堆肥化中木质素的生物降解
陈芙蓉,曾光明,郁红艳,习兴梅
(湖南大学环境科学与工程学院,湖南长沙 410082)
摘 要 木质素是堆肥化原料中一种重要的限速高聚物,其有效降解对堆肥化速度、堆肥质量有重要作用。综述了堆肥化中木质素生物降解的研究进展,包括堆肥化中降解木质素的微生物种类及其降解过程和机理,以及木质素的降解与堆肥化中腐殖质形成的关系。
关键词 堆肥;木质素;细菌;真菌;生物降解
中图分类号 X172 文献标识码 A 文章编号 1005-7021(2008)01-0088-06
B i odegrada ti on of L i gn i n i n Co m post Env i ronm en t
CHEN Fu2r ong,ZE NG Guang2m ing,Y U Hong2yan,X I Xing2mei
(Coll.of Environ.Sci.&Engin.Hunan U niv.Changsha41082)
Abstract L ignin is a s ort of i m portant s peed2li m it high poly mer in compost materials.Its effective degradati on p lays i m portant r ole on the s peed and quality of the compost.Advances in lignin bi odegradati on,including the kinds of m i2 cr obes,the degradati on p r ocess,its mechanis m,and the relati on bet w een lignin degradati on and the f or mati on of hu2 mus were revie wed.
Keywords compost;lignin;bacillus;fungi;bi odegradati on
木质素是自然界中含量丰富、结构复杂的一种天然有机高分子化合物。它广泛存在于高等植物细胞壁中,是含量仅次于纤维素的生物多聚体[1]。由于分子大(相对分子质量>1.0×105),溶解性差,没有任何规则的重复单元或易被水解的键,所以木质素分子结构复杂而不规则;由于含有各种生物学稳定的复杂键型,因而微生物及其分泌的胞外酶不易与之结合,是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一[2]。尽管许多微生物能分解单独存在的纤维素,但由于在细胞壁中纤维素受到木质素的保护,而木质素有完整坚硬的外壳,不易被微生物降解,因此,纤维素的分解受到限制[3,4]。纤维素、木质素是堆肥原料中的重要组成部分,其中纤维素被公认是快速堆肥化的重要限制物质,但近年越来越多研究者认为结构更为复杂的木质素是真正主要的限速有机物,且木质素作为堆肥过程中难降解的大分子物质之一,有相当大的数量最终成为腐殖质,它是植物营养的储存库,也是土壤肥力的基础,因此成为腐殖质形成的限制环节,故研究堆肥化中木质素的生物降解具有很高的现实意义[1]。
1 堆肥化中木质素生物降解的相关研究
早在1939年W aks man就提出了堆肥中木质素生物降解研究的重要性,并对此作了一系列试验,最高的降解发生在50℃,在75℃时没有发现木质素的生物降解,但是12%的木质素是由于高温和堆肥中的碱性反应被增溶[5,6]。Hor wath 等[7]用黑麦草为原料堆肥45d,一个堆体温度为
收稿日期:2007-05-09
作者简介:陈芙蓉 女,硕士研究生。研究方向为堆肥化中木质素的生物转化。
项目来源:国家高技术研究发展计划项目(863项目,2004AA649370);国家重点基础研究发展计划项目
(973项目,2005CB724203);国家杰出青年科学基金(50225926,50425927)
88微生物学杂志 2008年1月第28卷第1期 JOURNAL OF M I CROB I O LOGY Jan.2008Vol.28No.1
25℃,一个为50℃,用Klas on方法测定木质素含量,木质素降解率分别为7%和27%。两种温度下都发现残余Klas on木质素的标准比率发生变化,据测堆肥化后只有6%的残余Klas on木质素未被改变。根据T omati等[8]的研究,当堆肥温度保持在50℃时,35d的堆制可使木质素降解70%,而腐熟阶段的木质素降解可以忽略。
V ikman等[9]研究木质素浓度对堆肥物料(含木质素的纸浆和纸产品)降解的影响。发现木质素抑制堆肥物料的生物降解,58℃下木质素浓度与物料的生物降解之间存在线性关系。D i m itris 等[10]通过研究也发现初始较高的木质素含量将会限制原料的有效降解程度。并通过实验得到了木质素浓度与降解程度(有机质减少来衡量)的线性相关关系。并将这个方程(线性关系式)与Chandler等在厌氧环境下研究得到的方程比较,发现好氧环境下木质素对整个堆料的降解的抑制作用要比厌氧环境下小得多。
Galli等[11]还尝试研究堆肥化过程中木质素降解的生物化学过程。他们将橄榄树加工厂废水与麦草混合堆肥,发现高温阶段结束,酚类化合物与木质素减少了大约70%。嗜温细菌强烈的代谢活性使堆体温度不断升高,产生高温期,期间高温微生物开始降解木质素类化合物。木质素在高温阶段持续降解,堆制3个星期后,大约70%的木质素被降解。对堆制中样品进行1H NMR分析,在7.5～6.5×10-6范围内的峰可显著表明低分子量的木质素片断物质的存在。这些物质在高温期不断增加,35d时达到最大值,腐熟阶段时又开始下降。腐熟阶段可溶木质素片段的降低可能是由于该阶段腐殖化过程开始(木质素不再进一步降解)。显然木质素降解开始,是有许多水溶的低聚物被释放,这些物质被证实是酸可沉淀的、结构改性的木质素。
基于木质素有效降解在堆肥化中的重要作用,一些研究者尝试运用接种高效木质素降解菌的方法提高堆肥效率与品质,如日本科学家比嘉照夫教授研究的包括白腐菌、纤维素降解菌、固氮菌等的复合菌剂E M菌的应用已取得了相当的成功。Kakeza w等[12]通过接种木质素降解真菌提高木材废物堆肥效率。López等[13]研究了灭菌堆体接种白腐菌 C.versicolor和P.flavido2alba,考察它们对植物废物矿化和腐殖化的作用,同时研究了通气对过程的影响。
除了上述研究外,对木质素降解的生物学研究作了大量的工作。W aks man等[9]研究了从堆肥化中筛选出来的一些微生物的木质素降解能力。在50℃下,42d内两种高温放线菌降解0.7%～2.5%木质素。高温真菌Ther m o m yces lanuginosus降解4.2%。Kluczek2Tur peinen等[14]从以城市固废、纸、木花组成的堆肥体系中筛选到Paecilo m yces inflatus。研究灭过菌的堆肥物料固态发酵体系中,在该菌作用下14Cβ2labeled lignin (sidechain labeled dehydr ogenati on poly mer,DHP)的降解情况,发现大约6.5%木质素被矿化, 15.5%被转化为水溶性片断。漆酶是该菌惟一的木质素降解酶,并研究了漆酶活性的生理调控。其他许多纯种能降解木质素的微生物被陆续从堆肥化中筛选出来。这些菌有丝状真菌(霉菌),属于子囊菌或半知菌。作为腐生降解者,这些真菌普遍存在且数量巨大。表现出较高生物多样性,又表现出较好降解能力的代表微生物包括:曲霉属A sperg illus、青霉属Penicillium、镰刀霉属Fusari2 um、毛壳菌属Chaeto m ium、木霉属Trichoder m a以及拟青霉属Paecilo m yces[14]。
2 堆肥化中降解木质素的微生物研究
2.1 堆肥化中真菌对木质素降解的研究
2.1.1 堆肥化中降解木质素的真菌 在自然界中,能降解木质素并产生相应酶类的生物只占少数。木质素的完全降解是真菌、细菌及相应微生物群落共同作用的结果,其中真菌起着主要作用。降解木质素的真菌根据腐朽类型分为白腐菌—使木材呈白色腐朽的真菌,褐腐菌—使木材呈褐色腐朽的真菌以及软腐菌。前两者属担子菌纲,软腐菌属半知菌类。白腐菌降解木质素的能力优于其降解纤维素的能力,这类菌首先使木材中的木质素发生降解而不产生色素。而后两者降解木质素的能力弱于其降解纤维素的能力,它们首先开始纤维素的降解并分泌黄褐色的色素使木材黄褐变,而后才部分缓慢地降解木质素。白腐菌能够分泌胞外氧化酶降解木质素,因此被认为是最主要的木质素降解微生物[15,16]。
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在堆肥化过程中,真菌对堆肥物料的分解和稳定起着重要作用,其中降解木质素的真菌主要出现在堆肥化过程55℃以下的较高温度时期和二次发酵时期。通过大量的堆肥及其模拟实验,目前已发现堆肥化中对木质素有降解能力的真菌有伊利亚青霉(Penicillium i riensis)、绳状青霉(P.f uniculosun)、多变青霉(P.va riabile)、绿色木霉(Trichoder m a viride)、木质素木霉(T.ligno2 rum)、嗜热毛壳(Chaeto m ium ther m ophile)、白腐菌(W hite2r ot)、软腐菌(Soft2r ot)等[17],其中单独培养下有很高降解能力的白腐菌并非堆肥化过程中木质素降解的主要作用者。
2.1.2 真菌降解木质素的微观过程 白腐菌腐朽木材呈白色,菌丝沿着细胞腔蔓延,主要集中在纹孔处。在菌丝下细胞壁被分解出一条沟槽,它可按从细胞腔→S3→S2→S1→复合胞间层的顺序逐渐降解纤维素、半纤维素和木质素。褐腐菌在形态上和分类上与白腐菌相似,褐腐木材为褐色。在木材中,菌丝只能沿着细胞腔延伸。由于褐腐菌主要降解多糖而分解木质素能力弱,所以褐腐只局限在含木素密度低的S1和S2层。褐腐菌的明显特征是纤维素迅速解聚,分解木质素能力较差。软腐菌属于子囊菌和半知菌类,能使木材变软失重,分解木材中的非木质素多糖,有限地降解木质素。软腐木材干燥后为褐色,有裂缝,其重量减轻,机械强度减弱。软腐菌生长在湿度较大的木材上,主要在硬木上,其明显的特征是在S2层钻洞。除了钻洞外,大多数软腐菌还可以从细胞腔向复合胞间层产生腐蚀[18]。
显然真菌在降解木质素过程中,菌丝的穿插能力为胞外酶与基质的有效结合提供了可能。在原料复杂、流动性差的固态发酵环境,尤其是堆肥化过程中这种特性是木质素有效降解的主要原因。
2.1.3 真菌降解木质素的机理 真菌降解木质素主要发生在次级代谢阶段,依靠酶的催化产生具有化学不稳定性的木质素自由活性中间体,然后发生一系列自发的降解反应。目前,关于木质素降解酶的研究工作主要集中在白腐菌所产生的酶系。
白腐菌对木质素较强的分解能力是由其独特的降解机制所决定的,目前认为,白腐菌降解木质素的过程可分为细胞内和细胞外两过程[19]。在
细胞内过程,由于白腐菌降解木质素等有机物的活动需要一系列酶的支持,而这些酶不是外界提供的,是白腐菌自身生成的,在主要营养物质(碳、氮、硫)限制条件下,白腐菌启动形成整个降解系统。首先是产生H
2
O2的氧化酶:细胞内葡萄糖氧化酶,细胞外乙二醛氧化酶。它们在分子氧的参与下氧化相应底物激活过氧化物酶,从而启动酶催化循环[20]。同时,合成对木质素降解起作用的是细胞外酶,包括过氧化物酶(L iPs)、锰过氧化物酶(MnP)、漆酶(Lac)3种[15]。在白腐菌降解木质素过程中,木质素降解酶作为高效催化
剂参与反应,借助自身形成的H
2
O2,靠酶触启动一系列的自由基链反应,先形成高活性的酶中间体,将木质素等有机物(RH)氧化成许多不同的自由基(R?),其中包括氧化能力很强的羟基自由基(?OH),实现对木质素的生物降解[21]。
在堆肥系统中木质纤维素的转化绝不仅仅是白腐菌作用结果,再者白腐菌次级代谢的降解机理也表明在复杂的堆肥环境中,白腐菌很难发挥出应有的降解能力。因此许多研究者研究丝状低等真菌的对木质素的降解,主要研究的有产黄青霉(Penicillium chrysogenum)、镰刀霉(Fusarium proliferatum)等,包括它们利用各种木质素的能力以及产酶类型、条件,并初步探讨了降解机理。郁红艳[22]在研究简青霉(Penicillium sinplicissi m um)木质素降解能力过程中发现,该菌主要在生长的对数期和稳定期分泌胞外木质素降解酶,且在初级代谢阶段表现最高的Kraft木质素降解率。Dey 等[23]报道了褐腐真菌(Polyporusostreifor m is)在限氮培养基中可产生MnP、酸蛋白酶、cx2淀粉酶和L iP。它们的最大活性分别为40U/L、8300U/ L、4200U/L和50nKat/L。该菌在3周内可降解稻草木质素18.6%,9d内可使刚果红染料退色99%。Regalado等[24]研究(Fusa rium prolifera2 tum)降解未标记的和14C2标记的工业、自然、合成木质素,发现该菌对木质素最大矿化率发生在初级代谢阶段。
虽然非白腐真菌的木质素降解机理还有待进一步深入研究,但上述堆肥中常见菌种的机理均表明这些菌有独特的木质素降解机理,在初级代谢阶段就有可能起木质素降解作用,这对堆肥化
09 微 生 物 学 杂 志 28卷
过程中木质素的有效降解显然是非常有利的。2.2 堆肥化中细菌对木质素的降解研究
2.2.1 堆肥化中降解木质素的细菌 大量研究证明,在堆肥高温期出现的微生物主要是有木质素降解能力的细菌,包括链霉菌(S trpto m yces s p.)和微单胞杆菌,其中87%的高温菌属于杆菌属[25],一些细菌,如假单胞菌属(Pseudo m onas s p.)、杆菌属中的芽胞杆菌(B acillales s p.)、枯草杆菌(B acillus subtilis)、地衣球菌,另外,深黄纤维弧菌、普通纤维弧菌、纤维杆菌(F ibrobacteres s p.)、荧光假单胞杆菌(Pseudo m onas fluorescens M igu la)、瘤胃球菌(R um inococcus s p.)等均具有纤维素分解能力。
在堆肥过程的后期,由于易利用和较易利用的有机物逐渐消耗,仅剩下木质素等极难分解的物质,微生物之间的竞争也日趋激烈,能在一定程度上分解木质素,并产生抗生素的放线菌逐渐占优势。放线菌通常由许多细胞菌丝缠绕在一起,像真菌一样,它们可以在高温阶段、降温阶段和熟化阶段出现。放线菌数量相对较多,以致于在堆肥表面肉眼可见。放线菌很少利用纤维素,但它们能容易地利用半纤维素,并能在一定程度上改变木质素的分子结构,继而分解溶解的木质素[26,27]。
2.2.2 细菌降解木质素的微观过程 细菌攻击整个木材组织结构的微观形态可分为侵蚀、开沟和钻洞。侵蚀细菌向木材细胞的中间薄层生长,引起纤维壁的侵蚀,而开沟细菌则在细胞壁中生长[28]。张甲耀等[29]通过扫描电镜对一嗜碱细菌作用于麦草木质素的微观过程进行研究,发现在生物作用初期,菌体侵入组织内部,并在薄壁细胞以及纤维细胞腔内繁殖、聚集,其间薄壁细胞就开始分解,以至完全破坏,薄壁细胞的去除有利于草类制浆。纤维部分的生物降解从纤维次生壁和胞间层之间的区域开始,随后纤维细胞壁中木质素最集中的部位胞间层被逐渐分解,其结果是纤维次生壁木质素在生物作用下逐渐被除去,而纤维素降解微弱,纤维能保持完整地彼此分离。
2.2.3 细菌降解木质素的机理 目前,已肯定木质素降解酶在细菌降解木质素过程中的催化作用,但有关产生酶的种类和能力还存在着许多争议,这方面的研究有待继续。
细菌对木质素结构的作用主要包括丙烷支链Cα位上基团氧化形成羰基、低分子木质素降解产物的环内裂解和环修饰、Cα(=O)-C
键
断裂以及脱甲基。如管筱式等[30]发现细菌代谢木质素模型化合物时,常产生侧链Cα位点上带有羰基基团的中间产物,由此认为Cα位点羰基基团的形成是假单胞菌属等细菌生物降解木质素的一个重要步骤。Kinya等[31]利用具有β2O24、β21及联苯C2C键结构的系列二聚物研究细菌对木质素的降解,发现培养基滤出液在280n m处的吸光度不断减小,由于280nm是芳香环的特征吸收波长,说明滤出液中芳香环物质的减少,即细菌对二聚物基质产生了开环反应。Jouni等[32]通过两种木质素类四聚物研究细菌降解木质素的途径,发现酚类、非酚类的四聚体首先发生丙烷支链上的α2羟基群氧化生成单酮或双酮。然后这些酮代谢中间体通过Cα(=O)-Cβ键断裂形成三聚的羧酸,三聚羧酸又通过另一个Cα(=O)-Cβ键断裂形成二聚物。非酚四聚物还可通过C2C键断裂(脱甲基)形成脱氢双甲氧基苯甲酸。将细菌降解酚类四聚体的产物分离纯化后用作培养基质,发现细菌以降解四聚体相同的机制继续降解这些物质。
另外,与真菌在次级代谢阶段降解木质素不同,细菌降解木质素发生在初级代谢阶段,木质素降解酶的合成时间是在细菌生长的对数期和稳定期[29]。
3 堆肥化中木质素的降解与腐殖质形成的关系
腐殖质是一系列由次生反应所形成的相对分子质量较高、棕至黑色的物质,它是陆地和海洋中最主要的有机碳库,在环境中起着重要作用。它的结构尚不清楚,但经检测可知腐殖质含有一些含氧功能团,如羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧基、羰基和醌基等。腐殖质根据其溶解性质可以分为3个级分:胡敏酸(HA,只溶于碱而不溶于酸)、富里酸(F A,既溶于酸又溶于碱)、胡敏素(Hu,既不溶于酸又不溶于碱)。一般来说,在不成熟堆肥中富里酸含量高而胡敏酸含量低。随着堆制过程的推进,富里酸含量下降或保持不变,而胡敏酸含量增加[33]。
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1期 陈芙蓉等:堆肥化中木质素的生物降解
腐殖质的形成有糖2胺缩合学说、多酚学说、起源于木质素的多酚学说、木质素学说、细胞自溶学说和微生物合成学说[34]。其中木质素学说由W aks man(1936)提出,他认为抵抗微生物侵袭的植物组织,尤其是木质化组织,在土壤中或多或少发生外表上的变化而形成腐殖物质;植物成分的性质很大程度上影响最后腐殖质的性质,大相对分子质量的Hu或HA代表腐殖质化的第一阶段,以后在微生物作用下分裂成F A,最后矿化成CO
2和H
2
O。但是根据原来植物分子的性质和大小,在矿化作用初期也能形成低相对分子质量的腐殖质物质。腐殖质形成学说中的木质素学说表明,木质素降解与腐殖质形成有密切联系。一般认为在土壤有机废物腐殖化过程中,木质素和它的降解产物如酚型化合物、醌型化合物及脂肪族化合物是腐殖质形成的最主要的前体物质,它们通过复杂的反应机制形成腐殖质。这些反应机制包括:各种酚型化合物的合成反应,上述化合物与含氮化合物如蛋白质、氨基酸、核酸等的结合反应,通过酶作用或自身作用的氧化反应[35]。现在越来越多的研究表明堆肥化过程中腐殖质的产生与木质素降解有密切关系。Sdnchez.Moneder o[36]等研究了堆肥中腐殖化指数与水溶性碳水化合物、酚型结构的关系,实验表明在堆肥过程中酚型化合物含量与腐殖化参数成相反关系,这就充分证明了酚型化合物是腐殖质的前体物质。Tuo mela 等[37]采用14C标示木质素也得出了相似结论。张建栋[38]利用磷脂脂肪酸(P LF A)方法分析了堆肥化过程中微生物群落结构的变化,研究表明到腐熟期,能利用木质素和纤维素的细菌(i15:0,a15: 0,i16:0,16:1wω7c,16:1ω5c,16:0)和放线菌(10Me16:0,10Me17:0和10Me18:0)浓度大量增加。
4 结论与展望
细菌在初级代谢阶段降解木质素,可在降解作用的初期使木质纤维物质发生改性,以利于后续真菌的有效降解,也可在降解作用后期代谢真菌降解木质素产生的低分子量物质,这些都为细菌与真菌协同作用降解木质素的研究和应用提供理论依据。因此,研究细菌与真菌协同降解木质素,对开发木质纤维素废物处理的新菌剂有重要意义。
真菌对木质素具有较强的矿化能力,而细菌主要是增加其水溶性并对其进行部分改性,产生一种被修饰过的水溶的可酸沉淀的多聚木质素(APP L),而极少矿化。因此,研究堆肥中各木质素降解微生物与腐殖质形成的关系,对选育降解木质素的优良菌剂和评价堆肥质量有重要指导意义。
微生物群落,腐殖质含量和组成都是堆肥腐熟度的评价指标,基于木质素生物降解与微生物群落以及腐殖质之间的相关关系,研究并总结相关规律,有望开发更有效的腐熟度评价指标与方法:基于木质纤维素降解2群落2腐殖质的腐熟度评价。
木质素是人类可再生的纤维资源之一,使木质素转变为有用的物质,变废为宝,这将对我国的造纸工业、环境保护以及可持续发展等均具有深远的意义。木质素的生物降解在许多应用领域有着广阔的前景,但由于一些基础研究如木质素的空间结构、每种木质素酶的作用机理以及木质素酶基因结构及其表达调控等尚未完全研究清楚,所以,离实际应用还有一段距离。正因如此,木质素的生物降解也一直是世界性研究热点和难题。相信在不久的将来,随着蛋白质分离、纯化、空间构象测定技术的发展,随着对木质素酶催化机理认识的加深,以及应用分子生物学技术对木质素降解酶相关基因结构、表达调控机理等深入研究,这些问题将会逐一解决。
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1期 陈芙蓉等:堆肥化中木质素的生物降解
实验20餐厨垃圾好氧堆肥化处理实验 一、实验目的 堆肥化是有机废弃物无害化处理与资源化利用的重要方法之一。通过本实 验，使得学生了解影响堆肥化的因素。知道如何准备堆肥材料、如何进行堆肥过 程控制和获取相关实验数据，以及如何判断堆肥的稳定化。 二、实验原理 堆肥化是指利用自然界中广泛存在的微生物，通过人为的调节和控制，促进 可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥化的产物称为 堆肥，但有时也把堆肥化简单地称作堆肥。 通过堆肥化处理，我们可以将有机物转变成有机肥料或土壤调节剂，实现废 弃物的资源化转化，且这些堆肥的最终产物已经稳定化，对环境不会造成危害。 因此，堆肥化是有机废弃物稳定化、资源化和无害化处理的有效方法之一。 三、实验材料、仪器与要求 1．实验材料 所用堆肥材料取自本校学生食堂的厨房垃圾，包括各种蔬菜、水果的根、茎、 叶、皮、核等，以及少量剩饭、剩菜。此外，还需一些锯末，用于调节含水率和 C／N比。 2．堆肥反应器 直径200 mm，高500 mm，有效工作体积15．7 I，，由一台200 w气泵供气， 带温度和氧传感器，可自动测量堆肥温度、进气和排气中(五浓度，并与数据检测记 录仪和计算机相连，实现温度和Q浓度数据的自动记录分析。 3．测定内容 (1)初始和堆肥结束时，堆肥材料的含水率(MC)、总固体(TS)、挥发性固 体(VS)、碳氮比(C／N)；
(2)堆肥过程中，堆肥材料的温度、进气和排气中0。浓度。 4．分析和记录仪器 烘箱、马弗炉、天平、T()C和TN测定仪、数据检测记录仪、计算机、便携式 O：／C()。测定仪。 5．分组安排 4人1组，每班8组。 6．实验时间 由于本实验需要延续较长的时间，并且在整个过程中都需要进行数据采集 和分析，故把整个实验分成两个部分。第一个实验是垃圾的准备和装料；第二个 实验是过程中和结束时的数据采集、检测和结果分析。 四、实验步骤 1．准备材料 从本校学生食堂收集厨房垃圾，切碎成1～2 cm后，先测定其含水率(MC)、 总固体(TS)、挥发性固体(VS)、碳氮比(C／N)；之后，根据测定结果进行材料的 调理，主要调节材料的MC和C／N，通过填加锯末调节含水率(MC)至60％，C／ N比在20～30之间。影响堆肥化过程的因素很多，这些因素主要包括通风供氧量、含水率、温度、有机质含量、颗粒度、碳氮比、碳磷比、pH值等。对厨房垃圾而言，本实验只对MC和C／N进行调节。 2．装料和通气 把经过调理准备好的堆肥材料装入反应器中，盖好上盖，开始启动气泵通 气。通过气体流量计控制通风量在o．2 m3／(min·m{物料)左右，或控制排气 中O。浓度在14％～17％之问。 3．温度和02采集记录 由温度和氧传感器测量堆肥温度、进气和排气中()：浓度，由数据检测记录 仪记录数据，设定l h测定1次。 4．翻堆 观察堆肥温度的变化，当堆肥温度由环境温度上升到最高温度(60～ 70℃)，之后下降到接近环境温度不再变化时，终止通气，把堆肥材料取出，进 行第一次翻堆，把材料充分翻动、混合后再放回反应器中，盖好上盖，重新肩动
对落叶的处理办法 当金黄的秋叶铺满大地，就能踩在簌簌作响的落叶上漫步,是不少人对秋天的期待。然而，这样的场景在我们的城市却踪迹难觅。为了干净整洁，被誉为秋之信使的落叶，都被人为地清走了。而其中很大部分都是觅地燃烧掉。但各种研究证明：枯枝落叶等垃圾在焚烧时，都是不完全燃烧。它们一边烧，一边向大气排放多种有害物质，其中气体、液体和固体。气体中有一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氮氧化物、硫化氢、甲烷、甲醛、丙烯醛等。燃烧时产生的烟有辛辣的臭味，会使人流泪，这就是丙烯醛在起作用。液体物质主要有水滴、酸雾等。如果被焚烧的垃圾中有聚氯乙烯等含氯废塑料制品时，就会产生有毒的氯化氢气体，它遇到蒸气生成白色的强酸性盐酸烟雾，能腐蚀皮肤和黏膜。固体微粒主要是碳黑、粉尘和烟黑。碳黑粒子吸附力很强，能吸附各种有害气体和液体；烟黑是由碳、氢、氧、硫等元素组成的化合物，其中许多是多环芳香烃。有致癌作用。由此可见，燃烧并不是一种很好的落叶处理方案。但我们能采取其他更好的处理办法呢？ 依我之见，把落叶集中起来把它转换成肥料就是一种不错的方法。因为落叶制成的落叶堆肥的支出并不大，但堆肥的效果却非常不错，它里面会发酵出一种成分叫腐植酸盐，所以堆肥可以看做是腐植酸肥料。与单纯的化肥相比，腐植酸肥料具有提高营养元素利用率和肥效、改良土壤、促进植物生长、改善植物品质、提高抗旱、抗病虫害、抗盐碱危害的能力，还可抵御土壤或水中有害物质的污染和毒害。黄腐酸是可以溶解在水中的腐植酸组分，比不溶于水的腐植酸的生物活性更大，适合于制备生长刺激素和高效叶面肥料。现在已经有不少国家在这方面研究并取得了不错的成果，所以在不久的将来，说不定这将会成为落叶的主要处理方法之一！ 除了堆肥之外，其实最好的处理办法就是不处理，把落叶的地方开发成落叶景观区，这并非是空想，中国之外的很多国家都是这么处理的！ 众所周知，“枫叶之国”加拿大是世界上森林覆盖率最高的国家。她的树木，不论是森林、公园、街道还是居民的屋前屋后，到处是树，落叶自然不少。对于森林公园街道的落叶，他们一般不做任何处理，你见不到清洁工清扫树叶（学校里有清洁工扫树叶），叶子落在哪里就在哪里，他们认为落叶是秋天最美丽的风景之一。 还有在英国，所有街道和公园的落叶都是不扫的。伦敦的海德公园、伯明翰的城市公园的落叶从来都没有人清理，让它们融化在土地中。就是在一些城市路面，街道落叶也允许保留一段时间。因为落叶也是一种风景，欧美国家的人都崇尚人与自然的和谐和环保，不会人为干涉大自然的生态循环。 不仅是在国外，甚至国内的很多城市在这些年也在做这方面的尝试，上海，成都，苏州等等，都有这样的落叶景观区。 一个城市是需要有色彩有季节气氛的。落叶配合建筑，是一个生动的载体，当摄影家、艺术人员都觉得它是美的时候，落叶景观的效果就出来了。在保证出行安全的前提下，我认为值得保留的就保留。 当然我相信，除此之外还有其他的好的处理方法比焚烧更经济，更环保，也更值得我们采用，让秋天的落叶不再会浪费劳动力而且还污染环境，它将成为一个人们取之不尽的宝藏！
科学测土配方施肥技术 发表时间：2009-09-28T10:59:13.373Z 来源：《农民致富之友》2009年第1期供稿作者：郭炬[导读] 这一技术的推广应用，标志着我国农业生产中科学计量施肥的开始。 一、科学测土配方施肥是我国施肥技术的一项重大改革 这一技术的推广应用，标志着我国农业生产中科学计量施肥的开始。 二、科学测土配方的作用意义 1．是提高化肥利用率的主要途径。我国目前化肥利用率比较低，平均只有30％，氮肥20％～45％，磷肥10％～25％，钾肥25%～45％。主要原因是施肥量、施肥比例不合理。通过配方施肥可以合理的确定施肥量，有效提高化肥利用率。 2．推广应用测土配方施肥，可以节约成本，增加效益。化肥这种生产资、料占农业总投入的50％，合理各种肥料的比例，可达到增产作用。 3.测土配方施肥效益明显，表现明显的增产作用。首先是调肥增产，不增加化肥量，仅调节氮磷钾就可增产：减肥增产，在高肥高产地区，减少化肥用量而达到一样增产或平产效果；增肥增产，发现缺的，多施可增加产量。 4．合理配方施肥还可培肥地力，保护生态，协调养分，防止病害，可对有效肥力合理应用分配。 三、测土配方施肥的理论依据 以前的错误观念是多施肥就有高产出，实际上施肥不合理反而会造成植株倒伏，籽粒不饱，这叫高成本低收入。现在的科学施肥理念必须掌握以下原则： 1．最大与最小的施肥原则。如果不计划成本，盲目施肥，会造成最大施肥量获得最小收入。近代科学施肥提出，要以最小的投入获得最大的经济效益，其理论依据是最小养分率，包括三个方面的内容：其一，作物产量是由土壤中最小养分决定的，所以必须合理增加；其二，最小养分增加到能满足，作物需要时，就不再是最小养分了；其三，如果不是最小养分，多施也无益。 2．递增与递减的施肥原则。刚开始施肥时，产量是递增的，到增产一定程度后，产量会减少，每一单位肥料报酬递减率是客观存在的，我们要承认这一点。 3．按作物营养特性的施肥原则。什么作物，什么时期需什么肥，这是有一定科学道理的。同一作物在不同生长发育时期对外界营养要求不同，同一作物不同品种，不同作物所需比例也不同。比如，禾谷类，所需氮、磷多，钾次之，所以供给合理的氮磷是增产的关键；豆类虽说对氮的需要量大些，但其根瘤有固氮作用，可以满足50％的量，因此应以农家肥等含磷的多施，再施钾肥，少施氮肥；叶类蔬菜，所需钾肥、氮肥较多，应把农家肥、灰土粪、工业钾肥多分给块根、块茎类和蔬菜；另外耐肥作物只-有栽培在水肥充足条件下，才能生长良好，获得高产，不耐肥的水肥充足反而会有不良后果。 四、土壤养分测定要注意的事项 1．土样的采集处理。所采土样要有代表性，否则分析化验配方施肥就没有意义了。采样时要尽量减小误差。要根据作物长相，地的肥力水平，而且面积不要过大，以不超过3公顷为宜。大致有三种方法，一是对角线采样法，适用于1公顷以下，地势平，肥力均匀的地块，采取10个点；二是棋盘式采样法，适用于面积中等，大约1～2公顷，有肥力差别的地块，采10～15个点；三是蛇形式，适用于面积大，约2～3公顷，肥力不均，地势不平的地块，采15～20个点。然后各自把所采土样混在一起，作为一个混合样，捏碎，拣掉植株残体，充分拌匀，用四分法筛选，直到剩0．25～0．5千克，然后装袋，放上标签，标签上要写明采样名称、日期、地点、采样人等。 2．分析化验的项目。氮磷钾是作物所需的主要营养成分，对这三种营养成分测定含量是有必要的。土壤肥力状况不仅取决于养分的含量，还取决于养分存在的形态。有的形态，可直接利用，称速效养分，有的形态不可直接利用，称迟效养分。 五、配方施肥方案的制定 配方施肥是科学性很强的一项技术，涉及到土壤，肥料，环境条件的各个方面。其方案的制定有以下几个方法： 1．地力分区法，也叫地区分析法，把测试结果按土壤养分含量划分三级，即丰、中、缺，并结合群众实践经验，计算这一级别区域内所需的营养成分，措施接近当地经验，有一定的针对性。 2．应用养分平衡法公式计算施肥量的方法。 肥料施用量(千克／公顷)=目标产量×作物单位产量养分吸收量～土壤养分测定值(毫克／千克)×2．25×校正系数肥料中有效成分含量×肥料利用率。 六、大力开展推广科学配方施肥技术，配方施肥是一项科学性强，技术要求高的施肥方法，要抓好以下几个环节 1．划定好配方区，收集当地有关技术资料。 2．制定当地配方施肥的技术措施。 3．加强简化配方施肥技术，将要点制成配方施肥建议卡，群众易接受。 4．推广、示范、实验相结合，让群众眼见为实，要多实验，改善施肥技术，优化施肥方法。 5．搞好技术培训，做好各级培训工作。使村级技术员真正掌握技术，做到懂配方，会用配方。（作者单位：151600 黑龙江省青冈县德胜乡农牧业综合服务中心）
园林绿化废弃物堆肥处理新技术精编W O R D 版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
园林绿化废弃物堆肥处理新技术 摘要：介绍了园林绿化废弃物处理新技术――密闭式堆肥反应器，分析了发展新型堆肥技术处理园林绿化废弃物的必要性，介绍了堆肥反应器的结构、工作原理和特点；通过分析园林绿化废弃物的理化特性，提出堆肥反应器处理园林绿化废弃物的工艺流程，在传统的有机肥出路上增加了有机覆盖物，使园林废弃物资源化出路得到拓展。一台设备就是一座工厂，堆肥反应器处理园林绿化废弃物建立适度规模的示范工程，连续运行，为园林绿化废弃物的利用探索出新路。 关键词：园林绿化废弃物；堆肥反应器；堆肥 园林绿化废弃物是指在绿化美化和林业生产工作中，所产生的枝干、根茎、落叶、草屑、花败及其他有机废弃物。随着城市化进程的加快及园林绿化面积的扩大，城市绿化养护管理中产生的绿化废弃物等产量不断增加。由于经济、技术和认识水平等所限，园林绿化废弃物在中国各大城市仍未得到很好的开发和利用，处理方式多以填埋、焚烧或清理运输为主。不仅污染了空气，容易加剧雾霾及引起火灾，而且增加了财政支出。园林绿化废弃物含有大量矿物质元素和有机质，是不可多得的有机资源；它与一般城市垃圾有着本质区别，如果经过合理工艺处理，能够成为生态有机质循环链中的一环，促进城市生态良性循环发展；既可实现生活垃圾排放减量，又可节省珍贵的土地资源，改良土壤、改善生态。 根据以往的调查信息发现，我国大多数园林绿化产生的废弃物一般被用于燃料燃烧，或是做填埋处理，有些部分甚至没有进行任何处理直接废弃。这些处理方式既影响到园林绿化的美观性，又无法满足生态环境的发展需求。采用堆肥处理方式，不仅具有显着的杀菌效果、除臭效果、制作成本低、稳定性高等方面的优点，又能够满足园林植物栽培工作
一、什么是堆肥 所谓堆肥就是，把类似家畜粪便，动植物遗体，食物垃圾等的有机物，加上泥土和矿物质混合堆积，调整水分和空气流量让好氧性菌菌繁殖增多，并产生热来分解有机物的过程。这个过程中并没与把有机物完全分解，难分解的木质素什么的都保留在里面。换句话来说，它就是个中间分解物。 二、堆肥的原理 堆肥是模拟自然界产生腐殖质的过程。它利用微生物、真菌来把有机物材料腐化分解成腐殖质。 堆肥所用的材料中，“棕色肥料”是为微生物提供能量，去分解“绿色植物”。 腐殖质中含有很多微生物和真菌，在每一层中撒一些腐殖质，就好象做馒头时放进一些“酵母”一样。 由于动植物腐化分解后会产生酸，而微生物和真菌不喜欢在酸性环境中生活，所以要撒一些和草木灰或石灰石粉来中和酸。
肥堆要保持透气和湿润，是因为微生物和真菌也要空气和水才能生存。知道了堆肥的原理，我们遇到问题就容易找出原因了。 例如，如果肥堆不会发热，可能是水浇得不够，太干了，或是“棕色肥料”不够，所以没有发酵。如果肥堆发臭，可能是因为太湿，也有可能是压得太紧密，没有空气，或是灰撒得不够。 三、堆肥的意义 稻壳呀绿肥等新鲜的有机物或者家畜粪粪直接使用的话，土壤中的细菌微生物会急剧增加、促进有害菌的繁殖，抑制作物生长发育。正是为了避免这种危害，才使用堆肥。
通过微生物分解易于分解的物质，可以抑制导致幼苗死亡的病菌; 木屑等中含有的有害物质酚酸等，可以被微生物分解而消失; 调整有机物的碳素含量，可以防止土壤的氮素缺乏; 在进行家畜粪便堆肥化的时候，可以达到60-70度，可以杀死里面的杂草种子，有害病菌和寄生虫等。 四、堆肥的作用和效力 健康的作物成长于健康的环境，其中最为重要的是土壤。堆肥可以提高土地生产力 ;可以促进土壤的团粒结构的生成，改善土壤的透气性，透
20110916 堆肥化标准． 固体有机废物堆肥化设备与技术标准
范围1 本规程规定了固体有机废物堆肥化过程中 所涉及的生产环境、生产车间、原料预处理、堆肥接种、一次发酵、二次发酵、后处理加工、质量检验等技术环节的要求。本标准适用于固体有机废物堆肥化过程及堆肥产品。规范性引用文件2
下列文件中的条款通过本标准的引用而成 为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用 这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 7959-1987 粪便无害化卫生标准恶臭污染物排放标准GB14554-1993 GB 3095-1996 环境空气质量标准地表水质量标准GB3838-2002 1 GB18877-2002 有机-无机复混肥料 GB 20287-2006 农用微生物菌剂 NY525-2002 有机肥料
NY/T 7982004复合微生物肥料 NY/T 883-2004 农用微生物菌剂生产技术规程 NY 884-2004生物有机肥 GB 4284-1984农用污泥中污染物控制标准GB 8172-1987城镇垃圾农用控制标准
GB12348—1990工业企业厂界噪声标准 HJ／T81—2001畜禽养殖业污染防治技术规范 GB 18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准3 定义 本标准采用如下定义 固体有机废物 3.1 固体有机废物是指在植物和动物生产以及 人类生活等过程中产生的对原生产系统或 原所有者无原使用价值的生物质类残余物。包括作物秸秆、畜禽粪便、生活污泥、加工类有机废物、园林修剪废物、生物质垃圾等。堆肥化 3.2 2 堆肥化是指在一定的水分、C/N比和通风等人工控制条件下，通过微生物的作用，实现固体有机废物无害化、稳定化的过程。堆肥化的产物称为堆肥。堆
简单堆肥方法 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
堆肥-制作技术 （一）堆肥的材料 1、基本材料：即不易分解的物质，如各种作物秸杆、杂草、落叶、树枝、藤蔓、泥炭 2、促进分解的物质：一般为含氮较多和富含高温纤维分解细菌的物质，草木灰、 3、吸收性强的物质：在堆积过程中加入少量泥炭、细泥土及少量的过磷酸钙或磷矿粉，可防止和减少的挥发，提高堆肥的肥效。 （二）材料的处理 为了加速腐解，在堆制前，不同的材料要加以处理。 （1）堆肥材料分选：选去碎玻璃、、瓦片、塑料等杂物，特别要防止重金属和有毒的有机和无机物质进入。 （2）各种堆积材料，原则上要粉碎为好，增大接触面积利于腐解，但要多消耗能源和人力，难以推广。一般是将各种堆积材料，切成6-15厘米长为好。 （3）对于质硬、含腊质较多的材料，如玉米和高梁杆吸水较低，最好将材料粉粹后用污水或2%石灰水浸泡，破坏表面蜡质层，利用吸水促进腐解。 （4）水生杂草，由于含过多，应稍微凉干后再进行堆积。 （三）堆制地点
应选择地势较高、背风向阳、离较近、运输施用方便的地方为堆制地点。为了运输施用方便，堆积地点可适当分散。堆制地点选择好后将其地面平整。 （四）设置通气孔道 在已平整夯实的场地上，开挖“十”字形或“井”字形沟，深宽各15—20左右，在沟上纵横铺满硬坚的作物秸秆，作为堆肥底部的通气沟，并在两条小沟交叉处，与地面垂直安放木棍或捆扎成束的长条状粗硬秸杆，作为堆肥上下通气孔道。 （五）堆制材料配方比 一般堆积材料配合比例是：各种作物秸杆、杂草、落叶等1000斤左右，加入粪尿200—300斤或尿素2.5千克，水100—200斤（加水多少随原材料干湿而定），每一层可以适当覆盖一层薄土，主要是起到，泥炭等的作用。为了加速腐熟，每层可接种高湿分解纤维（如酵素菌），若缺乏时，可加入适量骡马粪或老堆肥、深层暗沟泥和肥沃泥土，促进腐解。但泥土不宜过多，以免影响腐熟和堆肥。加入适量的肥土，不但有吸肥保肥的作用，也有促进有机质分解的效果。 （六）堆积 在堆积场的通气沟上铺上一层厚约20cm的污泥、细土或草皮土作为吸收下渗肥分的底垫。然后将已处理好的材料（充分混匀后）逐层堆积、踏实。并在各层上泼撒粪尿肥和水后，再均匀的撒上少量石灰、磷矿粉或其它肥（堆积材料已用石灰水处理者可不用），以及羊马粪、老堆肥或接种高温纤维分解细菌。每层需“吃饱、喝足、盖严”。所谓
固体有机废物堆肥化设备与技术标准 1 范围 本规程规定了固体有机废物堆肥化过程中所涉及的生产环境、生产车间、原料预处理、堆肥接种、一次发酵、二次发酵、后处理加工、质量检验等技术环节的要求。 本标准适用于固体有机废物堆肥化过程及堆肥产品。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 7959-1987 粪便无害化卫生标准 GB14554-1993 恶臭污染物排放标准 GB 3095-1996 环境空气质量标准 GB3838-2002 地表水质量标准 GB18877-2002 有机-无机复混肥料 GB 20287-2006 农用微生物菌剂 NY525-2002 有机肥料 NY/T 7982004复合微生物肥料 NY/T 883-2004 农用微生物菌剂生产技术规程 NY 884-2004生物有机肥 GB 4284-1984农用污泥中污染物控制标准 GB 8172-1987城镇垃圾农用控制标准 GB12348—1990工业企业厂界噪声标准 HJ／T81—2001畜禽养殖业污染防治技术规范 GB 18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准 3 定义 本标准采用如下定义 3.1 固体有机废物 固体有机废物是指在植物和动物生产以及人类生活等过程中产生的对原生产系统或原所有者无原使用价值的生物质类残余物。包括作物秸秆、畜禽粪便、生活污泥、加工类有机废物、园林修剪废物、生物质垃圾等。 3.2 堆肥化 堆肥化是指在一定的水分、C/N比和通风等人工控制条件下，通过微生物的作用，实现固体有机废物无害化、稳定化的过程。堆肥化的产物称为堆肥。堆肥化是一种有机肥料生产方式，也是一种固体废物的生物处理方式。 3.3 堆肥接种剂 堆肥接种剂是指能加速固体有机废物堆肥化进程的微生物活体制剂。 1
堆肥 化肥，与农药、生长激素等的发明，给农业带来了巨大的变革。然而这百年来的实践，人们开始怀疑，这些变革给人类乃至环境带来到底是福惠还是灾难？虽然施用化肥可以使庄稼长得又快又大，而且使用又方便轻松；但是，种出来的蔬菜、水果、作物品味却大大降低，而且还容易遭受病虫害的侵袭。病虫害的加多，又使人们越来越多的使用农药，严重地危害到人和动植的健康发展。 传统的天然肥料，如畜粪、禽粪、稻秆、落叶、草木灰等，埋到地里后会腐化分解变成腐殖质。腐殖质含有丰富的养料，能使土壤疏松透气；能促进微生物和蚯蚓的滋生，而微生物和蚯蚓能腐化分解更多的天然肥料，这样土壤越来越肥沃，植物也就会长得很健壮。但化肥埋进土里后，却永远不能变成腐殖质。没有腐殖质会使土壤变得坚硬板结，微生物和蚯蚓难以生存，土地便越来越贫瘠， 在化肥发明以前，几千年前人们一直使用着天然肥料。大自然本身为我们提供了丰富的肥料，足以提供植物所需的一切元素。常见的天然肥料有：畜粪、禽粪、鸟粪、骨渣、落叶、菜叶、果皮、干草、草木灰、木屑、棉籽、庄稼残梗、海藻、糠秕果壳、各种绿肥、各种天然矿石粉等。 堆肥是模拟自然界产生腐殖质的过程。它利用微生物、真菌来把有机物材料腐化分解成腐殖质。堆肥作为营养源为当年的农作物提供即时养分，同时还能作为土壤环境的调节器，这种作用可以持续5年或者更长时间。 堆肥的原料 含蛋白质类：含高氮成分 各种动物，如牛、绵羊、猪、马、家禽的新鲜粪肥 所有绿色植物原料：如草坪上剪下的草、绿色杂草 动物血和骨头 新鲜海藻 果皮果核 厨房废料 含碳类：具有更强的稳定性，含高碳成分 干草 稻草和麦杆 锯末和木屑（未经处理） 树皮碎片 干的农作物如谷物和玉米的茎秆 矿物 岩石粉末 石灰粉 磷矿石 塘泥 木灰 老堆肥 骨粉 蛋壳 井里的土 几个要点 1、原料
农村土法堆肥技术解答 必要性与现实意义大量畜禽粪如果不作堆肥而随地堆积，首先是造成生活环境和水体的污染，同时，当前我国发展双高农业生产正需要有机肥和化肥配合使用，如果将生粪直接施到农田，既不现实又会造成像肥效迟缓等多种弊病，引起病虫害传播和蔓延；生粪直接到土壤中去发酵会造成烧苗，影响农作物正常生长和引起果树落叶等问题。而采用生物发酵技术制作堆肥是处理畜禽粪尿的科学方法。这方面的潜力巨大，除了大规模工厂化生产堆肥以外，在农村普及土法堆肥技术是很现实的，可以促进养殖废弃物的循环利用，满足农产品优质安全生产和中低产田改良对于生物有机肥的大量需求。 生物发酵制作堆肥的关键技术有以下五方面其一，堆肥材料的选择与混配。用牛粪和鸡粪作为堆肥的原料，其共同特点为含养分高，碳氮比较低。如，鸡粪含氮1.54%，碳氮比为15∶1；牛粪含氮0.34%，碳氮比为21∶1。微生物体的碳氮比：细菌为25∶1，发酵材料的碳氮比过高使发酵慢而难，过低使发酵快，损失养分。堆肥材料不能仅用粪尿肥，必须配加碳氮比高的有机物料。如老熟的禾本科作物秸秆的碳氮比高约为60～100∶1。适当加入氮素化肥调节碳氮比，可加速腐解，缩短堆腐时间，将500公斤粉碎的干稻草或玉米秸加250公斤新鲜牛粪和鸡粪的混合物料进行堆腐，大约一个月可以腐熟。 其二，向堆肥接种有益微生物，特别是一些分解有机肥能力强的菌种，可以促进堆肥腐熟过程。如果不接种会使堆肥发酵时间延长，产生臭味，而且肥效低。接种既可以提高初期有机物微生物数量，加
速堆肥材料的腐熟，还可提高发酵温度，高温可以消灭一些病原体、虫卵和杂草种子，还能控制臭气的产生，最后提高堆肥效率。目前广泛应用的接种剂有3类：微生物培养剂和商业添加剂2类，主要用于大规模工厂化生产；农村土法堆肥主要是用第三类有效自然材料，包括老堆肥的粪底、马粪、牛粪、菜园土等。 其三，适当水分条件。水分调控直接影响到堆肥发酵速度和腐熟程度，还是好氧堆肥化的关键因素之一。为了维持微生物的活性，含水量要高达90%，但是实际有机物材料适宜的含水量在60%～80%，以秸秆为例，一般含水量75%～85%、蔬菜含水量达90%以上。但是，过多含水量也不利于发酵和提温。 其四，通风条件。高位堆肥是利用好氧性微生物进行发酵的，要求至少有50%的氧渗入到堆肥中各部位，以满足好氧微生物氧化分解有机物的需要。中期堆肥温度升高后，通风可将供氧与带走水汽二者共同进行。达到堆内散热降温和干燥的目的。通风的方式，可用自然通风供氧，向堆内插入通气管或用秫秸梱做通气塔。 其五，堆肥需要酌情加入石灰。50公斤秸秆中加2～1.5公斤石灰既可调节酸度，又可破坏秸秆表面的蜡质层，而利于吸水发酵。在北方也可用土壤调节酸度。
浅谈固体废物的堆肥化处理 [摘要]随着人们生活水平的提高，每天产生的固体废弃物的量也越来越大。本文简要介绍了堆肥系统的分类、堆肥的条件控制、堆肥腐熟度和堆肥添加剂的研究概况，分析介绍了固体废物堆肥的使用效果，并展望了固体废物堆肥技术的发展前景。 [关键词]堆肥技术；固体废物；堆肥影响因素；发展展望 0引言 目前，我国总有机废物排放量为其中蕴含粗有机质为 氮、磷、钾总贮量约为在这些有机固体废弃物中， 从氮、磷、钾养分资源来看，占主要地位的是畜禽粪便，其氮、磷、钾总贮量约为6330万t，相当于4930万t尿素，11940万t的过磷酸钙和3380万t的氯化钾；占第二位的是城市生活垃圾；其次是农业秸秆，其氮、磷、钾总贮量约为914 万t。从有机质养分资源来看，占主要地位的是农业秸秆，占第二位的是畜禽粪便，第三位是城市生活垃圾【1】。如何处置这些固体废弃物以保护环境是我国科学家面临的重要课题。我国是一个传统的农业大国，对肥料、饲料、能源有着巨大的需求，因而处理农牧业废弃物的目标应该是使之成为农业的资源返回农业生态系统中，即农用资源化。畜禽粪便和秸秆这类废物分布广，廉价易得，是进行堆肥和沼气发酵的理想材料。固体废物处置的基本方法是通过天然屏障或人工屏障的多重屏障实现有害物质同生物圈的有效隔离。传统的处置方法有海洋处置和陆地处置两种。随着生产的不断发展,一方面固体废物产量加大,另一方面原料紧缺,从而促使科技不断进步,提出新的固废处置方法。经多年的探索研究,固废处理处置有以下可行的方法土地填埋、焚烧、热解、堆肥处理好氧堆肥、厌氧堆肥、湿式氧化处理法、化学处理法,利用固废制造废弃物复合材料又称环境材料,是一种固废资源化新技术,按其性质可分为聚合物基、硅酸盐基或陶瓷基、金属基三类,仿生群落体一种模拟食物网食物链功能建立的资源化处理方法等。本文将重点介绍固体废物的堆肥化处理技术及其发展。 1 堆肥的定义及原理 【2】 据此可以总结堆肥化是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物———腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。 堆肥化的一般过程为[3]：底料是堆肥系统的处理对象，一般是污泥、城市固体废弃物、庭院废弃物等。调理剂可分为两类：(1)能源调理剂。它是加入堆肥底料的一种有机物，增加可生化降解有机物的含量，从而增加了混合物的能量；(2)结构调理剂。它是一种加入堆底料的物料(无机物或有机物)，可减少底料密度、增加底料空隙，从而有利于通风。堆肥化过
有机固体废物堆肥技术 一、堆肥的基本原理 自然界中很多的微生物具有氧化、分解有机物的能力。利用微生物在一定的温度、湿度和pH值的条件下，使有机物发生生物化学降解，形成一种类似腐殖质的土壤的物质，用作肥料和改良土壤，这种利用微生物降解有机固体废物的方法称作为生物处理法，一般又称堆肥法。 有机固体废物是在堆肥微生物赖以生存、繁殖的物质条件由于微生物生命活动时有的需要氧气、有的不需要氧气，因此，根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，有机废物处理可分为好氧堆肥(高温堆肥）和厌氧堆肥两种。 (一)高温堆肥 好氧堆肥是在有氧的条件下，借好氧微生物(主要是好氧菌）的作用来进行的。在堆肥过程中，有机废物的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收，固体和胶体的有机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动—氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体，图1可以简单的说明这个过程。
细胞物质(微生物生长）+腐殖物质 合成 堆肥有机物+O2+微生物 氧化 能力 释放的能量转化成热 图1堆肥的好氧堆肥的过程图 堆肥有四个阶段组成：升温阶段、高温阶段、降温阶段、和腐熟阶段。每个阶段的微生物种类是不同的。 (二）厌氧堆肥 厌氧堆肥是在五氧条件下，借厌氧微生物(主要是厌氧菌）的作用来进行的，图2简单说明了有机物的厌氧分解过程。 从图2可看出，当有机物厌氧分解时，主要经历两个阶段：酸性发酵阶段个碱性发酵阶段(或称产甲烷阶段）。 图2 有机物厌氧堆肥分解 细胞物质 堆肥有机物+微生物细胞物质 有机酸+微生物、 NH3、H2S、PH3等+能量 CO2、CH4+能量
固体有机废物堆肥化设备与技术标准 1 范围 本规程规定了固体有机废物堆肥化过程中所涉及的生产环境、生产车间、原料预处理、堆肥接种、一次发酵、二次发酵、后处理加工、质量检验等技术环节的要求。 本标准适用于固体有机废物堆肥化过程及堆肥产品。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 7959-1987 粪便无害化卫生标准 GB14554-1993 恶臭污染物排放标准 GB 3095-1996 环境空气质量标准 GB3838-2002 地表水质量标准 GB18877-2002 有机-无机复混肥料 GB 20287-2006 农用微生物菌剂 NY525-2002 有机肥料 NY/T 7982004复合微生物肥料 NY/T 883-2004 农用微生物菌剂生产技术规程 NY 884-2004生物有机肥 GB 4284-1984农用污泥中污染物控制标准 GB 8172-1987城镇垃圾农用控制标准 GB12348—1990工业企业厂界噪声标准 HJ／T81—2001畜禽养殖业污染防治技术规范 GB 18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准 3 定义
本标准采用如下定义 3.1 固体有机废物 固体有机废物是指在植物和动物生产以及人类生活等过程中产生的对原生产系统或原所有者无原使用价值的生物质类残余物。包括作物秸秆、畜禽粪便、生活污泥、加工类有机废物、园林修剪废物、生物质垃圾等。 3.2 堆肥化 堆肥化是指在一定的水分、C/N比和通风等人工控制条件下，通过微生物的作用，实现固体有机废物无害化、稳定化的过程。堆肥化的产物称为堆肥。堆肥化是一种有机肥料生产方式，也是一种固体废物的生物处理方式。 3.3 堆肥接种剂 堆肥接种剂是指能加速固体有机废物堆肥化进程的微生物活体制剂。 4 生产技术流程 固体有机废物堆肥化的生产技术环节应包括：原料贮存及预处理、堆肥接种、一次发酵、陈化、后处理加工、堆肥质量检验、厂区环境质量控制。生产流程可参见附录A。4.1 原料贮存及预处理 为了满足堆肥化生产的需要，部分堆肥原料要进行贮存，对原料贮存的要求如下：——在原料贮存区，含水率较低的干物料应避雨存放，保持低的含水率； ——含水率高的湿物料不宜长期存放，要及时处理，尽可能减少臭气和渗滤液的产生，防止环境二次污染。 ——原料贮存的环境管理参照GB 18596-2001执行； ——原料贮存应有专门的原料贮存区域，最好设置原料贮存车间，贮存车间内根据不同的原料特性分类进行存放； ——供应便捷，使用量大的物料尽量不贮存或者少量贮存，保证尽可能短的贮存期；——预处理环节应对固体有机废物的水分、粒度、C/N、pH值做出调整。主要的预处理工艺控制参数见附件B。 4.2 堆肥接种剂 4.2.1选用原则
一、堆肥过程中有机质的转化 堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化，这种转化可归纳为两个过程：一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机质-腐殖质。两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。 1.有机质的矿化作用 ⑴不含氮有机物的分解多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速，酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成CO2和H2O，同时放出大量热能。如果通气不良，在嫌气微生物作用下，单糖分解缓慢，产生热量少，并积累一些中间产物-有机酸。在极嫌气微生物条件下，还会生成CH4、H2等还原态物质。 ⑵含氮有机物的分解堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外，大部分容易被分解。例如蛋白质，在微生物分泌的蛋白酶作用下，逐级降解，产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐，可以被植物吸收利用。 ⑶含磷有机物的转化堆肥中的含磷有机化合物，在多种腐生性微生物的作用下，形成磷酸，成为植物能够吸收利用的养分。 ⑷含硫有机物的转化堆肥中含硫有机物，经微生物的作用生成硫化氢。硫化氢在嫌气环境中易积累，对植物和微生物会发生毒害。但在通气良好的条件下，硫化氢在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和堆肥中的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害，并成为植物能吸收的硫素养料。在通气不良的情况下，发生反硫化作用，使硫酸转变为H2S散失，并对植物产生毒害。堆肥发酵过程中，可以通过定时翻倒措施改善堆肥的通气性，就能消除反硫化作用。 ⑸脂类及芳香类有机物的转化单宁、树脂等结构复杂，分解较慢，其最终产物也是CO2和水；木质素是含植物性原料（如树皮、木屑等）堆肥中特别稳定的有机化合物，它结构复杂，含芳香核，并以多聚形式存在于植物组织中，极难分解。在通气良好的条件下，主要通过真菌、放线菌的作用，缓慢地进行分解，其芳香核可变为醌型化合物，它是再合成腐殖质的原料之一。当然，这些物质在一定条件下，还会继续被分解的。 综上所述，堆肥有机质的矿质化，可为作物和微生物提供速效养分，为微生物活动提供能源，并为堆肥有机质的腐殖化准备基本原料。堆肥以好气性微生物活动为主时，有机质迅速矿化生成较多的二氧化碳、水及其它养分物质，分解速度快而彻底，并放出大量热能；以嫌气性微生物活动为主时，有机质的分解速度慢，且往往不彻底，释放热能少，其分解产物除植物养分外，尚易积累有机酸及CH4、H2S、PH3、H2等还原性物质，当其达到一定程度时，则对作物生长不利甚至有害。因此堆肥发酵期间的翻倒也是为了转换微生物活动类型，以消除有害物质。 2.有机质的腐殖化过程 关于腐殖质的形成过程有很多种说法，概括起来大体可分为两个阶段：第一阶段，有机残体分解形成组成腐殖质分子的原始材料，如多元酚、含氮有机物（氨基酸、肽等）等；第二阶段，先由微生物分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌，然后醌与氨基酸或肽缩合而成腐殖质单体。由于酚、醌、氨基酸种类很多，相互缩合的方式也不尽相同，因而形成的腐殖质单体也就多种多样。在不同条件下，这些单体又进一步缩合形成大小不等的分子。
沼渣堆肥处理技术 我国是传统的农业大国，堆肥技术有着久远的历史，自古以来我国农村地区就普遍将秸秆、落叶、人畜粪便等堆积在一起，进行发酵沤制肥料。公元六世纪，我国就出现了“踏肥”；1591 年出现“蒸粪法”即堆肥的积制和利用；1633 年开始了“酿粪法”，即沤粪的积制和利用方法，但真正意义上的堆肥技术研究始于20 世纪初。 建国后，我国的堆肥技术经历了以下三个阶段： （1）初始阶段(50-60 年代)：这个阶段在农村传统堆肥技术基础上进行较为简单的堆肥，从工艺来说归类于一次性发酵，堆肥方式为野积式堆垛，用泥土覆盖其表层进行保温，通风方式主要是自然通风或厌氧发酵，无专用的翻堆和搅拌等设备，采用人工筛选，该阶段的工艺较为简单，发展缓慢； （2）开发研究阶段(70-80 年代)：随着经济的发展，城市化进程的加快，人口的增加，城市固体废弃物处理已成为各城市亟待解决的大事。这个阶段是城市固体废弃物堆肥技术研究发展的比较兴旺时期，新工艺、新技术如雨后春笋般涌现，堆肥附属机械设备得到大力开发，堆肥机理得到深入研究； （3）推广应用阶段(90 年代-至今)：在以上开发研究基础上，根据相应地区评估对一些堆肥技术进行推广应用，从而促进城市固体废弃物的处理。90 年代后期以来，垃圾分选技术的日趋成熟及垃圾分类工作的开展为堆肥技术在我国的推广应用提供了技术保证。 目前厌氧消化残余物较为成熟的肥用模式主要有绕灌施用、叶面肥施用、沼液沼澄分离后将沼澄制成有机肥料施用。本文主要讨论固液分离后的沼澄资源化利用方式,根据沼澄终端用户不同,对其处置要求方式也不同。过去我国主要以小型户用沼气池为主,在对厌氧残留物综合利用探索的过程中,形成了南方的“猪-沼-果”或“猪-沼-菜”、北方的"四位一体”、西北的“五配套”等生态模式[7],而对于大中型沼气工程来说,厌氧残余物的综合利用需进一步考虑其安全使用方式。因此,沼澄资源化途径大致可分为两类,分别为养殖业和土地利用,其中沼澄的养殖业利用因食品安全的考虑而愈来愈受到限制。
第四章处理与处置 第一节堆肥 一．概述 1.定义 指利用自然界中广泛存在的微生物，通过人为的调节和控制，促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。其产物为堆肥。有时候把堆肥化和堆肥不加区分。 微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体的过程。 它具有发酵周期短、无害化程度高、卫生条件好和易于机械化操作等特点，好氧堆肥法在国内外得到广泛应用 2.发展历史 1）古老的技术，几个世纪以前，我国和其它一些国家的农村，利用落叶稻草动物粪便，堆积到一起进行发酵，生产肥料； 2）现代堆肥：1925年，英国人在印度，发明了“印多尔法”，是将落叶垃圾人畜粪便，堆成1.5m的土堆，月翻堆1-2次，6个月腐熟。因为翻堆周期长，大部分属于厌氧反应，后来增加了翻堆的次数，效率提高； 之后，丹麦发明了达诺法，美国发明了机械化堆肥，主要是多段竖炉发酵仓，并且接种，使这项技术在上个世纪60年代达到顶峰； 3）70年代，化肥工业的产生，其速效、方便、廉价对堆肥产生冲击，同时，由于堆肥原料中不可分解的成分较多，导致其产品质量差，效率低而倒闭；4）80-90年代，化肥的副作用开始显现，土壤板结、地力下降。而且垃圾填埋占用大量土地，焚烧污染大气，所以开始考虑用堆肥方式处理垃圾，又迎来了一个高峰； 5）人们对食品安全的重视，导致堆肥应用受限； 6）现在：堆肥有条件的使用；比如德国把堆肥当成一种垃圾干燥技术；堆肥也可以作为餐厨垃圾处理的候选技术； 3. 堆肥的产品 堆肥技术的出现，一开始并不是为了处理废物，而是为了获得产品，即堆肥的产物。它具备一些优势： 1）土壤改良剂：堆肥的产物，含有大量的腐殖质，它可以促使土壤形成团粒结
城市垃圾的堆肥化技术 随着城市化的发展，城市垃圾的问题越来越引起人们的重视。世界各国根据各自的国情采用多种技术来处理处置城市垃圾。其中填埋、焚烧和堆肥是目前国内外普遍采用的处理技术。焚烧会产生二恶英等有害气体，填埋会产生垃圾渗滤液，解决以上两个问题，技术难度大，运行成本高。而利用垃圾中的有机成分进行堆肥则是一种资源化的垃圾处理方式。生活垃圾堆肥处理后，可以达到无害化的要求，并可以将有机物重返大自然，进行资源再利用[1]。因此不管是从保护环境的角度还是经济的角度，堆肥都具有更广阔的发展前景。 堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物，有控制的促进固体废物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。堆肥化制得的产品称为堆肥、根据微生物生长的环境可以将堆肥化分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化两种。好氧堆肥化是指在有氧存在的状态下，好氧微生物对废物中的有机物进行分解的过程，最终的产物主要是CO2、H2O、热量和腐殖质；厌氧堆肥化是在无氧存在的状态下，厌氧化微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。 通常所说的堆肥化一般是指好氧堆肥化，这是因为厌氧微生物对有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，其工艺条件也比较难控制。近些年，在欧洲一些国家已经对堆肥化的概念进行了统一，定义堆肥化就是“在有控制的条件下，微生物对固体和半固体有机物进行好氧的中温或高温分解，并产生稳定的腐殖质的过程。 1堆肥化技术的发展与应用前景 1.1堆肥化技术的发展 在现代堆肥化技术的发展过程中也曾经出现过低谷。例如，20世纪70年代初期，日本采用堆肥化技术处理的生活垃圾量大幅度减少，许多堆肥厂陆续停产倒闭。其原因是工业化的高速发展将大量的有毒化学物质和高分子塑料带入城市垃圾中，严重影响了堆肥化产品的质量。美国的堆肥化产品也在相当长一段时期由于小鹿不广而发展缓慢。 随着科学技术的进步和人们对废物资源化要求的逐步提高，城市垃圾的堆肥化又重新受到注目。针对传统堆肥化技术所存在的问题，相应的技术和设备得到了开发和应用。破碎及分选技术与设备的改进，在客观上提供了高品质堆肥连续化生产的可能性。应用了新兴的颗粒肥料生产技术，除在原有技术上最让增加了对杂物的精细分离外，还通过添加必要的肥料成分使之形成统一的产品标准，并最终制作成便于运输和施用的颗粒形状。这些技术和设备的改进，使得垃圾堆肥