碳是微生物能量的来源，是组成细胞蛋白质骨架、细胞多糖、荚膜和贮藏物质的原料。氮是组成细胞蛋白质、核酸等物质的重要成分。微生物组成元素的碳/氮比(C/N)为5～10，平均值为5～6。堆肥物质的C/N比除满足新生成微生物的需要外，还要为新微生物细胞质提供碳源能量，所以，C/N比一般控制在20～30。C/N比过大，堆肥反应的微生物增殖会由于氮的不足而受到限制，使有机质分解速度减小，堆肥时间增大，将影响堆肥成品质量；C/N比过小，氮过量，堆肥过程超过微生物的氮需求部分将被细菌转化为氨而损失掉，这不但影响环境，而且造成肥效成分氮的损失。操作中，合适的C/N比可以由高C/N比的物料掺和低C/N比的物料即通过拌料来实现。
6.粒度
堆肥原料粒径较小时，其空隙率减小，相对来说对氧的输送和扩散阻力较大，好氧微生物得不到充足的氧气，以致成为厌氧发酵，同时产生恶臭；堆肥原料粒径大时，生化反应的表面积较小而空隙率较大，相对来说供氧充足而生化反应的速度较小。因此，堆肥原料的合适粒径要综合垃圾破碎的能量消耗、好氧发酵速度和供氧条件的平衡。对脱水污泥等强度很差的物料等添加木屑和稻壳等分散剂，并用不断翻堆的方法使其破碎。堆肥原料的粒度一般控制在15～50毫米，价钱为900元/吨，堆肥中杂质较多使销路不畅。因此，原生混合垃圾不适宜进行堆肥处理。
一般来说，好氧堆肥技术对有机质的分解速度快，降解彻底，降解质的化学性质稳定，堆肥周期较短；好氧堆肥发酵温度较高，堆肥过程可以杀灭病原体、虫卵和植物种子，使处理达到无害化；好氧堆肥的环境条件较好，处理过程中产生的臭气较少，便于大规模生产。目前，好氧堆肥是一种广泛采用的技术。
六、破解术：厌氧发酵沼气化
随着生活垃圾中有机物含量的不断增加，近年来垃圾厌氧发酵沼气化技术在国内外得到重视。厌氧发酵主要用于处理不适宜燃烧的易腐性有机质，如厨余、蔬菜市场垃圾、生活化污池的污泥等。厌氧消化是在没有氧气存在的条件下，以废水或固体废弃物中的有机污染物为营养源，创造有利于微生物生长和繁殖的良好环境，利用微生物的异化分解和同化合成的生理功能，将酶分解后的一部分有机质作为还原剂被氧化，而另一部分有机质作为氧化剂被还原，使得这些有机污染物转化为甲烷、二氧化碳和氨等(代谢物)无机物质和微生物的细胞物质，从而达到消除污染、净化环境的目的。厌氧消化处理产生的气体称为沼气，沼气的主要成分是甲烷，厌氧消化可以使大部分有机质转变为沼气，厌氧消化能杀灭垃圾中的寄生虫卵和病原微生物，厌氧消化残液残渣是植物高营养的有机肥。
垃圾厌氧发酵过程一般分为三个阶段。
第一，水解水解即不溶于水的有机大分子如蛋白质、纤维素、淀粉和脂肪等在水解酶的作用下，使颗粒状的各种可见物分解成水溶性的小分子有机物如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖和甘油等形成均质的溶液，即发生了液化反应。发酵细菌中仅有一部分细菌种属具有分泌水解酶的功能，水解酶是一种胞外酶，因此水解过程是在细菌细胞的表面或周围介质中完成的。
第二，二次酸化水解产物被摄入细胞内，经过细胞内复杂的酶系统的催化转化，发生两次产酸过程。由于发酵细菌的种群不同，代谢产物也各不相同，代谢产物为无机的二氧化碳、氢气以及有机的“三甲一乙”(甲酸、甲醇、甲胺和乙酸)，可以被甲烷菌直接吸收利用，代谢产物为丙酸、丁酸、戊酸、乙醇和丙酮等的有机物不能被甲烷细菌直接利用，必须经过产氢产乙酸细菌的二次酸化生成甲烷菌可直接利用的氢气和乙酸。
第三，产气甲烷菌吸收二次酸化过程产生的直接可利用的代谢产物并转化为甲烷和二氧化碳。
（一）厌氧发酵工艺
垃圾厌氧发酵工艺按照有机质分解程度的不同可分为两大类，酸发酵和甲烷发酵。酸发酵是一种不完全的有机质厌氧降解过程，最终发酵产物主要是水溶性的简单有机酸和少量醇或酮等，为后续好氧生物处理准备易于氧化分解的有机基质，即酸发酵是一种生物预处理工序。甲烷发酵包括酸发酵和产甲烷两个阶段。以下厌氧发酵一般指甲烷发酵。
厌氧消化首先经过备料环节把垃圾破碎成接近2厘米左右的物料，对物料加热并保持一段时间灭菌，然后进入消化反应器，厌氧消化池保持一定的湿度、温度和酸碱度，并有回流搅拌，垃圾有机质被厌氧微生物充分分解，生产以甲烷为主的沼气，当垃圾的积累产气量达到产气潜力的99%时，沼气化结束。沼气是一种混合气体，其中甲烷占50%～60%，二氧化碳约为30%，其他气体一般有一氧化碳、氢气、硫化氢、氮气和极少量的氧气。发酵残余物流入沉淀池，沼气化完成以后，有机质中的绝大部分氮、磷、钾被保留在发酵残余物中，在沉淀池进行液固分离，固体残渣可以作为农作物的肥料进行有机质和氮素的合理循环或被填埋，液体一般用于调节有机质的含水率回流备料池。
厌氧发酵按照发酵时的温度分为常温发酵、中温发酵和高温发酵。常温发酵温度为22℃～24℃，中温发酵的温度为30℃～36℃，高温发酵的温度为50℃～53℃。常温发酵的周期最长，产沼气量最少；高温发酵的周期最短，而产沼气量最多，但需要耗能；中温发酵的周期和产沼气量介于前两者之间。
厌氧发酵是一种多种群、多层次的普遍存在于自然界的微生物过程，有些种群之间呈互营共生性。按照有机质逐级厌氧发酵的次序，细菌可分为三大类：水解发酵细菌，产氢产乙酸细菌，产甲烷细菌。此外，还存在一种能将一组无机质二氧化碳/氢气(CO2/H2)横向转换为另一种基质乙酸(CH3COOH)的细菌，称为同型产乙酸细菌。发酵基质不同，发酵菌的种群不同。在酸发酵过程中的微生物主要是发酵细菌，在甲烷发酵过程中的微生物主要是互营共生的产氢产乙酸细菌、同型产乙酸细菌和甲烷细菌等。发酵细菌的世代期短，繁殖周期为20～60分钟，甲烷菌的繁殖周期为4～6天，因此厌氧发酵的酸化阶段(水解和二次酸化)时间较短，产甲烷阶段时间较长。酸化阶段形成的酸性物质有可能抑制产甲烷菌的活性。国外研究有按酸化和产气两阶段分开来在不同的消化罐里进行，这样有利于提高发酵速率，但增加了系统的复杂性。试验表明，采用两个消化罐系统可以提高消化速度，但对甲烷的产量也有一定影响。国内目前的研究方法基本上是把酸化和产气两阶段都放在一个消化罐中，从而简化系统。
（二）厌氧发酵动力学
厌氧发酵由有机质降解过程和微生物的增长过程所组成。厌氧发酵以生产甲烷为目的，众多降解代谢产物中仅二氧化碳、氢气、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸等可被甲烷直接吸收利用而转化为甲烷和二氧化碳，其中72%的甲烷来自于乙酸的转化。因此，乙酸降解是甲烷形成过程的一个重要途径。
对于特定的微生物处理系统，其微生物的增长率与污泥处理负荷有关。如果微生物的倍增时间大于污泥的停留时间，则每天微生物的增长量小于随污泥排出的微生物量，其结果是污泥中的微生物总量减少，无法完成处理任务；如果微生物的倍增时间小于污泥的停留时间，则每天微生物的增长量大于随污泥排出的微生物量，其结果是污泥中的微生物总量增加，处理系统有多余的污泥量以备排出；如果微生物的倍增时间等于污泥的停留时间，即每天微生物的增长量等于随污泥排出的微生物量，从而保证了处理系统微生物总量的不变。
一般来说，厌氧发酵系统的微生物生长很慢，微生物倍增时间很长，因此，在新一代的高效处理装置中，为保证足够的污泥活性，都采用了一些延长污泥停留时间的措施。例如，发酵系统后设置沉淀池，以截留和回流污泥；在系统中挂膜介质，培养不易漂浮的颗粒污泥，并在出口端设立三相分离器等。
（三）厌氧发酵的生化反应
自然界的微生物营养物如大分子的淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质以及其水解产物等统称为基本营养型有机物。除基本营养型有机质外的烃类、酚类、腈类、农药和表面活性剂等有机物统称为非基本营养型有机质。基本营养型有机物广泛存在于生物残体、生物排泄物、生活污水和生活垃圾中，是造成需氧性环境污染的主要原因。基本营养型有机物易生物转化，即可生化性很好。
一般来说，发酵细菌所进行的生化反应受两方面因素的制约：一方面是基质(基本营养型有机物)的组成及浓度，另一方面是代谢产物的种类及其后续生化反应的进行情况。基质浓度大时，一般能加快生化反应的速率。基质组成不同时，有时会影响物质的流向，形成不同的代谢产物。代谢产物的积累一般会阻碍生化反应的顺利进行，特别是发酵产物中有氢气产生(如丁酸发酵)而又出现积累时。因此，保持发酵细菌与后续的产氢产乙酸细菌和甲烷细菌的平衡和协同代谢是至关重要的。
在厌氧条件下，只要营养要素(如氮、磷、钾等)的配比合适，环境条件(温度、pH值等)相宜，微生物就能很好地利用这些基质进行生长繁殖。代谢产物随参与的微生物种类不同和反应条件(如浓度、温度、pH值、氢分压等)的不同而有较大差异。基质中的主要元素碳、氢、氧、氮和磷等最终被组合成甲烷、二氧化碳、水、氨、硫化氢等。
七、破解术：生活垃圾热解
（一）生活垃圾热解原理
热解是一种吸热反应。生活垃圾热解技术就是在无氧参与的情况下，通过加热垃圾使其在适当的温度下进行热分解，从而将垃圾中的有机质转化成低分子量的气体、液体和炭黑等。热解气体一般由氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳和其他各种气体等组成，热解液体(热解油)由甲醇、乙醇、乙酸、丙酮、酒精和复合碳水化合物的液态焦油或油的化合物等组成。热解产物不含氧气和氮气，所以，热解产物的热值较高。一般来说，热解温度越高，热解产生的气态碳氢化合物比例越高，如温度为480℃～680℃时，热解的主要产物为混合烃、石脑油、重油、渣油等液态产物和蜡。温度超过680℃，热解的主要产物为混合燃料气，如氢气、甲烷和轻烃等。
热解技术根据主要产物的不同可以分为热解气化技术、热解液化技术和热解炭化技术。热解气化技术的主要回收产物为气体，热解液化技术的主要回收产物为液体，热解炭化技术的主要目的是得到碳素。
（二）垃圾热解动力学
生活垃圾成分复杂，且随季节和气候的变化而波动。生活垃圾按照热解特性可以分为可热解组分、不可热解组分和水分。可热解组分又可进一步分为废塑料、废皮革、废橡胶、废纸、瓜皮、化纤、杂草、厨余和落叶等。
（三）生活垃圾热解设备
生活垃圾热解技术从物理过程可以分为两个阶段：一个是垃圾的加热阶段，一个是垃圾热解产物的析出阶段。这两个阶段影响化学热解，为了加速化学热解和提高热解率，垃圾热解设备一般选择流化床反应器、回转窑反应器和移动床反应器等。现分述如下。
1.流化床热解反应器
流化床内热质交换强烈，床温均匀且易于控制，非常适宜生活垃圾的热解。与煤的热解过程一样，生活垃圾的热裂解是一种吸热反应，因此，垃圾热解流化床需要载热体。
它由垃圾的热解鼓泡床和载热体的加热循环流化床组成双流化床热解反应系统。双流化床热解反应器一般选择惰性粒子，如以沙粒为载热体。在鼓泡床内，载热体为垃圾热解提供热量；在循环流化床内，载热体完成吸热和升温过程，循环流化床的燃料可以为垃圾热解含碳残渣、垃圾热解气或煤炭。
在垃圾热解鼓泡床内，常以水蒸气、氮气或不凝结性热解气作为流化气体，在流化气体作用下，生活垃圾与载热体沙粒之间进行强烈的传热传质，具有非常高的加热速率，垃圾温升率可达103开/秒的数量级，垃圾迅速完成加热、蒸发，并快速热裂解。载热体降温以后通过物料控制系统被送入循环流化床，在载热体加热循环流化床内，载热体完成吸热过程，载热体被加热到一定温度时，通过循环流化床的分离器、立管和回料器又返回垃圾热解鼓泡床内，如此周而复始形成载热体的自动循环。载热体温度根据热解反应需要，由载热体加热循环流化床自动调节。载热体的吸热量和流率大小由鼓泡床的物料回送装置控制。热解组分的停留时间由鼓泡床的流化速度和高度决定。热解组分中的碳素由鼓泡床旋风子收集。去除固体粒子的热解组分再由冷凝系统分离出液体和不凝结性气体，不凝结性热解气可以作为鼓泡床的流化气体，多余不凝结性热解气和碳素可以作为载热体加热循环流化床的燃料。循环流化床的高温烟气被余热锅炉回收热量后，低温烟气排放大气。
2.回转窑热解反应器
回转窑热解反应器的重要部件是回转窑，回转窑为圆形筒体，低速旋转，回转体一端进料，垃圾由第一进料门进入封闭料斗，当第一进料门关闭后，第二进料门打开密封料斗使垃圾进入螺旋输送器的进料斗，垃圾由螺旋输送器送入回转窑，回转体外套加热炉将热量通过辐射传递给回转窑的圆形筒体，在回转窑内，回转体的热量再通过辐射传递给垃圾，垃圾在热解的同时，一边随回转体旋转而旋转，一边沿向后倾斜的回转体从进料前端向回转体后端移动，热解挥发后与垃圾呈逆流由窑内排出，垃圾的残留固形物和碳素等在回转体的后端由螺旋出渣机经密封门排出。
3.移动床式热解反应器
垃圾经过滑槽由垂直分解炉的上部投入，废物本身起密封作用，隔绝空气，并在自重作用下向下移动，同时被由外界传入的热量间接地加热，在垂直分解炉的上部，垃圾被干燥，水分蒸发，在200℃～500℃的中部，垃圾中的可燃组分分解，在500℃～800℃的下部，前一阶段的热解炭渣和水蒸气发生水煤气反应，最后热解气体和水煤气与残渣在分解炉的底部分离，富含氢气、一氧化碳、甲烷等的垃圾燃气由管道引出，残渣落入水封槽，由捞渣机排出炉外。
