蚯蚓動(dòng)物反應(yīng)器如何提高處理污泥的效率

1、蚯蚓動(dòng)物反應(yīng)器如何提高處理污泥的效率1引言脫水污泥是污水處理廠污水處理的副產(chǎn)物，它是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體，成分較為復(fù)雜 目前，我國(guó)大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠常采用的方法是 將污泥適當(dāng)濃縮后再進(jìn)行土地填埋，但這種處置方法存在土地資源浪費(fèi)、填埋場(chǎng)滲濾液污染及填埋場(chǎng)廢氣污染等問(wèn)題隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，污泥產(chǎn)生量日漸龐大，但目前 處理水平有限，因此，城市污泥如果得不到及時(shí)有效的處理與再利用，不僅是一種資源的浪費(fèi)，還會(huì)成為環(huán)境污染的一大隱患粉綠狐尾藻作為一種常見(jiàn)的水生植物，同時(shí)也是利用生態(tài)濕地凈化污水的副產(chǎn)品，對(duì)其常用的處理方法是風(fēng)干后制作生物能源或動(dòng)物飼料，但處理

2、成本較高，不適宜作為長(zhǎng)期的處理措施為了不影響濕地技術(shù)發(fā)展和對(duì)環(huán)境造成二次污染，應(yīng)亟需開(kāi)發(fā)水生植物(狐尾藻)的其它用途綜合考慮脫水污泥和濕地植物處理的問(wèn)題，利用蚯蚓特殊的生態(tài)學(xué)功能及其與環(huán)境中微生物的協(xié)同作用來(lái)構(gòu)筑生物反應(yīng)器，將污泥和植物中的有效養(yǎng)分高效地轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)肥， 既可以為污泥資源化和產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支持，又能夠達(dá)到同步處理兩種廢棄物的目的，對(duì)建設(shè)有生態(tài)濕地的中小型城鎮(zhèn)污水廠來(lái)說(shuō)，是一種理想的處理方法但污泥與狐尾藻的含水量較高，同時(shí)污泥過(guò)細(xì)的顆粒組分也不利于蚯蚓的生存，需要外源添加一些物質(zhì)來(lái)改善其結(jié)構(gòu)，提高蚯蚓堆肥的處理效率.作為一種常用的物理填料，珍珠巖具有價(jià)格便宜，孔隙度大等特點(diǎn)，其

3、顆粒表面的許多空洞為保持水分和營(yíng)養(yǎng)成分提供了豐富的表面積，能夠有效地改善污泥顆粒組分過(guò)細(xì)等問(wèn) 題，改善污泥及其混合物中蚯蚓的生存環(huán)境.因此，本研究以脫水污泥-狐尾藻為處理對(duì)象，通過(guò)添加珍珠巖來(lái)改善混合物的物理性狀，利用蚯蚓反應(yīng)器對(duì)兩種廢棄物進(jìn)行同步處理，作為對(duì)污泥-濕地植物資源化模式的一種嘗試.2材料與方法2.1試驗(yàn)材料供試污泥樣品為浙江省臨安污水處理廠脫水污泥，其理化性質(zhì)見(jiàn)表1.供試植物為狐尾藻，采自臨安污水廠尾水生態(tài)濕地，其含水量為89.62%.珍珠巖購(gòu)自杭州市園藝市場(chǎng)，其含水量為1.23%，容重0.12 g cm-3.供試蚯蚓為“太平二號(hào)”，取自揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)場(chǎng)，弓I種 后室內(nèi)馴化繁育3個(gè)月

4、以上.表1試供污泥理化性質(zhì)肓機(jī)質(zhì)丿速效NJ速效円 Cu/ Pb/ Cr/ Cd/ As/含水里!(q-kg ) (mg kg-) (mg-Kg' ) mg kg ) (mg kg-) (mg Rg ) mg kg ) (mg kg')81.71% 7 71 279.53263135811361395.7248.31.317,9622試驗(yàn)方法采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同的珍珠巖添加比例，分別為2% 4% 8% 12%和16%同時(shí)以未添加珍珠巖的處理作為對(duì)照 （CK），各處理重復(fù)3次.反應(yīng)容器規(guī)格為上直徑 13.5 cm 下直徑9.5 cm、高11 cm的塑料盆，底部有透水孔并墊有濾

5、紙，防止蚯蚓逃逸試驗(yàn)前處理：將狐尾藻粉碎成0.51.0 cm 小塊，以m（污泥）：m（狐尾藻）=70 : 30混合均勻，再將其與不同比例的珍珠巖混合均勻后裝入反應(yīng)容器內(nèi)，保持每個(gè)樣品在自然壘結(jié)狀態(tài)下體積一致，保持在反應(yīng)容器內(nèi)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的刻度“7.5（相對(duì)體積）”，容器中加入20條生長(zhǎng)情況基本一致的太平二號(hào)蚯蚓各處理均在常溫、陰暗處進(jìn)行，試驗(yàn)周期為15 d.試驗(yàn)觀測(cè)并記錄反應(yīng)器中混合物體積和質(zhì)量變化情況；測(cè)定收獲前后鮮樣pH和EC值，風(fēng)干樣測(cè)定有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和重金屬，試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定蚯蚓體內(nèi)的重金屬含量.理化性質(zhì)測(cè)定參考土壤農(nóng)化分析相關(guān)方法：pH和EC值采用Mettler-Toledo 型p

6、H計(jì)測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定 ；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷采用NaHCO浸 提，鉬銻抗比色法測(cè)定；重金屬以HNO3-HCIO3-HF（5 ： 1 ： 1）消煮后采用ICP-MS進(jìn)行測(cè) 疋.2.3數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，Duncan法進(jìn)行多重比較，不同字母表示處理間差異顯著（p<0.05）.3結(jié)果與分析（Results and analysis） 3.1蚯蚓生物反應(yīng)器處理前后混合物的減量化情況如圖1a所示，與反應(yīng)前各試驗(yàn)組相比，混合物質(zhì)量在處理后均呈不同程度的下降，降 幅在32.14%40.42%之間，但組間差異不明顯

7、.各試驗(yàn)組混合物體積在處理后呈顯著下降的 趨勢(shì)（圖1b）.其中，最大降幅為 2%珍珠巖組的48.67%，其次為CK處理的41.33%和4滋珠 巖組的35.34%,其余3組降幅在20.00%22.00%之間，組間差異不明顯.此變化趨勢(shì)可總結(jié) 為：隨珍珠巖添加比例的增大，處理后混合物體積降幅呈減小的趨勢(shì)，最終當(dāng)珍珠巖比例上升到一定值后，混合物體積降幅趨于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平=|.|;和消吐申*«£圧章圖1不同比例珍珠巖處理混合物質(zhì)量減量化（a）和體積減量化（b）情況3.2蚯蚓生物反應(yīng)器處理前后混合物中有機(jī)質(zhì)含量的變化如圖2所示，混合物中有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為顯著降低，降幅在28.76

8、%45.40%之間，最大降幅為4澎珠巖組.(一號(hào)Ms<程屋祀亠右機(jī)貢好耕牢 n踐珠出浚協(xié)比倒圖2不同比例珍珠巖處理混合物有機(jī)質(zhì)減量化情況3.3蚯蚓生物反應(yīng)器處理前后混合物中堿解氮和速效磷含量的變化經(jīng)蚯蚓生物反應(yīng)器處理后，混合物中堿解氮與速效磷的含量發(fā)生了顯著變化與純污泥（表1）相比，各試驗(yàn)組中堿解氮均呈不同程度的下降（圖3），降幅在6.05%13.08%之間.混合物中速效磷的含量均表現(xiàn)為顯著增加，平均增幅為22.45%，其中，增幅最大的為 4滋珠巖組，達(dá)到38.09%，其次為8%珍珠巖組，達(dá) 33.29%.宀一罷曽)善隼WXVa.iliilLfr%12Ka%CK2%4%8%12%16%歿

9、珠巖議加比何 b.邀毀越丁曲加CK 2%4%8%12%16%竣昧為潦燉比例朋W腕WJWIXIIM fl 5 o s- O 5 O& 5 5 4-4 1-3 _£t縣甘機(jī)蓬希婦圖3不同處理?xiàng)l件下化合物中堿解氮(a)和速效磷(b)含量的變化情況3.4蚯蚓生物反應(yīng)器處理前后混合物pH和EC值的變化處理前后各試驗(yàn)組混合物的pH均呈不同程度的降低，總體表現(xiàn)為由弱堿性向弱酸性轉(zhuǎn)變.進(jìn)一步分析可得，隨著珍珠巖添加比例的增加，處理前后混合物的pH呈先減小后增大的趨勢(shì).其中，以8%珍珠巖試驗(yàn)組的降幅最大，為9.18%.各試驗(yàn)組的EC值在處理后均顯著升高，處理后的EC值在2.755.25 mS

10、cm-1之間，呈隨珍珠巖添加比例增加而增加的趨勢(shì)， 平均增幅達(dá)到27.34%.表2處理前后混合物 pH和EC值的變化處理pHfiE0fJ/(mScm'1)處理前處理后處理前處理后2%珍珠巖7.6910 277.60±0.112.26±0032.75±0 10*牡扁珍秣巖7.48±0037,23±0.123.10±0043,77±0.12呂怖酸誅巖6.97±0.126.33±0.0r2 93+0.113.92+0.21"侵珍誅巖7.11±0.066.53±Q.18

11、9;3.75+0.054.50+0.08"1洌珍珠巖6 64±0 016.5S±0.2<3.76+0.07525±0.1<注：一表示處湮后的PH、EC值顯著低于處理前卩切吒卜喪示匙理后的pH、EC值極顯著低于處理前二罰313.5蚯蚓生物反應(yīng)器處理前后混合物和蚯蚓體內(nèi)重金屬含量的變化經(jīng)反應(yīng)器處理后，混合物和蚯蚓體內(nèi)的重金屬含量發(fā)生了一定的變化.如表3所示，當(dāng)珍珠巖添加比例在 8%以上時(shí)，處理后重金屬 Cu Pb和Cr含量均表現(xiàn)為降低;處理后Cd和 As含量有所升高，但變化不明顯此外，從表3中的數(shù)據(jù)分析可知， 珍珠巖添加比例對(duì)混合 物中重金屬含量

12、的減少也有一定的影響，大致可概括為隨著珍珠巖比例的增加，污泥中重金屬含量的減幅也越大，其原因同樣可能是因?yàn)槲勰辔锢斫Y(jié)構(gòu)的改變改善了蚯蚓的生長(zhǎng)環(huán)境， 繼而促進(jìn)了蚯蚓對(duì)重金屬降低的直接和間接作用表3處理前后混合物中重金屬的含量mg -席CuPt)CrCd As處謹(jǐn) -U-eSU -U- UEl冃Q 后 刖 啟 刖 后 刖 啟 冃J 啟2%®珠9549 1250.8318 11.351.667.988.40跟珍珠5493.7245730561.321.667.828.478轉(zhuǎn)珍珠巖141614053877417.4235.422B.61.

13、271.377.49Z94強(qiáng)珍珠巖12461134370.8336 12252173.41.221.307.177.4616%誅9293,5215.017231 161.196.847.00反應(yīng)后蚯蚓體內(nèi)的 Cu、Pb Cr含量均呈一定程度的升高，而 Cd和As則表現(xiàn)為明顯降 低（表4），這表明蚯蚓對(duì)重金屬的積累具有一定的選擇性表4處理前后蚯蚓中重金屬的含量mg-kg_T階段 CuPbCrCdAs處理前68.42處理后79.567.6212.948.001Q360.950.219.073.244討論4.1處理前后混合物減量化效果比較處理前后混合物質(zhì)量呈減小的趨勢(shì)，這與

14、反應(yīng)體系中水分和有機(jī)質(zhì)的消耗有關(guān)，體積減量化趨勢(shì)在4%以上比例珍珠巖處理中表現(xiàn)不明顯 .前人研究中鮮有涉及污泥 -狐尾藻混合物 處理后減量化的數(shù)據(jù)和結(jié)論，針對(duì)本試驗(yàn)中添加4%以上比例珍珠巖組間體積減少趨勢(shì)不明顯的結(jié)論，推測(cè)可能是珍珠巖改變了混合物原有的物理結(jié)構(gòu)，雖然在處理過(guò)程中混合物質(zhì)量呈減少的趨勢(shì)，但因?yàn)槲勰嘀刑砑拥恼渲閹r對(duì)混合物結(jié)構(gòu)體系起到了一定的支撐作用，相當(dāng)于增加了混合物的孔隙度，而試驗(yàn)過(guò)程中又未涉及翻堆、壓實(shí)等操作，因而減緩了混合物體 積的減少4.2處理前后混合物有機(jī)質(zhì)和氮磷變化規(guī)律混合物中有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為顯著降低，前人在研究中也得到了蚯蚓堆肥后有機(jī)質(zhì)降低的結(jié)論.在實(shí)驗(yàn)中得出有機(jī)質(zhì)含

15、量減少的原因?yàn)椋候球径逊侍幚砑铀倭宋⑸锏姆纸庾饔煤陀?機(jī)殘余物的同化同時(shí)，前人在研究中也鮮有提及利用蚯蚓堆肥技術(shù)同步處理污泥和水生植 物過(guò)程中混合物有機(jī)質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，結(jié)合本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，處理過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量呈先稍有增高后顯著降低的趨勢(shì)，猜測(cè)出現(xiàn)的原因可能為：部分蚯蚓在處理前期因無(wú)法適應(yīng)混合物的環(huán)境致死并被降解，從而導(dǎo)致了體系中有機(jī)質(zhì)含量的增加但隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，這些額外帶入反應(yīng)器中的有機(jī)質(zhì)與體系中固有的有機(jī)質(zhì)均被存活下來(lái)的蚯蚓分解，進(jìn)而使得體系中有機(jī)質(zhì)的含量下降，并最終呈顯著降低的趨勢(shì)處理前后混合物堿解氮表現(xiàn)為明顯降低，速效磷含量增加前人的研究多集中在對(duì)全氮含量的變化而對(duì)堿解氮的變化

16、提及較少，但從原理上分析可達(dá)一致在研究中提到，全氮含量降低可能是在蚯蚓堆肥處理前期，大量氨態(tài)氮釋放到環(huán)境中造成了氮的損失因此可推測(cè)，導(dǎo)致本試驗(yàn)中堿解氮下降的主要原因同樣是體系中的氨態(tài)氮在處理過(guò)程中的揮發(fā)速效磷增加的趨勢(shì)與現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外研究結(jié)論一致認(rèn)為，蚯蚓堆肥技術(shù)是一種使不易被植物直接利用的磷轉(zhuǎn)化為易被植物直接吸收利用磷的有效技術(shù)，堆肥后產(chǎn)物中磷的增加主要是由于蚯蚓體內(nèi)酶對(duì)物料的直接作用及微生物的間接刺激作用4.3處理前后混合物pH和EC值變化規(guī)律處理前后各試驗(yàn)組混合物的pH均呈不同程度的降低，其變化趨勢(shì)與前人的研究結(jié)果一致.經(jīng)分析可得，在蚯蚓和微生物的作用下，混合物中有機(jī)質(zhì)分解所產(chǎn)生的大量有機(jī)

17、酸是導(dǎo) 致反應(yīng)體系pH值降低的主要原因.同時(shí)，污泥中氮磷礦化所生成的亞硝酸鹽/硝酸鹽和正磷酸鹽同樣會(huì)導(dǎo)致體系中 pH的下降.處理后EC值表現(xiàn)為顯著升高，作為衡量水溶性鹽的一個(gè) 重要指標(biāo)，混合物EC值升高的原因可能是有機(jī)質(zhì)的降解損失和各種礦質(zhì)鹽份（如磷酸鹽、銨鹽和鉀鹽等）的釋放.4.4處理前后混合物重金屬變化規(guī)律處理后混合物中部分重金屬含量降低的趨勢(shì)與前人的研究結(jié)果一致.在其研究中指出，重金屬可以通過(guò)蚯蚓的吸收作用而在蚯蚓體內(nèi)富集，主要途徑包括被動(dòng)擴(kuò)散作用和攝食作用前者是重金屬等污染物從土壤、污泥溶液穿過(guò)體表進(jìn)入蚯蚓的體內(nèi)；后者則是通過(guò)吞食作用使重金屬進(jìn)入蚯蚓體內(nèi)，并在其內(nèi)臟器官中完成吸收作用

18、.作為在反應(yīng)中起主要作用的蚯蚓， 處理前后不同的重金屬在其體內(nèi)的含量有不同的變化趨勢(shì)，其中，重金屬Cu、Pb和Cr表現(xiàn)為在其體內(nèi)增加，而 Cd和As則表現(xiàn)為減少，這與污泥中重金屬的變化趨勢(shì)相符.此外，有相關(guān)文獻(xiàn)表明，除了由蚯蚓的直接吸收富集作用使污泥中重金屬含量減少外，蚯蚓對(duì)重金屬還存在一定的間接作用，即蚯蚓具有很強(qiáng)的吞食能力，其消化道分泌的酶類物質(zhì)、碳酸鹽類 物質(zhì)和膠粘物質(zhì)，可對(duì)部分重金屬產(chǎn)生螯合或固定，使得重金屬的有效性降低.4.5限制處理后混合物應(yīng)用的相關(guān)因素限制城市污泥農(nóng)用的一個(gè)因素是污泥中病原菌等有毒有害物質(zhì)的存在.本試驗(yàn)雖未對(duì)蚯蚓生物反應(yīng)器處理后混合物中病原菌的數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，但已經(jīng)陸續(xù)有研究表明，蚯蚓可以去除城市污泥中的有毒有害物質(zhì)， 使污泥性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)臭、不生蛆.高紅莉等在其研究中表明，經(jīng)蚯蚓堆肥處理后，城市污泥中