在污泥堆肥过程中，微生物种群在人工控制反应条件的情况下发生一系列的生化反应，共同完成有机成分和部分污染物的代谢反应。反应过程中，污泥中微生物和酶类物质均发生了一定的转化，有机组分也在微生物作用下发生了一定的降解。

污泥堆肥过程中，在微生物和酶的作用下，大分子有机物质转化成低分子的有机化合物、腐殖质以及CO2、氨、水和无机盐等有利于植物吸收利用的成分，经施用于农田后，通过土壤微生物的进一步分解作用，迅速转化被植物所吸收利用，可使有益微生物菌群增加，有机污染物得以分解。另外，堆肥过程中的高温效应，可杀灭有害的病原菌、蛔虫卵、杂草种子等，对污泥中的重金属的存在形态或活性也有所影响。

（1）微生物的转化

在好氧堆肥系统中比较活跃且对发酵起作用的微生物主要有细菌、真菌及放线菌等。堆肥反应初期，由于有机物分解产热，使反应堆体温度上升迅速，堆层基本呈现中温状态，此时中温菌较为活跃。由于中温菌不断地分解有机物，堆体温度进一步升高，可以达到50～60℃，此时酵母菌、霉菌及硝化细菌等随之减少，大量死亡，而耐高温菌大量繁殖。通常中温菌的适宜生长温度为30～40℃，高温菌为45～60℃。通常状况下，孢子细菌和无性繁殖细胞，如各种病原菌、蛔虫卵、寄生虫、孢子及杂草种子等，都可在60～70℃下，经5～10min被杀灭。实验表明，在温度为60℃时，持续30min后，大肠杆菌和沙门菌的数量可减少6个数量级。细胞的热死部分，是由于酶的灭活所致，而酶在高温下灭活是不可逆反应。高温菌对堆肥的分解速度快，减少了堆肥后的产品对动植物及人体的危害［5］。在发酵后期，温度继续降低，霉菌、亚硝酸菌、硝酸菌及可以分解纤维素的细菌再次增殖，但此时最多的优势菌为放线菌。

（2）蛋白质的降解

污泥中的蛋白质主要来源于污泥菌胶团的菌细胞及污泥所吸附的生活污水及工业废水，如食品加工、屠宰场、制革等废水中的蛋白质。蛋白质是由20多种不同的氨基酸相互连接而组成的巨大分子，其分子量大约从一万到数百万，构成极其复杂，蛋白质的主要组成元素是碳和氮。蛋白质本身是不能被植物和细菌直接利用的，其降解分为以下过程。

① 蛋白质的水解。首先在蛋白酶的作用下生成肽，在肽酶的作用下生成氨基酸。

② 氨基酸的降解。在污泥堆肥过程中，蛋白质在酶的作用下，分解成氨基酸，一部分作为细菌的营养成分，被微生物的生长所利用，另一部分分解为小分子的有机物（如酞胺）和无机物。其中小分子有机物施用于农田后，被土壤中的微生物分解转化为植物可吸收利用的硝酸盐类，从而被植物所利用。

（3）脂肪的降解

污泥中的脂肪主要是死亡的微生物菌体以及存在于生活污水和工业废水中的油脂。脂肪是比较稳定的有机物，所以在堆肥中应将脂肪充分降解，以减少施肥后对土壤微生物的负担。由于脂肪是青霉、曲霉和乳霉等真菌的营养和能量来源，因此，在堆肥中充分将脂肪降解，可以抑制施肥后农田中霉菌的大量繁殖。脂肪的分解过程属于放热反应，也是污泥堆肥中的主要热源。在污泥堆肥过程中，脂肪在细菌的作用下发生降解，降解过程主要是脂肪的水解及甘油、脂肪酸在细菌细胞内的氧化。

（4）糖类物质的降解

污泥中的糖类物质主要来源于污泥中的淀粉、纤维素、半纤维素、甲壳素、果胶质及木质素等，这些物质是由很多单细胞组成的复合糖。糖类物质是大多数细菌、微生物、动物和人类在生命活动过程中的主要能源和碳源。在污泥堆肥过程中，糖类物质的降解，可以为细菌和微生物提供营养和腐殖质。堆肥施用于农田后，其腐殖质可以改善土壤的耕作性质及结构。由于它的纤维状性质，使土壤具有易碎性和防止硬结成一团，增加土壤的孔隙度；由于与土壤胶体发生了化学结合，产生一种新的更亲水的表面，增加了土壤的保水能力。在污泥堆肥中，多糖类的降解主要是淀粉、纤维素和木质素的降解等。淀粉和纤维素降解的产物均为葡萄糖；而木质素却极难降解，污泥堆肥产生的腐殖质主要是由木质素构成。

（5）有机污染物的降解

采用活性污泥法处理污水过程的净化作用一般为两个阶段。第一阶段是吸附阶段，主要是对污废水中的有机物进行吸附作用，同时进行吸收和氧化作用，但吸附作用为主。第二阶段是氧化阶段，主要是继续分解氧化前阶段被吸附和吸收的有机物，同时也继续吸附前阶段未吸附和吸收的残余物质，其中多为对人体有害的污染物。污泥堆肥过程的主要目的就是将这些物质进行分解，使之无害化。污泥中有机污染物的降解，与前面所述的蛋白质、脂肪及糖类的降解过程类似，都是由微生物通过酶的作用，将其由大分子分解为小分子，最终分解成对植物无害及可被植物吸收的成分的过程。