引言我国农业有机废弃物产生量现居世界首位，年禽畜粪污与农作物秸秆累计产生量超过48亿t[1]。而废物管理不当除了危害人类健康外[2]，还造成水体及大气污染[3]，好氧堆肥技术是较为合适的处理手段。好氧堆肥（高温堆肥）技术在多种微生物群落的协同作用下，农业有机废弃物被转化分解，重金属类被吸附及转化为更稳定的络合态或螯合态[4-6]，并产生有机肥。有机肥成分全面，含有丰富的纤维素、腐殖质及多糖等养分，不但能回田作为农业辅助肥料，减少传统化肥的施用，还可以保蓄土壤养分，提高农作物质量[7]。而有机质矿化反应慢导致传统堆肥周期长，并且过程中易排放臭气以及堆体可能含有一些耐高温的病原体具有潜在危害性。对以上问题进行分析总结，影响堆肥进程的因素包括：堆体原料；堆肥进程温度的调节；整个堆肥过程氧气流量控制。堆肥进程的每个阶段，各种微生物都有各自的适宜温度，同时他们的活动需要氧气，以便抑制厌氧菌发挥作用，减少臭气的排放，因此必须对这些微生物进行良好的监控与调节。针对以上几个方面，简化对堆体病原菌等物质的检测手段，及时有效地避免病原菌等潜在危害。通过外援辅助、筛选分离极端条件适应性微生物及多领域联合等改进工艺以及机械化、自动化设备的革新，有效地进行废物管理。结合近年来相关研究成果以及目前好氧堆肥工业应用效果，提出目前好氧堆肥技术仍然存在的问题和对未来发展方向的建议。1好氧堆肥工艺研究进展好氧堆肥本质是好氧微生物转化分解有机物质，为自身代谢活动提供能量和营养物质[8]，同时伴随着物理化学变化的一种生化反应过程。在这一过程中，堆体间某些物质随着环境条件的变化而发生不同的反应，如在酸性条件下减少氨气的释放[9]，因而针对堆肥生化反应进行工艺优化，达到缩短堆肥周期、增加堆肥产品营养含量及减少臭气排放的目的，改进堆肥工艺的列举，如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.019.T001表1改进的好氧堆肥工艺工艺改进效果功能膜覆盖与未覆盖试验组相比，堆体全球变暖潜能值降低，同时增加了放线菌的相对丰度［10］。电场诱导电场试验组相比传统堆肥组，成熟时间和总温室气体都大幅减少；氧气利用率提高；电活性细菌相对丰度增加3.4倍［11］。交变磁场交变磁场避免电极直接插入堆体出现的电极腐蚀现象；与传统堆肥相比，一氧化二氮总排放量减少39.8%［12］。不完全厌氧-好氧堆肥工艺前期升温快、保温效果好，有机质分解彻底、氮素损失减少［13］。酸浸-阴离子交换好氧堆肥工艺利用酸浸和离子交换技术，将污泥中的Cr去除后堆肥，成功升温并保持55 ℃（4天）；堆肥产品种子发芽率为68.3%，表明基本为无毒状态［14］。好氧堆肥与蚯蚓堆肥联合使得好氧堆肥高温病原菌减少的特征和蚯蚓堆肥腐熟时间短、腐熟度高的特点结合［15］。超高温好氧发酵预处理工艺（HTC）HTC相比于传统堆肥技术，成熟期缩短24天［16］。家蝇堆肥1周的幼虫堆肥使DOM浓度从192 g/kg显著降低到77.1 g/kg；与没有幼虫帮助的传统堆肥相比，堆体表现出更高水平的方向性和附属化［17］。温度的变化直接影响生化反应快慢以及病原菌的去除，通过筛分、分离嗜热微生物用于堆肥高温期，能够提高堆体最高温度及病原菌的灭活率，因而培养极端条件下，适应性微生物有助于达到提高堆体产品质量、扩宽堆肥技术的适用性。而通过外加保温措施、热源等提高堆体最高温度以及持续时间促进微生物的代谢活动，加速堆肥有机物质的转化分解。但外源性辅助措施会增加企业能耗，提高工业堆肥的运营成本，因而需要开展外加热源的供应能力、堆肥效果与堆肥运营成本之间最优化的调节需求，促使堆肥进程的数字化模拟分析与预测的研究。另外通过膜覆盖、电磁场诱导及厌氧-好氧、好氧-蚯蚓等多领域联合等手段，使各个技术优势在堆肥技术中得到发挥，提高堆体微生物和功能酶的多样性和丰富性，促进有机物质的氧化分解，缩短堆肥周期，提高堆体腐熟度，同时改进堆体工艺通过抑制反硝化等进程，达到防止养分流失、减少臭气排放的目的。2好氧堆肥技术设备研究进展传统堆肥以人工操作为主，堆肥效率受到限制、堆肥质量难以保障。研究开发自动化监测、控制调节装置，避免人员未能及时发现问题，而影响堆肥产品质量，同时能够降低人工成本。部分自动化监控设备，如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.019.T002表2改进的好氧堆肥设备改进设备功效氧气反馈控制该控制器基于测量废气中的氧含量来控制气流。有必要建立一个氧气设定点，系统维持在有利的有氧条件下运行［18］。吸氧率反馈控制（OUR控制器）该控制器的主要目标是获得自动气流调节，以最大限度提高反应器中好氧生物活性［19］。温度和时间控制以时间为初始启动控制，以温度传感器辅助调节通风速率和开关，使堆体长时间保持设定温度［20］。氧气和温度同步控制该方式能够保持堆肥整个过程维持在最佳状态［21］。串联自转反应堆（STR）该系统由一组好氧反应器堆叠在重力供料转动单元上组成，在尺寸规模和废物处理停留时间方面具有灵活性；中试规模的试验表明，与传统的土地密集型堆肥设施相比，该系统空间占用较小，且资源消耗也较少［22］。序批式耗氧发酵一体化反应器该设备主要包括5个发酵单元、除臭系统、密封箱和自动控制系统，可以实现无障碍生产和序批式好氧发酵，其效果符合有机肥标准；该设备可以解决传统连续性差、自动化程度低等问题［23］。Gehan[24]等针对好氧堆肥过程中，堆体含氧量的控制问题设计出包含连续性离散时间观察器的非线性积分控制系统，该系统可以使溶解氧维持在根据需求设定的一定范围内。该方法解决了溶解氧的非线性动力学、模型模拟的耗氧率精准度低以及必须进行在线采样才能测量等问题。机械的更新能提高工厂化效率，自动化系统能通过对瞬时变化的监控与自动调节提高堆肥质量质量、降低人工成本，实现高收益的目标。虽有少数将控制系统技术用于实际的好氧堆肥过程中，但仍然存在控制系数不全面、自动化及准确度差等缺陷[25]，需加深对自动化系统的研发以逐渐摆脱人工的需求及堆肥效率低下的问题。水力发电、风能及太阳能等多种能源利用设备的联合，有助于降低能源成本。美国加利福尼亚州的圣华金谷使用太阳能堆肥试验，旨在通过更换柴油发电机和优化太阳能，为曝气设备提供动力减少堆肥设施的总空气排放[26]。3Citespace工具突显分析运用Citespace工具，分别用知网和Web of Science数据库以好氧堆肥为主题，搜寻2001—2021年间相关文献，并对关键词进行突显分析[27-32]，结果如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.019.F001图12001—2021年25个最具引用突显的关键词国内目前研究集中于禽畜废物堆肥及堆肥过程氮素等营养元素控制等方面，而从全球来看，对于堆肥气体副产物、抗性基因、微生物群落结构及其堆肥过程的演变较为关注。未来宏观上应深化对氮磷钾元素堆肥过程的控制手段，增加有机肥可利用性，同时采取措施来避免堆肥进程及堆肥产品施用时二次污染的出现，从而提高好氧堆肥在有机固体废弃物处理与处置方面的适用性。从微观上，应更深入对主要微生物菌株筛选分离、微生物活动进程、抗性基因的控制与去除及堆肥微观过程演变进行研究，以期对好氧堆肥有更准确的认知，能够更加精确、有针对性对工艺、设备等方面进行改进，降低潜在危害性、污染性及成本，提高堆肥效率及可推广性。4结语温度、氧气等影响堆肥效率与质量的主要因素，从内部嗜热微生物筛选及有机物质的连续性分配、外部保温与加热两方面，有针对性地对堆肥工艺进行调节优化，保障堆体进程的持续，从而改善最终堆肥质量。自动化温度与氧气监控及调节设备的革新，满足堆肥需求的同时节省投资成本、减少人力资源，并且机械化一体式设备的优化满足工业连续式堆肥的需求，为微生物代谢活动提供充足的营养物质，提高堆肥效率。目前针对堆肥产品的病原菌、营养元素及重金属等各项指标的检测流程与技术过于复杂、实用性不高、便捷性低难以满足工业需求。堆肥产品的应用是进行好氧堆肥处理有机固体废物的最终目的，但是目前的研究都集中于堆肥过程，严重阻碍好氧堆肥技术的发展，未来应大力推广使用堆肥产品。