蚯蚓處理對(duì)脫水城市污泥性能的影響

喬艷云 宋志偉 潘宇

摘要 [目的]研究蚯蚓處理對(duì)脫水城市污泥性能的影響。[方法]以城市污水處理廠的脫水污泥作為研究對(duì)象，探討蚯蚓處理對(duì)其性能的影響。[結(jié)果]新鮮脫水污泥經(jīng)蚯蚓處理后，pH、有機(jī)質(zhì)含量降低，EC值顯著升高，使污泥性質(zhì)趨于穩(wěn)定，污泥的微生物活性增強(qiáng)，有害微生物得到抑制，全氮、全磷、全鉀含量降低，速效氮、速效磷、速效鉀含量升高。[結(jié)論]蚯蚓處理可以很好地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化和資源化。

關(guān)鍵詞 蚯蚓；城市污泥；脫水；性能

中圖分類號(hào) X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）27-0059-03

Effect of Earthworm Treatment on the Performance of Dewatered Municipal Sludge

QIAO Yanyun，SONG Zhiwei，PAN Yu

（School of Environment and Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin，Helongjiang 150022）

Abstract [Objective]The research aimed to study the effect of earthworm treatment on the performance of dewatered municipal sludge.[Method]Taking the dewatered sludge of urban sewage treatment plant as the research object，the effect of earthworm treatment on its performance was discussed.[Result]After the treatment of the fresh dewatering sludge，the pH and the content of organic matter decreased，and the EC value increased significantly，making the sludge properties tend to be stable，the microbial activity of the sludge was enhanced，and the harmful microbes were suppressed. The content of total nitrogen，total phosphorus and total potassium decreased，and the content of available nitrogen，available phosphorus and available potassium increased.[Conclusion]That earthworm treatment can achieve reduction，innocuous and resourceful of the sludge.

Key words Earthworms；Municipal sludge；Dehydration；Performance

基金項(xiàng)目 哈爾濱市科學(xué)技術(shù)局項(xiàng)目（2015RAXXJ039）；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51678222）。

作者簡(jiǎn)介 喬艷云（1976—），女，黑龍江鶴崗人，副教授，碩士，從事固體廢物的生物處理研究。

收稿日期 2018-05-23

城市污泥是城市生活污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年底，我國(guó)累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠3 552個(gè)，處理能力達(dá)1.79億m3/d。根據(jù)《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，我國(guó)“十三五”的城鎮(zhèn)污水處理能力計(jì)劃提升至2.68億m3/d。按照1萬(wàn)t水產(chǎn)7 t 80%濕泥計(jì)算，2020年我國(guó)濕泥年產(chǎn)量將達(dá)到6 847.4萬(wàn)t。隨著城市污水廠數(shù)量和規(guī)模的不斷增加，污泥的產(chǎn)量還會(huì)繼續(xù)增加。

污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、N、P、K及其他元素，具有很高的土地利用價(jià)值，但同時(shí)也含有難降解的有機(jī)物、重金屬、鹽類、少量的病原微生物和寄生蟲(chóng)卵等，會(huì)帶來(lái)一系列環(huán)境安全問(wèn)題[1-4]。目前世界各國(guó)的污泥處理、處置技術(shù)手段主要有焚燒、填埋、干化、堆肥及土地利用[5-6]等，這些方法或多或少都存在著一定的缺陷，不僅不能從根本上實(shí)現(xiàn)污泥的資源化，處理不當(dāng)甚至?xí)斐啥挝廴綶7-10]。城市污水污泥的有效處理處置問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，成為亟待解決的難題。

城市污泥的蚯蚓處理技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型生物處理技術(shù)。這種技術(shù)是基于蚯蚓的生態(tài)功能，將城市污泥研磨、消化，最終以蚯蚓糞形式排出。蚯蚓通過(guò)與消化道內(nèi)微生物的協(xié)同作用，將污泥中的有機(jī)有害物消化，并能于蚯蚓體內(nèi)富集重金屬、消除病原菌，最終將污泥轉(zhuǎn)化成富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物有機(jī)肥。因此，城市污泥的蚯蚓生物處理技術(shù)是一種城市污泥的有效處理途徑[11-12]。筆者以蚯蚓處理前后的污泥、蚯蚓糞為研究對(duì)象，對(duì)其表觀性狀、化學(xué)指標(biāo)、微生物數(shù)量、養(yǎng)分含量等指標(biāo)進(jìn)行研究，旨在揭示蚯蚓處理對(duì)污泥性質(zhì)的影響，為城市污泥的規(guī)模化處理與利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 該研究所選用的蚯蚓品種為大平三號(hào)，購(gòu)于四川省團(tuán)壩鎮(zhèn)蚯蚓養(yǎng)殖場(chǎng)。供試污泥取自黑龍江科技大學(xué)生活污水處理廠的脫水污泥，含水率在85%左右。

1.2 試驗(yàn)方法

取高10.9 cm，上口直徑14.5 cm，下口直徑10.1 cm，底部有透氣孔的塑料盆，盆底部墊一層紗布，防止蚯蚓從縫隙逃逸。在每盆中分別裝入2 kg的基質(zhì)土，給蚯蚓建立一個(gè)緩沖生活空間，在不同盆中分別接種100條大平3號(hào)蚯蚓，蚯蚓平均體重在0.4 g/條左右，盆上做好標(biāo)記。在每盆上面加入新鮮污泥750 g，設(shè)3個(gè)重復(fù)。將它們放在陰涼的暗處，盆上套上塑料袋保濕，然后蓋上報(bào)紙遮光。室內(nèi)溫度在20～25 ℃，定期噴灑蒸餾水使物料濕度保持在（70±10）%。經(jīng)30 d蚯蚓處理后，將蚯蚓取出，采集蚯蚓糞樣品進(jìn)行測(cè)試分析。

1.3 測(cè)定方法

含水率測(cè)定采用烘干稱重法。pH測(cè)定采用污泥與水比為1∶2攪拌，取上清液，用pH計(jì)直接測(cè)定。電導(dǎo)率（EC值）的測(cè)定采用污泥與水比為1∶4 攪拌，用電導(dǎo)率測(cè)定儀直接測(cè)定。有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法-外加熱法。全氮測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法。速效氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法。全磷的測(cè)定采用硫酸-過(guò)氧化氫消煮、釩鉬黃比色法。速效磷的測(cè)定采用檸檬酸浸提一釩鉬黃比色法。全鉀采用NaOH熔融火焰光度法。速效鉀采用1 mol/L中性醋酸銨溶液浸提火焰光度法。細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量測(cè)定采用梯度稀釋平板涂布法。糞大腸桿菌測(cè)定采用多管發(fā)酵法。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以干基統(tǒng)計(jì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)采用配對(duì)數(shù)據(jù)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 污泥經(jīng)蚯蚓處理前后主要化學(xué)指標(biāo)的變化

污泥經(jīng)蚯蚓處理前后的EC值、pH、有機(jī)質(zhì)的差異見(jiàn)表1。從表1可以看出，污泥經(jīng)蚯蚓處理后轉(zhuǎn)化為蚯蚓糞，EC值上升了38.48%，pH降低了20.66%，有機(jī)質(zhì)的含量下降了38.32%。經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn)，污泥與蚯蚓糞EC值、pH、有機(jī)質(zhì)含量的差異均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。蚯蚓處理使污泥的pH、有機(jī)質(zhì)的含量極顯著降低，使EC值極顯著升高。

電導(dǎo)率是反映污泥中無(wú)機(jī)離子含量和礦化度的重要指標(biāo)。污泥處理過(guò)程中，蚯蚓和體內(nèi)微生物的活動(dòng)使有機(jī)物分解，污泥礦化、無(wú)機(jī)化、可溶性鹽析出從而含鹽量大幅增高[13]，因而EC值顯著升高。

蚯蚓處理使污泥的pH降低。分析其原因可能由于蚯蚓處理污泥有機(jī)物分解的過(guò)程中，形成了中間產(chǎn)物有機(jī)酸所致[13]，也可能與有機(jī)物徹底氧化分解產(chǎn)生CO2有關(guān)，另外在污泥降解過(guò)程中，NH3的揮發(fā)也可能導(dǎo)致pH有所降低。

蚯蚓處理使有機(jī)質(zhì)含量下降，是由于蚯蚓與微生物的協(xié)同作用加速了有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化[14]。蚯蚓在污泥中活動(dòng)和吞食，改善了污泥中微生物的生存條件和氧供應(yīng)狀況，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)在好氧環(huán)境下被微生物分解利用，并以CO2和H2O排出，從而導(dǎo)致了蚯蚓糞中有機(jī)質(zhì)含量降低。

2.2 污泥經(jīng)蚯蚓處理前后微生物數(shù)量的差異

污泥經(jīng)蚯蚓處理前后的微生物變化情況見(jiàn)表2，細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量有不同幅度提高，尤其真菌的數(shù)量變化最大，糞大腸桿菌數(shù)量有所下降。蚯蚓處理后，細(xì)菌數(shù)量增加了4.47%，放線菌數(shù)量增加了93.69%，真菌數(shù)量上升了403.12%，糞大腸桿菌數(shù)量下降了66.87%。經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，細(xì)菌數(shù)量變化顯著（0.01

污泥經(jīng)蚯蚓處理以后細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量都得到了提高，表明在蚯蚓處理污泥的過(guò)程中，蚯蚓能夠提高污泥中微生物的數(shù)量和活性。因污泥中含有大量的碳源、氮源、有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供充足的食物來(lái)源。同時(shí)蚯蚓活動(dòng)制造了大量孔洞，形成了良好的通氣條件，改善了污泥的性狀，這些條件都促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)繁殖。

糞大腸桿菌群是一類對(duì)人畜健康都會(huì)產(chǎn)生危害的病原微生物。污泥中含有的大量糞大腸菌，如果不經(jīng)有效處理直接排放，會(huì)對(duì)人類生活造成一定程度的危害。污泥通過(guò)蚯蚓處理后，糞大腸菌群數(shù)量大大減少，在一定程度上控制了污泥中一些病害的發(fā)生。蚯蚓一方面通過(guò)吞食活動(dòng)直接減少了病原微生物的數(shù)量，另一方面通過(guò)自身活動(dòng)改變了污泥中微生物區(qū)系的構(gòu)成，形成了有益微生物的優(yōu)勢(shì)菌群，抑制了病原菌的生長(zhǎng)和繁殖，間接地減少了糞大腸桿菌的數(shù)量。還有研究認(rèn)為，蚯蚓體內(nèi)具有獨(dú)特的抗菌與免疫系統(tǒng)，可以產(chǎn)生對(duì)抗外源性病原體致病作用的活性物質(zhì)，可以抑制病原微生物生長(zhǎng)，對(duì)污泥中的病害起到了生物防治的作用[15]。

2.3 污泥經(jīng)蚯蚓處理前后養(yǎng)分含量的變化

從圖1可以看出，經(jīng)蚯蚓處理后污泥中全氮含量下降了53.91%，全磷含量下降了7.44%，全鉀的含量下降了5.80%；污泥經(jīng)蚯蚓處理后速效氮的含量上升了11.43%，速效磷含量上升了2083%，速效鉀含量上升了3.13%。經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，全氮、速效氮、速效磷的含量差異顯著（0.01

在處理過(guò)程中，蚯蚓運(yùn)動(dòng)和攝食，創(chuàng)造了良好的有機(jī)物分解條件，微生物和蚯蚓的活動(dòng)加速了污泥中全氮的分解，蚯蚓利用氮素合成自身生命物質(zhì)生長(zhǎng)并增殖，同時(shí)蚯蚓活動(dòng)也造成了污泥中全氮的揮發(fā)損失，因此全氮含量降低、速效N增加是因?yàn)殡S著有機(jī)質(zhì)的分解，促進(jìn)了全氮向有效氮的轉(zhuǎn)化，增加了污泥的肥力。

經(jīng)蚯蚓處理后，污泥中全磷含量降低、速效磷含量增加。變化的原因與污泥中蚯蚓和微生物的協(xié)同作用有關(guān)，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，一部分磷被蚯蚓和微生物利用，因而污泥中全磷含量隨之降低。蚯蚓活動(dòng)促進(jìn)了磷的礦化，促使污泥中全磷向速效磷轉(zhuǎn)化，從而增加了污泥中速效磷含量。

污泥經(jīng)蚯蚓處理后，蚯蚓糞中全鉀含量略有降低，速效鉀含量略有升高，但變化都不明顯，與劉小麗[16]的研究結(jié)論一致，表明蚯蚓糞中鉀的含量取決于原來(lái)污泥中鉀的含量。

污泥的速效養(yǎng)分是評(píng)價(jià)其肥力的重要指標(biāo)。污泥經(jīng)過(guò)蚯蚓處理以后，速效養(yǎng)分增加。速效氮、速效磷、速效鉀能被植物直接吸收利用，或者經(jīng)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化后即可利用。因此蚯蚓處理為污泥的土地利用奠定了營(yíng)養(yǎng)基礎(chǔ)。

3 討論與小結(jié)

通過(guò)30 d的試驗(yàn)，蚯蚓在未經(jīng)發(fā)酵的新鮮脫水污泥中能夠正常生存，并且體重有所增加。所選污泥來(lái)自校園內(nèi)生活污水處理產(chǎn)生的脫水污泥，重金屬含量相對(duì)較低且病原微生物數(shù)量較少，污泥中富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，有利于蚯蚓的生存和攝食。研究結(jié)果表明，脫水污泥不需進(jìn)行堆肥發(fā)酵或其他預(yù)處理，可以直接喂食蚯蚓。

脫水城市污泥經(jīng)過(guò)蚯蚓處理以后，理化性質(zhì)發(fā)生明顯改變，污泥的pH和EC值下降，有機(jī)質(zhì)含量降低，性質(zhì)更趨于穩(wěn)定。細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量有不同幅度提高，糞大腸桿菌數(shù)量降低，說(shuō)明蚯蚓處理使污泥的微生物活性增強(qiáng)，有害微生物得到抑制。處理后的污泥全氮、全磷、全鉀養(yǎng)分含量降低，速效氮、速效磷和速效鉀的含量增加，有利于在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用。蚯蚓處理為城市污泥資源化利用拓展了一條有效途徑。

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