蚯蚓糞對(duì)城鎮(zhèn)污泥降解的影響

鞏正，王惠，陳學(xué)民*，田維平，伏小勇

1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院 2.蘭州興蓉環(huán)境發(fā)展有限責(zé)任公司

活性污泥法是處理城市污水廣泛使用的方法，但處理過程會(huì)產(chǎn)生大量的剩余活性污泥。剩余活性污泥中有機(jī)質(zhì)主要由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物組成，其脫水后在環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致污泥中微生物大量死亡，出現(xiàn)腐敗發(fā)臭現(xiàn)象，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

將取自蘭州市安寧污水處理廠的含水率為79.6%的脫水污泥制成粒徑為5 mm左右的顆粒污泥用于試驗(yàn)，將蚯蚓處理城鎮(zhèn)污泥后的產(chǎn)物用作試驗(yàn)用的蚯蚓糞。污泥和蚯蚓糞理化指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)污泥和蚯蚓糞理化指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)2個(gè)處理系統(tǒng)，以添加蚯蚓糞的污泥作為處理組(WF)，不添加蚯蚓糞的污泥作為對(duì)照組(W)，每個(gè)處理組各設(shè)3個(gè)平行。用不銹鋼盆作為試驗(yàn)反應(yīng)器，其直徑為36 cm，高為12 cm。每個(gè)反應(yīng)器中分別放入3.0 kg試驗(yàn)污泥，WF按質(zhì)量比2∶1添加1.5 kg蚯蚓糞并混合均勻。每個(gè)反應(yīng)器上覆蓋塑料膜保濕，置于(20±1)℃的生物培養(yǎng)箱中，對(duì)反應(yīng)器定期進(jìn)行翻動(dòng)。試驗(yàn)共進(jìn)行50 d，分別于試驗(yàn)第0、2、4、6、8、10、12、16、20、24、28、35、50天取污泥樣進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，利用最小顯著關(guān)系(LSD)法進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，用Canoco 5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA)[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 蚯蚓糞對(duì)污泥理化指標(biāo)的影響

2.1.1有機(jī)質(zhì)濃度

不同處理組污泥中OM濃度變化如圖1所示。由圖1(a)可知，W與WF的OM濃度均隨時(shí)間呈線性下降趨勢(shì)，整個(gè)試驗(yàn)過程中，WF的OM濃度始終低于W，表明添加蚯蚓糞能夠促進(jìn)污泥中OM的降解。與W相比，WF污泥中OM濃度降低了4.2%。對(duì)比W和WF的OM濃度變化可知，在不添加蚯蚓糞時(shí)污泥中OM也得到了較好的降解，這可能與污泥造粒后極大地發(fā)揮了污泥中土著微生物降解有機(jī)物的作用有關(guān)。由圖1(b)可知，WF的WSC/OM低于W，表明添加蚯蚓糞可加快污泥中WSC的利用。

注：*表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同處理組污泥中有機(jī)質(zhì)濃度的變化Fig.1 Variation of organic matter of sludge in different treatment groups

注：*表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 不同處理組污泥pH、EC變化Fig.2 Variation of pH and EC of sludge in different treatment groups

2.1.2pH、EC

不同處理組污泥pH、EC變化如圖2所示。由圖2(a)可知，WF的pH在試驗(yàn)前期呈上升趨勢(shì)，在試驗(yàn)中期升至7.23(增加了0.33)，試驗(yàn)后期則呈下降趨勢(shì)；W的pH始終呈上升趨勢(shì)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)pH較初始增加了0.64。整個(gè)試驗(yàn)過程中，WF的pH變化始終小于W。pH是影響微生物生存最重要的環(huán)境指標(biāo)之一，pH通過影響物質(zhì)的離子化程度從而影響微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[13]，相對(duì)穩(wěn)定的pH環(huán)境有利于微生物的新陳代謝，從而加快污泥中有機(jī)質(zhì)分解。因此，蚯蚓糞對(duì)pH的穩(wěn)定作用有利于維持污泥中微生物的生理生化功能。EC是指示污泥有機(jī)質(zhì)礦化程度的指標(biāo)，由圖2(b)可知，整個(gè)試驗(yàn)過程中WF的EC均顯著高于W，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)WF的EC較W高79%，說明添加蚯蚓糞可加速污泥中有機(jī)質(zhì)礦化。

2.1.3氮素

注：*表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖3 不同處理組污泥中氮素變化Fig.3 Variation of nitrogen of sludge in different treatment groups

2.2 相關(guān)性分析

表2 不同處理組理化指標(biāo)相關(guān)性分析

注：*表示在0.05水平(雙尾)上顯著相關(guān)；**表示在0.01水平(雙尾)上顯著相關(guān)。

2.3 主成分分析

表3 主成分及相關(guān)系數(shù)

注：PC1、PC2為2個(gè)主坐標(biāo)成分，其中PC1占比為52.05%，PC2占比為35.13%；處理組字母前的數(shù)字表示天數(shù)。圖4 主成分分析Fig.4 Principal component analysis

3 結(jié)論

(1)污泥降解試驗(yàn)中，添加蚯蚓糞可加快污泥中有機(jī)質(zhì)的降解，加快污泥中WSC的利用，使污泥有機(jī)質(zhì)降解程度更高，礦化速度更快；通過添加蚯蚓糞可減小污泥pH變化幅度，從而穩(wěn)定微生物生存環(huán)境，有利于維持微生物較高的代謝水平，促進(jìn)污泥中有機(jī)質(zhì)的降解。

(3)添加蚯蚓糞對(duì)城鎮(zhèn)污泥降解的促進(jìn)作用明顯且有助于其快速穩(wěn)定，蚯蚓糞可以作為加速城鎮(zhèn)污泥生物降解的優(yōu)良添加劑。