蚯蚓污泥堆肥的研究進展

劉晨 陳繼旺

摘?要：近年來，蚯蚓被廣泛應用于污泥堆肥應用中，這種方式成為一種高效且環(huán)保的生物降解工藝。概括介紹了焚燒、厭氧消化、好氧發(fā)酵等常見的城市污泥處理方式。通過比較研究法和案例分析法等研究方法針對污泥堆肥環(huán)境中4個影響因素：溫度、含水率、重金屬、C/N對蚯蚓的影響，總結(jié)了部分蚯蚓污泥堆肥技術的發(fā)展現(xiàn)狀，為蚯蚓污泥堆肥技術提供一定的參考依據(jù)。

關鍵詞：蚯蚓堆肥技術?城鎮(zhèn)污泥??生態(tài)系統(tǒng)?降解污泥

中圖分類號：X-1

Research?Progress?on?Earthworm?Sludge?Composting

LIU?Chen??CHEN?Jiwang

School?of?Earth?and?Environment，?Anhui?University?of?Science?and?Technology，?Huainan，?Anhui?Province，?232000?China

Abstract：?In?recent?years，?earthworms?have?been?widely?used?in?sludge?composting，?which?has?become?an?efficient?and?environmentally-friendly?biodegradation?technology.?This?article?summarizes?common?urban?sludge?treatment?methods?such?as?incineration，?anaerobic?digestion?and?aerobic?fermentation.?By?research?methods?such?as?comparative?research?and?case?analysis，?this?paper?summarizes?the?development?status?of?some?earthworm?sludge?composting?technologies?in?veiw?of?the?impact?of?four?influencing?factors?in?the?sludge?composting?environment：?temperature，?moisture?content，?heavy?metal?and?C/N?on?earthworms，?which?provides?a?certain?reference?basis?for?the?earthworm?sludge?composting?technology.

Key?Words：?Vermicomposting?technology；Urban?sludge；Ecosystem；Degradation?of?sludge

在人們生活質(zhì)量的不斷提高的今天，城市環(huán)境問題已經(jīng)成為社會普遍關注的焦點問題。有數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國污泥產(chǎn)生量達7?288.3萬t，其中，市政污泥約5?552萬t。在市政污泥產(chǎn)量如此巨大且不斷增長的情況下，城市污水污泥處理已經(jīng)成為當前社會發(fā)展面臨的難點問題。目前，城市處理污泥主要通過焚燒、厭氧消化和好氧發(fā)酵等方式來實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化處置[1]，但由于種種原因，無法有效地減輕或避免城鎮(zhèn)污泥對周圍環(huán)境的影響。因此，找到合適的方法加強對城鎮(zhèn)污泥的利用率和處置效率顯得尤為重要。

蚯蚓作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物量最大的動物，廣泛分布在土壤環(huán)境，在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著極其重要的作用，被稱為“土壤生態(tài)系統(tǒng)工程師”[2]。我國在20世紀70年代開始研究蚯蚓在污泥堆肥中的應用，城市污水污泥中含有大量有機質(zhì)、重金屬和致病微生物，蚯蚓能夠加快污泥中有機質(zhì)的降解，富集污泥中的重金屬，去除致病菌群，其產(chǎn)物蚓糞可以當作有機肥使用[3]。鞏正等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞能夠有效提高城鎮(zhèn)污泥中有機質(zhì)的降解程度，并使其快速穩(wěn)定；喬艷云等人[5]研究發(fā)現(xiàn)，添加蚯蚓后污泥微生物活性提高，有害微生物得到抑制。因此，蚯蚓污泥堆肥作為一種新興技術被廣泛應用于城市污水污泥的堆肥中。但該技術在應用中受到諸多因素的影響，本研究概述了蚯蚓污泥堆肥與其他處理方式的對比，同時總結(jié)了污泥環(huán)境中不同外源因子對蚯蚓的影響，以期為城鎮(zhèn)污泥的處理提供一定的參考依據(jù)。

1城鎮(zhèn)污泥處理研究現(xiàn)狀

目前，我國城鎮(zhèn)污泥處理主要通過焚燒、厭氧消化和好氧發(fā)酵等方式進行。截至2022年，我國污泥項目建設總規(guī)模達4?851.4萬t/a，污泥處理項目中焚燒、厭氧消化、好氧堆肥為主，分別占比65.41%、15.55%、9.61%，污泥無害化理論處理率達73.5%。

1.1污泥焚燒

污泥焚燒是指污泥與過量空氣在焚燒爐中進行高溫燃燒，將污泥中的可燃物質(zhì)充分燃燒，最終得到水蒸氣、CO2和固體殘渣的過程。城鎮(zhèn)污泥經(jīng)過焚燒后含水率和有機污染物大幅降低，減量化和無害化程度高。但是，污泥焚燒會產(chǎn)生濃度高的有毒煙氣且固體殘渣中含有大量有害物質(zhì)，需經(jīng)過嚴格處理后排放，減少二次污染，這也導致其投資運行成本高、資源化程度低[6]。

1.2污泥厭氧消化

污泥厭氧消化是指厭氧菌和兼性厭氧菌在無氧環(huán)境條件下，可以降解污泥中的有機物，殺滅污泥中寄生蟲卵，并產(chǎn)生大量沼氣的過程。隨著污泥厭氧消化過程的進行，會產(chǎn)生大量的甲烷沼氣，沼渣可作為園林綠化土或土壤改良劑，實現(xiàn)污泥的資源化[7]。

1.3污泥好氧堆肥

污泥好氧堆肥是指在有氧條件下，好氧微生物通過有氧呼吸方式分解污泥中的有機物，并轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的過程。污泥好氧發(fā)酵效果與污泥含水率、有機質(zhì)含量和C/N等密切相關，處理過程需保持污泥性質(zhì)的穩(wěn)定[8]。

2蚯蚓污泥堆肥的研究現(xiàn)狀

蚯蚓污泥堆肥是指利用蚯蚓與污泥環(huán)境中的微生物協(xié)同作用，降解污泥中的有機質(zhì)、重金屬和病原菌等有毒有害物質(zhì)，最終實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化的過程。我國從20世紀70年代開始研究蚯蚓堆肥技術，該技術將傳統(tǒng)的污泥堆肥與新的生物處理技術相結(jié)合。前人關于蚯蚓污泥堆肥已有大量研究，尹朝陽等人[9]研究發(fā)現(xiàn)，生活污泥經(jīng)蚯蚓處理后，干重降低了?28%?，有效實現(xiàn)了減量化，有機物質(zhì)總量削減了57.?14%?，穩(wěn)定化、無害化效果顯著；李雄勇等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，赤子愛勝蚓直接處理污水廠剩余污泥效果顯著；臧蘭蘭等人[11]研究發(fā)現(xiàn)添加赤子愛勝蚓后，城市污泥中的有機質(zhì)下降且營養(yǎng)元素得到有效提高；王振興等人[12]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過蚯蚓處理后，污泥中重金屬Cu、Zn、Ni和Pb含量均出現(xiàn)不同程度降低。因此，應用蚯蚓進行污泥堆肥處理是實現(xiàn)污泥資源化的有效途徑。

3蚯蚓污泥堆肥技術影響的因素

蚯蚓污泥堆肥技術是一種新興的生物降解技術，具有處理污泥類型廣泛、投資和運行成本低、操作簡單等特點。但是該技術在國內(nèi)應用尚不成熟，在污泥堆肥過程中受到諸多環(huán)境因素的影響，從而限制了蚯蚓處理污泥的應用價值和應用范圍。

3.1溫度對蚯蚓的影響

由于蚯蚓屬于變溫動物，污泥堆肥的溫度是影響蚯蚓堆肥技術的重要因素。污泥環(huán)境中的溫度在堆肥過程中不僅直接影響蚯蚓的體溫和活動，而且還會影響蚯蚓的生理代謝功能。一般來說，溫度為20?℃最適宜蚯蚓活動。溫度升高會促進蚯蚓活動頻繁，但不能超過蚯蚓忍受的限度，溫度在32?℃以上或10?℃以下均會影響蚯蚓的正常生長，甚至導致蚯蚓直接死亡[13]。李韻[14]研究發(fā)現(xiàn)，在16～25?℃的污泥堆肥環(huán)境中，蚯蚓的生長狀態(tài)顯著好于高溫和低溫條件下的蚯蚓。陸志波等人[15]研究發(fā)現(xiàn)當食料充足時，25?℃條件下蚯蚓的呼吸率高于15?℃條件下的呼吸率，溫度在5?℃和35?℃條件下蚯蚓都不能正常呼吸。此外，陳學民等人[16]研究發(fā)現(xiàn)，溫度會影響蚯蚓的活性，從而改變堆肥效率。

3.2含水率對蚯蚓的影

蚯蚓靠皮膚呼吸，適合生活在潮濕的條件下。因此，水分是蚯蚓的一個重要組成部分和基本生存條件，污泥含水率會對蚯蚓的新陳代謝和生長發(fā)育產(chǎn)生影響。研究表明：污泥含水率過低或過高都會影響蚯蚓的正常發(fā)育。Parthasarathi等人[17]研究發(fā)現(xiàn)，當污泥的含水率保持在70%～85%之間時，蚯蚓的生物量最高。陳學民等人[16]研究發(fā)現(xiàn)，赤子愛勝蚓可以直接處理脫水污泥（含水率為74%～76%）。

3.3重金屬對蚯蚓的影響

城鎮(zhèn)污水污泥資源化過程中，重金屬被認為是其再利用的主要限制因素。蚯蚓能夠通過表皮吸收和吞食作用富集污泥中的重金屬，但污泥中重金屬濃度過高也會對蚯蚓產(chǎn)生毒害作用，抑制其生長發(fā)育。劉昭兵等人[18]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度Pb、Cd和高濃度Pb、Cd復合均會對蚯蚓產(chǎn)生毒害作用，且蚯蚓在高濃度Pb處理中已經(jīng)出現(xiàn)明顯的中毒癥狀。伏小勇等人[19]研究發(fā)現(xiàn)，污泥中Pb的含量直接影響蚯蚓對Pb的富集能力，當污泥中Pb濃度超過3?500?mg/kg時蚯蚓全部死亡。同時，蚯蚓對重金屬有一定的耐受能力。嚴愛蘭[20]研究發(fā)現(xiàn)，當蚯蚓對污泥中Cd的富集超過耐受極限后，會通過糞便排出體外。

3.4?C/N對蚯蚓的影響

在用蚯蚓堆肥處理污泥時，污泥中的營養(yǎng)價值決定了蚯蚓處理污泥的效率。污泥中C/N過低或過高都不利于蚯蚓的成長和繁殖。研究表明：蚯蚓會根據(jù)污泥中C/N的高低選擇性地分配自身能量：當C/N較高時，蚯蚓會選擇將從污泥中獲得的能量用于新陳代謝，而當C/N較低時，蚯蚓則選擇將能量用于繁殖交配[21]。盛倩等人[22]研究發(fā)現(xiàn)，在C/N值為25～35時，蚯蚓對污泥的處理效果最好。

4結(jié)論

蚯蚓污泥堆肥技術擁有其他污泥處理技術所沒有的優(yōu)點，相比于其他污泥處理技術具有巨大的應用前景。但同時，加強對污泥環(huán)境對蚯蚓堆肥的影響因素的深度探究十分重要，如何實現(xiàn)蚯蚓污泥堆肥過程可控化和簡易化是該技術進一步提升的關鍵。

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