蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥對工業(yè)污泥中重金屬的影響研究

周鑫，王興明,，儲昭霞，王運敏，范廷玉,，查甫更，董眾兵，徐曉平，魯福慶，張學海

1. 安徽理工大學地球與環(huán)境學院，安徽 淮南 232000；2. 中鋼集團馬鞍山礦山研究總院有限公司，安徽 馬鞍山 243000；3. 淮南師范學院生物工程學院，安徽 淮南 232038；4. 資源與環(huán)境生物技術安徽普通高校重點實驗室，安徽 淮南 232038；5. 安徽師范大學生命科學學院，安徽 蕪湖 241000；6. 淮南市美達采煤沉陷去綜合治理有限公司安徽省院士工作站，安徽 淮南 232000；7. 安徽工程大學建筑工程學院，安徽 蕪湖 241009

污泥中富含許多必需營養(yǎng)物質和有機質，對植物的生長有利，當前被許多國家應用于農(nóng)田中，這也給農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展指引了新方向。然而，污泥中尚存一些有毒重金屬，這可能會威脅到作物的產(chǎn)量和土壤的質量，最終對人類的健康產(chǎn)生威脅，因此，污泥的處理和處置成為世界各國高度關注的問題（Sinha et al.，2010）。蚯蚓堆肥技術是一門新興技術，利用蚯蚓處理污泥，能夠富集污泥中的重金屬、去除病原菌，最終產(chǎn)生的蚓糞是營養(yǎng)豐富的有機肥（褚磊，2018）。目前，對一些表層蚯蚓進行試驗，以穩(wěn)定城市和工業(yè)地區(qū)產(chǎn)生的污水污泥，結果表明蚯蚓具有穩(wěn)定污水污泥的潛力（陳學民等，2010；袁紹春等，2012）。

鈍化劑通過吸附、絡合、沉淀和氧化還原反應來調節(jié)和改變有機底物的理化性質，降低底物的重金屬生物有效性和遷移性，從而降低重金屬活性（Guo et al.，2006；Das et al.，2012）。因而不少學者在蚯蚓堆肥中加入鈍化劑來調控金屬活性，但是在鈍化某些金屬的同時也會活化一部分金屬，如粉煤灰和磷礦與蚯蚓聯(lián)合堆肥降低Pb、Cd和As濃度，但增加了污泥中Cu和Zn有效態(tài)含量（Wang et al.，2013），蚯蚓堆肥加入蘑菇渣降低了污泥中Cr、Cd和Pb濃度，卻增加了污泥中Cu和Zn濃度（Azizi et al.，2013）。因此，一種全面、高效的鈍化劑應用于堆肥中有重要意義。

生物炭因其巨大比表面積、較好吸附性、孔隙度，作為一種安全、高效功能型材料被廣泛應用于土壤重金屬修復領域（蒲生彥等，2019）。當生物炭用于傳統(tǒng)堆肥，能夠改善通風條件，減少氮素的損失，加快有機質的降解提高腐熟速率（Czeka?a et al.，2016；Steiner et al.，2010；李波等，2017）。基于此有學者將生物炭應用于蚯蚓堆肥，Malińska et al.（2016）在污泥中添加柳樹木片制成的生物炭，發(fā)現(xiàn)生物炭添加比例為4%和8%時有利于蚯蚓的繁殖和生長。目前，工業(yè)生產(chǎn)工藝的復雜性導致污泥性質不同，研究中多采用城市剩余活性污泥，且生物炭與蚯蚓進行聯(lián)合堆肥的研究不多。本研究通過室內(nèi)模擬試驗，比較研究了稻殼炭聯(lián)合蚯蚓與單獨的稻殼炭對工業(yè)污泥的處理，通過分析不同處理方式之間堆肥后重金屬含量、有效性和賦存形態(tài)的變化，研究稻殼炭聯(lián)合蚯蚓堆肥對污泥中重金屬行為的影響，以期為工業(yè)污泥蚯蚓堆肥提供新思路和新方法。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

城市污泥取自馬鞍山某鋼鐵廠水處理站脫水車間污泥；稻殼采自淮南市周邊農(nóng)田；稻殼炭通過實驗室600 ℃熱解30 min制得（常西亮等，2017）；蚯蚓來源于江蘇省句容市蚯蚓養(yǎng)殖基地太平二號蚯蚓（Eisenia foetida）。物料基本性質如表1所示。

1.2 試驗方法

試驗分蚯蚓處理組和同條件不加蚯蚓的處理組，設置7個處理組：T0：污泥+稻殼；T1：T0+2%稻殼炭；T2：T0+4%稻殼炭；T3：T0+8%稻殼炭；T4：T0+2%稻殼炭+蚯蚓；T5：T0+4%稻殼炭+蚯蚓；T6：T0+8%稻殼炭+蚯蚓，按照設置的處理組加入不同比例稻殼炭，添加蚯蚓，每處理組3個重復。參考胡安等（2012）和王小利等（2012）的研究結果，取200 g污泥作為處理對象。蚯蚓的投放密度在 22.5—32 g·kg-1時處理效果最佳，因此投放 15條大小均一蚯蚓 (0.35±0.05) g。投放蚯蚓后處理組放入恒溫培養(yǎng)箱中，控制溫度 (25±3) ℃，濕度(65%±3%)，保證堆肥污泥的含水率在60%—70%。持續(xù)堆肥30 d，2 d翻堆1次。

1.3 樣品分析與測試

試驗結束后，取試樣與蒸餾水比 1:5，磁力攪拌1 h后，離心，取上層清液直接測定pH值及電導率。將堆肥后的污泥風干，磨細過篩，待用。過篩后的污泥用于測定Zn、Cu、Pb、Cd的總量、有效態(tài)及各形態(tài)分量（孟國欣等，2018；陳學民等，2010）。重金屬總量分析采用王水回流消解法（楊艷芳，2005），有效態(tài)重金屬采用 0.005 mol·L-1DTPA提取（李亮亮等，2008），樣品中重金屬形態(tài)分析采用Tessier 5步提取法（Tessier et al.，1979），其中，F(xiàn)1為可交換態(tài)，F(xiàn)2為碳酸鹽結合態(tài)，F(xiàn)3為鐵錳結合態(tài)，F(xiàn)4為有機結合態(tài)和F5為殘渣態(tài)。各處理液測試液中元素均采用原子吸收分光光度計（TAS-986系列）測定。在分析與測試過程加入國家土壤（GBW07403 (GSS-3)）進行質量控制，回收率和相對標準偏差均在允許范圍內(nèi)。有機質采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法（中華人民共和國環(huán)境保護部，2011）。全氮、全磷測定采用過硫酸鹽消化法（錢君龍等，1990）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運用Excel 2016和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。對不同處理組污泥的理化性質、重金屬總量、重金屬有效態(tài)以及重金屬各形態(tài)分量等進行單因素方差分析（ANOVA）和多重比較（LSD），顯著度分別設置在0.05和0.01水平；運用Excel 2016作圖。

2 結果與討論

2.1 堆肥污泥理化性質變化特征

由圖1可知，不同堆肥體系中污泥理化性質變化顯著，相比污泥單獨堆肥T0，添加稻殼炭增加了T1—T3中污泥的pH、EC（P＜0.05），但降低了污泥中 TOC濃度。而蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合堆肥（T4—T6）顯著降低了污泥中pH和TOC（P＜0.05），卻增加了污泥的EC（P＜0.05）；同時，處理組T4—T6中EC高于處理組T1—T3中的EC（P＜0.05），并且T4—T6堆肥后污泥中pH和TOC低于處理組T1—T3中的pH（P＜0.05）和TOC（除T6的P＞0.05）。由此，對比污泥單獨堆肥，稻殼炭添加入堆肥體系，雖起到增加堆肥污泥pH、EC和降低TOC作用，但隨蚯蚓和稻殼炭的聯(lián)合處理，一方面增強了原來處理效應，增加EC和進一步降低TOC，但卻顯著改變了堆肥體系pH（由增加變?yōu)榻档停?/p>

表1 物料的基本理化性質Table1 Basic physiochemical properties of raw materials

圖1 不同堆肥體系中理化性質變化Fig. 1 Changes of properties in different sludge composite system

本研究中添加稻殼炭堆肥增加T1—T3處理組的 pH：一方面由于稻殼炭自身堿性物質的釋放，隨著稻殼炭比例增加，處理組pH上升；另一方面可能是污泥中微生物將有機氮氨化生成了氨氣引起pH的升高。EC是反映污泥中無機離子含量的重要指標，李怡安等（2019）研究表明，生物炭能夠改變基質的結構，增強微生物活性，從而加快有機物降解，使得EC值不斷上升。這與本研究中添加生物炭污泥堆肥后EC上升的結果一致。然而，T3處理組添加8%稻殼炭EC下降，謝勝禹等（2019）研究表示生物炭會對水溶性鹽類產(chǎn)生吸附效應，使得EC下降。T4—T6蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥處理組pH下降和EC值上升，是由于蚯蚓和微生物的活動產(chǎn)生了CO2和有機酸（陳學民等，2010），同時，有機物質分解產(chǎn)生的礦物鹽（磷酸鹽、銨、鉀）和無機離子等（Gupta et al.，2008），但其中EC呈下降趨勢可能由于稻殼炭比例增加吸附作用增強的原因。試驗結束后，稻殼炭單獨堆肥污泥除表面為淡黃色外，內(nèi)部顏色發(fā)黑，臭味比較明顯，稻殼炭-蚯蚓聯(lián)合堆肥污泥顆粒性狀明顯，臭味淡，且TOC含量明顯下降，這是蚯蚓處理污泥過程中一部分TOC因為呼吸作用作為CO2損失，另一部分碳源被微生物和蚯蚓所吸收（陳學民等，2010）。

2.2 堆肥污泥養(yǎng)分變化

如圖2所示，對比污泥堆肥T0，添加稻殼炭處理組T1—T3降低了污泥中TN的質量分數(shù)，分別下降了10.64%、16.81%、1.21%，但是提高了污泥中TP的質量分數(shù)，分別上升3.48%、5.15%、3.96%；稻殼炭-蚯蚓聯(lián)合堆肥T4—T6中TN和TP質量分數(shù)均顯著高于污泥堆肥T0和稻殼炭單獨堆肥T1—T3（P＜0.05）。由此，稻殼炭添加入污泥堆肥，可降低TN質量分數(shù)，提高TP質量分數(shù)，但隨著蚯蚓的添加，聯(lián)合堆肥體系中TN和TP質量分數(shù)均被蚯蚓顯著地提高了。

圖2 不同堆肥體系中營養(yǎng)物質變化Fig. 2 Variations of nutrients contents in different sludge composite system

朱欣潔等（2015）研究表明，堆肥后污泥有機氮在微生物的作用下礦化，轉化成硝態(tài)氮最終生成氨氣釋放到環(huán)境中，因而對比 T0處理組，處理組 T1—T3中TN的濃度降低，且添加4%的稻殼炭堆肥效果最為明顯，氮素降低最多，這與謝勝禹等（2019）在堆肥中添加3%的生物炭時碳素損失高于其他添加比例的結果相似。TP增加的原因可能是由于堆肥的濃縮效應（賈程，2008）。稻殼炭-蚯蚓聯(lián)合堆肥（T4—T6）提高了污泥中TN的質量分數(shù)，一方面是蚯蚓的活動增強了微生物對氮的礦化作用，使有機氮轉化為硝態(tài)氮保存在污泥中，另一方面活動中蚯蚓分泌的粘液、尿液等也會引起總氮的增加（Khwairakpam et al.，2009）。與 T0比較，蚯蚓處理后，污泥中 TP的增加，有學者把這種增加歸于有機質的礦化、細菌轉化和蚯蚓糞便中磷酸酶的活動（Suthar et al.，2008）。處理組T6中TN、TP低于T5可能是污泥中添加比例為 8%的稻殼炭是蚯蚓的活性低于添加4%比例的稻殼炭（Malińska et al.，2016）

2.3 堆肥污泥中重金屬質量分數(shù)變化

如表2所示，添加稻殼炭T1—T3中Zn、Cu、Pb、Cd質量分數(shù)均較處理組T0高，其中T2（4%稻殼炭）中重金屬質量分數(shù)較 T0增幅最大（P＜0.05），T2中Zn、Cu、Pb、Cd分別較T0增加了17.92%、6.25%、15.6%、14.47%；蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥T4—T6中重金屬質量分數(shù)與污泥堆肥T0相比顯著下降（P＜0.05），處理組 T4—T6污泥中Zn隨稻殼炭比例增加分別降低33.85%、35.82%和21.53%，Cu分別降低了29.85%、34.77%和22.38%，Pb分別降低了31.02%、31.84%和23.1%，Cd分別可降低 24.63%、32.05%和 25.54%（P＜0.05），且均在T5處理組（4%稻殼炭）重金屬降低的比例最大，重金屬質量分數(shù)降低次序為 Zn＞Cu＞Cd＞Pb。由此，污泥單獨堆肥增加了污泥中重金屬質量分數(shù)，稻殼炭添加入污泥中堆肥，進一步增加重金屬質量分數(shù)，但蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合堆肥能夠顯著降低污泥中重金屬質量分數(shù)。蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合處理后，重金屬質量分數(shù)與中華人民共和國《農(nóng)用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）比較，除了Cd超出外基本滿足農(nóng)用要求，其中T5（4%的稻殼炭）Cd的濃度僅超出限制0.48 mg·kg-1，若是延長堆肥時間，處理后的污泥可以用于園地和牧草地，滿足B級污泥產(chǎn)物。

表2 不同堆肥體系中重金屬質量分數(shù)Table 2 The mass fraction of heavy metal in different sludge composite system mg·kg-1

李玉等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，污泥進行好氧堆肥過后，重金屬含量會由于堆肥過程中有機質的降解、CO2以及其他揮發(fā)性物質的損失造成的濃縮效應而出現(xiàn)上升。本試驗中出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，且在稻殼炭的作用下濃縮效應更加明顯，從而處理組 T1—T3重金屬濃度較 T0明顯上升。聯(lián)合堆肥 T4—T6處理組中蚯蚓的活動顯著降低了重金屬含量，試驗結果表明蚯蚓對重金屬有較強的富集作用，并且對不同金屬富集量不同，有學者認為蚯蚓對重金屬的富集是一種選擇性富集，主要是通過皮膚和腸道的吸收，并且蚯蚓體內(nèi)的黃色細胞能積蓄某些重金屬元素，必不可少的微量元素如Zn和Cu能調節(jié)蚯蚓的生理，因而富集量大，相反機體利用較少的Pb、Cd蚯蚓富集較少，甚至產(chǎn)生排斥（Azizi et al.，2013；陳學民等，2010）。T5中添加4%的稻殼炭蚯蚓對重金屬富集偏多是由于在一定范圍內(nèi)添加高比例碳源有利于蚯蚓對重金屬的吸收（胡安等，2012）。

2.4 堆肥污泥中有效態(tài)重金屬質量分數(shù)變化

有效態(tài)重金屬包括水溶態(tài)、酸溶態(tài)、螯合態(tài)和吸附態(tài)，也包含一些在短時間內(nèi)釋放出來可被植物吸收利用的部分（鐵梅等，2013）。由圖 3可知，添加稻殼炭T1—T3處理組中，隨稻殼炭比例增加，污泥中Zn、Cu、Pb和Cd有效態(tài)質量分數(shù)下降，Zn、Cu、Pb和Cd有效態(tài)質量分數(shù)與稻殼炭添加量呈顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.958、-0.835、-0.874、-0.738（P＜0.05）。而在蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥T4—T6處理組中，相比處理組T0和T1—T3重金屬有效態(tài)質量分數(shù)明顯下降（P＜0.05），處理組T6（8%稻殼炭）重金屬有效態(tài)質量分數(shù)高于T5（4%稻殼炭）。因此，稻殼炭添加降低了污泥重金屬有效性，而當蚯蚓添加后，在低稻殼炭添加量內(nèi)（＜8%），會出現(xiàn)蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合降低重金屬有效性作用。

圖3 污泥處理后重金屬有效態(tài)的變化Fig. 3 Change of effective state of heavy metals after sludge treatment

上述結果表明，添加稻殼炭能夠顯著降低污泥中重金屬的有效性，添加稻殼炭重金屬的有效性下降作用機理主要包括離子交換作用、靜電作用、物理吸附、絡合以及沉淀作用5個方面（李偉婕等，2019）。由稻殼炭單獨堆肥（T1—T3）和理化性質相關性分析可知（表 3），污泥中重金屬的有效性降低與pH呈負相關，T1—T3處理組中污泥的pH隨稻殼炭比例增加呈上升趨勢（圖 1），重金屬有效性隨之下降，高瑞麗等（2017）對此有相似研究結果。pH增加導致重金屬有效性降低的原因，劉清等（1996）認為主要從 3個方面考慮：（1）酸度影響水解平衡；（2）H+與金屬離子對試劑的競爭會改變絡合平衡；（3）pH還會影響污泥對金屬離子的吸附-釋放平衡（生物表面吸附、金屬氫氧化物沉淀等）。蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥（T4—T6）降低重金屬的有效性，一方面與蚯蚓對重金屬的富集有關，添加 4%的稻殼炭污泥處理中重金屬下降的最多，此時重金屬的有效性降低最多，這與Liu et al.（2005）研究結果一致。Liu et al.（2005）指出蚯蚓活動過土壤中重金屬有效性降低的原因是蚯蚓將重金屬元素累積于自身組織中，從而降低重金屬有效性；另一方面蚯蚓活動改變了污泥的各類理化、生化等環(huán)境因子，進而改變了重金屬活性（表4），試驗中添加 4%稻殼炭蚯蚓聯(lián)合堆肥 TOC分解最多，TOC分解產(chǎn)生的腐殖質可以和污泥中的有效態(tài)金屬形成絡（螯）合物降低植物的吸收，因而有效性最低（孟國欣等，2018）。

表3 重金屬有效性與理化性質的相關關系（T1—T3）Table 3 Correlationships between the availability of heavy metals with physical and chemical properties of sludge (T1-T3)

表4 重金屬有效性與理化性質的相關關系（T4—T6）Table 4 Correlationships between the availability of heavy metals with physical and chemical properties of sludge (T4-T6)

2.5 堆肥污泥中重金屬賦存形態(tài)變化

污泥中重金屬的生物有效性和遷移性與污泥中重金屬形態(tài)有關。交換態(tài)重金屬和碳酸鹽結合態(tài)比較容易遷移和轉化，容易受到pH等因素的影響釋放到環(huán)境中，鐵錳結合態(tài)重金屬遷移性較前兩種形態(tài)弱，有機結合態(tài)重金屬比較穩(wěn)定，其遷移能力隨有機質狀態(tài)變化，而殘渣態(tài)重金屬性質最穩(wěn)定不容易釋放，其遷移能力最低（杜志敏等，2011）。

由圖4可知，隨稻殼炭添加比例增加，添加稻殼炭T1—T3處理組中Zn、Cu、Pb、Cd殘渣態(tài)及鐵錳氧化態(tài)重金屬比例不斷增加，稻殼炭添加比例為 8%時殘渣態(tài)及鐵錳氧化態(tài)重金屬比例達到最大，這時Zn、Cu、Pb和Cd的殘渣態(tài)比例較污泥堆肥 T0分別增加了 6.81%、10.25%、10.61%和4.18%，鐵錳氧化態(tài)比例較污泥堆肥T0分別增加了3.47%、10.08%、2.54%和6.51%；而T1—T3處理組中Zn、Cu、Pb和Cd的交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)比例隨稻殼炭添加比例增加不斷下降，在添加 8%稻殼炭時，Zn、Cu、Pb和Cd的交換態(tài)較污泥堆肥T0分別下降了4.64%、7.13%、5.6%和2.11%，碳酸鹽結合態(tài)較污泥堆肥 T0分別下降了 3.64%、5.63%、6.74%和 8.72%；相對而言，T1—T3處理組中有機結合態(tài)除了Zn、Cd略有減少外，相對比較穩(wěn)定變化不大。因此，稻殼炭添加有利于堆肥污泥中重金屬鈍化。

蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合堆肥T4—T6中殘渣態(tài)比例上升明顯，高于處理組T0和T1—T3。殘渣態(tài)比例隨著稻殼炭的增加先上升后下降。在添加比例為4%的稻殼炭時，Zn、Cu、Pb、Cd殘渣態(tài)比例最大較單獨堆肥 T0分別增加了 22.67%、31.71%、19.67%、19.11%。處理組T4—T6中交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳結合態(tài)和有機結合態(tài)重金屬比例較污泥堆肥 T0都出現(xiàn)減少趨勢。由此，蚯蚓添加入稻殼炭聯(lián)合污泥堆肥后，可以促使污泥中重金屬的交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳結合態(tài)和有機結合態(tài)均向殘渣態(tài)轉化，降低重金屬移動性，在 4%的稻殼炭添加量時，蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合轉化能力最高。

圖4 不同堆肥體系中污泥中重金屬各形態(tài)變化Fig. 4 The percentage of heavy metals forms in different sludge composite system

上述結果表明，添加稻殼炭導致T1—T3處理組中重金屬交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)隨著稻殼炭比例增加下降，這與劉晶晶等（2015）得出隨著竹炭比例的提高，酸溶態(tài)（交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)）Cu和 Zn向可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘渣態(tài)轉化效果更好的研究結果一致。稻殼炭產(chǎn)生的作用一方面是稻殼炭對 pH值影響，pH增加會導致污泥有機/無機膠體和粘粒帶負電荷、增加對重金屬離子吸附能力，也會使重金屬形成氫氧化物沉淀（Mart?nez et al.，2000；Swati et al.，2017）。另一方面是稻殼炭上分布著大量的負電荷和官能團能和重金屬離子形成金屬絡合物（Beesley et al.，2013）。Zn、Cd有機結合態(tài)略有減少。李國學等（2000）在污泥和粉煤灰堆肥中同樣發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，可能是因為堿性物質影響了有機物質腐殖化過程。另外重金屬形態(tài)和 TOC有關，許多學者就兩者關系研究，王興明等（2017）在煤矸石改良銅尾礦試驗中，發(fā)現(xiàn)隨著有機質上升，尾砂中重金屬的鐵錳結合態(tài)、有機結合態(tài)和殘渣態(tài)比例增加；蘇偉等（2013）發(fā)現(xiàn)有機質含量下降時，可交換態(tài)與鐵錳氧化物結合 Cd含量上升，有機結合態(tài) Cd含量下降，殘渣態(tài) Cd含量無明顯變化；王浩等（2009）發(fā)現(xiàn)當有機質含量下降時，有機質結合態(tài)重金屬的比例下降，氧化物結合態(tài)和殘渣態(tài)重金屬的比例上升。這些研究中金屬形態(tài)轉變都不相同，但最終都使得重金屬向穩(wěn)定狀態(tài)轉化。

蚯蚓與稻殼炭聯(lián)合堆肥T4—T6中重金屬形態(tài)的變化可能與蚯蚓生物活動有關，蚯蚓的活動能夠改變污泥養(yǎng)分、理化性質和微生物活性。有研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞中含有大量的細菌、放線菌和真菌等微生物，這些微生物可能釋放大量可以降解有機物的酶，從而使得與有機物結合的重金屬釋放出來（劉清等，1996），同時，同時蚯蚓排出的糞便具有巨大的表面積，可吸附重金屬，是一種有效的重金屬鈍化劑（Gondek et al.，2003）。除此之外，蚯蚓在調節(jié)污泥 pH、吞噬底泥等過程中分泌的酸性物質使碳酸鹽結合態(tài)中的重金屬重新釋放，這些釋放出來的金屬可能被腐殖質、稻殼炭等吸附，還可以通過蚯蚓分泌的胞體蛋白、金屬巰基基團、金屬螯合蛋白等結合，降低重金屬有效態(tài)（褚磊，2018；Dai，2004）。總體而言，蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥對重金屬形態(tài)變化機制存在著復雜的關系。其中有稻殼炭的鈍化作用和蚯蚓活動產(chǎn)生的影響，同時蚯蚓的活動還受到稻殼炭比例的影響，由圖4可知，添加4%稻殼炭時蚯蚓活性最強，對降低重金屬的遷移性有著促進作用。

3 結論

（1）相比污泥單獨堆肥，稻殼炭聯(lián)合污泥堆肥能增加污泥pH、EC、TP和降低TOC、TN，但隨蚯蚓添加入混合污泥堆肥體系，蚯蚓聯(lián)合稻殼炭堆肥可增加TN，進一步增加污泥EC、TP，并能顯著降低污泥的pH、TOC。

（2）污泥堆肥中添加稻殼炭，Zn、Cu、Pb、Cd質量分數(shù)有所提升，其中升高最多處理組T2（4%稻殼炭）因濃縮效應 Zn、Cu、Pb、Cd分別較 T0增加了 17.92%、6.25%、15.6%、14.47%，且堆肥中隨著稻殼炭比例的增加污泥重金屬有效態(tài)質量分數(shù)不斷下降；而蚯蚓-稻殼炭聯(lián)合堆肥卻可顯著降低污泥中Zn、Cu、Pb、Cd質量分數(shù)，T5處理組（4%稻殼炭）重金屬降低的比例最大，與 T0比較降低次序為 Zn＞Cu＞Cd＞Pb，并且這時蚯蚓與稻殼炭協(xié)同作用最強，重金屬有效性最低。

（3）添加稻殼炭堆肥會使得Zn、Cu、Pb和Cd交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)轉化為殘渣態(tài)及鐵錳氧化態(tài)，而蚯蚓聯(lián)合稻殼炭對污泥堆肥，可促使污泥中重金屬交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳結合態(tài)和有機結合態(tài)均向殘渣態(tài)轉化，進一步降低重金屬遷移性，其中 T5處理組（4%稻殼炭），殘渣態(tài) Zn、Cu、Pb和Cd較污泥堆肥T0增加比例最大，分別為22.67%、31.71%、19.67%、19.11%。