蚯蚓污泥堆肥的研究進(jìn)展

劉晨 陳繼旺

摘?要：近年來，蚯蚓被廣泛應(yīng)用于污泥堆肥應(yīng)用中，這種方式成為一種高效且環(huán)保的生物降解工藝。概括介紹了焚燒、厭氧消化、好氧發(fā)酵等常見的城市污泥處理方式。通過比較研究法和案例分析法等研究方法針對污泥堆肥環(huán)境中4個影響因素：溫度、含水率、重金屬、C/N對蚯蚓的影響，總結(jié)了部分蚯蚓污泥堆肥技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，為蚯蚓污泥堆肥技術(shù)提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：蚯蚓堆肥技術(shù)?城鎮(zhèn)污泥??生態(tài)系統(tǒng)?降解污泥

中圖分類號：X-1

Research?Progress?on?Earthworm?Sludge?Composting

LIU?Chen??CHEN?Jiwang

School?of?Earth?and?Environment，?Anhui?University?of?Science?and?Technology，?Huainan，?Anhui?Province，?232000?China

Abstract：?In?recent?years，?earthworms?have?been?widely?used?in?sludge?composting，?which?has?become?an?efficient?and?environmentally-friendly?biodegradation?technology.?This?article?summarizes?common?urban?sludge?treatment?methods?such?as?incineration，?anaerobic?digestion?and?aerobic?fermentation.?By?research?methods?such?as?comparative?research?and?case?analysis，?this?paper?summarizes?the?development?status?of?some?earthworm?sludge?composting?technologies?in?veiw?of?the?impact?of?four?influencing?factors?in?the?sludge?composting?environment：?temperature，?moisture?content，?heavy?metal?and?C/N?on?earthworms，?which?provides?a?certain?reference?basis?for?the?earthworm?sludge?composting?technology.

Key?Words：?Vermicomposting?technology；Urban?sludge；Ecosystem；Degradation?of?sludge

在人們生活質(zhì)量的不斷提高的今天，城市環(huán)境問題已經(jīng)成為社會普遍關(guān)注的焦點問題。有數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國污泥產(chǎn)生量達(dá)7?288.3萬t，其中，市政污泥約5?552萬t。在市政污泥產(chǎn)量如此巨大且不斷增長的情況下，城市污水污泥處理已經(jīng)成為當(dāng)前社會發(fā)展面臨的難點問題。目前，城市處理污泥主要通過焚燒、厭氧消化和好氧發(fā)酵等方式來實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化處置[1]，但由于種種原因，無法有效地減輕或避免城鎮(zhèn)污泥對周圍環(huán)境的影響。因此，找到合適的方法加強(qiáng)對城鎮(zhèn)污泥的利用率和處置效率顯得尤為重要。

蚯蚓作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物量最大的動物，廣泛分布在土壤環(huán)境，在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著極其重要的作用，被稱為“土壤生態(tài)系統(tǒng)工程師”[2]。我國在20世紀(jì)70年代開始研究蚯蚓在污泥堆肥中的應(yīng)用，城市污水污泥中含有大量有機(jī)質(zhì)、重金屬和致病微生物，蚯蚓能夠加快污泥中有機(jī)質(zhì)的降解，富集污泥中的重金屬，去除致病菌群，其產(chǎn)物蚓糞可以當(dāng)作有機(jī)肥使用[3]。鞏正等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞能夠有效提高城鎮(zhèn)污泥中有機(jī)質(zhì)的降解程度，并使其快速穩(wěn)定；喬艷云等人[5]研究發(fā)現(xiàn)，添加蚯蚓后污泥微生物活性提高，有害微生物得到抑制。因此，蚯蚓污泥堆肥作為一種新興技術(shù)被廣泛應(yīng)用于城市污水污泥的堆肥中。但該技術(shù)在應(yīng)用中受到諸多因素的影響，本研究概述了蚯蚓污泥堆肥與其他處理方式的對比，同時總結(jié)了污泥環(huán)境中不同外源因子對蚯蚓的影響，以期為城鎮(zhèn)污泥的處理提供一定的參考依據(jù)。

1城鎮(zhèn)污泥處理研究現(xiàn)狀

目前，我國城鎮(zhèn)污泥處理主要通過焚燒、厭氧消化和好氧發(fā)酵等方式進(jìn)行。截至2022年，我國污泥項目建設(shè)總規(guī)模達(dá)4?851.4萬t/a，污泥處理項目中焚燒、厭氧消化、好氧堆肥為主，分別占比65.41%、15.55%、9.61%，污泥無害化理論處理率達(dá)73.5%。

1.1污泥焚燒

污泥焚燒是指污泥與過量空氣在焚燒爐中進(jìn)行高溫燃燒，將污泥中的可燃物質(zhì)充分燃燒，最終得到水蒸氣、CO2和固體殘渣的過程。城鎮(zhèn)污泥經(jīng)過焚燒后含水率和有機(jī)污染物大幅降低，減量化和無害化程度高。但是，污泥焚燒會產(chǎn)生濃度高的有毒煙氣且固體殘渣中含有大量有害物質(zhì)，需經(jīng)過嚴(yán)格處理后排放，減少二次污染，這也導(dǎo)致其投資運行成本高、資源化程度低[6]。

1.2污泥厭氧消化

污泥厭氧消化是指厭氧菌和兼性厭氧菌在無氧環(huán)境條件下，可以降解污泥中的有機(jī)物，殺滅污泥中寄生蟲卵，并產(chǎn)生大量沼氣的過程。隨著污泥厭氧消化過程的進(jìn)行，會產(chǎn)生大量的甲烷沼氣，沼渣可作為園林綠化土或土壤改良劑，實現(xiàn)污泥的資源化[7]。

1.3污泥好氧堆肥

污泥好氧堆肥是指在有氧條件下，好氧微生物通過有氧呼吸方式分解污泥中的有機(jī)物，并轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的過程。污泥好氧發(fā)酵效果與污泥含水率、有機(jī)質(zhì)含量和C/N等密切相關(guān)，處理過程需保持污泥性質(zhì)的穩(wěn)定[8]。

2蚯蚓污泥堆肥的研究現(xiàn)狀

蚯蚓污泥堆肥是指利用蚯蚓與污泥環(huán)境中的微生物協(xié)同作用，降解污泥中的有機(jī)質(zhì)、重金屬和病原菌等有毒有害物質(zhì)，最終實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化的過程。我國從20世紀(jì)70年代開始研究蚯蚓堆肥技術(shù)，該技術(shù)將傳統(tǒng)的污泥堆肥與新的生物處理技術(shù)相結(jié)合。前人關(guān)于蚯蚓污泥堆肥已有大量研究，尹朝陽等人[9]研究發(fā)現(xiàn)，生活污泥經(jīng)蚯蚓處理后，干重降低了?28%?，有效實現(xiàn)了減量化，有機(jī)物質(zhì)總量削減了57.?14%?，穩(wěn)定化、無害化效果顯著；李雄勇等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，赤子愛勝蚓直接處理污水廠剩余污泥效果顯著；臧蘭蘭等人[11]研究發(fā)現(xiàn)添加赤子愛勝蚓后，城市污泥中的有機(jī)質(zhì)下降且營養(yǎng)元素得到有效提高；王振興等人[12]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過蚯蚓處理后，污泥中重金屬Cu、Zn、Ni和Pb含量均出現(xiàn)不同程度降低。因此，應(yīng)用蚯蚓進(jìn)行污泥堆肥處理是實現(xiàn)污泥資源化的有效途徑。

3蚯蚓污泥堆肥技術(shù)影響的因素

蚯蚓污泥堆肥技術(shù)是一種新興的生物降解技術(shù)，具有處理污泥類型廣泛、投資和運行成本低、操作簡單等特點。但是該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用尚不成熟，在污泥堆肥過程中受到諸多環(huán)境因素的影響，從而限制了蚯蚓處理污泥的應(yīng)用價值和應(yīng)用范圍。

3.1溫度對蚯蚓的影響

由于蚯蚓屬于變溫動物，污泥堆肥的溫度是影響蚯蚓堆肥技術(shù)的重要因素。污泥環(huán)境中的溫度在堆肥過程中不僅直接影響蚯蚓的體溫和活動，而且還會影響蚯蚓的生理代謝功能。一般來說，溫度為20?℃最適宜蚯蚓活動。溫度升高會促進(jìn)蚯蚓活動頻繁，但不能超過蚯蚓忍受的限度，溫度在32?℃以上或10?℃以下均會影響蚯蚓的正常生長，甚至導(dǎo)致蚯蚓直接死亡[13]。李韻[14]研究發(fā)現(xiàn)，在16～25?℃的污泥堆肥環(huán)境中，蚯蚓的生長狀態(tài)顯著好于高溫和低溫條件下的蚯蚓。陸志波等人[15]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)食料充足時，25?℃條件下蚯蚓的呼吸率高于15?℃條件下的呼吸率，溫度在5?℃和35?℃條件下蚯蚓都不能正常呼吸。此外，陳學(xué)民等人[16]研究發(fā)現(xiàn)，溫度會影響蚯蚓的活性，從而改變堆肥效率。

3.2含水率對蚯蚓的影

蚯蚓靠皮膚呼吸，適合生活在潮濕的條件下。因此，水分是蚯蚓的一個重要組成部分和基本生存條件，污泥含水率會對蚯蚓的新陳代謝和生長發(fā)育產(chǎn)生影響。研究表明：污泥含水率過低或過高都會影響蚯蚓的正常發(fā)育。Parthasarathi等人[17]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥的含水率保持在70%～85%之間時，蚯蚓的生物量最高。陳學(xué)民等人[16]研究發(fā)現(xiàn)，赤子愛勝蚓可以直接處理脫水污泥（含水率為74%～76%）。

3.3重金屬對蚯蚓的影響

城鎮(zhèn)污水污泥資源化過程中，重金屬被認(rèn)為是其再利用的主要限制因素。蚯蚓能夠通過表皮吸收和吞食作用富集污泥中的重金屬，但污泥中重金屬濃度過高也會對蚯蚓產(chǎn)生毒害作用，抑制其生長發(fā)育。劉昭兵等人[18]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度Pb、Cd和高濃度Pb、Cd復(fù)合均會對蚯蚓產(chǎn)生毒害作用，且蚯蚓在高濃度Pb處理中已經(jīng)出現(xiàn)明顯的中毒癥狀。伏小勇等人[19]研究發(fā)現(xiàn)，污泥中Pb的含量直接影響蚯蚓對Pb的富集能力，當(dāng)污泥中Pb濃度超過3?500?mg/kg時蚯蚓全部死亡。同時，蚯蚓對重金屬有一定的耐受能力。嚴(yán)愛蘭[20]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蚯蚓對污泥中Cd的富集超過耐受極限后，會通過糞便排出體外。

3.4?C/N對蚯蚓的影響

在用蚯蚓堆肥處理污泥時，污泥中的營養(yǎng)價值決定了蚯蚓處理污泥的效率。污泥中C/N過低或過高都不利于蚯蚓的成長和繁殖。研究表明：蚯蚓會根據(jù)污泥中C/N的高低選擇性地分配自身能量：當(dāng)C/N較高時，蚯蚓會選擇將從污泥中獲得的能量用于新陳代謝，而當(dāng)C/N較低時，蚯蚓則選擇將能量用于繁殖交配[21]。盛倩等人[22]研究發(fā)現(xiàn)，在C/N值為25～35時，蚯蚓對污泥的處理效果最好。

4結(jié)論

蚯蚓污泥堆肥技術(shù)擁有其他污泥處理技術(shù)所沒有的優(yōu)點，相比于其他污泥處理技術(shù)具有巨大的應(yīng)用前景。但同時，加強(qiáng)對污泥環(huán)境對蚯蚓堆肥的影響因素的深度探究十分重要，如何實現(xiàn)蚯蚓污泥堆肥過程可控化和簡易化是該技術(shù)進(jìn)一步提升的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 李雪怡，梁遠(yuǎn)，方小鋒，等.北京市污泥處理處置現(xiàn)狀總結(jié)分析[J].中國給水排水，2021，37（22）：38-42.

[2] 張池，周波，吳家龍，等.蚯蚓在我國南方土壤修復(fù)中的應(yīng)用[J].生物多樣性，2018，26（10）：1091-1102.

[3] 張衛(wèi)信，陳迪馬，趙燦燦.蚯蚓在生態(tài)系統(tǒng)中的作用[J].生物多樣性，2007，15（2）：142-153.

[4] 鞏正，王惠，陳學(xué)民，等.蚯蚓糞對城鎮(zhèn)污泥降解的影響[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2020，10（1）：85-90.

[5] 喬艷云，宋志偉，潘宇.蚯蚓處理對脫水城市污泥性能的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（27）：59-61.

[6] 崔靜，張赟，苗鳳海，等.污泥處理處置與資源化技術(shù)研究進(jìn)展[J].山東化工，2022，51（5）：241-242，245.

[7] 戴曉虎.我國污泥處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科學(xué)（上海），2020，72（6）：30-34.

[8] 王曉春，張小磊，李繼，等.生物淋濾污泥的堆肥資源化利用[J].廣東化工，2021，48（20）：165-167，173.

[9] 尹朝陽，雍毅，葉宏，等.蚯蚓生物處理污泥系統(tǒng)動力學(xué)研究及探討[J].四川環(huán)境，2016，35（3）：101-106.

[10] 李雄勇，張帆，常文越，等.蚯蚓處理滿堂河污水處理廠剩余污泥的技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（3）：141-142.

[11] 臧蘭蘭，張松林.西北半干旱區(qū)蚯蚓堆肥對污泥理化性質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（34）：13194-13196.

[12] 王振興，徐琪，董偉強(qiáng)，等.城市生活污泥蚯蚓堆肥過程中重金屬形態(tài)變化特征[J].環(huán)境工程，2017，35（11）：120-123，27.

[13] 李賀，高強(qiáng)，于修坤.蚯蚓生態(tài)高效養(yǎng)殖技術(shù)要點[J].中國畜禽種業(yè)，2020，16（1）：55-56.

[14] 李韻.蚯蚓在不同溫度對不同糞污利用情況研究[J].畜禽業(yè)，2021，32（1）：10-11.

[15] 陸志波，鄧德漢，陳巧燕，等.蚯蚓處理污泥的環(huán)境適應(yīng)性[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，37（5）：646-650.

[16]陳學(xué)民，雷旭陽，伏小勇，等.?溫度對蚯蚓處理城鎮(zhèn)污泥穩(wěn)定化過程的影響[J].?環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，36（6）：2079-2084.

[17]PARTHASARATHI?K.?INFLUENCE?OF?MOISTURE?ON?THE?ACTIVITY?OF?PERIONYX?EXCAVATUS?（PERRIER）?AND

MICROBIAL-NUTRIENT?DYNAMICS?OF?PRESSMUD?VERMICOMPOST?[J].?Journal?of?Environmental?Health?Science?&

Engineering，?2007，?4：?147-156.

[18]劉昭兵.?蚯蚓對城市污泥中鎘、鉛及養(yǎng)分生物有效性的影響[D].?湖北：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[19]伏小勇，楊柳，黃魁，等.?蚯蚓對城市污泥中鉛的富集作用[J].?安全與環(huán)境工程，2008，15（2）：69-71.

[20]嚴(yán)愛蘭.?污泥中鎘的形態(tài)分析及蚯蚓對鎘的富集探討[J].?江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，22（4）：107-110.

[21]AIRA?M，?MONROY?F，?DOMINGUEZ?J.?Earthworms?strongly?modify?microbial?biomass?and?activity?triggering?enzymatic?activities?during?vermicomposting?independently?of?the?application?rates?of?pig?slurry?[J].?Science?of?the?Total?Environment，?2007，385（1-3）：252-61.

[22]盛倩，吳星五.?蚯蚓堆肥在污泥處理中的應(yīng)用[J].?安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（4）：2149-2151.