文档介绍：堆肥过程中固氮作用对堆肥
含氮量的影响
李睿
(理学院应用化学系食品科学专业)
0 前言
随着社会的发展和人民生活水平的提高,我国城市垃圾的产量在大幅增加,自 1979 年
以来,我均以每年 9%的速度增长,少数城市的增长率高达 15~20%。城市垃圾
对大气、土壤、水体均可造成严重污染,严重威胁人民的身体健康。城市垃圾已成为一大公
害。
堆肥是目前广泛应用且能有效处理城市生活垃圾的方法之一。其实质就是利用微生物在
一定温度、湿度和 PH 值条件下,使城市有机废物发生生物化学降解,形成一种类似腐殖质
土壤的物质,用作肥料和改良土壤。堆肥化的产物称为堆肥。堆肥是一种深褐色、质地松散、
有泥土味的物质。这种物质的主要成分是腐殖质,其养料价值不高,是一种极好的土壤调节
剂和改良剂[2]。
城市生活垃圾在堆肥处理过程中往往会损耗大量的氮,使其含氮量大大降低。然而,氮
是农作物生长的三大要素之一,对提高农作物的产量具有重要的意义。有鉴于此,本实验尝
试在堆肥中加入固氮菌和纤维素分解菌,利用两者的互生作用(纤维素分解菌可将堆肥中的
一些枯枝、落叶、树皮、朽木等形成的有机物质分解成化学结构简单的物质,为固氮菌提供
碳源),来提高堆肥的含氮量,从而提高堆肥的肥效。

1 堆肥及固氮菌生物固氮原理的概述
堆肥化定义及其发展历史
堆肥化技术在世界上许多国家和地区得到了广泛的应用,却没有一个被大家一致接受的
定义。Haug、Diaz 等和 Augenstein 等的堆肥化定义都包含了好氧堆肥和厌氧堆肥,而在欧
盟,堆肥化仅限于好氧堆肥。不过,虽然各种堆肥的定义范围有所不同,但大家都认为堆肥
化是一种受控制的生物降解和转化过程,这是关键。
因此,我们可以定义:堆肥化就是依靠自然界广泛分布的细菌、放射菌、真菌等微生物,
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。
有机废物堆肥具有悠久的历史,中国《汜胜之书》、《齐民要术》等年代分别为约 BP2000
年、约 BP1500 年,不止“几个世纪”。公元前几世纪,农村中就将秸杆、落叶、野草和动
物粪便等堆积一起,使其发酵制作成肥料。但是,对堆肥技术进行科学的探讨始于 1920 年,英
国农学家艾·霍华德在印度发明了印多尔堆肥法,但又限于厌氧发酵。后来,贝盖洛尔建立了
以促进堆肥的好氧发酵为目的的贝盖洛尔堆肥法。随后,世界各地出现了许多不同的堆肥技
术,如:1932 年,荷兰 VAW 公司建立了改良印多尔法的范曼奈法工艺堆积厂。1933 年,在
丹麦出现了达诺堆肥工艺系统,在德国开发了巴登·巴登法。 1940 年,在美国出现了发酵日
期缩短为 1~3 月的厄普·托马斯法。托马斯法的问世,导致高速堆肥的迅速发展。从此,
世界各国对有机固体废弃物的堆肥化技术进行了系统的大规模的研究,并取得了很大的发
展。1985 年,法国有 5 个堆肥厂处理城市固体废物(MSW),处理量为 ×10 4t/a,占城
市固体废物处理量的 %,1992 年 11 月~1993 年 3 月间的调查表明,加拿大有 137 个堆
肥处理厂,年处理城市固体废物 ×104t。1992 年,德国有 100 个堆肥厂处理有机废物,
年处理量为 30×104t,预计到本世纪末,年处理量将达到 300×104t。目前,我国在上海、
杭州、无锡等地建立了具有一定处理能力和机械程度的高温好氧的堆肥实验工厂。

堆肥基本原理
在一定条件下,通过微生物的作用使生活废弃物中的可降解有机物发酵,并经腐熟而得到
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产品—堆肥。城市有机废物是堆肥微生物赖以生存、繁殖的物质条件。由于微生物生活时有
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不同的要求,可
以把有机废物堆肥处理法分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。前者在通气条件下藉好氧微生物活
动使有机物降解。由于好氧堆肥堆温高,一般在 50~60℃,极限可达 80~90℃,故亦成为
高温堆肥。后者是利用厌氧微生物堆肥。本实验堆肥处理采用的是好氧堆肥。
好氧堆肥是在有氧的条件下,藉好氧微生物(主要是好氧细菌)的作用来进行的。在堆
肥过程中,有机废物中的可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收,
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可溶性物质,再渗
入细胞。微生物通过自身的生命活动—氧化还原和生物合成过程,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合成新的
细胞物质,使微生物生长繁殖,产生更多的生物