蚯蚓雖小卻不容忽視 實(shí)現(xiàn)污泥“四化”處理大有作為
污泥中不僅含有植物所必需的營(yíng)養(yǎng)成分氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等，同時(shí)也存在大量的重金屬元素如Cd、Hg、As、Zn、Cu、Pb等有機(jī)有害成分以及病原菌，利用蚯蚓分解處理污泥，可以減少污泥對(duì)環(huán)境的二次污染，為實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化、資源化提供可能。
本文分別從蚯蚓蚓種的選擇、污泥處理過(guò)程中蚯蚓的生長(zhǎng)繁殖狀況及受溫度的影響、處理后對(duì)污泥中營(yíng)養(yǎng)元素及理化性質(zhì)的影響以及蚯蚓對(duì)重金屬的吸收和富集作用等方面進(jìn)行了探討。
1、引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水處理能力不斷提高，截至2012年9月底，全國(guó)設(shè)市城市、縣累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠共3340座，污水處理能力達(dá)到1.42億m3/d。但是伴隨污水廠的建設(shè)及運(yùn)行產(chǎn)生了大量剩余污泥，按照1萬(wàn)t水可以產(chǎn)生5t含水率80%濕泥計(jì)算，我國(guó)污泥的日產(chǎn)量可達(dá)到7.1萬(wàn)t，年濕泥產(chǎn)量（按365d計(jì)算）為2591.5萬(wàn)t。污泥中不僅含有氮、磷、鉀、有機(jī)物等植物營(yíng)養(yǎng)成分，還含有重金屬離子、病原微生物、寄生蟲(chóng)卵等有毒有害物質(zhì)。污泥若未經(jīng)妥善處理，極易對(duì)地下水、土壤等造成二次污染，如何有效地處理處置污泥已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
傳統(tǒng)的污泥處置方法有填埋、焚燒、土地利用等，但是這些方法存在二次污染、占地面積大、投資運(yùn)行費(fèi)用較高等問(wèn)題。蚯蚓是腐食性動(dòng)物，消化道可分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纖維分解酶等酶類，能將植物營(yíng)養(yǎng)素和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)復(fù)合肥和高蛋白，蚓糞能為土壤提供豐富的微生物種群且有除臭、脫色功能。利用蚯蚓處理剩余污泥，可為實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化、資源化目標(biāo)提供可能。
2、蚯蚓品種的選擇
蚯蚓作為土壤中的分解者，其環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠很好地分解土壤有機(jī)物，利用蚯蚓處理污泥是一種綠色環(huán)保的技術(shù)。由于不同屬的蚯蚓有不同的形態(tài)和生理特征，選擇合適的蚓種，可以有效地提高蚯蚓的利用率和剩余污泥的處理效率。蚯蚓在分類上屬于環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)（Annelida）寡毛綱（Oligochaeta），目前，全世界已記錄的蚯蚓種數(shù)超過(guò)3000種，我國(guó)蚯蚓品種有160多種。一般選擇適應(yīng)性強(qiáng)、耐受性好、繁殖迅速、食性雜、易于飼養(yǎng)的蚯蚓作為污泥處理的蚓種，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)赤子愛(ài)勝蚓處理剩余污泥的研究較多。陳學(xué)民等比較了微小雙胸蚓和赤子愛(ài)勝蚓2種表居型蚯蚓對(duì)城市生活污泥的處理效果，結(jié)果表明：2種蚯蚓對(duì)污泥的礦化、降解及減量能力基本一致，均可作為污泥處理的蚓種。
3、蚯蚓處理污泥過(guò)程中的生長(zhǎng)繁殖狀況
及溫度影響通過(guò)研究蚯蚓在處理污泥過(guò)程中生長(zhǎng)繁殖狀況的變化，把握其適宜的生長(zhǎng)繁殖條件，可以有效地利用蚯蚓，從而提高蚯蚓的污泥分解處理能力。馬莉等研究了不同比例的污泥與牛糞的混合物對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖的影響，發(fā)現(xiàn)污泥所占比例較大的處理中蚯蚓生長(zhǎng)較好，增重較多，污泥與牛糞的配比為4∶1時(shí)，蚯蚓的體重為17.55±0.30g，達(dá)到最大值；污泥所占比例較小的處理則較利于蚯蚓繁殖，配比為1∶1時(shí)，總產(chǎn)繭量為538.5±28.3個(gè)達(dá)到最多。這說(shuō)明污泥可以為蚯蚓提供其生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)元素，但對(duì)其繁殖存在一定的限制因素，蚯蚓在一定的條件下能適應(yīng)污泥環(huán)境，可以用于污泥的處理。
溫度影響蚯蚓的體溫和活動(dòng)，同時(shí)也影響新陳代謝的強(qiáng)度以及呼吸、消化、生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖等生理機(jī)能。蚯蚓一般在5～30℃溫度范圍內(nèi)活動(dòng)，最適溫度為20℃左右，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖。韓雅莉研究了溫度對(duì)蚯蚓呼吸強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明赤子愛(ài)勝蚓在10～30℃內(nèi)，呼吸強(qiáng)度隨溫度的升高而呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)，在30℃以上呼吸強(qiáng)度急劇下降，且在20～25℃范圍內(nèi)呼吸強(qiáng)度變化最大。
4、蚯蚓處理對(duì)污泥的影響
4.1 對(duì)污泥營(yíng)養(yǎng)元素及理化性質(zhì)的影響
污泥中含有適宜作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷、鉀等。污泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮和磷，如果不進(jìn)行任何處理直接農(nóng)用，可引起植物和土壤的毒性反應(yīng)，且有抑制土壤中微生物新陳代謝的作用。處理后污泥中氮、磷、鉀元素含量的變化分析，是衡量能否實(shí)現(xiàn)資源化和污泥農(nóng)用的重要指標(biāo)。劉玉齊用赤子愛(ài)勝蚓直接處理城市生活污泥發(fā)現(xiàn)，處理后的污泥中氮、磷、鉀含量分別提高了37.4%、5.1%和15.9%，利于作物的生長(zhǎng)。
經(jīng)蚯蚓處理后的污泥，其EC值（0.46～2.13s/m）增加，C/N值（8.9～4.7）、pH值（7.70～7.05）、VS值（58.24%～42.33%）及TOC值（323.60～235.17g/kg）均顯著下降[7]。有研究者認(rèn)為EC值增加是由于蚯蚓和體內(nèi)的微生物活動(dòng)，使有機(jī)物分解后釋放出的礦物鹽（如磷、銨、鉀）等所致。正常的EC值范圍在1～4s/m之間，EC值過(guò)高會(huì)使植物受到損傷或根系死亡。
據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)不同類型土壤經(jīng)蚯蚓活動(dòng)形成的團(tuán)聚體pH值測(cè)定，北方堿性或微堿性土壤pH值一般都略有下降的趨勢(shì)，而微酸性土壤的pH值大部分都略有提高。蚯蚓的分解作用使處理后的污泥更接近于中性，有利于作物的生長(zhǎng)和土壤微生物的生命活動(dòng)。
4.2 對(duì)污泥重金屬的吸收和富集
重金屬具有難遷移、易富集、危害大等特點(diǎn)，污泥中所含的重金屬是限制其農(nóng)用的主要因素。蚯蚓體內(nèi)黃色組織中的黃色細(xì)胞具有富集某些重金屬的作用。目前已有較多的研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓對(duì)重金屬鎘、銅、鉛、鋅、砷、汞等在單一污染及幾種金屬的復(fù)合污染情況下的吸收和富集特性。
徐軼群等采用塑料溫棚內(nèi)壟式堆積污泥培養(yǎng)蚯蚓，發(fā)現(xiàn)經(jīng)蚯蚓處理后，重金屬Cr、Zn、Pb、Cd、Cu、Ni的含量均有不同程度的下降。有研究指出，隨著重金屬污染程度的增加，蚯蚓體內(nèi)重金屬元素富集量顯著增加，其富集量順序?yàn)镃d>Hg>As>Zn>Cu>Pb，其中Cd的富集濃度高達(dá)土壤含量的1～5倍。蔣麗萍等報(bào)道了蚯蚓對(duì)Cd和Pb元素的富集；牛明芬等[14]通過(guò)研究蚯蚓處理垃圾及納污河流底泥，發(fā)現(xiàn)蚯蚓可選擇吸收并富集垃圾及底泥中的Cd，但對(duì)其他重金屬元素Pb、Cu、Zn等并沒(méi)有富集吸收現(xiàn)象。這些都說(shuō)明蚯蚓對(duì)不同的重金屬有著不同的耐受能力。
蚯蚓處理污泥后能否農(nóng)用，取決于蚓糞中重金屬的含量。戴文龍等[15]用ICP2AES法測(cè)定生態(tài)濾池中蚯蚓和蚓糞中的重金屬Zn、Cu、Pb、Cd、Cr的濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)蚓糞中的各種重金屬的濃度均明顯高于蚯蚓體。這說(shuō)明蚯蚓對(duì)這些重金屬并不能持續(xù)地吸收積累，當(dāng)蚯蚓體內(nèi)重金屬元素的濃度超過(guò)蚯蚓的耐受極限時(shí)，它就會(huì)通過(guò)排糞或其他方法排出體外。影響蚯蚓對(duì)重金屬富集作用的主要原因可能是體內(nèi)酶的作用，不同重金屬可以從多方面干擾動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的生理生化功能。
5、結(jié)語(yǔ)
蚯蚓的污泥處理技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用低廉等特點(diǎn)。蚯蚓在對(duì)污泥進(jìn)行分解處理后，體重有所增加，并獲得大量的蚓繭，這說(shuō)明蚯蚓能夠適應(yīng)處理污泥的環(huán)境，同時(shí)選擇合適的溫度也是至關(guān)重要的，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響蚯蚓的各項(xiàng)生理機(jī)能，從而影響污泥處理效果；污泥經(jīng)蚯蚓處理后，氮、磷、鉀含量增加，為植物的生長(zhǎng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)元素，污泥中重金屬含量明顯減少，從而為實(shí)現(xiàn)資源化、無(wú)害化目標(biāo)提供可能。
處理后的污泥其EC增加，且在適宜的范圍內(nèi)，pH值接近中性，C/N、VS及TOC值均明顯下降，說(shuō)明利用蚯蚓處理污泥效果明顯。但由于蚓糞中的重金屬含量仍然較高，如果農(nóng)用可能引起植物和土壤的毒性反應(yīng)，抑制土壤中微生物的新陳代謝，甚至通過(guò)食物鏈富集作用危害人類，因此蚓糞還需要進(jìn)一步處理。此外，還應(yīng)加強(qiáng)探討蚯蚓污泥處理技術(shù)的各種影響因素，并加強(qiáng)蚯蚓對(duì)污泥中重金屬和有機(jī)污染物的富集及去除評(píng)價(jià)。
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