蚯蚓堆肥污泥研究述评

来源:用户上传      作者: 杨敬辉 张松林

　　蚯蚓堆肥污泥研究述评
　　
　　杨敬辉，张松林
　　（西北师范大学地理与环境科学学院，兰州７３００７０）
　　
　　摘要：近年来，蚯蚓堆肥作为污泥处理的新选择，成为大家关注的热点之一。从适合于污泥堆肥蚓种的选取、蚯蚓堆肥处理前后污泥理化性质的改变、蚯蚓自身的变化、蚯蚓对重金属的富集去除作用和以植物生长分析法评估污泥处理的效果等方面对污泥蚯蚓堆肥的研究进展进行了述评，以期为污泥处理的相关研究和实际应用提供参考。
　　关键词：蚯蚓；污泥堆肥；重金属
　　中图分类号：Ｓ１４１．４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）09－1729-02
　　
　　Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｉｎ Ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ of Sluges
　　
　　ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｈｕｉ，ＺＨＡＮＧ Ｓｏｎｇ－ｌｉｎ
　　（Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０， Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ a ｎｅｗ ｃｈｏｉｃｅ ｆｏｒ ｓｌｕｄｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ thus ｔｈｅ research ｆｏｃｕｓｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ． The research advances of vermicomposting of sludges were discussed from the aspests including ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍ ｓｐｅｃｉｅｓ ｆｉｔｔｉｎｇ ｆｏｒ ｓｌｕｄｇｅ compost， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ caused by ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍ ｔｈｅｍｓｅｌｖｅｓ， ｔｈｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｂｙ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｓｌｕｄｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ． Ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ relative ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅａｒｔｈｗｏｒｍ； sludge compost； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ
　　当前我国的水环境污染问题依然严峻，而相应的污水处理工艺多存在污泥二次污染现象。污泥中既含有丰富的有机物质和矿质养分，也包括难降解的有机物、病原菌、虫卵及重金属等有毒物质。蚯蚓是腐食性动物，消化道可分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纤维分解酶等酶类［１］，能将植物营养素和有机质转化为有机复合肥和高蛋白［１］，蚓粪能为土壤提供丰富的微生物种群且有除臭、脱色功能［１］，因而被达尔文称之为地球上最有价值的动物，被人们誉为“生态学上的大力士”、“生态系统的工程师”［２］、“环境净化装置”及“化肥工厂”等。由于剩余活性污泥中含有蚯蚓可利用的物质，预处理后可成为蚯蚓的食物，而污泥经蚯蚓堆肥处理后重金属和其他有害成分的含量均明显减少，因此污泥蚯蚓堆肥处理技术成为解决剩余污泥二次污染问题较好的选择。为此，本文对其研究进展进行述评，以期为我国的污泥处理研究和实践提供参考。
　　１选择合适的蚓种
　　蚯蚓能很好地分解有机物，对环境有极强的适应能力。用蚯蚓处理剩余污泥属于绿色环保技术。蚯蚓的种类繁多，目前已知有２ ５００余种。２００５年前记录的我国陆栖蚯蚓（后孔寡毛目）共９科２８属３０６种（含亚种）。其中，赤子爱胜蚓（Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ）和微小双胸蚓（Ｂｉｍａｓｔｕｓ ｐａｒｖｕｓ）两种表居型蚯蚓在我国分布广泛，赤子爱胜蚓和微小双胸蚓均有耐寒、耐水、易繁殖等特点，且国内外也有许多关于赤子爱胜蚓处理剩余污泥的研究。
　　陈学民等［３，４］用赤子爱胜蚓直接处理城市剩余活性污泥，发现赤子爱胜蚓可将污泥中的病原菌、有害有机物质转化为富含营养物质的有机肥，且把大量重金属富集于体内；进一步研究发现，微小双胸蚓和赤子爱胜蚓对污泥的矿化和降解有机物能力基本一致，生长率和生产率也无显著差异，因而两者均可作为污泥处理的蚓种。
　　２蚯蚓和污泥在堆肥过程中一些指标的变化
　　２．１蚯蚓的生物量和繁育情况在堆肥过程中的变化
　　污泥堆肥过程中蚯蚓生物量和繁殖率的变化直接反映了蚯蚓对其生长环境的适应能力。陈学民等［４］用赤子爱胜蚓直接处理城市生活污泥发现，１０、２０ ｄ内蚯蚓数均不变，３０ ｄ时减少了８％，蚓重和蚓卵数增加，３组平均增重１９．０８ ｇ，其中１０ ｄ组增重２６．３６ ｇ、２０ ｄ组增重２１．３９ ｇ、３０ ｄ组增重９．４９ ｇ。结果表明，污泥中有蚯蚓生存的限制因素，蚯蚓对污泥中营养物质吸收的种类和数量有限；蚯蚓在一定条件下可适应污泥环境，因此能用于污泥处理。
　　２．２经蚯蚓堆肥处理后污泥营养元素和理化性质的变化
　　氮、磷、钾是植物生长必需的营养物质，蚯蚓处理后污泥氮、磷、钾的变化分析是衡量其能否资源化和农用的重要指标。研究表明，蚯蚓处理后污泥的氮、磷、钾增加，有利于植物生长［４］。
　　污泥经蚯蚓堆肥处理后，ｐＨ值（７．８３～７．０３）和ＴＯＣ（３２．３２％～２３．５９％）值显著下降，ＥＣ值（４．６～２２．３ ｍＳ／ｃｍ）和灰分（４３．８９％～５７．５３％）显著增加［４］。ｐＨ值中性，适合于蚯蚓、植物生长和土壤微生物生命活动［５，６］；ＥＣ值测量温度通常为２５℃，正常的ＥＣ值范围在１～４ ｍＳ／ｃｍ之间，ＥＣ值过高会使植物受到损伤或根系死亡［７］，其他原因有待深入分析。因此，要使处理后的污泥适合植物的生长仍需做工作。
　　２．３污泥中的重金属离子去除
　　剩余污泥中重金属离子的处理方法早期主要集中于稳定化，后来主要包括化学淋滤、生物方法和电化学方法［８］。目前，国内以蚯蚓处理去除剩余污泥中重金属离子的方法，多在污泥中添加不同量的重金属化合物，经堆制发酵后饲养蚯蚓，然后对其吸收、富集重金属和改变重金属形态的效应进行研究。孙新利等［９］将剩余污泥破碎、调节ｐＨ值、发酵后养殖蚯蚓，发现经蚯蚓处理后，Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｂ和Ｃｒ等重金属含量显著降低。有研究指出，蚯蚓对重金属离子的吸收顺序为Ｃｄ＞Ｈｇ＞Ａｓ＞Ｚｎ＞Ｃｕ＞Ｐｂ，其中Ｃｄ为强烈富集［８］。
　　蚯蚓处理污泥后能否农用，取决于蚓粪中重金属的含量。用预处理后的剩余污泥喂养蚯蚓发现，经蚯蚓处理后，污泥的重金属去除率分别为：Ｚｎ，６２．４％；Ｃｕ，２８．４％；Ｍｎ，０．００８％；Ｎｉ，４０．１％；Ｃｒ，５４．０％；Ａｓ，５５．４％［９］；但蚓粪中所含重金属量均大于蚓体中的含量，说明蚯蚓对重金属的富集是有限度的，且对不同重金属富集程度也不同［１０］。这表明，一定条件下蚯蚓可以通过自身富集污泥中的重金属进行去除，但重金属的准确去向尚需深入研究，以利于资源化利用。

　　３污泥处理效果的评估
　　污泥处理效果评估的指标和方法很多，但各有千秋。其中，一般认为堆肥的腐熟水平应当意味着其使用时的正效应，可由植物生长的生物量表示。植物在未腐熟的堆肥中生长受到抑制，在腐熟的堆肥中生长得到促进［１１］。可用水堇种子发芽率、水堇苗的生长、太阳花及黑麦草生长过程中的物理及生物学参数的方法来评价堆肥的腐熟度。
　　马莉等［１２］以爱胜蚓处理污泥和牛粪得到污泥蚯蚓粪，然后以１０％、２０％和３０％（干物质量）与黑土混合配成万寿菊生长土壤，以单一黑土为万寿菊生长土壤作为对照，研究配成生长土壤对万寿菊的株高、分枝数和地上、地下部生物量等生长发育指标的影响。结果表明，配比生长土壤明显促进万寿菊的生长；其中污泥与牛粪的比值越小越有利于其生长发育，蚓粪超过一定量时万寿菊生长发育有所下降，２０％的配比处理最为有利。此研究说明在蚓粪利用中应注意其合适的比例，这样才能更好地起到它应有的作用。
　　４小结
　　污泥经蚯蚓堆肥处理后，蚯蚓生物量明显增加，说明蚯蚓能适应处理污泥的整个环境；处理后污泥的ｐＨ值近中性，灰分增加，ＴＯＣ降低，营养物质氮、磷、钾含量增加，重金属含量明显降低，说明污泥蚯蚓堆肥处理效果明显。但处理后的污泥电导率偏高，蚓粪中重金属含量过大，都可能引起植物和土壤的毒性反应，抑制土壤中微生物的新陈代谢，甚至通过食物链富集作用危害人类，因而蚓粪需进一步处理才可用于农业生产。另外，现有研究多处于起步阶段，对机理的研究有限，研究的方法也需要优化。
　　参考文献：
　　［１］ 周林强，刘柱成，管冬兴． 蚯蚓在我国小城镇污水处理中的应用［Ｊ］．中国资源综合利用，２００８，２６（１１）：３１－３３．
　　［２］ 田喜梅，李建桥，刘国敏，等．赤子爱胜蚓Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ体表形貌及润湿性的研究［Ｊ］．广西农业生物科学，２００８，２７（４）：４７７－４８２．
　　［３］ 陈学民，黄魁，伏小勇，等．２种表居型蚯蚓处理污泥的比较研究［Ｊ］．环境科学，２０１０，３１（５）：１２７４－１２７９．
　　［４］ 陈学民，王惠，伏小勇，等．赤子爱胜蚓处理污泥对其性质变化的影响［Ｊ］． 环境工程学报，２０１０，４（６）：１４２１－１４２５．
　　［５］ 潘红平，苏以鹏，蒋顺萍．蚯蚓高效养殖技术一本通［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９．
　　［６］ 严昶升．土壤肥力研究方法［Ｍ］． 北京：农业出版社，１９８５．
　　［７］ 奚旦立，孙裕生，刘秀英．环境监测［Ｍ］．第三版．北京：高等教育出版社，２００４．
　　［８］ 陈婕，张安龙．蚯蚓处理重金属的毒理学研究启示［Ｊ］．环境科技，２００８，２１（６）：２７－２９．
　　［９］ 孙新利，陈彦．利用蚯蚓处理剩余活性污泥的研究［Ｊ］．化工环保，１９９１（１１）：２００－２０３．
　　［１０］ 戴文龙，余廷康，韩润平，等．ＩＣＰ－ＡＥＳ法测定蚯蚓和蚓粪中的重金属［Ｊ］． 光谱实验室，２００１，１８（４）：４３８－４３９．
　　［１１］ 李艳霞，王敏健，王菊思．有机固体废弃物堆肥的腐熟度参数及指标［Ｊ］． 环境科学，１９９９（２）：９８－１０３．
　　［１２］ 马莉，殷秀琴．污泥蚯蚓粪对万寿菊生长发育的影响［Ｊ］．应用生态学报，２０１０，２１（５）：１３４６－１３５０．

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