蚯蚓在不同固体废弃物堆肥中的研究进展

马舒乐 丁天元 张永鹏

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232000)

随着目前我国工业、农业、商业等全方位的快速发展，各个行业所产生的固体废弃物的量也随之增加，如果不加以合理的处置，不仅会对环境造成破坏，还会对其中包含的资源造成巨大的浪费，于是如何实现固体废弃物的无害化和资源化处理成为我国学者的研究热点。固体废弃物包含很多不同的种类，如日常污水所产生污泥、人类生活所产生餐厨垃圾、畜禽类产生的粪便、城市绿化所带来的园林废弃物等，并且每种类型的固体废弃物差异性很大，目前关于这些固体废弃物的处置方式主要包括土地填埋、焚烧等，这几种方式既会产生二次污染危害环境，而且浪费了这些固体废弃物中包含的资源，不符合提出的对固体废弃物减量化、资源化的要求。

蚯蚓是生活在土壤中、对生态系统至关重要的一种环节动物，能够通过自身在土壤中的蠕动来疏松土壤以此改善土壤的结构，并提高土壤中的氧气含量以及增强深层土壤的含水能力，蚯蚓还能改善土壤中微生物的生存条件。蚯蚓堆肥又称蚯蚓生物稳定化，利用蚯蚓自身特殊的生态学功能及其与环境中微生物的协同作用，是一种高效且环保的污泥和其他有机固体废弃物的生物降解工艺[1]。蚯蚓堆肥的产物通常被称为蚯蚓粪，其是一种黑色、细碎、较均一的物质，因为其特殊的颗粒结构和保持土壤水分和肥力的能力，使其相较于传统堆肥更加稳定，蚯蚓粪中还含有多种微生物，其能够将土壤中较难分解的物质转化为易于植物吸收的物质，还能够合成具有生物活性的物质，这些原因使之有成为优良有机肥料的潜力。蚯蚓目前被广泛应用于不同固体废弃物的堆肥中，本文主要对蚯蚓堆肥技术在污泥、餐厨垃圾、禽类粪便、园林废弃物堆肥几方面的应用研究进行总结，以期为后续蚯蚓堆肥应用于实际的固体废弃物的处理提供一定的参考依据。

1 蚯蚓污泥堆肥中的应用研究

蚯蚓堆肥最早用于处理污泥始于20世纪70年代末，Hartenstein等在纽约州立大学校园内将蚯蚓应用于污泥处理[1]，在此以后陆续有国内外学者进行更深入的研究[2]；伏小勇等[3]在污泥堆肥中添加蚯蚓，研究表明，蚯蚓显著加快了污泥有机质的降解，促进产物更稳定。污泥中的重金属含量一直是限制其进入土壤再利用的一个非常重要的因素，所以关于蚯蚓对污泥堆肥中重金属的影响，一直以来也是国内外学者所关注的热点。大量国内外研究表明，蚯蚓可以有效地富集污泥中重金属，其中对重金属Cd有较强的富集能力，并且降低污泥重金属有效性及生态毒性[4-6]。蚯蚓在处理污泥过程中可以通过蠕动、吞食促进污泥的腐熟，并排出蚯蚓粪，而蚯蚓粪又可以作为一种调理剂反过来促进污泥堆肥的腐熟。Hait等[7]以蚯蚓粪为调理剂，利用蚯蚓处理污泥，结果表明，污泥中总氮、总磷显著升高，同时促进了污泥中重金属与有机物络合，生成更加稳定的化合物。

通过国内外学者大量的实验得出，在蚯蚓的活动和其与微生物的共同作用下，使污泥中的营养成分(氮、磷、钾)含量显著增加，并且有效降低了污泥中重金属的有效性，减少了污泥对环境的生态毒性，使堆肥后的污泥成为了一种较为理想的有机肥产品，可以被广泛应用于植物的种植、园林的绿化或作为土壤改良剂对土壤进行修复。

2 蚯蚓在餐厨垃圾堆肥中的应用研究

餐厨垃圾是我国每天产生的固体废弃物中非常重要的组成部分，由于其大部分含水率高、成分复杂，并且大多餐厨垃圾中的有机物含量较高，所以很容易发生腐败现象，对周围环境造成污染，并且还容易滋生细菌，造成一些危害人类健康的疾病的传播。大多数餐厨垃圾所含的营养物质比较多，具有一定的可回收性，如果能够进行合理的处置就能够化废为宝。

由于我国不同地区间饮食差异较大，导致地区间餐厨垃圾在含油脂、盐分、蛋白等方面差异性很大，而蚯蚓作为一种生物对其生存环境有着一定的要求，因此，学者针对蚯蚓处理餐厨垃圾的最适宜条件做了相关研究。武泽璇[8]在研究中得出，蚯蚓处理餐厨垃圾前应将油脂和盐分含量分别预处理至5%和0.2%以下，在这种条件下最适合蚯蚓的生长繁殖，并可以获得最优质的蚯蚓粪肥。在控制一定的条件下，用蚯蚓堆肥处理餐厨垃圾，在一定程度上可以有效解决传统方式垃圾处理的过程复杂、污染环境、占用土地等问题。曹瑞琪[9]在利用蚯蚓堆肥进行餐厨垃圾的实验中得出，蚯蚓将垃圾中有机废弃物转化成蚯蚓粪生物肥和蚯蚓动物蛋白，既解决了垃圾处理的问题，又能够将蚯蚓粪当作生物肥料加以利用。张永合等[10]同样在实验中得出了相似的结论，蚯蚓堆肥法可以将餐厨垃圾转化成有机肥料。

蚯蚓堆肥法处理餐厨垃圾可以将餐厨垃圾重新资源化利用，相较于其它处理餐厨垃圾的方法来说，更加符合保护环境的基本理念，并且蚯蚓粪肥可以被用作有机肥料，避免了化学肥料的使用。但是蚯蚓堆肥法也存在缺陷，目前有关蚯蚓堆肥处理餐厨垃圾的研究都处在实验室阶段，并且堆肥时间较长，用此方法能否处理我国每日大量的餐厨垃圾依然要打上一个问号。

3 蚯蚓在畜禽粪便堆肥中的应用研究

根据相关部门的统计，我国规模化畜禽养殖产业的产值每年以大于8%的速度递增[11]，随之产生大量畜禽养殖粪便废弃物，这些粪便废弃物包含大量寄生虫、细菌等危害人体健康的因子，如果不加以合理的处置，直接堆放在室外，就会对土壤、大气、水源产生非常严重的危害。

蚯蚓堆肥处理畜禽粪便主要通过体内消化系统的多种酶类和微生物，以及蚯蚓肠腔的机械挤压磨碎共同作用，加速畜禽粪便的分解、转化，使有机物质被蚯蚓摄入后可直接被同化、利用，达到改变畜禽粪便理化性质目的[12]。鉴于蚯蚓在稳定污泥中重金属的积极作用，其在影响畜禽粪便中重金属的效应也被国内外学者广泛研究。Lv等[13]利用蚯蚓处理牛粪和猪粪，结果表明，经蚯蚓处理后粪便中重金属含量升高，但是其重金属的有效态却显著降低，由此可知蚯蚓减缓了重金属在粪便中的迁移，因此，蚯蚓在稳定重金属方面有积极的作用。Zhang等[14]研究发现，添加蚯蚓处理让粪便中微生物量减少，但活性微生物量增加，结果显著降低了有害菌数量，增加了有益菌活性。崔树林等[15]也指出，蚯蚓堆肥处理畜禽粪便时，可以杀死畜禽粪便中大部分细菌，而且蚯蚓排出的蚯蚓粪含有大量微量元素和活性物质，可以为大多数植物提供营养。

蚯蚓堆肥处置畜禽粪便是一种很具有潜力的处理方式，可以很好地应对我国农业畜禽粪便产量大、种类杂等问题，是符合现如今对处理畜禽粪便要求的一条新路径。蚯蚓堆肥处置畜禽粪便是将具有独特生态学功能的生物调理剂——蚯蚓，添加到传统的堆肥中，让畜禽粪便转化具有营养价值、无毒害的有机肥料——蚯蚓粪肥。这种处理方式将蚯蚓的优势引入到堆肥处置中，将两者的优势相结合，进一步扩大了畜禽粪便堆肥的效率和效果。

4 蚯蚓在园林废弃物堆肥中的应用研究

园林废弃物主要有城市绿化过程中修剪的树枝叶、花草和自然掉落的枯枝落叶等。过去这些废弃物往往是与普通的固体垃圾一起进行集中处理，主要的处理方法是焚烧和填埋。但是这2种处理方式都有着明显的缺陷，焚烧法既会产生大量有害气体也会导致处理成本升高，而土地填埋则会在我国土地资源本就稀缺的情况下进一步浪费宝贵的土地资源。

采用蚯蚓堆肥技术处理园林绿化废弃物，可以将其氧化分解为腐殖质类物质，并能将其中大部分营养元素很好地保留并转化为利于植物吸收的肥料[16]。既能解决其带来的占用土地的问题，处理后的产物又可以施用到绿地土壤中，这是解决城市绿地资源浪费和土壤问题的重要技术。李英凯[17]在研究中发现，蚯蚓堆肥处理提高了堆肥产物的养分含量，同时增加园林废弃物表面积和孔隙度，从而使堆肥产物具有更好的稳定性。但是园林废弃物相较于其它固体废弃物来说有其特殊性，因其含有大量的木质素导致堆肥进程缓慢，时间偏长，所以很多学者就如何降解木质素进行了大量研究。王琳等[18]采用在蚯蚓堆肥园林废弃物中加入一定量的蘑菇渣，结果显示，添加一定比例的蘑菇渣促进了蚯蚓的生长和繁殖，加快了堆肥的进程。也有研究采用添加生物表面活性剂烷基多糖苷[19]和竹炭[20]来提高园林废弃物的堆肥效率，结果均表明，外源添加剂的使用能够改善蚯蚓生长繁殖环境，加快木质素的降解，提高堆肥的效率。

不同于其它固体废弃物，园林废弃物因含有大量木质素在应用堆肥技术处理时会面临堆肥时间太长的难题，蚯蚓的加入能够加快木质素的降解，从而促进堆肥的进程，缩短堆肥所需的时间，并且在蚯蚓堆肥中添加一定量的外源添加剂，既能促进蚯蚓的生长和繁殖，又能提高最终堆肥产物的质量。

5 展望

堆肥是一种处理固体废弃物高效、绿色环保的方式，而蚯蚓堆肥是在此基础上利用蚯蚓独特的生态功能及其与微生物的共同作用，对固体废弃物进一步降解和腐熟，使其转化为可被利用的堆肥产物。目前有关蚯蚓堆肥处理固体废弃物的研究主要集中在城市污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便、园林废弃物等几个方面，但是这些研究主要集中于实验室阶段，并未在实际应用中进行大规模的试行，因此将蚯蚓堆肥应用于固体废弃物的处理从实验室推行到现实中还有很长的路要走，期待蚯蚓堆肥技术真正成为处理处置固体废弃物的最高效环保的方法。