蚯蚓在不同固體廢棄物堆肥中的研究進(jìn)展

馬舒樂(lè) 丁天元 張永鵬

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232000)

隨著目前我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等全方位的快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)所產(chǎn)生的固體廢棄物的量也隨之增加，如果不加以合理的處置，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，還會(huì)對(duì)其中包含的資源造成巨大的浪費(fèi)，于是如何實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的無(wú)害化和資源化處理成為我國(guó)學(xué)者的研究熱點(diǎn)。固體廢棄物包含很多不同的種類(lèi)，如日常污水所產(chǎn)生污泥、人類(lèi)生活所產(chǎn)生餐廚垃圾、畜禽類(lèi)產(chǎn)生的糞便、城市綠化所帶來(lái)的園林廢棄物等，并且每種類(lèi)型的固體廢棄物差異性很大，目前關(guān)于這些固體廢棄物的處置方式主要包括土地填埋、焚燒等，這幾種方式既會(huì)產(chǎn)生二次污染危害環(huán)境，而且浪費(fèi)了這些固體廢棄物中包含的資源，不符合提出的對(duì)固體廢棄物減量化、資源化的要求。

蚯蚓是生活在土壤中、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要的一種環(huán)節(jié)動(dòng)物，能夠通過(guò)自身在土壤中的蠕動(dòng)來(lái)疏松土壤以此改善土壤的結(jié)構(gòu)，并提高土壤中的氧氣含量以及增強(qiáng)深層土壤的含水能力，蚯蚓還能改善土壤中微生物的生存條件。蚯蚓堆肥又稱(chēng)蚯蚓生物穩(wěn)定化，利用蚯蚓自身特殊的生態(tài)學(xué)功能及其與環(huán)境中微生物的協(xié)同作用，是一種高效且環(huán)保的污泥和其他有機(jī)固體廢棄物的生物降解工藝[1]。蚯蚓堆肥的產(chǎn)物通常被稱(chēng)為蚯蚓糞，其是一種黑色、細(xì)碎、較均一的物質(zhì)，因?yàn)槠涮厥獾念w粒結(jié)構(gòu)和保持土壤水分和肥力的能力，使其相較于傳統(tǒng)堆肥更加穩(wěn)定，蚯蚓糞中還含有多種微生物，其能夠?qū)⑼寥乐休^難分解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于植物吸收的物質(zhì)，還能夠合成具有生物活性的物質(zhì)，這些原因使之有成為優(yōu)良有機(jī)肥料的潛力。蚯蚓目前被廣泛應(yīng)用于不同固體廢棄物的堆肥中，本文主要對(duì)蚯蚓堆肥技術(shù)在污泥、餐廚垃圾、禽類(lèi)糞便、園林廢棄物堆肥幾方面的應(yīng)用研究進(jìn)行總結(jié)，以期為后續(xù)蚯蚓堆肥應(yīng)用于實(shí)際的固體廢棄物的處理提供一定的參考依據(jù)。

1 蚯蚓污泥堆肥中的應(yīng)用研究

蚯蚓堆肥最早用于處理污泥始于20世紀(jì)70年代末，Hartenstein等在紐約州立大學(xué)校園內(nèi)將蚯蚓應(yīng)用于污泥處理[1]，在此以后陸續(xù)有國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行更深入的研究[2]；伏小勇等[3]在污泥堆肥中添加蚯蚓，研究表明，蚯蚓顯著加快了污泥有機(jī)質(zhì)的降解，促進(jìn)產(chǎn)物更穩(wěn)定。污泥中的重金屬含量一直是限制其進(jìn)入土壤再利用的一個(gè)非常重要的因素，所以關(guān)于蚯蚓對(duì)污泥堆肥中重金屬的影響，一直以來(lái)也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注的熱點(diǎn)。大量國(guó)內(nèi)外研究表明，蚯蚓可以有效地富集污泥中重金屬，其中對(duì)重金屬Cd有較強(qiáng)的富集能力，并且降低污泥重金屬有效性及生態(tài)毒性[4-6]。蚯蚓在處理污泥過(guò)程中可以通過(guò)蠕動(dòng)、吞食促進(jìn)污泥的腐熟，并排出蚯蚓糞，而蚯蚓糞又可以作為一種調(diào)理劑反過(guò)來(lái)促進(jìn)污泥堆肥的腐熟。Hait等[7]以蚯蚓糞為調(diào)理劑，利用蚯蚓處理污泥，結(jié)果表明，污泥中總氮、總磷顯著升高，同時(shí)促進(jìn)了污泥中重金屬與有機(jī)物絡(luò)合，生成更加穩(wěn)定的化合物。

通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者大量的實(shí)驗(yàn)得出，在蚯蚓的活動(dòng)和其與微生物的共同作用下，使污泥中的營(yíng)養(yǎng)成分(氮、磷、鉀)含量顯著增加，并且有效降低了污泥中重金屬的有效性，減少了污泥對(duì)環(huán)境的生態(tài)毒性，使堆肥后的污泥成為了一種較為理想的有機(jī)肥產(chǎn)品，可以被廣泛應(yīng)用于植物的種植、園林的綠化或作為土壤改良劑對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)。

2 蚯蚓在餐廚垃圾堆肥中的應(yīng)用研究

餐廚垃圾是我國(guó)每天產(chǎn)生的固體廢棄物中非常重要的組成部分，由于其大部分含水率高、成分復(fù)雜，并且大多餐廚垃圾中的有機(jī)物含量較高，所以很容易發(fā)生腐敗現(xiàn)象，對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染，并且還容易滋生細(xì)菌，造成一些危害人類(lèi)健康的疾病的傳播。大多數(shù)餐廚垃圾所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比較多，具有一定的可回收性，如果能夠進(jìn)行合理的處置就能夠化廢為寶。

由于我國(guó)不同地區(qū)間飲食差異較大，導(dǎo)致地區(qū)間餐廚垃圾在含油脂、鹽分、蛋白等方面差異性很大，而蚯蚓作為一種生物對(duì)其生存環(huán)境有著一定的要求，因此，學(xué)者針對(duì)蚯蚓處理餐廚垃圾的最適宜條件做了相關(guān)研究。武澤璇[8]在研究中得出，蚯蚓處理餐廚垃圾前應(yīng)將油脂和鹽分含量分別預(yù)處理至5%和0.2%以下，在這種條件下最適合蚯蚓的生長(zhǎng)繁殖，并可以獲得最優(yōu)質(zhì)的蚯蚓糞肥。在控制一定的條件下，用蚯蚓堆肥處理餐廚垃圾，在一定程度上可以有效解決傳統(tǒng)方式垃圾處理的過(guò)程復(fù)雜、污染環(huán)境、占用土地等問(wèn)題。曹瑞琪[9]在利用蚯蚓堆肥進(jìn)行餐廚垃圾的實(shí)驗(yàn)中得出，蚯蚓將垃圾中有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化成蚯蚓糞生物肥和蚯蚓動(dòng)物蛋白，既解決了垃圾處理的問(wèn)題，又能夠?qū)Ⅱ球炯S當(dāng)作生物肥料加以利用。張永合等[10]同樣在實(shí)驗(yàn)中得出了相似的結(jié)論，蚯蚓堆肥法可以將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥料。

蚯蚓堆肥法處理餐廚垃圾可以將餐廚垃圾重新資源化利用，相較于其它處理餐廚垃圾的方法來(lái)說(shuō)，更加符合保護(hù)環(huán)境的基本理念，并且蚯蚓糞肥可以被用作有機(jī)肥料，避免了化學(xué)肥料的使用。但是蚯蚓堆肥法也存在缺陷，目前有關(guān)蚯蚓堆肥處理餐廚垃圾的研究都處在實(shí)驗(yàn)室階段，并且堆肥時(shí)間較長(zhǎng)，用此方法能否處理我國(guó)每日大量的餐廚垃圾依然要打上一個(gè)問(wèn)號(hào)。

3 蚯蚓在畜禽糞便堆肥中的應(yīng)用研究

根據(jù)相關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值每年以大于8%的速度遞增[11]，隨之產(chǎn)生大量畜禽養(yǎng)殖糞便廢棄物，這些糞便廢棄物包含大量寄生蟲(chóng)、細(xì)菌等危害人體健康的因子，如果不加以合理的處置，直接堆放在室外，就會(huì)對(duì)土壤、大氣、水源產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。

蚯蚓堆肥處理畜禽糞便主要通過(guò)體內(nèi)消化系統(tǒng)的多種酶類(lèi)和微生物，以及蚯蚓腸腔的機(jī)械擠壓磨碎共同作用，加速畜禽糞便的分解、轉(zhuǎn)化，使有機(jī)物質(zhì)被蚯蚓攝入后可直接被同化、利用，達(dá)到改變畜禽糞便理化性質(zhì)目的[12]。鑒于蚯蚓在穩(wěn)定污泥中重金屬的積極作用，其在影響畜禽糞便中重金屬的效應(yīng)也被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。Lv等[13]利用蚯蚓處理牛糞和豬糞，結(jié)果表明，經(jīng)蚯蚓處理后糞便中重金屬含量升高，但是其重金屬的有效態(tài)卻顯著降低，由此可知蚯蚓減緩了重金屬在糞便中的遷移，因此，蚯蚓在穩(wěn)定重金屬方面有積極的作用。Zhang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，添加蚯蚓處理讓糞便中微生物量減少，但活性微生物量增加，結(jié)果顯著降低了有害菌數(shù)量，增加了有益菌活性。崔樹(shù)林等[15]也指出，蚯蚓堆肥處理畜禽糞便時(shí)，可以殺死畜禽糞便中大部分細(xì)菌，而且蚯蚓排出的蚯蚓糞含有大量微量元素和活性物質(zhì)，可以為大多數(shù)植物提供營(yíng)養(yǎng)。

蚯蚓堆肥處置畜禽糞便是一種很具有潛力的處理方式，可以很好地應(yīng)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)畜禽糞便產(chǎn)量大、種類(lèi)雜等問(wèn)題，是符合現(xiàn)如今對(duì)處理畜禽糞便要求的一條新路徑。蚯蚓堆肥處置畜禽糞便是將具有獨(dú)特生態(tài)學(xué)功能的生物調(diào)理劑——蚯蚓，添加到傳統(tǒng)的堆肥中，讓畜禽糞便轉(zhuǎn)化具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、無(wú)毒害的有機(jī)肥料——蚯蚓糞肥。這種處理方式將蚯蚓的優(yōu)勢(shì)引入到堆肥處置中，將兩者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，進(jìn)一步擴(kuò)大了畜禽糞便堆肥的效率和效果。

4 蚯蚓在園林廢棄物堆肥中的應(yīng)用研究

園林廢棄物主要有城市綠化過(guò)程中修剪的樹(shù)枝葉、花草和自然掉落的枯枝落葉等。過(guò)去這些廢棄物往往是與普通的固體垃圾一起進(jìn)行集中處理，主要的處理方法是焚燒和填埋。但是這2種處理方式都有著明顯的缺陷，焚燒法既會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體也會(huì)導(dǎo)致處理成本升高，而土地填埋則會(huì)在我國(guó)土地資源本就稀缺的情況下進(jìn)一步浪費(fèi)寶貴的土地資源。

采用蚯蚓堆肥技術(shù)處理園林綠化廢棄物，可以將其氧化分解為腐殖質(zhì)類(lèi)物質(zhì)，并能將其中大部分營(yíng)養(yǎng)元素很好地保留并轉(zhuǎn)化為利于植物吸收的肥料[16]。既能解決其帶來(lái)的占用土地的問(wèn)題，處理后的產(chǎn)物又可以施用到綠地土壤中，這是解決城市綠地資源浪費(fèi)和土壤問(wèn)題的重要技術(shù)。李英凱[17]在研究中發(fā)現(xiàn)，蚯蚓堆肥處理提高了堆肥產(chǎn)物的養(yǎng)分含量，同時(shí)增加園林廢棄物表面積和孔隙度，從而使堆肥產(chǎn)物具有更好的穩(wěn)定性。但是園林廢棄物相較于其它固體廢棄物來(lái)說(shuō)有其特殊性，因其含有大量的木質(zhì)素導(dǎo)致堆肥進(jìn)程緩慢，時(shí)間偏長(zhǎng)，所以很多學(xué)者就如何降解木質(zhì)素進(jìn)行了大量研究。王琳等[18]采用在蚯蚓堆肥園林廢棄物中加入一定量的蘑菇渣，結(jié)果顯示，添加一定比例的蘑菇渣促進(jìn)了蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖，加快了堆肥的進(jìn)程。也有研究采用添加生物表面活性劑烷基多糖苷[19]和竹炭[20]來(lái)提高園林廢棄物的堆肥效率，結(jié)果均表明，外源添加劑的使用能夠改善蚯蚓生長(zhǎng)繁殖環(huán)境，加快木質(zhì)素的降解，提高堆肥的效率。

不同于其它固體廢棄物，園林廢棄物因含有大量木質(zhì)素在應(yīng)用堆肥技術(shù)處理時(shí)會(huì)面臨堆肥時(shí)間太長(zhǎng)的難題，蚯蚓的加入能夠加快木質(zhì)素的降解，從而促進(jìn)堆肥的進(jìn)程，縮短堆肥所需的時(shí)間，并且在蚯蚓堆肥中添加一定量的外源添加劑，既能促進(jìn)蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖，又能提高最終堆肥產(chǎn)物的質(zhì)量。

5 展望

堆肥是一種處理固體廢棄物高效、綠色環(huán)保的方式，而蚯蚓堆肥是在此基礎(chǔ)上利用蚯蚓獨(dú)特的生態(tài)功能及其與微生物的共同作用，對(duì)固體廢棄物進(jìn)一步降解和腐熟，使其轉(zhuǎn)化為可被利用的堆肥產(chǎn)物。目前有關(guān)蚯蚓堆肥處理固體廢棄物的研究主要集中在城市污泥、餐廚垃圾、畜禽糞便、園林廢棄物等幾個(gè)方面，但是這些研究主要集中于實(shí)驗(yàn)室階段，并未在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行大規(guī)模的試行，因此將蚯蚓堆肥應(yīng)用于固體廢棄物的處理從實(shí)驗(yàn)室推行到現(xiàn)實(shí)中還有很長(zhǎng)的路要走，期待蚯蚓堆肥技術(shù)真正成為處理處置固體廢棄物的最高效環(huán)保的方法。