堆肥过程中碳、氮和磷的转化

01碳的转化

堆肥过程中，微生物活动需要能源和碳源，其主要来自于污泥中的含碳物质。污泥中有机物降解产生的能量，有一部分用作微生物活动和生长，另一部分用作合成新的菌体。其分解的途径如下：污泥中含碳化合物先分解成单糖，然后在发酵细菌的作用下转化为小分子有机酸，有机酸在产甲烷菌的作用下再转化成CO2、CH4和能量，还产生一部分以褐腐酸和富里酸为主要成分的腐殖酸类物质。

在堆肥过程中，易降解和简单的有机物通过微生物的代谢作用和矿化首先被消耗掉，这些易降解的有机物包括可溶性糖类、部分有机酸和淀粉等；接着较难降解的有机物通过特殊分泌的水解酶被水解掉，这些分解反应主要是发生在这些物质的表面，受到有机物分解速度的影响，通常这些反应速率比较缓慢。

02氮的转化

氮是微生物原生质的主要构成物质。污泥中的氮元素以蛋白质、尿素和胺类物质等有机氮为主要形式存在，还以氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐等无机物的形式存在。在堆肥过程中，氮元素通过微生物的代谢作用实现转移和利用，氮元素的转化包括氮元素的固定和氮元素的释放两个过程；氮元素的固定指以氨氮作为氮源合成微生物，氮的释放指通过微生物的代谢作用使有机物转化为氨氮。

在氨化细菌的氨化作用下，蛋白质上的氨基被脱下，生成NH3，完成有机氨向NH3的转化，转化后的NH3除了可以作为微生物新细胞合成所必需的氮源供体，还具有一定的缓冲作用。在缺氧状态的反硝化作用下，硝酸盐被还原成亚硝酸盐并被进一步分解转化为氮气。

03磷的转化

随着含磷洗涤剂的大量使用，城市生活污水中的含磷量逐渐升高，因此城市污水污泥中的含磷量也相对较高。污泥中的磷有多种存在形式，主要是以磷酸盐状态存在，包括无机磷和有机结合磷酸盐。

在厌氧堆肥过程中，污泥中的大部分无机磷可被转化为有机磷形态，提高了磷的利用率。研究表明，堆肥过程中产生的腐殖酸类物质对无机磷有活化作用，其还可以抑制土壤对水溶性磷酸盐的固定作用，经过堆肥后，污泥中的磷不仅具有了较高的生物有效性，还能减少土壤对磷酸盐的固定，因此污泥农用可增加污泥和土壤中磷的有效性。