蚯蚓堆肥污泥研究述評

蚯蚓堆肥污泥研究述評

楊敬輝，張松林

（西北師范大學地理與環境科學學院，蘭州７３００７０）

摘要：近年來，蚯蚓堆肥作為污泥處理的新選擇，成為大家關注的熱點之一。從適合于污泥堆肥蚓種的選取、蚯蚓堆肥處理前后污泥理化性質的改變、蚯蚓自身的變化、蚯蚓對重金屬的富集去除作用和以植物生長分析法評估污泥處理的效果等方面對污泥蚯蚓堆肥的研究進展進行了述評，以期為污泥處理的相關研究和實際應用提供參考。

關鍵詞：蚯蚓；污泥堆肥；重金屬

中圖分類號：Ｓ１４１．４文獻標識碼：Ａ文章編號：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

當前我國的水環境污染問題依然嚴峻，而相應的污水處理工藝多存在污泥二次污染現象。污泥中既含有豐富的有機物質和礦質養分，也包括難降解的有機物、病原菌、蟲卵及重金屬等有毒物質。蚯蚓是腐食性動物，消化道可分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纖維分解酶等酶類［１］，能將植物營養素和有機質轉化為有機復合肥和高蛋白［１］，蚓糞能為土壤提供豐富的微生物種群且有除臭、脫色功能［１］，因而被達爾文稱之為地球上最有價值的動物，被人們譽為“生態學上的大力士”、“生態系統的工程師”［２］、“環境凈化裝置”及“化肥工廠”等。由于剩余活性污泥中含有蚯蚓可利用的物質，預處理后可成為蚯蚓的食物，而污泥經蚯蚓堆肥處理后重金屬和其他有害成分的含量均明顯減少，因此污泥蚯蚓堆肥處理技術成為解決剩余污泥二次污染問題較好的選擇。為此，本文對其研究進展進行述評，以期為我國的污泥處理研究和實踐提供參考。

１選擇合適的蚓種

蚯蚓能很好地分解有機物，對環境有極強的適應能力。用蚯蚓處理剩余污泥屬于綠色環保技術。蚯蚓的種類繁多，目前已知有２ ５００余種。２００５年前記錄的我國陸棲蚯蚓（后孔寡毛目）共９科２８屬３０６種（含亞種）。其中，赤子愛勝蚓（Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ）和微小雙胸蚓（Ｂｉｍａｓｔｕｓ ｐａｒｖｕｓ）兩種表居型蚯蚓在我國分布廣泛，赤子愛勝蚓和微小雙胸蚓均有耐寒、耐水、易繁殖等特點，且國內外也有許多關于赤子愛勝蚓處理剩余污泥的研究。

陳學民等［３，４］用赤子愛勝蚓直接處理城市剩余活性污泥，發現赤子愛勝蚓可將污泥中的病原菌、有害有機物質轉化為富含營養物質的有機肥，且把大量重金屬富集于體內；進一步研究發現，微小雙胸蚓和赤子愛勝蚓對污泥的礦化和降解有機物能力基本一致，生長率和生產率也無顯著差異，因而兩者均可作為污泥處理的蚓種。

２蚯蚓和污泥在堆肥過程中一些指標的變化

２．１蚯蚓的生物量和繁育情況在堆肥過程中的變化

污泥堆肥過程中蚯蚓生物量和繁殖率的變化直接反映了蚯蚓對其生長環境的適應能力。陳學民等［４］用赤子愛勝蚓直接處理城市生活污泥發現，１０、２０ ｄ內蚯蚓數均不變，３０ ｄ時減少了８％，蚓重和蚓卵數增加，３組平均增重１９．０８ ｇ，其中１０ ｄ組增重２６．３６ ｇ、２０ ｄ組增重２１．３９ ｇ、３０ ｄ組增重９．４９ ｇ。結果表明，污泥中有蚯蚓生存的限制因素，蚯蚓對污泥中營養物質吸收的種類和數量有限；蚯蚓在一定條件下可適應污泥環境，因此能用于污泥處理。

２．２經蚯蚓堆肥處理后污泥營養元素和理化性質的變化

氮、磷、鉀是植物生長必需的營養物質，蚯蚓處理后污泥氮、磷、鉀的變化分析是衡量其能否資源化和農用的重要指標。研究表明，蚯蚓處理后污泥的氮、磷、鉀增加，有利于植物生長［４］。

污泥經蚯蚓堆肥處理后，ｐＨ值（７．８３～７．０３）和ＴＯＣ（３２．３２％～２３．５９％）值顯著下降，ＥＣ值（４．６～２２．３ ｍＳ／ｃｍ）和灰分（４３．８９％～５７．５３％）顯著增加［４］。ｐＨ值中性，適合于蚯蚓、植物生長和土壤微生物生命活動［５，６］；ＥＣ值測量溫度通常為２５℃，正常的ＥＣ值范圍在１～４ ｍＳ／ｃｍ之間，ＥＣ值過高會使植物受到損傷或根系死亡［７］，其他原因有待深入分析。因此，要使處理后的污泥適合植物的生長仍需做工作。

２．３污泥中的重金屬離子去除

剩余污泥中重金屬離子的處理方法早期主要集中于穩定化，后來主要包括化學淋濾、生物方法和電化學方法［８］。目前，國內以蚯蚓處理去除剩余污泥中重金屬離子的方法，多在污泥中添加不同量的重金屬化合物，經堆制發酵后飼養蚯蚓，然后對其吸收、富集重金屬和改變重金屬形態的效應進行研究。孫新利等［９］將剩余污泥破碎、調節ｐＨ值、發酵后養殖蚯蚓，發現經蚯蚓處理后，Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｂ和Ｃｒ等重金屬含量顯著降低。有研究指出，蚯蚓對重金屬離子的吸收順序為Ｃｄ＞Ｈｇ＞Ａｓ＞Ｚｎ＞Ｃｕ＞Ｐｂ，其中Ｃｄ為強烈富集［８］。

蚯蚓處理污泥后能否農用，取決于蚓糞中重金屬的含量。用預處理后的剩余污泥喂養蚯蚓發現，經蚯蚓處理后，污泥的重金屬去除率分別為：Ｚｎ，６２．４％；Ｃｕ，２８．４％；Ｍｎ，０．００８％；Ｎｉ，４０．１％；Ｃｒ，５４．０％；Ａｓ，５５．４％［９］；但蚓糞中所含重金屬量均大于蚓體中的含量，說明蚯蚓對重金屬的富集是有限度的，且對不同重金屬富集程度也不同［１０］。這表明，一定條件下蚯蚓可以通過自身富集污泥中的重金屬進行去除，但重金屬的準確去向尚需深入研究，以利于資源化利用。

３污泥處理效果的評估

污泥處理效果評估的指標和方法很多，但各有千秋。其中，一般認為堆肥的腐熟水平應當意味著其使用時的正效應，可由植物生長的生物量表示。植物在未腐熟的堆肥中生長受到抑制，在腐熟的堆肥中生長得到促進［１１］?？捎盟婪N子發芽率、水堇苗的生長、太陽花及黑麥草生長過程中的物理及生物學參數的方法來評價堆肥的腐熟度。

馬莉等［１２］以愛勝蚓處理污泥和牛糞得到污泥蚯蚓糞，然后以１０％、２０％和３０％（干物質量）與黑土混合配成萬壽菊生長土壤，以單一黑土為萬壽菊生長土壤作為對照，研究配成生長土壤對萬壽菊的株高、分枝數和地上、地下部生物量等生長發育指標的影響。結果表明，配比生長土壤明顯促進萬壽菊的生長；其中污泥與牛糞的比值越小越有利于其生長發育，蚓糞超過一定量時萬壽菊生長發育有所下降，２０％的配比處理最為有利。此研究說明在蚓糞利用中應注意其合適的比例，這樣才能更好地起到它應有的作用。

４小結

污泥經蚯蚓堆肥處理后，蚯蚓生物量明顯增加，說明蚯蚓能適應處理污泥的整個環境；處理后污泥的ｐＨ值近中性，灰分增加，ＴＯＣ降低，營養物質氮、磷、鉀含量增加，重金屬含量明顯降低，說明污泥蚯蚓堆肥處理效果明顯。但處理后的污泥電導率偏高，蚓糞中重金屬含量過大，都可能引起植物和土壤的毒性反應，抑制土壤中微生物的新陳代謝，甚至通過食物鏈富集作用危害人類，因而蚓糞需進一步處理才可用于農業生產。另外，現有研究多處于起步階段，對機理的研究有限，研究的方法也需要優化。

參考文獻：

［１］ 周林強，劉柱成，管冬興． 蚯蚓在我國小城鎮污水處理中的應用［Ｊ］．中國資源綜合利用，２００８，２６（１１）：３１－３３．

［２］ 田喜梅，李建橋，劉國敏，等．赤子愛勝蚓Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ體表形貌及潤濕性的研究［Ｊ］．廣西農業生物科學，２００８，２７（４）：４７７－４８２．

［３］ 陳學民，黃魁，伏小勇，等．２種表居型蚯蚓處理污泥的比較研究［Ｊ］．環境科學，２０１０，３１（５）：１２７４－１２７９．

［４］ 陳學民，王惠，伏小勇，等．赤子愛勝蚓處理污泥對其性質變化的影響［Ｊ］． 環境工程學報，２０１０，４（６）：１４２１－１４２５．

［５］ 潘紅平，蘇以鵬，蔣順萍．蚯蚓高效養殖技術一本通［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００９．

［６］ 嚴昶升．土壤肥力研究方法［Ｍ］． 北京：農業出版社，１９８５．

［７］ 奚旦立，孫裕生，劉秀英．環境監測［Ｍ］．第三版．北京：高等教育出版社，２００４．

［８］ 陳婕，張安龍．蚯蚓處理重金屬的毒理學研究啟示［Ｊ］．環境科技，２００８，２１（６）：２７－２９．

［９］ 孫新利，陳彥．利用蚯蚓處理剩余活性污泥的研究［Ｊ］．化工環保，１９９１（１１）：２００－２０３．

［１０］ 戴文龍，余廷康，韓潤平，等．ＩＣＰ－ＡＥＳ法測定蚯蚓和蚓糞中的重金屬［Ｊ］． 光譜實驗室，２００１，１８（４）：４３８－４３９．

［１１］ 李艷霞，王敏健，王菊思．有機固體廢棄物堆肥的腐熟度參數及指標［Ｊ］． 環境科學，１９９９（２）：９８－１０３．

［１２］ 馬莉，殷秀琴．污泥蚯蚓糞對萬壽菊生長發育的影響［Ｊ］．應用生態學報，２０１０，２１（５）：１３４６－１３５０．