CN1104400C - 改进的堆肥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堆肥系统，系统包括用于放置可堆肥材料(2)的一块区域(1)；位于这个区域中的可堆肥材料(2)；防风雨的覆盖物或结构(7)，覆盖物或结构最好与可堆肥材料(2)贴合并覆盖在可堆肥材料上。覆盖物或结构(7)限定着堆肥发生的环境，该环境条件被控制用来加速堆肥过程。

Description

改进的堆肥系统
本发明涉及用于以环境可承受的方式处理有机废物的堆肥系统。
每天都有大量的城市家庭固体垃圾产生。在澳大利亚，产生的所有的城市家庭固体垃圾约有50-55％包括食物垃圾和庭园垃圾。垃圾的其他组分包括纸张(20％)、塑料(6％)、玻璃(10％)、金属(5-7％)和其他无机物(10-15％)。其中有机成分对环境的影响非常不利，并可能有害。
不利的结果来自大体积的有机物垃圾，它会占据50-70％的垃圾掩埋空间。由于垃圾会腐烂，因此它会成为致病生物的潜在来源。大体积的温室气体，例如二氧化碳和甲烷，在没有控制的分解作用时释放出来。最后，分解的有机物明显地产生臭气，吸引害虫，并通过溶解作用以及作为无机污染物如重金属的载体而成为导致地下水污染的主要原因。在有些情况下，这样的污染会使得地下水不适于安全使用。
因此，任何垃圾整体管理战略中的一个主要问题是要对有机物垃圾进行适当并有效的处理。目前填埋有机垃圾的手段正在迅速变为不适当的垃圾处理手段，并且从长远角度出发是不能持久实施下去的。
填埋会耗用大面积的土地，导致土地价值降低，并受到当地居民的强烈反对。因此，在主要的大城市中，作为垃圾处理唯一办法的填埋法正迅速消失。在住房密度较低的城市中，由于合适的填埋场地只有在离垃圾产生中心很远时才是可行的，因此运输成本又成为限制因素。
但有机垃圾有相当大的潜力，可通过堆肥而稳定化成为资源。它富含有机物，并含有营养成分如氮(2％)、磷(0.5-0.7％)、钾(0.7-1.7％)和微量元素。
堆肥是多种微生物利用氧气分解有机物的过程。该过程适于处理纤维垃圾(如绿色有机物)和易腐烂垃圾如食物垃圾、污泥、工业及商业有机废物。堆肥的优点是可将垃圾的体积减少30-40％。此外，堆肥产品作为土壤调节剂非常有利。
典型的堆肥过程可以包括四个阶段。每个阶段根据不同代的细菌、真菌、原生动物和放线菌的活性来确定。在每个阶段中，微生物利用垃圾中原有的有机化合物以及前一代的新陈代谢副产物作为营养和能量来源。因此，有机物分解直至形成稳定的腐殖土。
首先培育或中温阶段维持约24小时，此时中温堆肥生物如细菌、放线菌和真菌迅速侵入有机物。这些生物在25-45℃的温度下迅速繁殖。在此阶段，中温生物依赖在有机垃圾中容易吸收的物质(例如糖、可溶性蛋白质、淀粉和有机酸)而生长。
生物的高的新陈代谢活性以及其导致的放热分解过程，加上堆肥物的绝热性质，使得温度升高。温度升高对耐热产孢子细菌是很有利的。这些细菌的活性将过程转变为高温阶段。
在高温阶段时，有机物迅速分解。在堆肥物的核心部分温度可以达到70℃。这是不希望的，因为在该温度下大多数参与过程的微生物，包括一些耐热微生物，将被杀死。这会大大地降低有机物的分解速度。大约45-50℃是最适宜的，通常病原体的破坏需要超过55℃，因此55℃被认为是协调这些因素的高温阶段最佳温度，在该温度下分解速度最高。这些温度有助于加速过程并除去物料中的病原体、杂草种子和引起植物疾病的因素。这一温度或低于这一温度将使得长链聚合物、纤维素和木质素的主要分解者真菌和放线菌生长。在该阶段所需的氧气量是很高的，所以需要通风。该阶段视通风和底物的情况持续2-3周。
当剩下的放热有机底物不足以维持高温时，冷却阶段开始。因此，水分蒸发和热传递使得温度降低。如果温度降低到低于45℃，则中温细菌和其他生物将重新侵入新鲜的堆肥物中。这一阶段可持续几天。
为使新鲜堆肥物的毒性降低至能被植物有效利用的水平，成熟或稳定阶段是需要的。在这一阶段，真菌、原生动物和放线菌的活性是最高的，而细菌活性缓慢降低。在该阶段中，大聚合物如木质素和纤维素被分解，并且增湿过程开始。放线菌的活性产生化合物“土臭霉素”，它为成熟的堆肥物提供了新鲜的泥土香味。三或四周对于完成这一阶段来说是足够的。
本发明的一个目的是提供一个堆肥系统，它可使堆肥过程的各阶段在最有利于需氧微生物分解有机底物的条件下有效地完成。
根据这一目的，本发明提供了一个堆肥系统，它包括一块放置可堆肥材料的区域；位于该区域的可堆肥材料；该区域和用于该区域的限定进行堆肥过程的环境的防风雨覆盖物或结构，被控制用来优化堆肥过程的环境条件。
具体地说，最好将防风雨覆盖物固定乃至合适地密封起来，防止水或其他对有效堆肥有害的环境影响，尤其是气候的影响(如过度干燥)侵入。也要防止害虫和体外寄生虫的进入。可弯曲的或组装式的覆盖物，尤其是与待堆肥材料体积贴合的覆盖物是较佳的。其空间体积基本上由要处理的可堆肥材料决定。
在这方面，本发明是基于发现堆肥过程与许多变量有关，对这些变量进行控制可保证堆肥过程更为有效。而且，覆盖物可防止臭气的外逸、水分的侵入和沥滤液的产生。在露天空气堆肥系统中，如与天气条件密切相关的长堆堆肥系统和静止堆强制性通风堆肥系统中，沥滤液的产生特别是个问题。当降雨量很大时，水可能流经堆肥长堆，将营养物和可溶性有机物从堆肥物中沥滤出来。产生的沥滤液通常在排入地表水或地下水前要进行处理，而且堆肥物的质量也下降了。
对于第一个例子，通风的控制对于进行堆肥过程是很重要的。通风能提供氧气，用以维持加速堆肥的需氧生物。在静止堆中，氧气含量可降低至低于1％(体积)，二氧化碳的含量可达到20％(体积)。这些含量对堆肥过程有抑制作用。
因此，堆肥系统中应包括用来使可堆肥材料通风的通风设备。通风设备可提供可变化又可控制的循环流程空气和新鲜空气的比例，来维持可堆肥材料水分处于所需水平，从而防止堆肥物变干燥，而且通风设备还可为堆肥材料提供10-18％(体积)的氧气含量。
还需要对可堆肥材料中的二氧化碳含量进行控制。在这一方面，可以控制空气流，使二氧化碳含量保持低于10％(体积)。
在这方面，O2和CO2含量是相互关联的，总共达21％。因此，如果氧气是15％，则二氧化碳为6％。
因此，本发明堆肥系统可有利地包括维持合适水分含量的设备。在这方面，可将使用过的过程空气或氧气循环通过可堆肥材料，以形成湿空气流来维持材料中的水分处于所需含量，以及使二氧化碳含量约为15％(体积)。循环空气的使用或通过其它方式进行通风也有助于材料中各处的水分含量均匀，而避免了对堆肥有反作用的干燥部位分层或形成。然后可用鼓风机或其它空气压缩设备来引入新鲜空气，维持循环空气与新鲜空气的比例，从而足以维持所需的氧气和二氧化碳含量。也可以在任何时候引入新鲜空气或氧气来维持所需的循环空气与新鲜空气之比和/或二氧化碳浓度。
这个比例可根据检测到的氧气或二氧化碳含量来维持在所需水平，但也可按堆肥过程其它的变量(如可堆肥材料核心的温度)来控制。为此，可提供合适的传感器，而堆肥系统可由微处理机或类似装置来控制。
当覆盖物中所含的暖湿空气与新鲜空气混合并通过鼓风机或类似装置循环时，进入堆肥物长堆核心的空气的温度和水分含量就会增加，从而防止变干和/或过早冷却。
防风雨覆盖物的边缘可用低成本的密封手段如沙袋、土壤、水沟、梁杆或其它手段来密封。重要的是，密封能够有效控制防风雨覆盖物内的小环境。系统空间可能是有限的。此时理想的是将系统设计成能排除气候对堆肥过程的影响，主要是干燥和过多降雨量的影响，这些影响会使水分过多，产生沥滤液，或者产生会使堆肥物变干而微生物活性停止的干热条件。系统也最好是灵活可调节的，以适应待处理材料的不同，而密封方式可根据这些来选择。
气候影响的一个明显表现是降雨。降雨对堆肥过程有显著干扰，因为可堆肥材料中的水分含量是一个重要的过程参数。尽管堆肥微生物需要大约40％的最小水分含量来避免活性降低，但是水分含量超过约60％将导致厌氧条件的产生，从而将堆肥过程变为发酵(腐烂)过程。当底物孔隙中的水充满至一定程度而减弱了有效通风时，这种情况就将产生。而且，过多的水是沥滤液产生的一个原因，而这对环境是不利的，例如，产生贱金属污染和营养物未控制的损失进入环境。因此，理想的防风雨覆盖物应用一种能防止水分由于下雨而侵入堆肥系统，并防止由于炽热天气干燥水分过量损失(尤其在边缘部位)的材料。理想的是，覆盖物材料应有利于用过的湿空气和新鲜干空气的收集。
另外，温度也是重要的。堆肥过程包括一个高温阶段，而环境温度的下降会影响这个阶段。因此覆盖物应是一种可防止环境空气侵入可堆肥材料并防止臭气逸出的材料。如果需要，可加入补充的新鲜空气，将环境温度的影响降低到最低程度。
本发明的一般系统通过控制的通风和排除水分，可使得堆肥物在足够高的温度下(有一些标准规定为55℃或更高)放置足够长的时间(几天，通常是三天)，从而杀死材料或生物固体中的病原生物。
植物和人的病原体是许多类型有机垃圾所固有的。为尽量减少对公众健康和植物群，即农作物的危害，通常必须对这些垃圾进行处理，基本上完全杀死其中的病原体。
空气循环通过可堆肥材料有助于避免在堆积物的底部或长堆四周形成低温区，在这些部位热量会过多地散失进入大气，并且隔热也差，以致防碍温度达到高温水平。在露天长堆的四周，堆肥材料也会变干。
ARMCANZ指南(见澳大利亚和新西兰农业和资源管理协会水技术委员会，污水系统指南-生物固体管理不定期论文WTC No 1/95 1995年10月)指出，A类堆肥物含有最高病原体浓度为每克堆肥物有100个耐热大肠杆菌，与该指南相比，本发明系统的产物堆肥物中通常每克堆肥物总共含有的大肠杆菌少于10个。
通常，可堆肥材料在过程中可翻转一次(通常在约每隔8周)，也可以更频繁地进行翻转。然而，经常翻转是不适宜的，因为劳动成本和设备成本将会增加，因此这不是本发明较佳实施例的一个方面。
另一方面，本发明提供了一种堆肥方法，方法包括将大量可堆肥材料输送至可以放置可堆肥材料的区域；
具有防风雨覆盖物或结构的区域限定了发生堆肥的空间，此空间中环境的条件要加以控制用以促进堆肥过程，
本发明的堆肥系统和方法具有许多优点。首先，系统对臭气可予控制，防风雨覆盖物(最好是可弯曲的)覆盖在包括生物固体的可堆肥材料上，形成“气球”而防止了臭气的散逸。循环空气可通过作为生物过滤器的堆肥物来除去臭气，而要排出的过量空气可经过一生物过滤器来基本上完全除去其臭气。沥滤液的生成量不大，而且是包含在堆肥物中，不会释放到周围环境中，至少不会以未处理的形式释放。此外，“气球”形成了均匀且可控制的有利于有效堆肥的小环境，对水分含量和病原体的控制可使得例如堆肥速度更快。另外，系统的各种成分可在大多数地区低价获得，因此本系统的优点是成本很低。当系统从一处移到另一处时，这种低成本也提供了设备迁移需用资金较少的优点。
从下列根据附图进行的非限制性例子的描述，可以更充分了解本发明，其中：
图1是本发明一个例子的堆肥系统的截面图；
图2是图1例子的堆肥系统的平面图；
图3是本发明一个实施例建立的系统中某一区域的温度曲线；和
图4是本发明堆肥系统第二个较佳实施例的截面图。
现在参看图1，它显示了堆肥系统的截面，该堆肥系统包括一个区域即基面1，其上堆积着可堆肥材料2。可堆肥材料包括有机垃圾(例如来自家庭的)、生物固体，但是也可以是来自其它来源(如屠宰场)的垃圾。需要用适当的步骤，例如用包括机械分类机、空气分选机、磁性传送带等的系统，将有机垃圾或绿色垃圾从含有纸张、玻璃、金属、塑料和其它废弃物的混合固体中分离出来。材料可能需要通过切碎或其它形式的粉碎，例如在磨机(通常是锤磨机)中，来减小颗粒大小，从而获得结构空隙结构和比表面积方面都适当的粒径。
在处理开始前也可进行重金属的可接受性分析。如果需要的话，可根据澳大利亚专利No.561703申请人的方法加入重金属吸附剂如铝土矿处理残渣，该专利内容结合参考入本文。非有机垃圾在垃圾总量中可占10-20％。如果需要，可将任何易腐烂的垃圾运送到区域1，作为有机绿色垃圾的调理剂。通过控制可堆肥材料2的水分含量可防止过多液体从材料中排出。任何过多的过程水在覆盖物7内浓缩，通过排放沟渠3或类似设施侧向流出加以收集。这些有效蒸馏的水可收集在一收集地槽或类似装置中，最好用来对任何流入过程的空气进行增湿。
区域1是一个固体基面，该基面用例如水泥、砖块、压实的石灰石或其它可能不透水的材料制成，它为可堆肥材料2提供一个全天候的工作表面，并理想地能与气候环境适当隔绝。然而，当产生的沥滤液量不多时，基面不必是不透水的。基面可以是组装而可移动的，也可以使材料2与周围地面隔绝，以有利地避免在材料底部产生低温区。在这些低温区不能如希望的那样进行堆肥过程，且病原体残留水平很高。实际上，比较均匀的温度使堆肥能够进行，并能使大部分材料进入高温阶段，从而使全体病原体被杀死。基面与覆盖物7一起构成了堆肥的空间，该空间的体积应足以使可堆肥材料进行有效的堆肥，而且覆盖物7与可堆肥材料通常非常靠近。其中无堆肥材料空间的体积不可很大，因为这将对堆肥过程的控制不利。
在材料2的底部有一个空气入口或通风沟渠3，它形成了对材料2进行通风装置的一部分。空气用一台抽风机4(图2的平面图中所示)循环通过沟渠3。沟渠3的截面大致呈矩形，但是抽元需限于矩形的几何形状。几何形状也可以是半圆形，卵形或其它任何方便的几何形状。沟渠3还可用直接位于材料表面下面的另一种通风设施来代替，例如该通风设施可以是小沟或带孔的管子。可以在地平面之上或之下采用若干个沟渠或管子。
在沟渠3的顶部是一块栅板5，该栅板可用金属网制成。理想地，金属网的材料用抗腐蚀的金属如不锈钢，用以防止受到来自材料2的湿空气的腐蚀作用。
栅板5有两个目的。第一，栅板格5可防止可堆肥材料落入沟渠3中，因为这会阻碍供应给可堆肥材料的空气流通而使通风效率下降。另外，栅板5的孔眼对空气流有分散作用，能更好地对可堆肥材料进行通风。沟渠3或其它有相同功能的设施也可用作凝结水的回收装置，供对流入过程的空气进行增湿之用。
在区域1的边缘处是一圈沟槽6，它限定了用来放置可堆肥材料区域的周边。沟槽6可收集雨水，使水改向而离开堆肥系统，因此它为覆盖可堆肥材料2的防风雨覆盖物7方便地提供了对水的密封作用。雨水从覆盖物7上面流下，流入沟槽6中，然后流入普通的暴雨排水系统。
从图1中可见，可堆肥材料2形成一个纵向大致三角形的堆，覆盖物7(可弯曲的成本低材料)与堆贴合，在覆盖物7以下形成一个在其中可发生堆肥过程的小环境。
覆盖物7宜用价廉的防风雨材料，如纺织的或薄膜形式的高密度聚乙烯(HDPE)或PVC，但也可用其它聚合物，只要防水耐用，并能防止体外寄生虫和昆虫进入以及雨水的流入(这将使沥滤液流到区域1周围的地面11上)。覆盖物7也能防止不希望有的材料和化学物质如杂草种子和杀虫剂对堆肥物进行沾污。它应足够牢固，能低抗其它气候影响(如多风和干燥条件，这些条件会使堆肥材料变干，使堆肥速度降低至不能接受的水平)。理想地是，覆盖物7可以是不透气的材料，能防止空气侵入并防止臭气(由堆肥过程中产生的挥发性有机化合物和氨气引起)和水分的逸出。覆盖物7可制成具有足以适应不同可堆肥材料重量和体积的面积，为了这个目的，在区域的边缘8处可适当折叠以获得所需的面积。为适合不同体积的可堆肥材料，覆盖物是柔软的或是组装的，可增强这个优点。覆盖物7本身可有密封装置，例如前面所述的水沟。
覆盖物的边缘8用覆盖物边缘8上的水沟9密封，用以防止水的侵入和臭气逸出，为了后一个目的，最好形成不透气的密封。体积应能施加足够的力来维持密封，但是当然也可采用其它方式来密封。例如可将足够重的物体如梁、棒、沙袋或泥土放在沟槽6上获得相同的效果。或者，密封还可通过用一些带子在覆盖物7表面上绷住延伸进行固定和密封来实现。简单的密封方法应能有效地使堆肥空间与不同体积的可堆肥材料配合，从而实现系统的可变通性。
通风过程由空气循环管道10来完成，管道10在抽风机4的作用下，通过抽吸将用过的过程空气抽离可堆肥材料2。管道10可以是简单穿孔的或农业用管道，它收集过程空气并将空气重新循环进入抽风机4，在图1所示的较佳实施例中，管道的大部分沿堆肥物底部的边缘(有一条管道显示在图2的平面图中)装设，管道接收在抽风机4作用下离开可堆肥材料2的循环空气。或者，如图4所示，循环管道10的一大部分装在系统顶部，该可弯曲的管道被覆盖物7的桥接部分7a和7b用适当的装置固定之。
现在转到图2中所示的堆肥系统的平面图，可以看到空气入口沟渠3沿可堆肥材料2基面的纵向延伸，最好基本上延伸其整个长度。
空气通过空气循环管道10返回抽风机4，在抽风机上游可装有一个水分、氧气或二氧化碳浓度传感器11用来检测一种或多种气体的浓度。根据检测到的气体浓度，可设置一个阀门或抽风机技术中人们所知的其它装置，手动或自动地调节新鲜空气的量经抽风机4进入空气入口沟渠3，通过抽风机和调节装置来控制循环空气和新鲜空气的合适比例，可达到所需含量的水分、氧气和二氧化碳。如果用阀门，可以是电磁型的或空气系统工程技术人员所了解的其它合适类型的阀门。循环/新鲜空气混合物通过管道13进入空气人口沟渠3。管道13可以是任何方便的塑料材料，如PVC。新鲜空气的加入有助于维持较佳的堆肥条件。为维持新鲜空气和循环空气平衡而排出的空气可进行处理，例如用合适的生物过滤器，来除去形成臭气的化合物。
可堆肥材料2的通风速度也可根据温度来控制，温度由位于系统中所需位置的温度传感器测得。装设温度传感器的最有利部位是在空气入口、可堆肥材料2的核心和表面区域的位置。在这些位置的温度一般反映堆肥过程的效率。
用过的过程空气循环在减少臭气方面起着重要的作用，因为引起臭气的化合物通常被可堆肥材料所吸附，可堆肥材料可作为循环后的生物过滤器之用。
系统可包括一个上面有覆盖的原料储存区域，用于材料在放入系统以前先在此存放等待预处理和调节，来自该区域的空气可用抽风机4从该区域中抽出，用于长堆通风或者另行处理除去臭气。因此来自原料储存区域的潜在臭气可排入系统中，这就进一步有助于臭气散发的控制。
系统可方便地进行手动控制或自动控制(例如电子控制单元的控制)。为了这个目的需要一个计算机控制系统。根据测定的变量，如温度、O2浓度、CO2浓度、水分含量，抽风机可以在所需的循环空气与新鲜空气比例条件下操作，从而按微生物活性来维持最优的堆肥条件，且堆肥的进行只需很少的人为干涉。
堆肥应持续足够长的时间，以减少未成熟堆肥物中的由新陈代谢中间产物引起的植物毒性和高含量的氨气。理想的是，每吨垃圾的堆肥应进行至少三周，八周更佳。
系统所具有的特点使得稳定的堆肥过程能在控制的条件下进行。从环境和商业的观点出发，最终产物是更加可以接受的，而且可以较低的成本，经较短的处理时间即可获得。
当大量垃圾介质需要在臭气散发和沥滤液排放应受抑制的环境中处理时，本发明是特别有利的。因此，居住区如城市是本发明的典型应用区域。
现在结合一个具体较佳实施例，来描述按上述本发明的系统和方法来操作的系统。在这个例子中，评价了系统在处理绿色垃圾和生物固体，特别是污泥(厌氧消化初级污泥，通常不在堆肥中处理)的混合物方面的效果。
过程热量分配
ARMCANZ指南(见澳大利亚和新西兰农业和资源管理协会水技术委员会，污水系统指南-生物固体管理不定期论文WTC No 1/95 1995年10月)要求堆肥在高温(＞55℃)下至少能连续进行三天来产生1A级堆肥物。采用本发明系统和方法的长堆堆积(包括在长堆的表面)可满足ARMCANZ的1A级堆肥需求。图3显示的是在长堆表面和堆中不同深度的温度曲线。在以前的实践中发现，在露天的长堆堆肥系统中，表面温度太低(接近室温，在15-30℃)，难以满足指南的这些需求。因此，可以认为本发明的系统由于采用了可弯曲的覆盖物，就能使长堆和气候条件的影响隔绝，从而防止热损失，虽然这个想法无需与任何理论结合。覆盖物的材料可根据这一点来选择。这种覆盖物也可吸收太阳辐射从而有助于加热长堆的表面。发现在堆肥时，长堆表面温度可达到70℃，这是本发明的一个特别的优点。通常存在着含有滞留空气的空气层和酸来隔绝堆肥物。
通过将“高温”添加物如木屑或废水浮渣加入堆肥物，可延长堆肥的高温阶段。无需与任何理论结合来说明，浮渣、谷壳或能比木屑提供更多能量(每摩尔碳)的材料都可用作较佳的改良剂，但是也可使用木屑。浮渣中的脂类含量是提供较高能量输出的因素。
应当注意，在已有技术已知的强制性通风堆肥系统中，长堆核心中通常发生过量的蒸发冷却，从而不能满足上述指南的要求。在本发明中，这个问题可通过用计算机控制系统调节通风来减轻，从而满足了堆肥通风的需求而无过多的冷却。而且，将水分和温和的长堆排气重新循环返回到系统中，可进一步减少蒸发冷却。
病原体含量
发现采用本发明的系统后，在由生物固体/绿色垃圾组成的堆肥物中，病原体的含量符合上述指南中的最高标准的堆肥物，即1A级堆肥物。MPN＜2只是受所用方法检测极限的限制。因此，发现本系统的产物堆肥物是适合于非限制性分配的。在一个露天的长堆系统中，当消过毒的材料与病原体侵染的表面材料混合翻转或者将消过毒的材料由长堆内部转移到表面之时或之后，从而令材料暴露在载体如害虫和体外寄生虫下，长堆内部的消过毒的材料会重新受病原体侵染。
                表1
最终生物固体堆肥物(82天后)中的
病原体含量与1A级生物固体的比较
    病原体     1A级(MPN)     1B级(MPN)     ADPS堆肥物中的病原体(MPN)样品位置1    2    3    4
沙门菌属(每50克)     ＜1     ＜10    ＜2   ＜2  ＜2  ＜2
耐热大肠杆菌(每克)     ＜100     ＜1000     43    23   9   ＜3
NB1＝表面；2＝表面；3＝距表面1m以下；4＝距表面15cm以下
从表1可看出，产物堆肥物符合ARMCANZ指南的1A级堆肥物。
沥滤液的产生
本发明的系统旨在防止堆肥过程中沥滤液的产生。这是本系统的一个优点。现在测试直接位于长堆下方土壤中的沥滤液。用氨气氮(发现它在长堆物中有较高浓度)作为表征沥滤的示踪物。与环境土壤中的含量为1至2ppm相比，长堆材料的1/5(w/v)水抽提物中(堆肥物)的氨气氮浓度是28ppm。在长堆地表面以下15cm处土壤的氨气氮含量与环境土壤中的含量一致，即在1至2ppm。因此，在实验中发现氨气氮并未从长堆堆肥物中进入土壤中(因此沥滤液未进入)，即未发现沥滤液的渗透，这是很有利的。
臭气
臭气是定性测定的，在堆肥地方的人只闻到稍微有一点气味，这种气味被描述为“甜”的堆肥物气味。没有人指出发出的气味象纯的未处理生物固体的气味那样难闻。可弯曲的塑料覆盖物提供了防止臭气散发的密封，否则臭气气味会较大，这是本系统的优点。
通用的堆肥物质量
堆肥物的质量对于其市场可销售性，尤其是作为土壤的市场可销售性是非常重要的。本发明堆肥产品符合Stanards Australia Draft Standard DR 95301。表2中显示了实验中生产的堆肥物的质量参数。
                 表2
生物固体/绿色垃圾混合物的通用堆肥物参数
    参数     最初的物质     最终产品(8周)
    总有机碳，％     31.1     28.7
    总有机氮，％     1.67     1.95
    碳氮比     18.6     14.7
    总磷     0.61     0.72
    缓冲性，％CaCO3     16.7     21.1
    灰分，％     40.1     50.7
    咸度(以ms表示的导电性)     2.37     2.46
    pH     7.6     6.7
通常和堆肥过程对氮和磷具有浓缩作用，因而提高材料的质量。在堆肥后，C/N比一般适合于土地用途。堆肥通常提高了灰分含量，因为堆肥可除去可能促进病原体重新生长的易腐烂有机物。发现堆肥物的导电性(咸度)和pH对于土地用途是理想的。
应当理解，在不脱离本发明范围的条件下，可对上述堆肥系统作一些改进。
具体地说，系统不需完全象上述的那样进行控制。而且，系统所占的区域可以是矩形以外的区域。
在进行循环前，可对空气处理除去其臭气，例如用一种吸附剂来处理，如果可堆肥材料本身的吸附容量不够的话。
另外，一个大规模的装置可包括若干个最好是平行的覆盖长堆，其空气循环可由一个总体控制系统来控制。

Claims (25)

1.一种堆肥系统，包括
a)一块具有基面的区域，用于在单阶段堆肥操作中放置和处理可堆肥材料；
b)在使用时位于该区域的可堆肥材料；
c)一可移去的覆盖物，该覆盖物与可堆肥材料贴合且可固定在基面上，从而与基面一起限定可控制的堆肥环境；
d)用于将该覆盖物固定在基面上形成所述堆肥环境的装置；
e)用于将含氧气体强制吹过该密封堆肥环境的通风设备；该通风设备包括抽风机、用于将潮湿的含氧气体引入该堆肥环境的气体入口、和用于从该堆肥环境收集潮湿的使用过的过程气体的气体出口装置；和
f)用于控制堆肥过程中通风设备操作的控制单元，其特征在于，一部分再循环至该堆肥环境的使用过的过程气体加上一部分新鲜的含氧气体与该部分新鲜含氧气体之比例，根据该堆肥环境的测定变量加以控制以控制氧浓度，而该堆肥材料的水分含量根据测定该测定变量时所述堆肥材料发生的堆肥过程阶段加以控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该堆肥环境的测定变量是再循环至该堆肥环境的使用过的过程气体部分的测定变量。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该测定变量是用传感器测量的、选自下组的测定变量：氧浓度、二氧化碳浓度、温度、水分含量，及其组合。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该通风设备位于地平面下方的四周。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该通风设备位于基面中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该覆盖物的边缘限定着放置可堆肥材料区域的周边，边缘被密封起来防止水的侵入。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括二氧化碳控制装置。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括一覆盖着的原料储存区域，其排气用来为所述可堆肥材料的通风提供空气。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述通风设备用于提供潮湿的过程空气通过所述堆肥环境。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括循环管道和相通的抽风机，从而使使用过的过程气体用循环管道来回收并返回抽风机中。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述循环管道的一大部分位于所述可堆肥材料上方，所述覆盖物的顶部。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，循环管道的大部分沿所述可堆肥材料的底部边缘装设。
13.一种操作权利要求1至6中任一权利所述系统的方法，包括将一定量可堆肥材料输送至用于放置可堆肥材料的区域，该区域和用于所述区域的防风雨覆盖物或结构一起界定了进行堆肥过程的环境，其特征在于，用控制单元控制通风设备的操作，其中所述的一部分再循环至该堆肥环境的使用过的过程气体与该部分新鲜含氧气体之比例根据该堆肥环境的测定变量加以控制来控制氧浓度，并且该堆肥材料的水分含量根据测定该测定变量时所述堆肥材料发生的堆肥过程阶段加以控制，从而加速堆肥过程。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述可堆肥材料的水分在控制的范围内。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述通风设备提供潮湿的过程空气通过所述环境。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，通风设备输送的潮湿过程空气流中加入了新鲜空气。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，空气在经处理除去臭气后通过系统排出。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用该环境内产生的过程水来控制所述通风设备输送的空气中的水分含量。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述环境中基本上充满了可堆肥材料，且在材料和覆盖物间有一层绝缘性的空气。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的可堆肥材料是城市废物的有机部分。
21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，使用过的过程空气用循环管道来回收并返回抽风机中。
22.一种在单阶段堆肥操作中使可堆肥材料堆肥的方法，包括：
a)在一开放区域形成一可堆肥材料，该区域具有用于放置该处理的基面；
b)使可移去的覆盖物与可堆肥材料贴合，从而在将可移去的覆盖物固定于基面后与基面一起限定密封的堆肥环境；
c)将该覆盖物固定在基面上，形成所述堆肥环境；
d)用通风设备将含氧气体强制吹过该密封堆肥；
e)用控制单元控制通过该密封堆肥环境的所述含氧气体流，所述控制单元在堆肥过程中控制通风设备的操作，
其特征在于，一部分再循环至该堆肥环境的使用过的过程气体加上一部分新鲜的含氧气体与该部分新鲜含氧气体之比例，根据该堆肥环境的测定变量加以控制以控制氧浓度，而该堆肥材料的水分含量根据测定该测定变量时所述堆肥材料发生的堆肥过程阶段加以控制。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，加入吸附剂作为所述可堆肥材料的改良剂。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述的吸收剂是铝土矿处理残渣。
25.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述的可堆肥材料是城市废物的有机部分。
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