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    赤子愛勝蚓處理農(nóng)村生活污水污泥的技術(shù)研究

    2014-06-16 13:54:30李雄勇常文越張帆
    關(guān)鍵詞:污泥重金屬

    李雄勇 常文越 張帆

    摘 要:用赤子愛勝蚓直接處理農(nóng)村生活污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥。首先,研究了污泥的減量化效果與蚯蚓生物量的變化規(guī)律;其次,設(shè)計(jì)不同的蚯蚓密度條件,研究了蚯蚓處理對(duì)污泥理化性質(zhì)(pH、EC、綜合毒性)、重金屬以及微觀結(jié)構(gòu)上的變化。結(jié)果表明:蚯蚓處理污泥的減量化效果顯著,達(dá)到30%以上,而蚯蚓的重量表現(xiàn)出先漲后降的規(guī)律;接種蚯蚓的污泥理化性質(zhì)、重金屬濃度以及微觀結(jié)構(gòu)均有顯著的變化,污泥的pH值從7.8~7.9降至6.8~7.1;EC由430~450μs/cm增至1857~2136μs/cm;綜合毒性抑制率從99%~100%降至30%~36%;降低了污泥中的重金屬含量,其中Zn、Pb的濃度降低了30%以上;蚯蚓處理對(duì)污泥中苯并(a)芘也有去除的作用;與未處理的污泥相比,蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。

    關(guān)鍵詞:赤子愛勝蚓 污泥 重金屬

    中圖分類號(hào):X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)02(a)-0035-04

    隨著我國(guó)農(nóng)村污水處理技術(shù)的快速發(fā)展以及農(nóng)村污水處理率的快速提高,污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥量將日益增加。而剩余污泥尚未得到有效、安全地處理和處置,已成為影響農(nóng)村污水處理廠正常運(yùn)行和發(fā)展的瓶頸,直接影響污水節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和污水處理效益的發(fā)揮,是一個(gè)不容忽視的重大環(huán)境問題。

    到目前為止,沈陽市已經(jīng)建設(shè)農(nóng)村污水處理設(shè)施一百余座,農(nóng)村水環(huán)境的治理取得顯著成效。然而,污水處理過程中產(chǎn)生的污泥卻未得到有效的處理處置,基本處于未處理處置的狀態(tài)。這些污泥中含有病原體、重金屬和持久性有機(jī)物等有毒有害物質(zhì),極易對(duì)地下水、土壤、空氣等環(huán)境造成二次污染,直接威脅環(huán)境安全和公眾健康,使污水處理設(shè)施的環(huán)境效益大大降低。沈陽市農(nóng)村地區(qū)的污水處理設(shè)施比較分散,產(chǎn)生的污泥量相對(duì)較少,因此在農(nóng)村地區(qū)實(shí)行污泥集中收集和處理處置是十分困難且不經(jīng)濟(jì)的。另外,傳統(tǒng)的污泥處理方法不適合應(yīng)用在缺乏資金的專業(yè)技術(shù)人員的農(nóng)村地區(qū),因此尋找投資少、運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單、具有一定環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益的污泥處理處置技術(shù),切實(shí)推進(jìn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化技術(shù)和工程措施的改進(jìn)和落實(shí),是解決沈陽市農(nóng)村環(huán)境問題的重中之重。

    污泥的蚯蚓分解處理技術(shù)是一種新興的污泥處理技術(shù),被廣大研究者認(rèn)為是一種安全、環(huán)保、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的有效技術(shù)手段之一[1]。本文以赤子愛勝蚓(Eiseniafoetida)作為供試蚯蚓,直接處理沈陽市農(nóng)村地區(qū)較為典型的生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的剩余污泥,研究污泥的減量化效果、蚯蚓的生物量變化、污泥的理化性質(zhì)、重金屬濃度以及微觀結(jié)構(gòu)上的變化,旨在為沈陽市農(nóng)村地區(qū)的污水污泥處理處置尋求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)途徑,為蚯蚓直接處理污泥技術(shù)提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 實(shí)驗(yàn)材料

    供試污泥取自沈陽市于洪區(qū)平羅街道污水處理工程的新鮮剩余污泥。工程接納平羅街道政府所在地產(chǎn)生的生活污水,建設(shè)規(guī)模為2000 t/d,采用調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣、水解酸化與人工濕地組合處理工藝。污水經(jīng)組合工藝處理后達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),處理水直接排放到蒲河。通過對(duì)蚯蚓品種及其生理特性的了解基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究者的研究成果,供試蚯蚓選擇耐寒、耐水、易繁殖、耐污能力強(qiáng)的赤子愛勝蚓,屬表居型蚯蚓,均采自本地,選用無環(huán)帶、健康、活性好,體長(zhǎng)約3~9 cm,個(gè)體重在0.1~0.4 g的蚯蚓作為實(shí)驗(yàn)用蚯蚓。

    1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

    (1)污泥減量化實(shí)驗(yàn)。

    取1個(gè)長(zhǎng)×寬×高為36 cm×27 cm× 12 cm的塑料箱,塑料箱內(nèi)裝入2.1 kg污泥后,接種100條、19.9 g的蚯蚓,然后將塑料箱放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),室溫在22~30 ℃,從接種蚯蚓到實(shí)驗(yàn)結(jié)束共計(jì)30 d,期間只對(duì)塑料箱做一些調(diào)節(jié)水分的處理。實(shí)驗(yàn)過程中每10d對(duì)污泥干重、蚯蚓數(shù)量與重量進(jìn)行測(cè)試。

    (2)污泥穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)

    取3個(gè)長(zhǎng)×寬×高為54 cm×37 cm× 20 cm的塑料箱,每個(gè)塑料箱裝入10.0 kg的污泥后,分別接種0.15 kg(A組)、0.2 kg(B組)、0.25 kg(C組)的蚯蚓,上覆蓋一些樹葉遮光用,然后將塑料箱放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),室溫在22~30 ℃,從接種蚯蚓到實(shí)驗(yàn)結(jié)束共計(jì)40d,期間只對(duì)塑料箱做一些調(diào)節(jié)水分的處理。實(shí)驗(yàn)過程中每10 d對(duì)污泥pH值、EC、綜合毒性進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)開始前與實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)重金屬進(jìn)行測(cè)試。

    1.3 分析方法

    取30 g試樣經(jīng)10倍蒸餾水溶解,在快速攪拌器攪拌0.5 h后,靜置24 h,取上層清液直接測(cè)定pH值和EC;綜合毒性的測(cè)定采用化學(xué)發(fā)光法;Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Cd、Hg、As的測(cè)定采用常壓消解后電感耦合等離子體發(fā)射光譜法;苯并(a)芘測(cè)定采用熱提取氣相色譜質(zhì)譜法;污泥及蚓糞的微觀結(jié)構(gòu)的觀察采用環(huán)境掃描電鏡(FEI Quanta 250 ESEM)。

    蚯蚓處理污泥的實(shí)驗(yàn)中,污泥含水率的控制采用FD-T1型高頻波數(shù)字水分儀進(jìn)行控制。而對(duì)污泥干重減量化的實(shí)驗(yàn)中,污泥含水率的測(cè)定采用烘箱烘干法,在105 ℃下烘干至恒定。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 污泥減量化實(shí)驗(yàn)效果

    實(shí)驗(yàn)過程中污泥干重的減量化效果與蚯蚓的重量變化分別見圖1、圖2。

    實(shí)驗(yàn)所測(cè)污泥質(zhì)量為污泥干質(zhì)重量,從圖1可以看出,污泥的減量化效果顯著,尤其是在前20 d的變化更加顯著,減量率達(dá)到了26.1%;到30 d實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),減量率達(dá)到了29.2%。根據(jù)前人的研究分析,污泥減量現(xiàn)象可能與蚯蚓的攝食習(xí)性和發(fā)達(dá)的砂囊有關(guān),蚯蚓對(duì)污泥的減量作用是通過微生物和蚯蚓的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的。蚯蚓先通過砂囊對(duì)污泥研磨,然后利用蚓體分泌的多種酶和腸道內(nèi)的微生物將污泥消化,最終轉(zhuǎn)化為自身的增殖及排泄物—蚯蚓糞。蚯蚓腸道對(duì)微生物的群體結(jié)構(gòu)及生物活性具有調(diào)節(jié)作用,提高生長(zhǎng)快的微生物種群的繁殖速度及其呼吸代謝活性,在一定程度上也強(qiáng)化微生物降解有機(jī)物的作用,提高了污泥的減量率[2]。endprint

    從圖2可以看出,蚯蚓的重量在10~20 d時(shí),達(dá)到最大值,此時(shí)蚯蚓個(gè)體肥大,此后蚯蚓的重量開始降低。此外,在30 d的減量化實(shí)驗(yàn)中,蚯蚓的數(shù)量在前20 d時(shí)沒有變化,仍為100條,而在30 d時(shí),只剩下88條。蚯蚓的平均體重從處理前的0.199 g/條,20 d時(shí)達(dá)到0.274 g/條,30 d時(shí)降到0.165 g/條。出現(xiàn)這種先漲后降的原因可能是因?yàn)轵球咎幚砦勰嗲捌谖勰嘀序球镜摹笆澄铩薄袡C(jī)物較多,蚯蚓的重量開始增加,隨著“食物”量的減少,蚯蚓的重量開始降低,到最后蚯蚓瘦小,逐漸出現(xiàn)逃跑和餓死的現(xiàn)象。

    2.2 對(duì)污泥pH的影響

    污泥的pH是污泥消解是否正常的重要標(biāo)志,圖3為不同蚯蚓密度處理實(shí)驗(yàn)的pH變化圖。

    如圖3所示,在不同的處理時(shí)間內(nèi),接種蚯蚓均能使污泥的pH值顯著降低。A、B、C三種不同蚯蚓密度的實(shí)驗(yàn)相比較,蚯蚓密度大的C污泥的pH值在相同的處理時(shí)間內(nèi)降低的更為明顯。相對(duì)而言,pH值在第10~20 d時(shí),其變化率更為顯著;而在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),A、B、C的pH值差別不顯著,且均在7.0左右。

    蚯蚓處理過程中,污泥pH的降低,這與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果是一致的,pH的降低可能是由于蚯蚓的活動(dòng)導(dǎo)致污泥中N和P礦化成NH3-N和有效磷過程中,生物轉(zhuǎn)化形成中間產(chǎn)物有機(jī)酸所致。另外,最終產(chǎn)物—蚯蚓糞中較低的pH則可能與微生物的進(jìn)一步活動(dòng)產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸有關(guān)[3]。

    2.3 對(duì)污泥EC的影響

    EC是反映污泥中無機(jī)離子含量和礦化度的重要指標(biāo)。圖4為不同蚯蚓密度的處理實(shí)驗(yàn)EC變化圖。

    如圖4所示,在不同的處理時(shí)間內(nèi),蚯蚓均能使污泥的EC顯著增加。在實(shí)驗(yàn)初期污泥的EC相同的情況下,經(jīng)過40 d的蚯蚓處理,A、B、C污泥的電導(dǎo)率從442±8 μS/cm分別增加到1872±10 μS/cm、2007±18 μS/cm、2057±32 μS/cm,說明蚯蚓密度越高,在相同的處理時(shí)間內(nèi)EC變化更顯著。污泥的EC顯著增加是由于蚯蚓及其體內(nèi)微生物的活動(dòng)致使有機(jī)物分解,提高了污泥的礦化度,釋放出的礦物鹽(如P、K)和無機(jī)離子等所致[4]。

    2.4 對(duì)污泥綜合毒性的影響

    我們采用化學(xué)發(fā)光法對(duì)污泥進(jìn)行綜合毒性的測(cè)試,通常采用抑制率來描述水體的毒性情況。

    如圖5所示,從污泥浸出水樣的抑制率變化趨勢(shì)來看,在蚯蚓處理污泥前,其綜合毒性很強(qiáng),幾乎達(dá)到100%。A、B、C三組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,經(jīng)過20 d的蚯蚓處理,污泥的綜合毒性顯著降低,遠(yuǎn)低于90%的重度毒性臨界值;在23.1~38.5g蚯蚓/kg干污泥密度范圍內(nèi),在10d時(shí),密度越大,其綜合毒性的降低效果更顯著;而處理至20~40 d時(shí),其綜合毒性趨近于穩(wěn)定在30%左右,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),未表現(xiàn)出持續(xù)顯著下降的趨勢(shì)。

    2.5 對(duì)污泥重金屬的影響

    少量的重金屬含量是植物生長(zhǎng)所必須的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng),但過量的重金屬含量將對(duì)其生長(zhǎng)起到限制性的影響。污泥中含有重金屬,這是污泥在農(nóng)用中受到限制的主要因素之一,所以蚯蚓處理污泥的產(chǎn)物能否農(nóng)用取決于蚓糞中重金屬的含量。表1為蚯蚓處理污泥中重金屬含量的變化表。

    從表1可以看出,與未處理的污泥相比,接種蚯蚓污泥的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Hg、Ni、As濃度均顯著降低,且蚯蚓密度越大,重金屬濃度的降低程度更加顯著些。蚯蚓活動(dòng)降低污泥中的重金屬濃度,表明蚯蚓對(duì)污泥中重金屬有較強(qiáng)的富集作用。同時(shí),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓對(duì)污泥中重金屬的富集有一定的選擇性,對(duì)Zn、Pb兩種重金屬濃度的降低幅度分別為30.0%~37.5%、32.6%~36.2%。此外,除Cd之外的其它重金屬濃度的降低幅度均達(dá)到10.0%~25.5%,Cd濃度的降低率不高也有可能與Cd濃度不高有關(guān)。

    與《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》(GB24188-2009)的污泥限值相比,平羅街道污水污泥的重金屬濃度較低,這與平羅街道污水處理工程處理生活污水,未含有工業(yè)廢水有關(guān)。

    2.6 對(duì)苯并(a)芘的影響

    表2為蚯蚓處理污泥中礦物油、苯并(a)芘含量的變化表。

    相對(duì)于蚯蚓處理污泥中pH、EC、重金屬的影響相比,對(duì)苯并(a)芘影響的研究鮮有報(bào)道。苯并(a)芘是一種五環(huán)多環(huán)芳香烴類(PAHs),是PAHs中毒性最大的一種強(qiáng)烈致癌物。從表2可以看出,蚯蚓對(duì)污泥中苯并(a)芘有顯著的降解作用。蚯蚓能夠降解苯并(a)芘,可能是由于蚯蚓本身能在體內(nèi)富集大量的有機(jī)污染物;另一方面,蚯蚓提高了PAHs在污泥中的生物有效性,加速了污泥中的降解。

    2.7 對(duì)污泥微觀結(jié)構(gòu)的影響

    未處理污泥與A、B、C三組蚯蚓糞的微觀結(jié)構(gòu)如圖6~圖9所示。

    從圖6~圖9可知,未處理污泥通過5000倍的觀察,粒徑為9.6 μm;A組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為2.749 μm;B組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為3.446 μm;C組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為3.324 μm。與未處理的污泥相比,A、B、C組蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散、孔隙率更高,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。由此可見,蚯蚓處理有助于破壞污泥原有的致密結(jié)構(gòu),如施用于土地上,可有效避免土壤板結(jié)問題,并提高土壤透氣性,大幅度提高蚯蚓糞的土地利用價(jià)值。

    3 結(jié)語

    用赤子愛勝蚓直接處理沈陽市農(nóng)村生活污水污泥的實(shí)驗(yàn)表明,污泥減量化效果顯著,達(dá)到30%以上;污泥的理化性質(zhì)、重金屬濃度以及微觀結(jié)構(gòu)均有顯著的變化,污泥的pH值從7.8~7.9降至6.8~7.1;EC由430~450 μs/cm增至1857~2136 μs/cm;綜合毒性抑制率從99~100%降至30~36%;降低污泥中重金屬濃度,其中Zn、Pb的濃度降低了30%以上;對(duì)污泥中苯并(a)芘也有去除的作用;與未處理的污泥相比,蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。綜上,蚯蚓分解處理技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)沈陽市農(nóng)村地區(qū)生活污水污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的處理目標(biāo),具有環(huán)境部產(chǎn)生二次污染、投資省、運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單、管理方便的特點(diǎn),符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的要求,為解決沈陽市乃至遼寧省農(nóng)村地區(qū)的污水處理設(shè)施剩余污泥的最終處置問題提供了安全、環(huán)保、生態(tài)利用的新途徑。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 徐哲,楊健,邢美燕.污泥的蚯蚓處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].四川有色金屬,2011(4):50-55.

    [2] 吳敏,婁山杰,楊健,等.蚯蚓生物濾池的污泥減量化效果極其影響因素[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,6(4):514-518.

    [3] 陳學(xué)民,王惠,伏小勇,等.赤子愛勝蚓處理污泥對(duì)其性質(zhì)變化的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(6):1421-1425.

    [4] 劉玉奇.蚯蚓處理城市生活污泥的技術(shù)研究[J].科技與企業(yè),2012(2):105-106.endprint

    從圖2可以看出,蚯蚓的重量在10~20 d時(shí),達(dá)到最大值,此時(shí)蚯蚓個(gè)體肥大,此后蚯蚓的重量開始降低。此外,在30 d的減量化實(shí)驗(yàn)中,蚯蚓的數(shù)量在前20 d時(shí)沒有變化,仍為100條,而在30 d時(shí),只剩下88條。蚯蚓的平均體重從處理前的0.199 g/條,20 d時(shí)達(dá)到0.274 g/條,30 d時(shí)降到0.165 g/條。出現(xiàn)這種先漲后降的原因可能是因?yàn)轵球咎幚砦勰嗲捌谖勰嘀序球镜摹笆澄铩薄袡C(jī)物較多,蚯蚓的重量開始增加,隨著“食物”量的減少,蚯蚓的重量開始降低,到最后蚯蚓瘦小,逐漸出現(xiàn)逃跑和餓死的現(xiàn)象。

    2.2 對(duì)污泥pH的影響

    污泥的pH是污泥消解是否正常的重要標(biāo)志,圖3為不同蚯蚓密度處理實(shí)驗(yàn)的pH變化圖。

    如圖3所示,在不同的處理時(shí)間內(nèi),接種蚯蚓均能使污泥的pH值顯著降低。A、B、C三種不同蚯蚓密度的實(shí)驗(yàn)相比較,蚯蚓密度大的C污泥的pH值在相同的處理時(shí)間內(nèi)降低的更為明顯。相對(duì)而言,pH值在第10~20 d時(shí),其變化率更為顯著;而在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),A、B、C的pH值差別不顯著,且均在7.0左右。

    蚯蚓處理過程中,污泥pH的降低,這與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果是一致的,pH的降低可能是由于蚯蚓的活動(dòng)導(dǎo)致污泥中N和P礦化成NH3-N和有效磷過程中,生物轉(zhuǎn)化形成中間產(chǎn)物有機(jī)酸所致。另外,最終產(chǎn)物—蚯蚓糞中較低的pH則可能與微生物的進(jìn)一步活動(dòng)產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸有關(guān)[3]。

    2.3 對(duì)污泥EC的影響

    EC是反映污泥中無機(jī)離子含量和礦化度的重要指標(biāo)。圖4為不同蚯蚓密度的處理實(shí)驗(yàn)EC變化圖。

    如圖4所示,在不同的處理時(shí)間內(nèi),蚯蚓均能使污泥的EC顯著增加。在實(shí)驗(yàn)初期污泥的EC相同的情況下,經(jīng)過40 d的蚯蚓處理,A、B、C污泥的電導(dǎo)率從442±8 μS/cm分別增加到1872±10 μS/cm、2007±18 μS/cm、2057±32 μS/cm,說明蚯蚓密度越高,在相同的處理時(shí)間內(nèi)EC變化更顯著。污泥的EC顯著增加是由于蚯蚓及其體內(nèi)微生物的活動(dòng)致使有機(jī)物分解,提高了污泥的礦化度,釋放出的礦物鹽(如P、K)和無機(jī)離子等所致[4]。

    2.4 對(duì)污泥綜合毒性的影響

    我們采用化學(xué)發(fā)光法對(duì)污泥進(jìn)行綜合毒性的測(cè)試,通常采用抑制率來描述水體的毒性情況。

    如圖5所示,從污泥浸出水樣的抑制率變化趨勢(shì)來看,在蚯蚓處理污泥前,其綜合毒性很強(qiáng),幾乎達(dá)到100%。A、B、C三組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,經(jīng)過20 d的蚯蚓處理,污泥的綜合毒性顯著降低,遠(yuǎn)低于90%的重度毒性臨界值;在23.1~38.5g蚯蚓/kg干污泥密度范圍內(nèi),在10d時(shí),密度越大,其綜合毒性的降低效果更顯著;而處理至20~40 d時(shí),其綜合毒性趨近于穩(wěn)定在30%左右,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),未表現(xiàn)出持續(xù)顯著下降的趨勢(shì)。

    2.5 對(duì)污泥重金屬的影響

    少量的重金屬含量是植物生長(zhǎng)所必須的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng),但過量的重金屬含量將對(duì)其生長(zhǎng)起到限制性的影響。污泥中含有重金屬,這是污泥在農(nóng)用中受到限制的主要因素之一,所以蚯蚓處理污泥的產(chǎn)物能否農(nóng)用取決于蚓糞中重金屬的含量。表1為蚯蚓處理污泥中重金屬含量的變化表。

    從表1可以看出,與未處理的污泥相比,接種蚯蚓污泥的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Hg、Ni、As濃度均顯著降低,且蚯蚓密度越大,重金屬濃度的降低程度更加顯著些。蚯蚓活動(dòng)降低污泥中的重金屬濃度,表明蚯蚓對(duì)污泥中重金屬有較強(qiáng)的富集作用。同時(shí),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓對(duì)污泥中重金屬的富集有一定的選擇性,對(duì)Zn、Pb兩種重金屬濃度的降低幅度分別為30.0%~37.5%、32.6%~36.2%。此外,除Cd之外的其它重金屬濃度的降低幅度均達(dá)到10.0%~25.5%,Cd濃度的降低率不高也有可能與Cd濃度不高有關(guān)。

    與《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》(GB24188-2009)的污泥限值相比,平羅街道污水污泥的重金屬濃度較低,這與平羅街道污水處理工程處理生活污水,未含有工業(yè)廢水有關(guān)。

    2.6 對(duì)苯并(a)芘的影響

    表2為蚯蚓處理污泥中礦物油、苯并(a)芘含量的變化表。

    相對(duì)于蚯蚓處理污泥中pH、EC、重金屬的影響相比,對(duì)苯并(a)芘影響的研究鮮有報(bào)道。苯并(a)芘是一種五環(huán)多環(huán)芳香烴類(PAHs),是PAHs中毒性最大的一種強(qiáng)烈致癌物。從表2可以看出,蚯蚓對(duì)污泥中苯并(a)芘有顯著的降解作用。蚯蚓能夠降解苯并(a)芘,可能是由于蚯蚓本身能在體內(nèi)富集大量的有機(jī)污染物;另一方面,蚯蚓提高了PAHs在污泥中的生物有效性,加速了污泥中的降解。

    2.7 對(duì)污泥微觀結(jié)構(gòu)的影響

    未處理污泥與A、B、C三組蚯蚓糞的微觀結(jié)構(gòu)如圖6~圖9所示。

    從圖6~圖9可知,未處理污泥通過5000倍的觀察,粒徑為9.6 μm;A組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為2.749 μm;B組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為3.446 μm;C組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為3.324 μm。與未處理的污泥相比,A、B、C組蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散、孔隙率更高,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。由此可見,蚯蚓處理有助于破壞污泥原有的致密結(jié)構(gòu),如施用于土地上,可有效避免土壤板結(jié)問題,并提高土壤透氣性,大幅度提高蚯蚓糞的土地利用價(jià)值。

    3 結(jié)語

    用赤子愛勝蚓直接處理沈陽市農(nóng)村生活污水污泥的實(shí)驗(yàn)表明,污泥減量化效果顯著,達(dá)到30%以上;污泥的理化性質(zhì)、重金屬濃度以及微觀結(jié)構(gòu)均有顯著的變化,污泥的pH值從7.8~7.9降至6.8~7.1;EC由430~450 μs/cm增至1857~2136 μs/cm;綜合毒性抑制率從99~100%降至30~36%;降低污泥中重金屬濃度,其中Zn、Pb的濃度降低了30%以上;對(duì)污泥中苯并(a)芘也有去除的作用;與未處理的污泥相比,蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。綜上,蚯蚓分解處理技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)沈陽市農(nóng)村地區(qū)生活污水污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的處理目標(biāo),具有環(huán)境部產(chǎn)生二次污染、投資省、運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單、管理方便的特點(diǎn),符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的要求,為解決沈陽市乃至遼寧省農(nóng)村地區(qū)的污水處理設(shè)施剩余污泥的最終處置問題提供了安全、環(huán)保、生態(tài)利用的新途徑。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 徐哲,楊健,邢美燕.污泥的蚯蚓處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].四川有色金屬,2011(4):50-55.

    [2] 吳敏,婁山杰,楊健,等.蚯蚓生物濾池的污泥減量化效果極其影響因素[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,6(4):514-518.

    [3] 陳學(xué)民,王惠,伏小勇,等.赤子愛勝蚓處理污泥對(duì)其性質(zhì)變化的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(6):1421-1425.

    [4] 劉玉奇.蚯蚓處理城市生活污泥的技術(shù)研究[J].科技與企業(yè),2012(2):105-106.endprint

    從圖2可以看出,蚯蚓的重量在10~20 d時(shí),達(dá)到最大值,此時(shí)蚯蚓個(gè)體肥大,此后蚯蚓的重量開始降低。此外,在30 d的減量化實(shí)驗(yàn)中,蚯蚓的數(shù)量在前20 d時(shí)沒有變化,仍為100條,而在30 d時(shí),只剩下88條。蚯蚓的平均體重從處理前的0.199 g/條,20 d時(shí)達(dá)到0.274 g/條,30 d時(shí)降到0.165 g/條。出現(xiàn)這種先漲后降的原因可能是因?yàn)轵球咎幚砦勰嗲捌谖勰嘀序球镜摹笆澄铩薄袡C(jī)物較多,蚯蚓的重量開始增加,隨著“食物”量的減少,蚯蚓的重量開始降低,到最后蚯蚓瘦小,逐漸出現(xiàn)逃跑和餓死的現(xiàn)象。

    2.2 對(duì)污泥pH的影響

    污泥的pH是污泥消解是否正常的重要標(biāo)志,圖3為不同蚯蚓密度處理實(shí)驗(yàn)的pH變化圖。

    如圖3所示,在不同的處理時(shí)間內(nèi),接種蚯蚓均能使污泥的pH值顯著降低。A、B、C三種不同蚯蚓密度的實(shí)驗(yàn)相比較,蚯蚓密度大的C污泥的pH值在相同的處理時(shí)間內(nèi)降低的更為明顯。相對(duì)而言,pH值在第10~20 d時(shí),其變化率更為顯著;而在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),A、B、C的pH值差別不顯著,且均在7.0左右。

    蚯蚓處理過程中,污泥pH的降低,這與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果是一致的,pH的降低可能是由于蚯蚓的活動(dòng)導(dǎo)致污泥中N和P礦化成NH3-N和有效磷過程中,生物轉(zhuǎn)化形成中間產(chǎn)物有機(jī)酸所致。另外,最終產(chǎn)物—蚯蚓糞中較低的pH則可能與微生物的進(jìn)一步活動(dòng)產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸有關(guān)[3]。

    2.3 對(duì)污泥EC的影響

    EC是反映污泥中無機(jī)離子含量和礦化度的重要指標(biāo)。圖4為不同蚯蚓密度的處理實(shí)驗(yàn)EC變化圖。

    如圖4所示,在不同的處理時(shí)間內(nèi),蚯蚓均能使污泥的EC顯著增加。在實(shí)驗(yàn)初期污泥的EC相同的情況下,經(jīng)過40 d的蚯蚓處理,A、B、C污泥的電導(dǎo)率從442±8 μS/cm分別增加到1872±10 μS/cm、2007±18 μS/cm、2057±32 μS/cm,說明蚯蚓密度越高,在相同的處理時(shí)間內(nèi)EC變化更顯著。污泥的EC顯著增加是由于蚯蚓及其體內(nèi)微生物的活動(dòng)致使有機(jī)物分解,提高了污泥的礦化度,釋放出的礦物鹽(如P、K)和無機(jī)離子等所致[4]。

    2.4 對(duì)污泥綜合毒性的影響

    我們采用化學(xué)發(fā)光法對(duì)污泥進(jìn)行綜合毒性的測(cè)試,通常采用抑制率來描述水體的毒性情況。

    如圖5所示,從污泥浸出水樣的抑制率變化趨勢(shì)來看,在蚯蚓處理污泥前,其綜合毒性很強(qiáng),幾乎達(dá)到100%。A、B、C三組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,經(jīng)過20 d的蚯蚓處理,污泥的綜合毒性顯著降低,遠(yuǎn)低于90%的重度毒性臨界值;在23.1~38.5g蚯蚓/kg干污泥密度范圍內(nèi),在10d時(shí),密度越大,其綜合毒性的降低效果更顯著;而處理至20~40 d時(shí),其綜合毒性趨近于穩(wěn)定在30%左右,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),未表現(xiàn)出持續(xù)顯著下降的趨勢(shì)。

    2.5 對(duì)污泥重金屬的影響

    少量的重金屬含量是植物生長(zhǎng)所必須的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng),但過量的重金屬含量將對(duì)其生長(zhǎng)起到限制性的影響。污泥中含有重金屬,這是污泥在農(nóng)用中受到限制的主要因素之一,所以蚯蚓處理污泥的產(chǎn)物能否農(nóng)用取決于蚓糞中重金屬的含量。表1為蚯蚓處理污泥中重金屬含量的變化表。

    從表1可以看出,與未處理的污泥相比,接種蚯蚓污泥的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Hg、Ni、As濃度均顯著降低,且蚯蚓密度越大,重金屬濃度的降低程度更加顯著些。蚯蚓活動(dòng)降低污泥中的重金屬濃度,表明蚯蚓對(duì)污泥中重金屬有較強(qiáng)的富集作用。同時(shí),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓對(duì)污泥中重金屬的富集有一定的選擇性,對(duì)Zn、Pb兩種重金屬濃度的降低幅度分別為30.0%~37.5%、32.6%~36.2%。此外,除Cd之外的其它重金屬濃度的降低幅度均達(dá)到10.0%~25.5%,Cd濃度的降低率不高也有可能與Cd濃度不高有關(guān)。

    與《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》(GB24188-2009)的污泥限值相比,平羅街道污水污泥的重金屬濃度較低,這與平羅街道污水處理工程處理生活污水,未含有工業(yè)廢水有關(guān)。

    2.6 對(duì)苯并(a)芘的影響

    表2為蚯蚓處理污泥中礦物油、苯并(a)芘含量的變化表。

    相對(duì)于蚯蚓處理污泥中pH、EC、重金屬的影響相比,對(duì)苯并(a)芘影響的研究鮮有報(bào)道。苯并(a)芘是一種五環(huán)多環(huán)芳香烴類(PAHs),是PAHs中毒性最大的一種強(qiáng)烈致癌物。從表2可以看出,蚯蚓對(duì)污泥中苯并(a)芘有顯著的降解作用。蚯蚓能夠降解苯并(a)芘,可能是由于蚯蚓本身能在體內(nèi)富集大量的有機(jī)污染物;另一方面,蚯蚓提高了PAHs在污泥中的生物有效性,加速了污泥中的降解。

    2.7 對(duì)污泥微觀結(jié)構(gòu)的影響

    未處理污泥與A、B、C三組蚯蚓糞的微觀結(jié)構(gòu)如圖6~圖9所示。

    從圖6~圖9可知,未處理污泥通過5000倍的觀察,粒徑為9.6 μm;A組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為2.749 μm;B組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為3.446 μm;C組蚯蚓糞通過5000倍的觀察,粒徑為3.324 μm。與未處理的污泥相比,A、B、C組蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散、孔隙率更高,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。由此可見,蚯蚓處理有助于破壞污泥原有的致密結(jié)構(gòu),如施用于土地上,可有效避免土壤板結(jié)問題,并提高土壤透氣性,大幅度提高蚯蚓糞的土地利用價(jià)值。

    3 結(jié)語

    用赤子愛勝蚓直接處理沈陽市農(nóng)村生活污水污泥的實(shí)驗(yàn)表明,污泥減量化效果顯著,達(dá)到30%以上;污泥的理化性質(zhì)、重金屬濃度以及微觀結(jié)構(gòu)均有顯著的變化,污泥的pH值從7.8~7.9降至6.8~7.1;EC由430~450 μs/cm增至1857~2136 μs/cm;綜合毒性抑制率從99~100%降至30~36%;降低污泥中重金屬濃度,其中Zn、Pb的濃度降低了30%以上;對(duì)污泥中苯并(a)芘也有去除的作用;與未處理的污泥相比,蚯蚓糞的粒徑更低、結(jié)構(gòu)更松散,呈疏松的粒狀結(jié)構(gòu)。綜上,蚯蚓分解處理技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)沈陽市農(nóng)村地區(qū)生活污水污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的處理目標(biāo),具有環(huán)境部產(chǎn)生二次污染、投資省、運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單、管理方便的特點(diǎn),符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的要求,為解決沈陽市乃至遼寧省農(nóng)村地區(qū)的污水處理設(shè)施剩余污泥的最終處置問題提供了安全、環(huán)保、生態(tài)利用的新途徑。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 徐哲,楊健,邢美燕.污泥的蚯蚓處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].四川有色金屬,2011(4):50-55.

    [2] 吳敏,婁山杰,楊健,等.蚯蚓生物濾池的污泥減量化效果極其影響因素[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,6(4):514-518.

    [3] 陳學(xué)民,王惠,伏小勇,等.赤子愛勝蚓處理污泥對(duì)其性質(zhì)變化的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(6):1421-1425.

    [4] 劉玉奇.蚯蚓處理城市生活污泥的技術(shù)研究[J].科技與企業(yè),2012(2):105-106.endprint

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