堆肥發(fā)酵工藝
堆肥實際就是廢棄物穩(wěn)定化的一種形式，但它需要特殊的濕度、通氣條件和微生物以產(chǎn)生適宜的溫度。一般認為這個溫度要高于45℃，保持這種高溫可以使病原菌失活，并殺死雜草種子。在合理堆肥后殘留的有機物分解率較低、相對穩(wěn)定并易于被植物吸收。堆肥后臭味可以大大降低。
堆肥過程有許多不同種類的微生物參與。由于原料和條件的變化，各種微生物的數(shù)量也在不斷發(fā)生變化，所以堆肥過程中沒有任何微生物始終占據(jù)主導地位。每一個環(huán)境都有其特定的微生物菌群，微生物的多樣性使得堆肥在外部條件出現(xiàn)變化的情況下仍可避免系統(tǒng)崩潰。
堆肥過程主要靠微生物的作用進行，微生物是堆肥發(fā)酵的主體。參與堆肥的微生物有兩個來源：一是有機廢棄物里面原有的大量微生物；另一是人工加入的微生物接種劑。這些菌種在一定條件下對某些有機廢物具有較強的分解能力，具有活性強、繁殖快、分解有機物迅速等特點，能加速堆肥反應(yīng)的進程，縮短堆肥反應(yīng)的時間。
堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧情況下的有機物料分解過程，其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機物料的分解過程，厭氧分解最后的代謝產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物，如有機酸等。
參與堆肥過程的主要微生物種類是細菌、真菌以及放線菌。這3種微生物都有中溫菌和高溫菌。
堆肥過程中微生物的種群隨溫度的變化發(fā)生如下的交替變化：低、中溫菌群為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹懈邷鼐簽橹鳎懈邷鼐簽橹鬓D(zhuǎn)化為中低溫菌群。隨著堆肥時間的延長，細菌逐漸減少，放線菌逐漸增多，霉菌和酵母菌在堆肥的末期顯著減少。
有機堆肥的發(fā)酵過程簡單可分為以下4個階段
⑴發(fā)熱階段 堆肥制作初期，堆肥中的微生物以中溫、好氣性的種類為主，最常見的是無芽孢細菌、芽孢細菌和霉菌。它們啟動堆肥的發(fā)酵過程，在好氣性條件下旺盛分解易分解有機物質(zhì)（如簡單糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等），產(chǎn)生大量的熱，不斷提高堆肥溫度，從20℃左右上升至40℃，稱為發(fā)熱階段，或中溫階段。
⑵高溫階段 隨著溫度的提高，好熱性的微生物逐漸取代中溫性的種類而起主導作用，溫度持續(xù)上升，一般在幾天之內(nèi)即達50℃以上，進入高溫階段。在高溫階段，好熱放線菌和好熱真菌成為主要種類。它們對堆肥中復雜的有機物質(zhì)（如纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)等）進行強烈分解，熱量積累，堆肥溫度上升至60-70℃，甚至可高達80℃.隨即大多數(shù)好熱性微生物也大量死亡或進入休眠狀態(tài)（20d以上），這對加快堆肥的腐熟有很重要的作用。堆肥不當?shù)亩逊剩挥泻芏痰母邷仄冢蛘吒具_不到高溫，因而腐熟很慢，在半年或者更長時期內(nèi)還達不到半腐熟狀態(tài)。
⑶降溫階段 當高溫階段持續(xù)一定時間后，纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)大部分已被分解，剩下很難分解的復雜成分（如木質(zhì)素）和新形成的腐殖質(zhì)，微生物的活動減弱，溫度逐漸下降。當溫度下降到40℃以下時，中溫性微生物又成為優(yōu)勢種類。
如果降溫階段來的早，表明堆制條件不夠理想，植物性物質(zhì)分解不充分。這時可以翻堆，將堆積材料拌勻，使之產(chǎn)生第二次發(fā)熱、升溫，以促進堆肥的腐熟。
⑷腐熟保肥階段 堆肥腐熟后，體積縮小，堆溫下降至稍高于氣溫，這時應(yīng)將堆肥壓緊，造成厭氣狀態(tài)，使有機質(zhì)礦化作用減弱，以利于保肥。
簡而言之，有機堆肥的發(fā)酵過程實際上就是各種微生物新陳代謝、繁殖的過程。微生物的新陳代謝過程即有機物分解的過程。有機物分解必然會產(chǎn)生能量，這些能量推動了堆肥化進程，使溫度升高，同時還可干燥濕基質(zhì)。
許多堆肥用的基質(zhì)攜帶人類、動植物的病原體，以及令人討厭的生物如雜草種子。在堆肥過程中，通過短時間的持續(xù)升溫，可以有效地控制這些生物的生長。因此，高溫堆肥的一個主要優(yōu)勢就是能夠使人和動植物病原體以及種子失活。
病原體以及種子失活是由于其細胞死亡，而細胞的死亡很大程度上基于酶的熱失活。在適宜的溫度下，酶的失活是可逆的，但在高溫下是不可逆的。在一個很小的溫度范圍內(nèi)酶的活性部分將迅速降低。如沒有酶的作用，細胞就會失去功能，然后死亡。只有少數(shù)幾種酶能夠經(jīng)受住長時間的高溫。因此，微生物對熱失活非常敏感。
研究表明，在一定溫度下加熱一段時間可以破壞病原體或者是令人討厭的生物體。通常在60-70℃（濕熱）的溫度下，加熱5-10min。可以破壞非芽孢細菌和芽孢細菌的非休眠體的活性。利用加熱滅菌，在70℃條件下加熱30min可以消滅污泥中的病原體。但在較低溫度下（50-60℃），一些病原菌的滅活則可長達60d。因此堆肥過程中保持60℃以上溫度一段時間是必須的。
堆肥制作過程中，必要時應(yīng)進行翻堆。一般在堆溫越過高峰開始降溫時進行，翻堆可以使內(nèi)層外層分解溫度不同的物質(zhì)重新混合均勻。如濕度不足可補加一些水，促進堆肥均勻腐熟。
堆肥過程中的各種生物、微生物的死亡、更替及物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化都是同時進行的，上述分塊介紹是從不同角度對堆肥發(fā)酵原理進行了簡單介紹，無論是從熱力學、生物學還是物質(zhì)轉(zhuǎn)化角度，這些反應(yīng)都不是幾天或十幾天這么短時間能夠完成的，這也是為什么即使各種溫度、濕度、水分、微生物等條件都控制的很好的前提下，堆肥仍要經(jīng)歷45-60天時間的原因。
