蚯蚓雖小卻不容忽視 實現(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養(yǎng)成分氮、磷、鉀、有機質(zhì)等，同時也存在大量的重金屬元素如Cd、Hg、As、Zn、Cu、Pb等有機有害成分以及病原菌，利用蚯蚓分解處理污泥，可以減少污泥對環(huán)境的二次污染，為實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化提供可能。
本文分別從蚯蚓蚓種的選擇、污泥處理過程中蚯蚓的生長繁殖狀況及受溫度的影響、處理后對污泥中營養(yǎng)元素及理化性質(zhì)的影響以及蚯蚓對重金屬的吸收和富集作用等方面進行了探討。
1、引言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，污水處理能力不斷提高，截至2012年9月底，全國設(shè)市城市、縣累計建成城鎮(zhèn)污水處理廠共3340座，污水處理能力達到1.42億m3/d。但是伴隨污水廠的建設(shè)及運行產(chǎn)生了大量剩余污泥，按照1萬t水可以產(chǎn)生5t含水率80%濕泥計算，我國污泥的日產(chǎn)量可達到7.1萬t，年濕泥產(chǎn)量（按365d計算）為2591.5萬t。污泥中不僅含有氮、磷、鉀、有機物等植物營養(yǎng)成分，還含有重金屬離子、病原微生物、寄生蟲卵等有毒有害物質(zhì)。污泥若未經(jīng)妥善處理，極易對地下水、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亟待解決的問題。
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、投資運行費用較高等問題。蚯蚓是腐食性動物，消化道可分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纖維分解酶等酶類，能將植物營養(yǎng)素和有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機復(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，可為實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、減量化、無害化、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，能夠很好地分解土壤有機物，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)動物門（Annelida）寡毛綱（Oligochaeta），目前，全世界已記錄的蚯蚓種數(shù)超過3000種，我國蚯蚓品種有160多種。一般選擇適應(yīng)性強、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，目前國內(nèi)外對赤子愛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勝蚓2種表居型蚯蚓對城市生活污泥的處理效果，結(jié)果表明：2種蚯蚓對污泥的礦化、降解及減量能力基本一致，均可作為污泥處理的蚓種。
3、蚯蚓處理污泥過程中的生長繁殖狀況
及溫度影響通過研究蚯蚓在處理污泥過程中生長繁殖狀況的變化，把握其適宜的生長繁殖條件，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蚯蚓生長繁殖的影響，發(fā)現(xiàn)污泥所占比例較大的處理中蚯蚓生長較好，增重較多，污泥與牛糞的配比為4∶1時，蚯蚓的體重為17.55±0.30g，達到最大值；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，總產(chǎn)繭量為538.5±28.3個達到最多。這說明污泥可以為蚯蚓提供其生長繁殖的營養(yǎng)元素，但對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，同時也影響新陳代謝的強度以及呼吸、消化、生長發(fā)育、繁殖等生理機能。蚯蚓一般在5～30℃溫度范圍內(nèi)活動，最適溫度為20℃左右，溫度過高或過低都不利于蚯蚓的生長和繁殖。韓雅莉研究了溫度對蚯蚓呼吸強度的影響，結(jié)果表明赤子愛勝蚓在10～30℃內(nèi)，呼吸強度隨溫度的升高而呈現(xiàn)增強趨勢，在30℃以上呼吸強度急劇下降，且在20～25℃范圍內(nèi)呼吸強度變化最大。
4、蚯蚓處理對污泥的影響
4.1 對污泥營養(yǎng)元素及理化性質(zhì)的影響
污泥中含有適宜作物生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷、鉀等。污泥中的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮和磷，如果不進行任何處理直接農(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，是衡量能否實現(xiàn)資源化和污泥農(nóng)用的重要指標(biāo)。劉玉齊用赤子愛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。
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，使有機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值過高會使植物受到損傷或根系死亡。
據(jù)對國內(nèi)不同類型土壤經(jīng)蚯蚓活動形成的團聚體pH值測定，北方堿性或微堿性土壤pH值一般都略有下降的趨勢，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，有利于作物的生長和土壤微生物的生命活動。
4.2 對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，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，其富集量順序為Cd>Hg>As>Zn>Cu>Pb，其中Cd的富集濃度高達土壤含量的1～5倍。蔣麗萍等報道了蚯蚓對Cd和Pb元素的富集；牛明芬等[14]通過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，但對其他重金屬元素Pb、Cu、Zn等并沒有富集吸收現(xiàn)象。這些都說明蚯蚓對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。這說明蚯蚓對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蚯蚓的耐受極限時，它就會通過排糞或其他方法排出體外。影響蚯蚓對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物機體內(nèi)的生理生化功能。
5、結(jié)語
蚯蚓的污泥處理技術(shù)具有設(shè)備簡單、操作方便、費用低廉等特點。蚯蚓在對污泥進行分解處理后，體重有所增加，并獲得大量的蚓繭，這說明蚯蚓能夠適應(yīng)處理污泥的環(huán)境，同時選擇合適的溫度也是至關(guān)重要的，溫度過高或過低都會影響蚯蚓的各項生理機能，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，為植物的生長提供必要的營養(yǎng)元素，污泥中重金屬含量明顯減少，從而為實現(xiàn)資源化、無害化目標(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，甚至通過食物鏈富集作用危害人類，因此蚓糞還需要進一步處理。此外，還應(yīng)加強探討蚯蚓污泥處理技術(shù)的各種影響因素，并加強蚯蚓對污泥中重金屬和有機污染物的富集及去除評價。
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