摘要：随着社会的进步，城市的发展及城市人口的不断增长，城市生活垃圾的产出量也大幅增加，垃圾围城现象日益突出。我国是一个“人口大国”，这就意味着我国也是一个“垃圾大国”。生活垃圾本是一种资源，若利用得当，则能化废为宝，使其转化为饲料、肥料、能源等造福于人类；但如果处理不当，又有可能成为一种巨大的污染源，危害人类的生存环境。因此，选择正确的城市生活垃圾处理方法，解决垃圾污染问题，越来越受到人们的重视。

关键词：微生物堆肥

中国是一个农业大国，用肥量大，在垃圾分类回收的基础上，利用生物技术堆肥处理城市生活垃圾是实现资源化、减量化的一条重要途径。另外，从我国的垃圾组分可以看出，有机物所占的比例越来越高，而一般有机物的含水量可达70%。这种垃圾用于焚烧必须先烘掉部分水分，给焚烧造成麻烦；若用于填埋必将产生大量高浓度的垃圾渗滤液，处理十分困难或处理价格昂贵，往往造成严重的二次污染。而这种垃圾若采用微生物堆肥法进行处理，既作到了资源充分回收、处理效率提高，又克服了填埋、焚烧的缺点。

1.       垃圾微生物堆肥法的原理

堆肥是利用微生物人为地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反应过程。在生物化学反应过程中，垃圾中的有机物、氧气和细菌相互作用析出二氧化碳、水和热，同时生成腐殖质。堆肥法按作用原理分为好氧分解和厌氧分解两种。厌氧堆肥是指有机物质在缺氧的条件下，通过种类繁多、数量巨大且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的生物过程。其堆内最高温度不超过45℃，腐熟时间较长。而好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧微生物的作用降解有机物的过程。在温度、水分适宜的条件下，需氧微生物迅速生长繁殖，开始好氧分解过程，产生大量的热，将各种有机物转化为无害的肥料。堆肥过程中产生的温度可达50~60℃，能杀死垃圾中的病源菌、虫卵及蝇蛆等。并利用各种微生物降解消化大分子有机物，去除恶臭，最后得到大量优质有机肥料。此法有机物的分解速度快，堆肥所需天数短，臭气发生量少，因此采用较多。在好氧堆肥发酵过程中，微生物自发的分解有机物的过程可简单表示为：

CgHtNuOvaH2O+bO2→ CwHxNyOzcH2O+dH2O+eH2O+fCO2+gNH3+Q（能量）

只要垃圾中保证有一定的水分和通风条件，微生物就能在混合有机垃圾中自然生长。这些微生物分解垃圾中的有机物并产生热量,使垃圾堆温上升。温度上升可分为三个阶段：第一阶段，适温细菌以及放线菌、酵母菌和真菌分解葡萄糖、脂肪和碳水化合物。原生动物则以细菌、真菌为食。堆肥温度逐渐上升到40℃~45℃。第二阶段随着温度的上升，堆肥一开始存在的所有微生物几乎全死亡，取而代之的为一系列嗜温菌，其生长产生的热量使温度上升到70℃左右。这时，所有病原微生物，除一些孢子外都会被杀死。当温度持续高温时，垃圾中易降解有机物逐渐耗完，停止产热，堆肥温度就会慢慢降下来。第三阶段，温度下降后，一系列新的微生物(主要是真菌和放线菌)将借助于剩余有机物而生长(包括死掉的细菌残体)，使堆肥完全腐熟。其最终产品为一批由剩余物组成的有机物料，这些物料极像土壤中动植物残体经过同样的生化过程而形成的腐殖土。

2.       影响微生物堆肥的主要因素

好氧堆肥是一个复杂的微生物分解过程，堆肥的关键就是更好地满足微生物生长和繁殖所必须的条件。由于垃圾成分非常复杂，并含有多种微生物，为了有利于生物化学反应进行，生产出较好的有机农肥，就需要在堆肥过程中提供适宜的温度、供氧、含水率、碳氮比、碳磷比、pH值等因素并籍此进行调控。

温度:

温度是堆肥过程中重要影响因素之一，也是判定堆肥能否达到无害化要求的最重要指标之一。堆肥过程中，堆体温度应控制在45~65℃之间，但在55~60℃时比较好。堆肥是一个放热过程，若不加控制，温度可达75~80℃[5]，温度过高会过度消耗有机质，并降低堆肥产品质量。在堆肥过程中，温度控制的目标是极大地使堆肥无害化(高温有利于堆肥无害化)和稳定化(高温抑制堆肥稳定化)[6]。通常认为：高温有利于制肥生化过程的进行，并能杀灭病菌，达到无害化。但当温度超过生理温度值时，微生物的活性将受到抑制，阻止了制肥生化过程的进行。因此，维持堆肥最佳生理温度值是非常重要的。 通风量:

通风是好氧堆肥工艺中很重要的环节，在堆肥过程中，通风有供氧、散热和去除水分作用。因此，通风量的大小对好氧堆肥的周期、温度及堆肥质量的好坏具有重要影响，通风量不足会严重限制好氧菌的生存繁殖及活性，通风量过大，增大了制肥过程中的散热损失，从而使制肥干燥和制肥产品中氮含量减少。据资料[7]研究，为保证微生物足够的氧浓度，缩短堆肥发酵的周期在操作时应控制垃圾堆肥层中气相的氧浓度在10%以上。

含水率:

堆肥过程中，水是不可缺少的。水分一方面溶解有机物，参与微生物的新陈代谢，另一方面，水分蒸发带走热量以调节堆肥温度。水分超过70%，温度难以上升，分解速度明显降低，这是由于水分过多，使堆肥物质粒子之间充满水，有碍于通气而造成厌氧状态，不利于好氧微生物生长，使有机物分解不彻底并产生H2S等恶臭气体。水分低于40%，不能满足微生物生长需要，有机物难以分解。因此，堆肥物料的含水率一般控制在40%~60%左右，最高不宜超过60%，当含水量下降到20%以下，生物活性就基本停止。

碳氮比:

微生物的生长速度与堆肥物料的C/N有关。碳主要是为微生物生命活动提供能源，氮则是构成微生物细胞的主要来源。正常的好氧堆肥要求原料中有一定的碳氮比。微生物自身的C/N为4~30，因此，作营养基的有机物的C/N也最好处于该范围内。正常情况下，城市垃圾堆肥原料配置的最佳C/N值为25~35。碳氮比过高(>40)不利于发酵的启动和接种,过低(<20)时微生物的繁殖就会因能量不足而受到抑制，导致分解缓慢且不彻底。在堆肥过程中微生物以碳作能源，并合成细胞，有机物分解后以CO2形式释放出来，氮则用于合成细胞原生质。因此，发酵后物料的C/N值将会减少，一般下降6%~14%，最高则可下降27%以上。堆肥完全腐熟后，C/N值要求在10~20范围内。

碳磷比:

除碳和氮外，磷对微生物的生长也有很大的影响。有时，通常在垃圾中添加污泥进行混合堆肥，就是利用污泥中丰富的磷来调整堆肥原料的C/P。堆肥原料适宜的C/P为75~150。

pH值:

垃圾的pH值是一个能对细菌环境作出估价的参数。适宜的pH值可使微生物有效地发挥作用，过高或过低都会影响堆肥速率。一般认为pH值在7.5~8.5时，可获得最大适温堆肥速率。在堆肥初期，由于酸性细菌的作用，pH降到5.5~6.0，使堆肥物料呈酸性；随后，由于以酸性有机物为养料的细菌的生长和繁殖，导致pH值上升，堆肥过程结束后，物料的pH值上升到8.5~9.0。

3.       微生物堆肥的工艺路线

前处理：

在这阶段主要涉及到分选、粉碎、调整垃圾湿度、C/N、C/P比例等。即先从垃圾中剔除大块废物、玻璃、金属、塑料、橡皮、破布等，再将垃圾粉碎成匀质状，径粒的范围根据其垃圾的组成成分的不同而变化，如有机物含量低，应控制在1.5~7厘米；有机物含量较高，粒径应控制在5~15厘米。匀质物的最佳含水率为45%~60%，碳氮比约为25:1，如果达不到，可掺加废水污泥进行混合。

接种和添加剂的加入：

在堆肥堆制过程中，进行微生物接种，可以加速堆肥物料的腐熟作用。同时加入有利于微生物生长的促进剂，生物除臭剂、快速反应除臭剂及浓缩有机肥等添加剂，有利于垃圾的消化与分解。

发酵：

发酵阶段主要包括一次发酵、中间处理、二次发酵三个环节。一次发酵为堆肥工艺的核心，在此进行最初的微生物分解。将上一步处理好的垃圾装入特制的消化器中，采取强制通风的办法，不断搅拌，发酵温度维持、控制在55～65℃，一次发酵期为3～10天。一次发酵后的产物经过中间处理单元，进一步筛除小砖头及塑料，并使颗粒进一步细化和均匀，提高产品质量，中间处理后的产物送至二次发酵仓，使堆肥达到充分腐熟。经过两次发酵后，城市生活垃圾达到无害化，并形成了稳定的腐殖质。发酵的整个周期一般20～30天左右。

后处理和出仓：

从发酵仓出来的堆肥物料经发酵和熟化处理后，即制成了有机肥。为保证产品的外观、品质和可使用性，必须分选去除不能发酵的残余杂物，同时将堆肥产品颗粒化、规格化，以便于包装、运输和使用。也可以将这些有机肥作为基础肥，加入无机成分混合制成混合肥，或加入其它菌种，如根瘤菌等，增加有机肥的固氮作用，促进植物生长，这样制成生物肥效果会更好。

4.另外两种主要垃圾处理方法及比较

填埋法：

这是将固体废物铺成有一定厚度的薄层，加以压实，并覆盖土壤。分为一般填埋和卫生填埋两种。卫生填埋通常是每天把运到土地填埋场地的废物在限定的区域内铺散成 40~75厘米厚的薄层，然后压实，以减少废物的体积，再在其上覆盖上一层90~120厘米厚的土壤，并种植绿色植物，大约10年之后可使土地复原。但要注意卫生填埋场地的选择，要考虑当地的水文和地形条件，避免污染地下水，要防止浸出液的渗漏和降解气的释放，消除臭味和疾病的传染。

焚化法：

为了对垃圾进行无害化处理和减少体积，许多国家对城市垃圾采用焚烧处理方法。 垃圾焚化过程大体可分为干燥、燃烧和烧透三个阶段。干燥阶段是通过将烟气送经物料层而形成的热辐射和与热空气的热交换两个途径，使垃圾得以干燥。在燃烧阶段，绝大部分垃圾要燃尽，因此要使垃圾与足够的空气接触，物料必须充分翻动，以保证其充分燃烧。烧透阶段要使难燃料及焦化残渣完全烧透。 这一阶段的必要条件是小风量，对物料层进行深度拔大，垃圾与氧化剂接触良好，具有足够的燃烧时间，炉壁衬砌可靠，以便有效地保持热量。焚烧产生的热能，可用来生产蒸汽或电能，也可用于供暖或生产的需要。根据国外有些国家的垃圾计算，每 5吨垃圾可节省1吨标准燃料。根据其他国家数据，人口在15000人以上的城市宜采用垃圾焚烧处理方法，使用的焚烧炉的能力大约为一天100吨，可配热能回收装置或者接蒸汽锅炉。如果焚烧炉与住宅区的距离不超过2公里，将蒸汽用于采暖，在经济上是合理的。但是，倘若供热需求不大，或者离用户太远，则垃圾焚烧产生的热能用于发电更为合理。

垃圾处理优缺点对照表

垃圾焚化的好处是把炉渣和灰分中的可分解性物质降低到最低限度。但另一方面，却向大气排放有毒、有害的物质，并增加了城市的灰尘含量。具体而言，如果垃圾中含有聚氯乙烯之类的塑料，则烟气中 氯化氢 含量会超过 100 毫克每立方米以上，这就必须采用复杂的气体净化装置，以除去其有害气体。

5.垃圾堆肥化前景：

从国外发展趋势看，堆肥化被认为是解决城市垃圾和下水污泥的重要途径。

例如在荷兰和法国堆肥化处理的城市废物占 20%、比利时占9%、美国占5%，德国占3%，前联邦德国政府1982年在一个文件中指出：堆肥化是垃圾处理的“最切合实际的生物处理法”。从我国农业发展的情况看，要求逐年提供大量有机肥料作为土壤改良剂，因而需要生产出优质堆肥，特别是肥效高的放线菌堆肥以满足要求。据有关资料说明，我国年排生活垃圾（1987年）为5000—7000万吨，按利用率60%计算，其中含有相当于240—336万吨有机物和180—250万吨化肥的氮、磷、钾养分。如果能将这些垃圾用于生产堆肥，将会在我国农田培肥、作物增产、调整我国化肥工业氮、磷、钾严重失调上发挥巨大作用。

致 谢

首先感谢张永明教授提供给我们一个锻炼自己写作论文的机会、并在上课和实验以及论文写作中给与的指导。其次要感谢我从市环保事业的父亲，提供给我一些建议与指导、并把他平时工作中所得到的信息和数据和我分享。在此我表示衷心的感谢。

参考文献：

[1] 吴德礼,朱申红.城市生活垃圾的综合处理技术与发展方向[J],城市环境与城市生态，2002,15(4):25-28

[2] 冯明谦,城市生活垃圾处理现状及发展趋势[J],环境卫生工程,1999,7(4):145-147

[3] 杨琦,张亚雷,汪立忠等,垃圾填埋场的厌氧降解作用及其微生物类群[J],中国沼气，1997,15:8-12

[4] 赵由才,柴晓利,生活垃圾资源化原理与技术[M],北京:化学工业出版社,2002，170-180

[5] 陈世和,城市生活垃圾堆肥处理微生物特性研究[J],废物治理,1990,7:23-35

[6] 鹏力清环保有限公司(深圳)调查资料