李秀啟， 賈寶華， 牛小沛， 黃莎莎， 李本銀

(1.河南省濟源市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南濟源 454652；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002)

?

不同品種蚯蚓對城市污泥的處理效果

李秀啟1， 賈寶華1， 牛小沛1， 黃莎莎1， 李本銀2

(1.河南省濟源市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南濟源 454652；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002)

[目的]探索城市污泥的利用途徑。[方法]利用赤子愛勝蚓、大平2號、威廉環(huán)毛蚓3個蚯蚓品種處理城市生活污泥，以未接種蚯蚓為對照(CK)，研究接種不同品種蚯蚓的污泥理化性質(zhì)、氮、磷、鉀含量、重金屬含量以及蚯蚓生物量的變化。[結(jié)果]3種蚯蚓對污泥的礦化、降解能力基本一致。接種赤子愛勝蚓、大平2號及威廉環(huán)毛蚯蚓城市污泥的pH，均低于CK，城市污泥的氮、磷、鉀含量均較CK增加，污泥中重金屬含量降低。試驗結(jié)束后，3種蚯蚓的生物量無差異顯著。[結(jié)論]利用蚯蚓處理城市污泥是一條無害化有效途徑。

蚯蚓；城市污泥；理化性質(zhì)；重金屬生物量

隨著城鎮(zhèn)化程度的不斷提高，城市污水的處理量迅速增加，由此帶來的城市污泥處理難題日漸凸顯。其中的有害成分，如有機污染物、重金屬、寄生蟲、病原菌及臭氣對城市環(huán)境衛(wèi)生造成了嚴重影響。如何妥善和科學(xué)處理污泥，并充分利用污泥資源，使其達到減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化具有重要的現(xiàn)實意義[1]。

蚯蚓能將有機廢棄物轉(zhuǎn)化為肥沃的有機肥料[2-3]，利用蚯蚓處理城市污水廠的剩余污泥，既能解決城市污水處理廠剩余污泥的出路，又可以凈化環(huán)境。國內(nèi)外學(xué)者對蚯蚓處理有機物含量較高的污泥進行了大量研究[4-7]。然而，不同品種的蚯蚓生理特征不同，因此有必要探討其對污泥處理的差異。筆者選用3個不同品種蚯蚓處理城市污泥，研究不同品種蚯蚓對城市污泥理化性質(zhì)和污泥重金屬含量的影響等，旨在為城市污泥科學(xué)處理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試蚯蚓品種為赤子愛勝蚓、大平2號及威廉環(huán)毛蚓。將蚯蚓用污泥喂養(yǎng)繁殖，選擇健康、活性好、無環(huán)帶、體長5 cm左右的蚯蚓供試。供試污泥為河南潤龍生物科技有限公司蚯蚓養(yǎng)殖基地處理過的污泥。

1.2 試驗方法 采用口徑35 cm、高40 cm，底部打孔的塑料桶，桶底鋪40目尼龍放蟲網(wǎng)，在每桶分別填入蚯蚓處理過的污泥4 kg，各投放蚯蚓150條，以未投放蚯蚓作為對照(CK)。24 h后分別在每桶表面投放待處理的污泥1 kg，每處理3次重復(fù)，置于陰涼處保濕避光飼養(yǎng)30 d。試驗結(jié)束將蚯蚓、卵分離，計數(shù)，蚯蚓吐泥后稱重。以標(biāo)準CJ/T 221—2005測定pH;以標(biāo)準LY/T 1251—1999測定電導(dǎo)率(EC)；以LY/T 1237—1999測定總有機碳含量(TOC)；以標(biāo)準CJ/T 221—2005測定氮、磷、鉀及重金屬含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 數(shù)據(jù)利用SPSS 20 及 Microsoft Excel 2003 進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種蚯蚓對城市污泥理化性質(zhì)的影響 由表1可知，與CK相比，蚯蚓處理的pH均降低，其中，赤子愛勝蚓和大平2號處理的城市污泥pH與CK差異極顯著(P<0.01)，威廉環(huán)毛蚓處理的城市污泥pH與CK差異顯著(P<0.05)，赤子愛勝蚓和大平2號之間差異不顯著(P>0.05)。與CK相比3個蚯蚓處理的城市污泥EC、灰分(Ash)差異均達極顯著水平(P<0.01)，3個處理間差異不顯著；蚯蚓處理的污泥TOC含量降低，各處理與CK相比差異均達極顯著水平(P<0.01)，3個處理間差異不顯著(P>0.05)，污泥TOC的降低可能是蚯蚓和微生物協(xié)同作用的結(jié)果，蚯蚓的作用是改善基質(zhì)中微生物的生存條件和氧的供應(yīng)，促進微生物對有機物的降解[8]。2.2 不同品種蚯蚓對城市污泥氮、磷、鉀含量的影響 由表2可知，與CK相比，不同品種蚯蚓處理的城市污泥氮、磷、鉀均增加，赤子愛勝蚓、大平2號處理的氮含量與CK差異極顯著(P<0.01)，威廉環(huán)毛蚓處理的氮含量與CK差異顯著(P<0.05)，3個處理間差異不顯著(P>0.05)。這是由于一方面蚯蚓活動過程中微生物對氮轉(zhuǎn)化的媒介作用促進了有機氮的礦化，從而使有機氮轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮保留在基質(zhì)中，另一方面蚯蚓自身分泌的黏液、尿液、生長素和酶也會引起氮含量的增加[9]。大平2號處理的磷含量與CK差異極顯著(P<0.01)，赤子愛勝蚓、威廉環(huán)毛蚓處理的磷含量與CK差異顯著(P<0.05)，3個處理間差異不顯著(P>0.05)。蚯蚓能提高城市污泥磷含量的原因可能與有機質(zhì)的礦化、細菌轉(zhuǎn)化和蚯蚓糞便中磷酸酶的活動有關(guān)[10]。不同品種蚯蚓處理的城市污泥鉀含量相差不大，以大平2號處理的鉀含量最高，赤子愛勝蚓與大平2號處理的鉀含量差異不顯著(P>0.05)，這2個品種處理與威廉環(huán)毛蚓處理的鉀含量、CK差異顯著(P<0.05)，威廉環(huán)毛蚓處理的鉀含量與CK差異不顯著(P>0.05)。接種蚯蚓后城市污泥鉀含量的提高主要是由于污泥分解過程中微生物產(chǎn)生酸，促使污泥中不溶性鉀轉(zhuǎn)化為可溶性鉀，同時，蚯蚓腸道中大量微生物種群也對鉀含量的提高起著重要作用[11]。

表1 不同品種蚯蚓處理的城市污泥理化性質(zhì)比較

注：同列不同大寫字母表示在0.01水平差異極顯著，不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference at 0.01 level; different lowercase indicates significant difference at 0.05 level.

表2 不同品種蚯蚓處理的城市污泥氮、磷、鉀含量比較

Table 2 Comparison of N,P,K content in urban sludge treated by different earthworm varieties

g/kg

注：同列不同大寫字母表示差在0.01水平異極顯著，不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference; different lowercases indicates significant difference.

2.3 不同品種蚯蚓對城市污泥重金屬含量的影響 由表3可知，不同品種蚯蚓處理的城市污泥重金屬含量均有不同程度的下降。赤子愛勝蚓、大平2號處理的Cu含量與威廉環(huán)毛蚓處理、CK差異顯著(P<0.05)，威廉環(huán)毛蚓處理的Cu含量與CK差異不顯著(P>0.05)。3個品種蚯蚓處理的Zn含量與CK差異極顯著(P<0.01)，3個品種蚯蚓處理間差異不顯著(P>0.05)。3種蚯蚓處理城市污泥的Pb、Cd含量與CK差異極顯著(P<0.01)。赤子愛勝蚓與大平2號處理的Pb、Cd含量差異不顯著(P>0.05)，與威廉環(huán)毛蚓處理差異顯著(P<0.05)。不同品種蚯蚓處理的Cr含量與CK差異顯著(P<0.05)。大平2號處理的Cr含量與威廉環(huán)毛蚓處理、CK差異極顯著(P<0.01)，赤子愛勝蚓、威廉環(huán)毛蚓處理的Cr含量與CK差異顯著(P<0.05)。不同品種蚯蚓處理的Hg含量與CK差異顯著(P<0.05)。威廉環(huán)毛蚓處理的Se含量與CK差異不顯著(P>0.05)，其余2個品種處理與CK差異顯著(P<0.05)。綜上，接種蚯蚓污泥的重金屬含量降低是由于蚯蚓對重金屬有較強的富集能力，同種蚯蚓對污泥中不同重金屬的富集量不同，這是由蚯蚓對重金屬富集的選擇性造成[12]。蚯蚓對重金屬的富集主要是通過皮膚和腸道的吸收，必需的微量元素能夠促進蚯蚓的生理調(diào)節(jié)，因此，蚯蚓對污泥中Zn和Cu 富集量較大；相反，Pb 和Cr 是不必要的元素，蚯蚓對其會產(chǎn)生一定的排斥作用[13-15]。

2.4 不同品種蚯蚓對城市污泥蚯蚓生物量的影響 蚯蚓的生物量能夠很好地反映蚯蚓對污泥的適應(yīng)和分解能力。由表4可知，3種供試蚯蚓生物量均無顯著差異，大平2號的生物量略高于其他2種蚯蚓。

表3 不同品種蚯蚓處理的城市污泥重金屬含量比較

注：同列不同大寫字母表示在0.01水平差異極顯著，不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference at 0.01 level; different lowercase indicates significant difference at 0.05 level.

3 結(jié)論與討論

(1)該研究表明，供試蚯蚓對污泥的礦化能力和有機物降解能力均較強，接種蚯蚓后城市污泥的理化性質(zhì)除pH外無顯著差異(P>0.05)，接種赤子愛勝蚓、大平2號的城市污泥pH與接種威廉環(huán)毛蚓pH差異顯著(P<0.05)；蚯蚓對重金屬有較強的富集能力，接種蚯蚓后城市污泥的重金屬含量降低，同種蚯蚓對污泥中不同重金屬的富集量不同，不同品種蚯蚓富集能力亦有差異；供試蚯蚓的生物量均無明顯差異，可作為處理城市污泥選用。

(2)利用蚯蚓處理城市污泥,不僅可以將污泥中的重金屬富集于蚯蚓體內(nèi)、去除病原菌、轉(zhuǎn)移消化有機有害物,而且可將城市污泥轉(zhuǎn)化為富含營養(yǎng)物質(zhì)的有機肥,是一條無害化有效途徑。

表4 不同品種蚯蚓處理的城市污泥蚯蚓生物量比較

注：同列不同大寫字母表示在0.01水平差異極顯著，不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters in the same column stand for extremely significant difference at 0.01 level; different lowercase indicates significant difference at 0.05 level.

[1] 張賀飛，徐燕，曾正中，等.國外城市污泥處理處置方式研究及對我國的啟示[J].環(huán)境工程，2010，28(S1) :434-438.

[2] 李典友，潘根興，向昌國， 等.土壤中蚯蚓資源的開發(fā)應(yīng)用研究及展望[ J].中國農(nóng)學(xué)通報,2005,21(10):340-347.

[3] PAUL J A J，KARMEGAM N，DANIEL T.Municipal solid waste (MSW)vermicomposting with an epigeic earthworm,PerionyxceylanensisMich.[J].Bioresource technology,2011,102(12):6769-6773.

[4] 孫穎，桂長華，孟杰，等.利用蚯蚓活動改善污泥性狀的實驗研究[J].環(huán)境化學(xué)，2007，26(3):343-346.

[5] 白春節(jié).低繁殖量蚯蚓養(yǎng)殖法處理剩余污泥的可行性研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2006，6(6):9-12.

[6] 吳敏，楊健.蚯蚓生態(tài)床處理剩余污泥[J].中國給水排水，2003，19(5):59-60.

[7] KOCIK A,TRUCHAN M,ROZEN A.Application of willows (Salixviminalis) and earthworms (Eiseniafetida) in sewage sludge treatment[J].Soil Biol，2007，43:327-331.

[8] GUNADI B,EDWARDS C A.The effects of multiple applications of different organic wastes on the growth，fecundity and survival ofEiseniafetida(Savigny)(Lumbricidae)[J].Pedobiologia，2003，47(4):321-329.

[9] VIEL M,SAYAG D,ANDRE L.Optimization of agricultural,industrial waste management through in-vessel composting[C]//DE Bertodi M.Compost:Production,quality and use.Essex:Elseiver Applied Science，1987:230-237.

[10] GARG P,GUPTA A,SATYA S.Vermicomposting of different types of waste usingEiseniafoetida: A comparative study [J].Bioresour Technol，2006，97(3):391-395.

[11] KAVIRAJ,SHARMA S.Municipal solid waste management through vermicomposting employing exotic and local species of earthworms[J].Bioresour Technol，2003，90(2):169-173.

[12] 伏小勇，秦賞，楊柳，等.蚯蚓對土壤中重金屬的富集作用研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28(1):78-83.

[13] KAMITANI T,KANEKO N.Species-specific heavy metal accumulation patterns of earthworms on a floodplain in Japan[J].Ecotoxicol Environ Saf，2007，66(1):82-91.

[14] LANNO R,WELLS J,CONDER J，et al.The bioavailability of chemicals in soil for earthworms [J].Ecotoxicol Environ Saf，2004，57(18):39-47.

[15] NAHMANI J,HODSON M E,BLACK S.A review of studies performed to assess metal uptake by earthworms [J].Environ Pollut，2007，145(2):402-424.

The Processing Effects of Different Earthworm Varieties on Urban Sludge

LI Xiu-qi,JIA Bao-hua,NIU Xiao-pei et al

(Jiyuan Academy of Agricultural Sciences,Jiyuan,Henan 454652)

[Objective] To explore the use of urban sludge.[Method] With not inoculated earthworm as control(CK),E.foetida,Ohira Ⅱ earthworm,Pheretimaguillemiwere used to process urban sewage sludge,the changes of sludge physiochemical properties,N,P,K content,heavy metal content and earthworm biomass were studied.[Result] The ability of mineralization and degradation of 3 kinds of earthworms was basically the same.The pH value of urban sludge inoculated withE.foetida,Ohira Ⅱ earthworm,Pheretimaguillemiwere lower than that of CK.The contents of N,P and K in municipal sludge were increased compared with CK,and the content of heavy metals in sludge was decreased.At the end of experiment,the biomass of 3 kinds of earthworms showed no significant difference.[Conclusion] It is an effective and harmless way to deal with urban sludge by using earthworm.

Earthworm; Urban sludge; Physiochemical properties; Heavy metal biomass

2015年河南省科技攻關(guān)項目(152102310034)。

李秀啟(1975- )，男，河南開封人，副研究員，碩士，從事農(nóng)業(yè)資源及高效農(nóng)業(yè)發(fā)展研究。

2016-09-30

X 799.3

A

0517-6611(2016)36-0112-02