3.3 生活垃圾好氧堆肥
3.3.1 基本理化参数变化率
3.3.1.1 堆肥过程中温度的动态变化
堆肥过程中温度变化如图3-2所示。堆肥开始阶段，堆料温度迅速提高，接种微生物的两个堆肥处理的温度都在第3天升到50℃以上，其中，多阶段接种（T1）处理在堆肥的第3天即进入高温期52℃，最高温度达74℃，在堆肥周期内，高于55℃持续13d。CK、T1、T2处理高于55℃停留时间则分别为8d、13d和12d。
图3-2 堆肥过程中温度变化
从整个堆肥过程的温度变化来看，接种菌剂的两个堆肥处理的温度要明显高于CK组，主要体现在三个阶段：一是接种菌剂能加速升温期堆体温度的升高，缩短堆肥起爆时间；二是接种菌剂能使高温期持续的时间增加；三是分阶段接种菌剂对降温期以后的温度影响较大，能使降温期以后的温度较长时间保持在30～50℃之间，这是一个有利于微生物生长的温度范围，有利于腐熟阶段堆料的降解。
T1和T2两个处理、两种不同接种方式对堆体温度变化的影响也有不同，堆肥进行的第18天之前两种接种方式对温度的影响差别不大，但堆肥进行到第18天时T1的温度降到50℃，此时向T1处理中接种纤维素分解菌，此后温度一直维持在45～50℃之间；在堆肥的第24天T1温度为45℃，此时接种木质素分解菌，菌剂经历短暂的适应期后开始作用于堆料物质，释放热量，使堆体温度又开始上升进入二次发酵，45℃以上维持4d，最高达51℃。而T2在堆肥进行的初期接种的微生物菌剂由于经历一个长时间的高温作用阶段，使微生物的活性受到了极大的抑制，随着降温期容易利用的营养物质消耗殆尽，微生物代谢逐渐停止使堆体温度不断下降。由于堆肥过程中，温度的升高是由微生物活动释放的热量引起的，因此，在一定范围内堆料的温度变化与微生物的生长繁殖存在着正相关。堆肥实验表明，接种微生物堆肥温度升高最快，同时高温持续时间长，表明堆肥中接种微生物可加速有机物的降解，从而提高堆肥效率。采用多阶段接种的方式能明显提高堆肥腐熟期的温度，使堆肥物料得到更充分的降解，提高堆肥的腐熟程度。
3.3.1.2 堆肥过程中pH值变化
对于堆肥微生物来说，最佳pH值为6.0～8.5，堆料的初始pH值为7.13。如图3-3所示：整个堆肥过程中3个堆肥体系均维持在一个相对稳定的弱碱性环境中，腐熟期的pH值均在7.5以下，pH值升高均在高温期中后期，这与Masó等［58］的研究所得结论相似。3个处理的pH值变化都遵循升高-降低-升高-降低的趋势，其中，在堆肥过程中CK处理和T2处理的pH值变化趋势相同，只是在高温期中后期T2的pH值始终高于CK处理，表明接种微生物菌剂能使堆体中蛋白质降解加快，使NH3的释放速率加快，能加速堆肥的进行。然而，T1处理的pH值变化情况显著不同于T2和CK处理，T1的pH值降低的拐点较其他两个处理提前4d，分析原因一方面可能是由于堆肥初期接种菌剂可加速分解较简单的有机物质（蛋白质、氨基酸、脂类、糖类），产生小分子的有机酸，使pH值降低；另一方面可能是由于堆肥初期接种的氨氧化细菌和硝化细菌能迅速地将NH3氧化成
和
，使pH值又降低。T1处理在高温期中后期时的pH值显著高于其他两个处理，可能是由于随着堆肥进行，在微生物的代谢作用下，堆肥过程有机酸的数量逐渐减少，含氮有机物降解产生NH3增加，使堆料中的pH值逐渐升高。说明采用分阶段接种的方式进行堆肥能最大限度地发挥接种微生物的优势作用进而激发土著微生物的生长繁殖，使堆体中微生物的代谢能力加强，显著提高堆肥效率。
图3-3 堆肥过程中pH值变化
3.3.1.3 堆肥过程中含水率变化
堆肥过程中含水率变化如图3-4所示。从含水率变化来看，3个堆肥处理对堆肥过程中的含水率变化的影响不大。3个处理的含水率均在50%～62%之间波动，有研究表明堆体最适含水率为55%～65%，含水率低于30%微生物的生长繁殖将受到抑制，高于70%空隙率低，空气不足，堆体将进行厌氧发酵。堆肥初期原料的含水率为60.11%，在堆肥结束时含水率都略有下降，但下降幅度不大，可能和堆肥的外界环境温度有关，由于本次堆肥是在北京的3月进行，环境温度较低，堆肥反应器内外温差较大，致使物料降解过程中产生的水分无法排出，但整个堆肥过程中的含水率均在50%～62%之间，是一个适合微生物生长繁殖的含水率范围，有利于堆肥物料的降解。
图3-4 堆肥过程中含水率变化
3.3.1.4 堆肥过程中碳氮比变化
堆肥过程中微生物通常不能直接利用堆料中的有机质作为营养物质，需将其分解为水溶性成分才能加以利用。堆肥中水溶性碳氮比（即水溶性有机碳/水溶性有机氮）的变化，比固态的C/N更能反映堆肥进行的程度。如图3-5所示，整个堆肥过程中水溶性C/N呈下降趋势，尤其在堆肥初期，堆料水溶性碳氮比迅速下降，T1处理由初始的34.7降到5.02。李国学等［59］研究认为当堆肥腐熟时的水溶性C/N的比值处在4～6之间，T1在堆肥进行到第24天时比值已经降到5.67，比T2提前4d达到腐熟，然而CK处理在第33天时的比值为6.42，还没有达到腐熟标准，说明接种堆肥能加速堆肥的腐熟进程，多阶段接种堆肥能明显缩短堆肥的腐熟周期。
图3-5 堆肥过程中水溶性C/N的动态变化