污泥等质地黏重物料最佳通气量为 150～200ml／m min，家禽粪便垫料等质地疏松物料最佳通气
量为 50～100ml／m rain。强制通风由下至上带走堆内的水分 ，造成堆体水分散失不均匀而产生分层，该现
象可通过问歇通气消除，即在总通气量不变下通过少量多次的方式进行通气 ，该方式可使向上散失的水汽有
1个向下回流的缓冲过程 ，有效控制堆体水分的均匀分布。在强制通风堆肥过程 中每 10～14d翻堆 1次可
彻底消除分层现象 ，有效提高堆肥化的效率。堆体的松紧度和可容纳空气的空问大小主要受堆肥物料的影
响，对堆肥过程中 O2供应起决定性作用。污泥紧实且易结块，可通过加入膨充剂提高物料孔隙度，增加堆
内0：量。Tiquia S．M．等 认为猪圈垫料空隙度较大，堆肥化处理中不需加入膨充剂。城市垃圾和污泥混
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 1期 黄国锋等：有机固体废弃物好氧高温堆肥化处理技术 l6l
合堆肥可利用垃圾的蓬松性提高堆体孔隙率 ，有效处理垃圾和污泥。
2 腐熟度评价
堆肥腐熟度评价是保证有机 固体废弃物达到无害化处理的必要环节，目的是评价堆肥产品是否熟化，以
确定其能否安全应用于农业生产。用于腐熟度评价的指标和方法有物理方法 、化学方法、微生物活性、酶学
分析以及植物毒性 分析等，其 中较常用 和简便 的有温度 、固相 C／N值 、液相 C／N值 、NH；一N含量及水堇
(Cres)种子的发芽系数等。堆肥后熟阶段温度明显下降，当堆体温度趋于环境温度时堆肥 已经腐熟化 ，且
熟化堆肥应是无恶臭气味、呈均匀褐色的疏松团粒结构。固相 C／N值是最常用的堆肥腐熟度评价方法之
一
，当堆肥的 C／N值从开始 25：1～30：1减至 20：1以下时堆肥达到腐熟 13]。Chanyasak．V．等 提出液相
C／N值作为腐熟度的评价指标 ，认为腐熟堆肥的液相 C／N值为 5：1～6：1，与堆肥物料无关。由于微生物的
分解作用 ，有机氮随温度上升不断分解释放出大量 NH ，pH快速上升并在堆肥开始 3～5d内达到最大值，
之后随 NH 量逐渐减少而 pH值下降。Zucconi F．等 提出当 NH；一N含量<400mg／kg时堆肥腐熟 。未腐
熟堆肥的植物毒性主要来 自小分子有机酸和大量 NH 、多酚等物质，种子发芽试验是 1个综合性指标 ，是最
敏感且最有效的评价指标之一。Zucconi F．等 钊认为水堇(Cres)种子的发芽系数达 50％表示堆肥 已达腐
熟。加拿大堆肥产品标准则认为水堇种子的发芽率达 90％时表示堆肥达腐熟。
3 小 结
堆肥化是处理有机固体废弃物的有效途径之一，堆肥物料的 pH、湿度 、温度、o 供给量及 C／N值等环境
因子是影响堆肥化效率的关键要素，好氧高温简易条垛堆主要技术参数为堆体体积≥8m。，混合物料起始
C／N值 25：1～30：1，起始水分含量 60％～70％，堆肥最高温度 60～65℃，翻堆频率 4d／次，质地黏重物料通气
量 150～200ml／m rain，质地疏松物料通气量 50～100ml／m min。种子发芽系数被认为是堆肥腐熟度评价
最简便有效的生物指标 ，钱学玲等 提出综合多个化学指标，以模糊数学的分析理论为基础 ，以模糊综合评
价法评价堆肥的腐熟度 ，避免单一指标评价可能带来的偏差和片面性 ，更能科学地反映堆肥的腐熟度。
参 考 文 献
1 金家志 ，邵凤君，陆 华 肉鸡舍垫料堆肥化处理研究．农业环境保护，1997，16(2)：65～67
2 钱学玲 ，孙 义，李道棠等．模糊综合评价法判别堆肥腐熟度研究 上海环境科学，2001，20(2)：85～87
3 Bhamidimarri S．M R ，Pandey S．P Aerobic thermophilic composting of piggery solid wastes．W ater Science and Technology，1996，
33(8)：89～94
4 Jeris J．S．，Regan R．W ．Controling environmental parameters for optimM composting，Part lI．Compost Sci．，1973，l4(3)：16～22
5 Epstein E．，Willson G B ，Parr J F The Beltsville aerated pile method for compo sting sewage sludge．In：New Process of W aste W ater
Treatment and Recovery．Soc．of Chem．Ind．London，1977．201-213
6 W iley J S．，Pierce G．W A preliminary study of high rate co mposting Pro Am Soc Civil Eng．，1995．1～28
7 Golueke C．G．，Diaz L．F．Historical review of compo sting and its role in municipal waste management．The Sc ience of Co mpo sting．Part 1．
Blackie，Glasgow，1996，3～ 14
8 Bach P．D．，Sc hoda M ．，Kubota H．Rate of compo sting of dewatered sewage sludge in continuously mixed isothermal reactor J Ferment．
Techno1．，1984，62(3)：285～292
9 Tiquia S M ，Tam N．F．Y．，Hod gkiss I．J．Effects of turning frequency on composting of spent pig manure sawdust litter Biores．Techn．
ol ，1997，62：37～42
10 Tadahiro M ．，Narata A．，Amimoto T．Co mposting of municipal sewage sludge mixed with rice huls．Soil Plant Nutr．，1981，27(4)：477
11 Liao P．H．，Vizcarra A．T ，Chen A．，et al Co mposting seperated solid swine manure J Environ．Sci．Health，1993，A28(9)：1889～1901
12 Lau A．K ，Lo K．V ，Liao P．H．，et a1．Aeration experiments for swine waste composting．Biores．Techno1．，1992，41：145～ 152
13 Garcia C ，Hernandez T．，Co sta F．Changes in carbon fractions during compo sting and maturation of organic wastes．Environ．Manag．，
1991．15：433～439
14 Chanyasak V ，Katayama M．F．，Hirai S．，et al Effects of compost maturity on growth of komatsuna(Brassica Rapa var Pervidis)in
Neubauer’S pot．So il Sci．Plant Nutr．，1983，29(3)：251～259
15 Zucconi F．，de Bertoldi M ．Co mpo st specifications for the prod uction and characterization of compo st from municipal solid waste．Co mpo st：
Prod uction，Quality and Use，Elsevier Applied Science，Essex 1987．30～ 50
16 Zucconi F．，Forte M ．，Monac A．，et a1．Biological evaluation of compo st maturity．Biocycle，1981，22：27～29
维普资讯 http://www.cqvip.com