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据统计，2000年我国城市生活垃圾清运量已达1.44亿t，而且以每年10%的速度增长[1]。城市垃圾的堆肥化(composting)是目前广泛采用且能够有效处理生活垃圾的方法之一，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微生物反应过程。在生物化学反应过程中，垃圾中的有机物与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，用作土壤改良剂或肥料。好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程。此法有机物的分解速度快，堆肥所需天数短，臭气发生量少[2]，目前国内许多城市都开展这方面的工作。
1好氧堆肥及堆肥主要技术措施
城市垃圾堆肥化处理技术包括分选处理系统、有机物好氧发酵系统和有机复合肥配制系统，堆肥过程实质是一个微生物学处理过程，在一定的温度和pH值下，通风供氧，利用好氧嗜温菌与嗜热菌对其中有机物进行生物化学分解，使之变成稳定的有机质，并利用发酵过程中产生的温度杀死有害微生物以达到无害化卫生指标的处理技术。现代化的好氧堆肥技术是保证堆肥效果的关键，堆肥的主要技术措施主要有堆肥有机物含量、堆肥适合的含水率的调整、建立合适的通风系统、C/N比及C/P比的调整、最佳温度控制、适宜pH值等。
2好氧发酵过程的重要影响因素
2.1一次发酵
我国的城市垃圾堆肥厂的一次发酵大多是好氧发酵，好氧发酵的反应可用下式表示：
CsHtNuOr.aH2O+bO2－CwHxNyOz.eH2O+dH2O+eH2O+gNH3+Q
从反应式可知，生活垃圾在通氧条件下，经好氧微生物分解成堆肥和渗沥水，同时有废气排出和热量释放，为杀死垃圾中的致病菌和寄生虫卵创造有利条件。采用机械强制通风，发酵10d左右。影响有机废物发酵的因素主要是有机质含量、湿度(含水率)、碳氮比、堆肥过程的氧浓度和温度以及pH值。生活垃圾堆肥过程必须定时监控影响有机废物好氧发酵的诸因素，如果发现其中某一因素其适宜范围，必须及时调整，以使有机废物生物降解过程能顺利进行。
2.1.1堆肥有机物含量
生活垃圾适于堆肥的有机物含量为20%～80%，以40%～60%较好。当有机物含量低于20%时，不能提供足够热能供嗜热菌繁殖，难以维持高温发酵；当有机物含量高于80%，堆肥过程需氧气，在供氧不足时会发生厌氧过程。
2.1.2堆肥适合的含水率
堆肥中有机物的分解、微生物的生长繁殖，水是不可缺少的条件。含水量最大值取决于物料的空隙容积。据研究[3]，对于含纸高的城市垃圾堆肥，50%～60%的含水量最有利于微生物分解。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。根据国外研究结果，在进行有机物与污泥混合堆肥时，仍能保证堆肥过程顺利进行的最低含水量为40%。因此，堆肥正常进行的含水量下限为40%～50%。当含水量降到20%以下时，生物活性就基本停止。
2.1.3堆肥适合的C/N
微生物的生长速度与堆肥物料的C/N有关。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。C/N为10～25时，有机物的降解速度最大。在堆肥过程中微生物以碳作能源，并构成细胞膜，随后以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。在成品堆肥施用时，如果其C/N值过高，易引起土地氮饥饿，影响土壤肥力。因此，要求成品堆肥C/N值为10～20。据此可推算出，城市垃圾堆肥原料配制的最佳C/N值为25～30。
2.1.4堆肥适合的C/P
除碳和氮外，磷对微生物的生长也有很大的影响。有时，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。
2.1.5堆肥适宜的氧浓度
生活垃圾堆肥过程还需要适宜的氧浓度(14%～17%)。氧浓度过低需要强制性通风，以不断补给氧气，激发好氧菌的活性，否则因氧不足将使好氧菌生长受抑制，使好氧发酵停止。若氧浓度过高，则应减少风量至氧浓度适宜为止。据资料[3]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层中气相的氧浓度在10%以上。
2.1.6堆肥适宜的温度和pH值
垃圾堆肥过程适宜发酵温度以35～55℃为宜。若发酵温度低于15℃或高于70℃，微生物将进入休眠状态或大量死亡，发酵缓慢甚至停止。有机废物发酵过程适宜的pH值为6.5～7.5。在堆肥初期，由于酸性细菌的作用，pH值降到515～610，使堆肥物料呈酸性；随后，由于以酸性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815～910。当pH值过高(pH>9)或过低(pH<4)时，会减缓微生物降解速度，需要及时调整堆肥的pH值。现有的垃圾堆肥厂大都没严格实施C/N比、氧浓度、温度、pH值的监控任务，造成某些参数偏离其适宜值，使微生物活性受抑制，造成一次发酵时间延长及腐熟度偏低。
2.2二次发酵
一次发酵后仍有不少难降解的纤维素和木质素，需要进行二次发酵，其目的是为了使堆肥达到充分腐熟。较难降解的木质素和纤维素被好氧微生物分解，其反应可用下式表示：
(C6H10O5)n－n(C6H12O6)
n(C6H10O6)+6nO2－6nCO2+5nH2O+Q
随着熟化过程的推行，温度逐渐降低，变成疏松、稳定的有机肥。
即使二次发酵顺利进行，难分解的纤维素和抗分解的木质素还是难以彻底腐解，这是因为自然界只有少量少数种类微生物能分解木质素，如何加速纤维素和木质素彻底腐解，充分提高堆肥腐熟度，成为二次发酵的关键问题。需要培养出高温纤维素分解菌，将筛选出分解纤维能力强、生长快、易繁殖的菌株制成堆肥添加菌剂，均匀撒于一次发酵后经传送带送往二次发酵仓的初级堆肥上，接种菌剂的浓度按堆肥重量比配制。中科院南京土壤所顾希贤研究员培育出生长快、粗纤维分解强的高效菌制剂，以0.05%～0.1%的接种量加入二次发酵肥堆中，取得较好的效果。
3堆肥过程中的微生物学
分析研究资料表明[4]，堆肥初期是微生物旺盛繁殖并释放热能不断提高堆肥温度的发热阶段。在这一阶段，堆肥物质的变化情况是在好氧条件下，那些容易被微生物分解的有机物质，如蛋白质、淀粉类物质，简单的糖等迅速分解，产生大量的热量。在这一阶段中的微生物以中温好氧菌为主，常见的有细菌和丝状真菌。当堆肥温度超过50℃以后，进入高温阶段，在这一阶段中，除少部分残留下来的和形成的水溶性有机物继续分解转化外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开始分解，同时开始了腐殖质的形成过程，出现了能够溶解于弱碱的黑色物质，这一阶段以高温微生物最为活跃，常见的有好热真菌、好热放线菌等。其中以放线菌占优势。当温度升高到60℃以上时，好热丝状真菌基本上全部停止活动，好热放线菌和芽孢杆菌的活动占据优势，到了70℃以上，只有好热芽孢杆菌在活动。很多好热微生物分解纤维素和果胶类物质能力较强，因此在高温阶段纤维素、果胶类物质旺盛的分解，同时产生腐殖质。温度上升到70℃以上后，大多数好热微生物的生长繁殖也不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态，这是在初死亡的微生物含有的各种酶的作用下，有机质的分解仍能够进行一段时间。
4堆肥腐熟度评价
堆肥腐熟度评价是保证城市固体废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、NH4+-N含量等。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以下时堆肥达到熟腐。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NH3，pH快速上升并在堆肥开始3～5d内达到最大值，之后随NH3量逐渐减少而pH值下降。
5堆肥过程中的自动控制技术
5.1温度自动控制系统
由于微生物活动而引起的温度升高不能通过微生物自身来控制。温度太高将抑制微生物活性甚至烧死而使堆肥失常，需要控制堆肥温度。通常情况下需要通过通风来散发热量和改变含水率。Rotgens Static Pile堆肥法是一项高效、节能的堆肥技术，在美国80年代中期广泛采用，该工艺采用温度反馈控制系统，温度自动控制系统由温度传感器、时间控制器、温度控制器、鼓风机及附属设施组成。当肥堆中温度低于温控点时，脉冲时间控制器引发鼓风机按照设定的较小频率向肥堆送风，使温度上升。当肥堆中温度超过温控点时，温度控制仪引发鼓风机向肥堆持续送风驱热，如此往复进行，直到肥堆中有机物耗尽，微生物进入内源呼吸阶段，堆温下降到一定数值稳定下来。
5.2氧浓度自动控制系统
由于好氧微生物分解有机物需要氧气。所以供气是好氧堆肥控制的重要手段。实际堆肥时，一般通过测定堆层中氧浓度的变化即耗氧速率来了解微生物过程及需氧量，从而控制通风量、风速率。当肥堆中氧气低于控制点时，时间控制器引发鼓风机按照设定的频率向肥堆送风，使含氧量上升。当肥堆中氧气高于于控制点时，时间控制器引发鼓风机停止向肥堆送风。
6堆肥产品中微量金属的去除技术
堆肥产品标准取决于其用途，主要考虑两点：(1)微量金属、病原菌污染水平；(2)使肥力和土壤物理性状改善的价值。从国外堆肥产品中微量重金属含量分析表明：混合肥料中的微量金属的含量大大高于土壤中的金属含量，尤其是肥料中的Cu，Zn和Pb，混合肥料应用于土壤中将导致土壤中微量金属含量的积累，应用过量将损害作物生长，并通过食物链进入人群。肥料中的金属存在形态有水溶性、可交换的、沉淀相、氧化态金属共沉淀、吸附或有机物络合，不同形态微量金属有着不同的迁移率和生物利用性，有着不同的潜在环境污染，因此知道各种微量金属分布的不同形态并开发合适的处理技术至关重要。7结论
虽然我国的垃圾处理起步较晚，但在政府的高度重视之下，发展很快。就目前而言，我国现有的城市垃圾堆肥厂采用的技术较落后，机械化、自动化程度较低，许多堆肥厂生产的肥料不能达到农用标准，因销售困难而重新成为垃圾。希望新建的堆肥厂能够解决分选处理不彻底和有机废物发酵因素控制不科学等问题，实现生产过程自动化操作，生产出高效的有机复合肥。
参考文献：
[1]翁延年，张树庸.国内外生物技术发展情况简介[J].生物工程进展，1998，18(5)：5-10.
[2]王家玲，等.环境微生物学[M].北京：高等教育出版社，1988.[3]李建国，等.堆肥腐熟度指标的探讨[J].城市环境与城市生态，1990，(2)：8-12.
[4]张学洪.利用城市固体废弃物生产有机复合肥技术的研究[D].哈尔滨工业大学博士学位论文，2001：36-42
