不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥的處理效果

李秀啟， 賈寶華， 牛小沛， 黃莎莎， 李本銀

(1.河南省濟(jì)源市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南濟(jì)源 454652；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002)

?

不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥的處理效果

李秀啟1， 賈寶華1， 牛小沛1， 黃莎莎1， 李本銀2

(1.河南省濟(jì)源市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南濟(jì)源 454652；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002)

[目的]探索城市污泥的利用途徑。[方法]利用赤子愛(ài)勝蚓、大平2號(hào)、威廉環(huán)毛蚓3個(gè)蚯蚓品種處理城市生活污泥，以未接種蚯蚓為對(duì)照(CK)，研究接種不同品種蚯蚓的污泥理化性質(zhì)、氮、磷、鉀含量、重金屬含量以及蚯蚓生物量的變化。[結(jié)果]3種蚯蚓對(duì)污泥的礦化、降解能力基本一致。接種赤子愛(ài)勝蚓、大平2號(hào)及威廉環(huán)毛蚯蚓城市污泥的pH，均低于CK，城市污泥的氮、磷、鉀含量均較CK增加，污泥中重金屬含量降低。試驗(yàn)結(jié)束后，3種蚯蚓的生物量無(wú)差異顯著。[結(jié)論]利用蚯蚓處理城市污泥是一條無(wú)害化有效途徑。

蚯蚓；城市污泥；理化性質(zhì)；重金屬生物量

隨著城鎮(zhèn)化程度的不斷提高，城市污水的處理量迅速增加，由此帶來(lái)的城市污泥處理難題日漸凸顯。其中的有害成分，如有機(jī)污染物、重金屬、寄生蟲(chóng)、病原菌及臭氣對(duì)城市環(huán)境衛(wèi)生造成了嚴(yán)重影響。如何妥善和科學(xué)處理污泥，并充分利用污泥資源，使其達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

蚯蚓能將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為肥沃的有機(jī)肥料[2-3]，利用蚯蚓處理城市污水廠的剩余污泥，既能解決城市污水處理廠剩余污泥的出路，又可以?xún)艋h(huán)境。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)蚯蚓處理有機(jī)物含量較高的污泥進(jìn)行了大量研究[4-7]。然而，不同品種的蚯蚓生理特征不同，因此有必要探討其對(duì)污泥處理的差異。筆者選用3個(gè)不同品種蚯蚓處理城市污泥，研究不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥理化性質(zhì)和污泥重金屬含量的影響等，旨在為城市污泥科學(xué)處理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試蚯蚓品種為赤子愛(ài)勝蚓、大平2號(hào)及威廉環(huán)毛蚓。將蚯蚓用污泥喂養(yǎng)繁殖，選擇健康、活性好、無(wú)環(huán)帶、體長(zhǎng)5 cm左右的蚯蚓供試。供試污泥為河南潤(rùn)龍生物科技有限公司蚯蚓養(yǎng)殖基地處理過(guò)的污泥。

1.2 試驗(yàn)方法 采用口徑35 cm、高40 cm，底部打孔的塑料桶，桶底鋪40目尼龍放蟲(chóng)網(wǎng)，在每桶分別填入蚯蚓處理過(guò)的污泥4 kg，各投放蚯蚓150條，以未投放蚯蚓作為對(duì)照(CK)。24 h后分別在每桶表面投放待處理的污泥1 kg，每處理3次重復(fù)，置于陰涼處保濕避光飼養(yǎng)30 d。試驗(yàn)結(jié)束將蚯蚓、卵分離，計(jì)數(shù)，蚯蚓吐泥后稱(chēng)重。以標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 221—2005測(cè)定pH;以標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1251—1999測(cè)定電導(dǎo)率(EC)；以LY/T 1237—1999測(cè)定總有機(jī)碳含量(TOC)；以標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 221—2005測(cè)定氮、磷、鉀及重金屬含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)利用SPSS 20 及 Microsoft Excel 2003 進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥理化性質(zhì)的影響 由表1可知，與CK相比，蚯蚓處理的pH均降低，其中，赤子愛(ài)勝蚓和大平2號(hào)處理的城市污泥pH與CK差異極顯著(P<0.01)，威廉環(huán)毛蚓處理的城市污泥pH與CK差異顯著(P<0.05)，赤子愛(ài)勝蚓和大平2號(hào)之間差異不顯著(P>0.05)。與CK相比3個(gè)蚯蚓處理的城市污泥EC、灰分(Ash)差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)，3個(gè)處理間差異不顯著；蚯蚓處理的污泥TOC含量降低，各處理與CK相比差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)，3個(gè)處理間差異不顯著(P>0.05)，污泥TOC的降低可能是蚯蚓和微生物協(xié)同作用的結(jié)果，蚯蚓的作用是改善基質(zhì)中微生物的生存條件和氧的供應(yīng)，促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)物的降解[8]。2.2 不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥氮、磷、鉀含量的影響 由表2可知，與CK相比，不同品種蚯蚓處理的城市污泥氮、磷、鉀均增加，赤子愛(ài)勝蚓、大平2號(hào)處理的氮含量與CK差異極顯著(P<0.01)，威廉環(huán)毛蚓處理的氮含量與CK差異顯著(P<0.05)，3個(gè)處理間差異不顯著(P>0.05)。這是由于一方面蚯蚓活動(dòng)過(guò)程中微生物對(duì)氮轉(zhuǎn)化的媒介作用促進(jìn)了有機(jī)氮的礦化，從而使有機(jī)氮轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮保留在基質(zhì)中，另一方面蚯蚓自身分泌的黏液、尿液、生長(zhǎng)素和酶也會(huì)引起氮含量的增加[9]。大平2號(hào)處理的磷含量與CK差異極顯著(P<0.01)，赤子愛(ài)勝蚓、威廉環(huán)毛蚓處理的磷含量與CK差異顯著(P<0.05)，3個(gè)處理間差異不顯著(P>0.05)。蚯蚓能提高城市污泥磷含量的原因可能與有機(jī)質(zhì)的礦化、細(xì)菌轉(zhuǎn)化和蚯蚓糞便中磷酸酶的活動(dòng)有關(guān)[10]。不同品種蚯蚓處理的城市污泥鉀含量相差不大，以大平2號(hào)處理的鉀含量最高，赤子愛(ài)勝蚓與大平2號(hào)處理的鉀含量差異不顯著(P>0.05)，這2個(gè)品種處理與威廉環(huán)毛蚓處理的鉀含量、CK差異顯著(P<0.05)，威廉環(huán)毛蚓處理的鉀含量與CK差異不顯著(P>0.05)。接種蚯蚓后城市污泥鉀含量的提高主要是由于污泥分解過(guò)程中微生物產(chǎn)生酸，促使污泥中不溶性鉀轉(zhuǎn)化為可溶性鉀，同時(shí)，蚯蚓腸道中大量微生物種群也對(duì)鉀含量的提高起著重要作用[11]。

表1 不同品種蚯蚓處理的城市污泥理化性質(zhì)比較

注：同列不同大寫(xiě)字母表示在0.01水平差異極顯著，不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference at 0.01 level; different lowercase indicates significant difference at 0.05 level.

表2 不同品種蚯蚓處理的城市污泥氮、磷、鉀含量比較

Table 2 Comparison of N,P,K content in urban sludge treated by different earthworm varieties

g/kg

注：同列不同大寫(xiě)字母表示差在0.01水平異極顯著，不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference; different lowercases indicates significant difference.

2.3 不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥重金屬含量的影響 由表3可知，不同品種蚯蚓處理的城市污泥重金屬含量均有不同程度的下降。赤子愛(ài)勝蚓、大平2號(hào)處理的Cu含量與威廉環(huán)毛蚓處理、CK差異顯著(P<0.05)，威廉環(huán)毛蚓處理的Cu含量與CK差異不顯著(P>0.05)。3個(gè)品種蚯蚓處理的Zn含量與CK差異極顯著(P<0.01)，3個(gè)品種蚯蚓處理間差異不顯著(P>0.05)。3種蚯蚓處理城市污泥的Pb、Cd含量與CK差異極顯著(P<0.01)。赤子愛(ài)勝蚓與大平2號(hào)處理的Pb、Cd含量差異不顯著(P>0.05)，與威廉環(huán)毛蚓處理差異顯著(P<0.05)。不同品種蚯蚓處理的Cr含量與CK差異顯著(P<0.05)。大平2號(hào)處理的Cr含量與威廉環(huán)毛蚓處理、CK差異極顯著(P<0.01)，赤子愛(ài)勝蚓、威廉環(huán)毛蚓處理的Cr含量與CK差異顯著(P<0.05)。不同品種蚯蚓處理的Hg含量與CK差異顯著(P<0.05)。威廉環(huán)毛蚓處理的Se含量與CK差異不顯著(P>0.05)，其余2個(gè)品種處理與CK差異顯著(P<0.05)。綜上，接種蚯蚓污泥的重金屬含量降低是由于蚯蚓對(duì)重金屬有較強(qiáng)的富集能力，同種蚯蚓對(duì)污泥中不同重金屬的富集量不同，這是由蚯蚓對(duì)重金屬富集的選擇性造成[12]。蚯蚓對(duì)重金屬的富集主要是通過(guò)皮膚和腸道的吸收，必需的微量元素能夠促進(jìn)蚯蚓的生理調(diào)節(jié)，因此，蚯蚓對(duì)污泥中Zn和Cu 富集量較大；相反，Pb 和Cr 是不必要的元素，蚯蚓對(duì)其會(huì)產(chǎn)生一定的排斥作用[13-15]。

2.4 不同品種蚯蚓對(duì)城市污泥蚯蚓生物量的影響 蚯蚓的生物量能夠很好地反映蚯蚓對(duì)污泥的適應(yīng)和分解能力。由表4可知，3種供試蚯蚓生物量均無(wú)顯著差異，大平2號(hào)的生物量略高于其他2種蚯蚓。

表3 不同品種蚯蚓處理的城市污泥重金屬含量比較

注：同列不同大寫(xiě)字母表示在0.01水平差異極顯著，不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference at 0.01 level; different lowercase indicates significant difference at 0.05 level.

3 結(jié)論與討論

(1)該研究表明，供試蚯蚓對(duì)污泥的礦化能力和有機(jī)物降解能力均較強(qiáng)，接種蚯蚓后城市污泥的理化性質(zhì)除pH外無(wú)顯著差異(P>0.05)，接種赤子愛(ài)勝蚓、大平2號(hào)的城市污泥pH與接種威廉環(huán)毛蚓pH差異顯著(P<0.05)；蚯蚓對(duì)重金屬有較強(qiáng)的富集能力，接種蚯蚓后城市污泥的重金屬含量降低，同種蚯蚓對(duì)污泥中不同重金屬的富集量不同，不同品種蚯蚓富集能力亦有差異；供試蚯蚓的生物量均無(wú)明顯差異，可作為處理城市污泥選用。

(2)利用蚯蚓處理城市污泥,不僅可以將污泥中的重金屬富集于蚯蚓體內(nèi)、去除病原菌、轉(zhuǎn)移消化有機(jī)有害物,而且可將城市污泥轉(zhuǎn)化為富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有機(jī)肥,是一條無(wú)害化有效途徑。

表4 不同品種蚯蚓處理的城市污泥蚯蚓生物量比較

注：同列不同大寫(xiě)字母表示在0.01水平差異極顯著，不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference at 0.01 level; different lowercase indicates significant difference at 0.05 level.

[1] 張賀飛，徐燕，曾正中，等.國(guó)外城市污泥處理處置方式研究及對(duì)我國(guó)的啟示[J].環(huán)境工程，2010，28(S1) :434-438.

[2] 李典友，潘根興，向昌國(guó)， 等.土壤中蚯蚓資源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究及展望[ J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(10):340-347.

[3] PAUL J A J，KARMEGAM N，DANIEL T.Municipal solid waste (MSW)vermicomposting with an epigeic earthworm,PerionyxceylanensisMich.[J].Bioresource technology,2011,102(12):6769-6773.

[4] 孫穎，桂長(zhǎng)華，孟杰，等.利用蚯蚓活動(dòng)改善污泥性狀的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境化學(xué)，2007，26(3):343-346.

[5] 白春節(jié).低繁殖量蚯蚓養(yǎng)殖法處理剩余污泥的可行性研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2006，6(6):9-12.

[6] 吳敏，楊健.蚯蚓生態(tài)床處理剩余污泥[J].中國(guó)給水排水，2003，19(5):59-60.

[7] KOCIK A,TRUCHAN M,ROZEN A.Application of willows (Salixviminalis) and earthworms (Eiseniafetida) in sewage sludge treatment[J].Soil Biol，2007，43:327-331.

[8] GUNADI B,EDWARDS C A.The effects of multiple applications of different organic wastes on the growth，fecundity and survival ofEiseniafetida(Savigny)(Lumbricidae)[J].Pedobiologia，2003，47(4):321-329.

[9] VIEL M,SAYAG D,ANDRE L.Optimization of agricultural,industrial waste management through in-vessel composting[C]//DE Bertodi M.Compost:Production,quality and use.Essex:Elseiver Applied Science，1987:230-237.

[10] GARG P,GUPTA A,SATYA S.Vermicomposting of different types of waste usingEiseniafoetida: A comparative study [J].Bioresour Technol，2006，97(3):391-395.

[11] KAVIRAJ,SHARMA S.Municipal solid waste management through vermicomposting employing exotic and local species of earthworms[J].Bioresour Technol，2003，90(2):169-173.

[12] 伏小勇，秦賞，楊柳，等.蚯蚓對(duì)土壤中重金屬的富集作用研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28(1):78-83.

[13] KAMITANI T,KANEKO N.Species-specific heavy metal accumulation patterns of earthworms on a floodplain in Japan[J].Ecotoxicol Environ Saf，2007，66(1):82-91.

[14] LANNO R,WELLS J,CONDER J，et al.The bioavailability of chemicals in soil for earthworms [J].Ecotoxicol Environ Saf，2004，57(18):39-47.

[15] NAHMANI J,HODSON M E,BLACK S.A review of studies performed to assess metal uptake by earthworms [J].Environ Pollut，2007，145(2):402-424.

The Processing Effects of Different Earthworm Varieties on Urban Sludge

LI Xiu-qi,JIA Bao-hua,NIU Xiao-pei et al

(Jiyuan Academy of Agricultural Sciences,Jiyuan,Henan 454652)

[Objective] To explore the use of urban sludge.[Method] With not inoculated earthworm as control(CK),E.foetida,Ohira Ⅱ earthworm,Pheretimaguillemiwere used to process urban sewage sludge,the changes of sludge physiochemical properties,N,P,K content,heavy metal content and earthworm biomass were studied.[Result] The ability of mineralization and degradation of 3 kinds of earthworms was basically the same.The pH value of urban sludge inoculated withE.foetida,Ohira Ⅱ earthworm,Pheretimaguillemiwere lower than that of CK.The contents of N,P and K in municipal sludge were increased compared with CK,and the content of heavy metals in sludge was decreased.At the end of experiment,the biomass of 3 kinds of earthworms showed no significant difference.[Conclusion] It is an effective and harmless way to deal with urban sludge by using earthworm.

Earthworm; Urban sludge; Physiochemical properties; Heavy metal biomass

2015年河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(152102310034)。

李秀啟(1975- )，男，河南開(kāi)封人，副研究員，碩士，從事農(nóng)業(yè)資源及高效農(nóng)業(yè)發(fā)展研究。

2016-09-30

X 799.3

A

0517-6611(2016)36-0112-02