蚯蚓污泥堆肥的研究进展

刘晨 陈继旺

摘 要：近年来，蚯蚓被广泛应用于污泥堆肥应用中，这种方式成为一种高效且环保的生物降解工艺。概括介绍了焚烧、厌氧消化、好氧发酵等常见的城市污泥处理方式。通过比较研究法和案例分析法等研究方法针对污泥堆肥环境中4个影响因素：温度、含水率、重金属、C/N对蚯蚓的影响，总结了部分蚯蚓污泥堆肥技术的发展现状，为蚯蚓污泥堆肥技术提供一定的参考依据。

关键词：蚯蚓堆肥技术 城镇污泥  生态系统 降解污泥

中图分类号：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

在人们生活质量的不断提高的今天，城市环境问题已经成为社会普遍关注的焦点问题。有数据显示，截至2022年底，我国污泥产生量达7 288.3万t，其中，市政污泥约5 552万t。在市政污泥产量如此巨大且不断增长的情况下，城市污水污泥处理已经成为当前社会发展面临的难点问题。目前，城市处理污泥主要通过焚烧、厌氧消化和好氧发酵等方式来实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化处置[1]，但由于种种原因，无法有效地减轻或避免城镇污泥对周围环境的影响。因此，找到合适的方法加强对城镇污泥的利用率和处置效率显得尤为重要。

蚯蚓作为陆地生态系统中生物量最大的动物，广泛分布在土壤环境，在生态系统中发挥着极其重要的作用，被称为“土壤生态系统工程师”[2]。我国在20世纪70年代开始研究蚯蚓在污泥堆肥中的应用，城市污水污泥中含有大量有机质、重金属和致病微生物，蚯蚓能够加快污泥中有机质的降解，富集污泥中的重金属，去除致病菌群，其产物蚓粪可以当作有机肥使用[3]。巩正等人[4]研究发现，蚯蚓粪能够有效提高城镇污泥中有机质的降解程度，并使其快速稳定；乔艳云等人[5]研究发现，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，蚯蚓污泥堆肥作为一种新兴技术被广泛应用于城市污水污泥的堆肥中。但该技术在应用中受到诸多因素的影响，本研究概述了蚯蚓污泥堆肥与其他处理方式的对比，同时总结了污泥环境中不同外源因子对蚯蚓的影响，以期为城镇污泥的处理提供一定的参考依据。

1城镇污泥处理研究现状

目前，我国城镇污泥处理主要通过焚烧、厌氧消化和好氧发酵等方式进行。截至2022年，我国污泥项目建设总规模达4 851.4万t/a，污泥处理项目中焚烧、厌氧消化、好氧堆肥为主，分别占比65.41%、15.55%、9.61%，污泥无害化理论处理率达73.5%。

1.1污泥焚烧

污泥焚烧是指污泥与过量空气在焚烧炉中进行高温燃烧，将污泥中的可燃物质充分燃烧，最终得到水蒸气、CO2和固体残渣的过程。城镇污泥经过焚烧后含水率和有机污染物大幅降低，减量化和无害化程度高。但是，污泥焚烧会产生浓度高的有毒烟气且固体残渣中含有大量有害物质，需经过严格处理后排放，减少二次污染，这也导致其投资运行成本高、资源化程度低[6]。

1.2污泥厌氧消化

污泥厌氧消化是指厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧环境条件下，可以降解污泥中的有机物，杀灭污泥中寄生虫卵，并产生大量沼气的过程。随着污泥厌氧消化过程的进行，会产生大量的甲烷沼气，沼渣可作为园林绿化土或土壤改良剂，实现污泥的资源化[7]。

1.3污泥好氧堆肥

污泥好氧堆肥是指在有氧条件下，好氧微生物通过有氧呼吸方式分解污泥中的有机物，并转化为腐殖质的过程。污泥好氧发酵效果与污泥含水率、有机质含量和C/N等密切相关，处理过程需保持污泥性质的稳定[8]。

2蚯蚓污泥堆肥的研究现状

蚯蚓污泥堆肥是指利用蚯蚓与污泥环境中的微生物协同作用，降解污泥中的有机质、重金属和病原菌等有毒有害物质，最终实现污泥的稳定化的过程。我国从20世纪70年代开始研究蚯蚓堆肥技术，该技术将传统的污泥堆肥与新的生物处理技术相结合。前人关于蚯蚓污泥堆肥已有大量研究，尹朝阳等人[9]研究发现，生活污泥经蚯蚓处理后，干重降低了 28% ，有效实现了减量化，有机物质总量削减了57. 14% ，稳定化、无害化效果显著；李雄勇等人[10]研究发现，赤子爱胜蚓直接处理污水厂剩余污泥效果显著；臧兰兰等人[11]研究发现添加赤子爱胜蚓后，城市污泥中的有机质下降且营养元素得到有效提高；王振兴等人[12]研究发现经过蚯蚓处理后，污泥中重金属Cu、Zn、Ni和Pb含量均出现不同程度降低。因此，应用蚯蚓进行污泥堆肥处理是实现污泥资源化的有效途径。

3蚯蚓污泥堆肥技术影响的因素

蚯蚓污泥堆肥技术是一种新兴的生物降解技术，具有处理污泥类型广泛、投资和运行成本低、操作简单等特点。但是该技术在国内应用尚不成熟，在污泥堆肥过程中受到诸多环境因素的影响，从而限制了蚯蚓处理污泥的应用价值和应用范围。

3.1温度对蚯蚓的影响

由于蚯蚓属于变温动物，污泥堆肥的温度是影响蚯蚓堆肥技术的重要因素。污泥环境中的温度在堆肥过程中不仅直接影响蚯蚓的体温和活动，而且还会影响蚯蚓的生理代谢功能。一般来说，温度为20 ℃最适宜蚯蚓活动。温度升高会促进蚯蚓活动频繁，但不能超过蚯蚓忍受的限度，温度在32 ℃以上或10 ℃以下均会影响蚯蚓的正常生长，甚至导致蚯蚓直接死亡[13]。李韵[14]研究发现，在16～25 ℃的污泥堆肥环境中，蚯蚓的生长状态显著好于高温和低温条件下的蚯蚓。陆志波等人[15]研究发现当食料充足时，25 ℃条件下蚯蚓的呼吸率高于15 ℃条件下的呼吸率，温度在5 ℃和35 ℃条件下蚯蚓都不能正常呼吸。此外，陈学民等人[16]研究发现，温度会影响蚯蚓的活性，从而改变堆肥效率。

3.2含水率对蚯蚓的影

蚯蚓靠皮肤呼吸，适合生活在潮湿的条件下。因此，水分是蚯蚓的一个重要组成部分和基本生存条件，污泥含水率会对蚯蚓的新陈代谢和生长发育产生影响。研究表明：污泥含水率过低或过高都会影响蚯蚓的正常发育。Parthasarathi等人[17]研究发现，当污泥的含水率保持在70%～85%之间时，蚯蚓的生物量最高。陈学民等人[16]研究发现，赤子爱胜蚓可以直接处理脱水污泥（含水率为74%～76%）。

3.3重金属对蚯蚓的影响

城镇污水污泥资源化过程中，重金属被认为是其再利用的主要限制因素。蚯蚓能够通过表皮吸收和吞食作用富集污泥中的重金属，但污泥中重金属浓度过高也会对蚯蚓产生毒害作用，抑制其生长发育。刘昭兵等人[18]研究发现，高浓度Pb、Cd和高浓度Pb、Cd复合均会对蚯蚓产生毒害作用，且蚯蚓在高浓度Pb处理中已经出现明显的中毒症状。伏小勇等人[19]研究发现，污泥中Pb的含量直接影响蚯蚓对Pb的富集能力，当污泥中Pb浓度超过3 500 mg/kg时蚯蚓全部死亡。同时，蚯蚓对重金属有一定的耐受能力。严爱兰[20]研究发现，当蚯蚓对污泥中Cd的富集超过耐受极限后，会通过粪便排出体外。

3.4 C/N对蚯蚓的影响

在用蚯蚓堆肥处理污泥时，污泥中的营养价值决定了蚯蚓处理污泥的效率。污泥中C/N过低或过高都不利于蚯蚓的成长和繁殖。研究表明：蚯蚓会根据污泥中C/N的高低选择性地分配自身能量：当C/N较高时，蚯蚓会选择将从污泥中获得的能量用于新陈代谢，而当C/N较低时，蚯蚓则选择将能量用于繁殖交配[21]。盛倩等人[22]研究发现，在C/N值为25～35时，蚯蚓对污泥的处理效果最好。

4结论

蚯蚓污泥堆肥技术拥有其他污泥处理技术所没有的优点，相比于其他污泥处理技术具有巨大的应用前景。但同时，加强对污泥环境对蚯蚓堆肥的影响因素的深度探究十分重要，如何实现蚯蚓污泥堆肥过程可控化和简易化是该技术进一步提升的关键。

参考文献

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[22]盛倩，吴星五. 蚯蚓堆肥在污泥处理中的应用[J]. 安徽农业科学，2011，39（4）：2149-2151.