浅谈污泥的蚯蚓分解处理技术

本文指出了污泥中不仅含有植物所必需的营养成分氮、磷、钾、有机质等，同时也存在大量的重金属元素如Cd、Hg、As、Zn、Cu、Pb等有机有害成分以及病原菌，利用蚯蚓分解处理污泥，可以减少污泥对环境的二次污染，为实现污泥的稳定化、减量化、无害化、资源化提供可能。分别从蚯蚓蚓种的选择、污泥处理过程中蚯蚓的生长繁殖状况及受温度的影响、处理后对污泥中营养元素及理化性质的影响以及蚯蚓对重金属的吸收和富集作用等方面进行了探讨。

1、引言

随着社会经济的发展，污水处理能力不断提高，截至2012年9月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂共3340座，污水处理能力达到1.42亿m3/d。但是伴随污水厂的建设及运行产生了大量剩余污泥，按照1万t水可以产生5t含水率80%湿泥计算，我国污泥的日产量可达到7.1万t，年湿泥产量(按365d计算)为2591.5万t。污泥中不仅含有氮、磷、钾、有机物等植物营养成分，还含有重金属离子、病原微生物、寄生虫卵等有毒有害物质。污泥若未经妥善处理，极易对地下水、土壤等造成二次污染，如何有效地处理处置污泥已成为一个亟待解决的问题。

传统的污泥处置方法有填埋、焚烧、土地利用等，但是这些方法存在二次污染、占地面积大、投资运行费用较高等问题。蚯蚓是腐食性动物，消化道可分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纤维分解酶等酶类，能将植物营养素和有机质转化为有机复合肥和高蛋白，蚓粪能为土壤提供丰富的微生物种群且有除臭、脱色功能。利用蚯蚓处理剩余污泥，可为实现污泥的稳定化、减量化、无害化、资源化目标提供可能。

2、蚯蚓品种的选择

蚯蚓作为土壤中的分解者，其环境适应能力强，能够很好地分解土壤有机物，利用蚯蚓处理污泥是一种绿色环保的技术。由于不同属的蚯蚓有不同的形态和生理特征，选择合适的蚓种，可以有效地提高蚯蚓的利用率和剩余污泥的处理效率。蚯蚓在分类上属于环节动物门(Annelida)寡毛纲(Oligochaeta)，目前，全世界已记录的蚯蚓种数超过3000种，我国蚯蚓品种有160多种。一般选择适应性强、耐受性好、繁殖迅速、食性杂、易于饲养的蚯蚓作为污泥处理的蚓种，目前国内外对赤子爱胜蚓处理剩余污泥的研究较多。陈学民等比较了微小双胸蚓和赤子爱胜蚓2种表居型蚯蚓对城市生活污泥的处理效果，结果表明：2种蚯蚓对污泥的矿化、降解及减量能力基本一致，均可作为污泥处理的蚓种。

3、蚯蚓处理污泥过程中的生长繁殖状况

及温度影响通过研究蚯蚓在处理污泥过程中生长繁殖状况的变化，把握其适宜的生长繁殖条件，可以有效地利用蚯蚓，从而提高蚯蚓的污泥分解处理能力。马莉等研究了不同比例的污泥与牛粪的混合物对蚯蚓生长繁殖的影响，发现污泥所占比例较大的处理中蚯蚓生长较好，增重较多，污泥与牛粪的配比为4∶1时，蚯蚓的体重为17.55±0.30g，达到最大值;污泥所占比例较小的处理则较利于蚯蚓繁殖，配比为1∶1时，总产茧量为538.5±28.3个达到最多。这说明污泥可以为蚯蚓提供其生长繁殖的营养元素，但对其繁殖存在一定的限制因素，蚯蚓在一定的条件下能适应污泥环境，可以用于污泥的处理。

温度影响蚯蚓的体温和活动，同时也影响新陈代谢的强度以及呼吸、消化、生长发育、繁殖等生理机能。蚯蚓一般在5～30℃温度范围内活动，最适温度为20℃左右，温度过高或过低都不利于蚯蚓的生长和繁殖。韩雅莉研究了温度对蚯蚓呼吸强度的影响，结果表明赤子爱胜蚓在10～30℃内，呼吸强度随温度的升高而呈现增强趋势，在30℃以上呼吸强度急剧下降，且在20～25℃范围内呼吸强度变化最大。

4、蚯蚓处理对污泥的影响

4.1对污泥营养元素及理化性质的影响

污泥中含有适宜作物生长所必需的营养物质，如氮、磷、钾等。污泥中的营养物质，特别是氮和磷，如果不进行任何处理直接农用，可引起植物和土壤的毒性反应，且有抑制土壤中微生物新陈代谢的作用。处理后污泥中氮、磷、钾元素含量的变化分析，是衡量能否实现资源化和污泥农用的重要指标。刘玉齐用赤子爱胜蚓直接处理城市生活污泥发现，处理后的污泥中氮、磷、钾含量分别提高了37.4%、5.1%和15.9%，利于作物的生长。

经蚯蚓处理后的污泥，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)均显着下降[7]。有研究者认为EC值增加是由于蚯蚓和体内的微生物活动，使有机物分解后释放出的矿物盐(如磷、铵、钾)等所致。正常的EC值范围在1～4s/m之间，EC值过高会使植物受到损伤或根系死亡。据对国内不同类型土壤经蚯蚓活动形成的团聚体pH值测定，北方碱性或微碱性土壤pH值一般都略有下降的趋势，而微酸性土壤的pH值大部分都略有提高。蚯蚓的分解作用使处理后的污泥更接近于中性，有利于作物的生长和土壤微生物的生命活动。

4.2对污泥重金属的吸收和富集

重金属具有难迁移、易富集、危害大等特点，污泥中所含的重金属是限制其农用的主要因素。蚯蚓体内黄色组织中的黄色细胞具有富集某些重金属的作用。目前已有较多的研究发现蚯蚓对重金属镉、铜、铅、锌、砷、汞等在单一污染及几种金属的复合污染情况下的吸收和富集特性。

徐轶群等采用塑料温棚内垄式堆积污泥培养蚯蚓，发现经蚯蚓处理后，重金属Cr、Zn、Pb、Cd、Cu、Ni的含量均有不同程度的下降。有研究指出，随着重金属污染程度的增加，蚯蚓体内重金属元素富集量显着增加，其富集量顺序为Cd>Hg>As>Zn>Cu>Pb，其中Cd的富集浓度高达土壤含量的1～5倍。蒋丽萍等报道了蚯蚓对Cd和Pb元素的富集;牛明芬等[14]通过研究蚯蚓处理垃圾及纳污河流底泥，发现蚯蚓可选择吸收并富集垃圾及底泥中的Cd，但对其他重金属元素Pb、Cu、Zn等并没有富集吸收现象。这些都说明蚯蚓对不同的重金属有着不同的耐受能力。

蚯蚓处理污泥后能否农用，取决于蚓粪中重金属的含量。戴文龙等[15]用ICP2AES法测定生态滤池中蚯蚓和蚓粪中的重金属Zn、Cu、Pb、Cd、Cr的浓度时发现蚓粪中的各种重金属的浓度均明显高于蚯蚓体。这说明蚯蚓对这些重金属并不能持续地吸收积累，当蚯蚓体内重金属元素的浓度超过蚯蚓的耐受极限时，它就会通过排粪或其他方法排出体外。影响蚯蚓对重金属富集作用的主要原因可能是体内酶的作用，不同重金属可以从多方面干扰动物机体内的生理生化功能。

5、结语

蚯蚓的污泥处理技术具有设备简单、操作方便、费用低廉等特点。蚯蚓在对污泥进行分解处理后，体重有所增加，并获得大量的蚓茧，这说明蚯蚓能够适应处理污泥的环境，同时选择合适的温度也是至关重要的，温度过高或过低都会影响蚯蚓的各项生理机能，从而影响污泥处理效果;污泥经蚯蚓处理后，氮、磷、钾含量增加，为植物的生长提供必要的营养元素，污泥中重金属含量明显减少，从而为实现资源化、无害化目标提供可能。处理后的污泥其EC增加，且在适宜的范围内，pH值接近中性，C/N、VS及TOC值均明显下降，说明利用蚯蚓处理污泥效果明显。但由于蚓粪中的重金属含量仍然较高，如果农用可能引起植物和土壤的毒性反应，抑制土壤中微生物的新陈代谢，甚至通过食物链富集作用危害人类，因此蚓粪还需要进一步处理。此外，还应加强探讨蚯蚓污泥处理技术的各种影响因素，并加强蚯蚓对污泥中重金属和有机污染物的富集及去除评价。