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1、文章编号: 100926094(2006)06 20009 204 低繁殖量蚯蚓养殖法处理剩余 污泥的可行性研究* 白春节 (浙江万里学院环境科学系, 浙江宁波 315100) 摘 要: 针对城市剩余污泥饲养蚯蚓需要发酵预处理, 以及繁殖的含 重金属的蚯蚓利用难的问题, 进行了不同种类污泥直接饲养蚯蚓实 验, 并考察了投料方式、 投料厚度对蚯蚓的生长影响。结果显示, 新鲜 的城市剩余污泥直接饲养蚯蚓可行, 与投料方式无关。发臭污泥块状 投放适宜蚯蚓生长, 密实投放不适宜蚯蚓生存。采用定时引出成蚓, 改变泥中蚓卵的生存环境, 控制卵发育的养殖方法, 对污泥中重金属 转移规律进行了研究。结果表明,
2、 饲养过程中蚯蚓体内的重金属质量 比随饲养时间上升。饲养 120 d 左右, 蚯蚓体内质量比达到极限, 且 处理后的污泥中重金属质量比明显下降。该养殖法处理剩余污泥是 方法可行, 且具有蚯蚓产量低, 利于蚯蚓处理和处置的优点。 关键词: 环境工程; 蚯蚓; 剩余污泥; 直接饲养; 低繁殖量; 重金属 中图分类号: X705 文献标识码: A 0 引 言 剩余污泥是污水经生化处理后产生的二次污染物。随着 我国城市污水处理规模的扩大, 剩余污泥的处理处置已成当 前难题之一1, 2。剩余污泥中含有丰富的有机质和氮、 磷, 是 一种很好的有机肥, 农用是剩余污泥资源化利用的最好途径; 但剩余污泥中含有
3、重金属物质, 阻碍了农用技术的发展。为 了寻求解决办法, 在利用蚯蚓处理污泥、 生活垃圾等固体废物 方面已有大量报道3217, 研究方法大部分是: 先在污泥、 垃圾 中添加不同质量比的重金属化合物, 经堆制发酵后饲养蚯蚓, 然后对蚯蚓吸收、 富集重金属和改变重金属形态效应等方面 进行研究。实验结果表明, 蚯蚓对这些废物中的重金属有一 定的吸收、 富集作用。正因如此, 在处理过程中繁殖、 生长产 生的大量蚯蚓的利用问题, 又成为该项技术发展的障碍。为 了克服这些问题, 本文研究利用城市剩余污泥直接饲养蚯蚓 的方法, 并在减少其繁殖量等方面进行实验探讨。 1 实 验 111 实验污泥 实验污泥取自
4、宁波江东城市污水处理后产生的剩余活性 污泥, 其含水率 78% 82%, pH 值 6 18 715, 有机质 40% 4718%,TN 1196% 2132%, TP 111% 1136%, Cu 13814 15119 mg/ kg, Ni 17145 19106 mg/ kg, Zn 389140 448161mg/ kg, Pb 20116 24 130 mg/kg, Cr 36100 37183 mg/kg, Cd 1142 1158 mg/ kg。 112 蚯 蚓 实验所用蚯蚓为浙江嘉兴春霖环保生态科技有限公司提 供的/ 太平二号0。 113 养殖方式 养殖方式为室内箱式养殖。 1
5、14 重金属质量比测定测定方法 11411 污泥中重金属质量比测定 首先将污泥风干, 磨细过筛, 待用。过筛后的土壤和污泥 采用HCl 2HNO32HF 2HClO4混酸体系消解, 定容后过滤。重金 属质量比采用原子吸收分光光度法测定18。 11412 蚯蚓中重金属质量比的测定 蚯蚓放入搪瓷盘中吐泥 2 d, 用蒸馏水洗净, 冰冻致死。 在烘箱中 60 e 烘干, 然后冷却、 研磨, 过 20 目筛, 制成粉备 用。称取 015 g 蚯蚓粉末于50mL烧杯中, 加浓硝酸 20mL, 放 置过夜。加少量高氯酸, 在通风橱中加热消解至冒出大量白 烟为止。若样品未溶解完全, 冷却后再加浓硝酸和高氯酸
6、, 加 热, 直至消解液变澄清。冷却后加 1 mL浓硝酸和少量二次蒸 馏水, 转入100 m L 容量瓶中, 定容后过滤。与此同时做样品 空白, 然后采用原子吸收分光光度法测定蚯蚓体内金属元素 质量比。 115 实验方法及结果 11511 城市剩余污泥不经发酵直接饲养蚯蚓可行性 蚯蚓先用发酵腐熟的污泥饲养, 然后将饲养过蚯蚓的污 泥, 分别装入 15 个相同规格的空箱中, 3 箱为 1组共 5 组, 装 填厚度相同。每箱放入成熟蚯蚓 100 条, 然后在其上分别投 入厚度为 10 cm 的未经发酵的污泥和发酵污泥。未经发酵的 污泥按如下 4 种情况投放: 新鲜污泥搅拌均匀密实投放; 新 鲜污泥
7、小块状投放; 新鲜污泥自然堆放腐烂发臭后密实投 放; 新鲜污泥自然堆放腐烂发臭后块状投放。在自然条件 下, 按照常规管理方法19饲养 15 d, 同时观察蚯蚓生长情况。 实验结果见表 1。 从表 1 可以看出, 不论上层是密实的污泥还是块状污泥, 新鲜剩余污泥直接饲养蚯蚓均可行, 且蚯蚓在新鲜污泥蚯蚓 中生长情况与在发酵后污泥中生长大致相同。原因是新鲜剩 余污泥有机质高且异味少, 与发酵后的污泥的性状相似, 有利 于蚯蚓生存和生长。自然堆放发臭的污泥饲养蚯蚓与该污泥 表1 剩余污泥直接饲养蚯蚓实验结果 Table 1 Results of test of earthworm feed dire
8、ctly by excess sludge 实验组号污泥性质与投放方式观察结果 1新鲜污泥密实投放3 h 内蚯蚓全部进入料床, 8 d 后有卵茧, 蚯蚓生长正常 2新鲜污泥块状投放1 h 内蚯蚓全部进入料床, 7 d 后有卵茧, 蚯蚓生长正常 3自然堆放腐烂发臭后密实投放蚯蚓不入床, 从漏水孔逃亡 4自然堆放腐烂发臭后块状投放在 1 d 后有蚯蚓入床, 3 d 后全部蚯蚓进入上层 5发酵后污泥在 80 min 内蚯蚓全部进入料床,7 d 后有卵茧, 蚯蚓生长正常 *收稿日期: 2006 203 227 作者简介: 白春节, 讲师, 硕士, 从事环境工程治理设计研究。 基金项目: 浙江省高校青年
9、教师(2004)资助计划项目 9 第 6卷第 6 期 2006年 12 月 安全与 环境学报 Journal of Safety and Environment Vol. 6 No. 6 Dec, 2006 投放方式有关, 上投密实料方式不适于蚯蚓生存, 上投块状料 方式适合蚯蚓生存。原因是块状料通气性好, 有利于蚯蚓生 存19221。但蚯蚓入床速度比新鲜污泥和发酵污泥慢, 主要是 污泥堆放腐烂带有臭气, 影响了蚯蚓的入床速度。 为了考察污泥投加厚度对蚯蚓生长的影响, 在每个实验 养殖箱内先投入相同厚度经蚯蚓处理后的污泥和相同条数的 蚯蚓, 然后在其上层分别投放 20 cm、 30 cm、 4
10、0 cm 厚度的污 泥。每组分别投放发酵、 新鲜和发臭( 块状) 等 3 种性质的污 泥进行实验, 其他条件相同。按照正常管理方法养殖 40 d, 观 察蚯蚓生长情况并测定相关指标。实验结果见表 2。 一次性投加投加厚度在 20 40 cm 范围内, 饲养时间相 同, 3种性质的污泥饲养的蚯蚓均能增重。除发臭块状污泥 养殖外, 蚯蚓增重量随一次性投加厚度的增加, 先上升后下 降。原因是, 一次性投加厚度过高, 污泥透气性差, 蚯蚓从下 向上入床速度变慢, 或逃亡, 最终导致增重减少。若对蚯蚓生 长、 繁殖的条件以及增加污泥处理量的问题加以综合考虑, 上 投发酵和新鲜污泥时, 每次投料厚度不大于
11、30 cm 为宜; 上投 发臭块状污泥时, 每次添料厚度以不大于 20 cm 为宜。 在投料厚度和养殖时间相同情况下, 蚯蚓增重速度由大 到小顺序是: 发酵污泥、 新鲜污泥和堆放发臭污泥。用发臭 的污泥养殖, 蚯蚓增长最慢。这与污泥臭味影响蚯蚓入床时 间有关。 11512 城市剩余污泥中的重金属在蚯蚓体中转移规律 为了克服蚯蚓富集污泥中重金属后不能利用的问题, 实 验按以下步骤进行。 1) 在 3个重复实验( 相同规格) 的空箱中, 分别放入少量 经蚯蚓处理过的污泥和 1 000 条成熟的蚯蚓(01582 kg) , 同时 对该饲养蚯蚓的重金属质量比进行检测分析( 结果见表 3)。 2) 在其
12、上部投入新鲜的城市剩余污泥, 同时测定污泥中重金 属质量比( 见表 4) 。投入量(称重) 以蚯蚓 7 d 所需为准, 按照 常规日常管理方法进行饲养。3) 为了控制蚯蚓的繁殖速度, 根据蚯蚓的繁殖生长时间19221, 7 d后把 3 个重复实验箱中的 成蚓和污泥全部移出箱外并完全分离, 同时取其中的成熟蚯 蚓 1 000 条进行下一步实验。处理后的污泥和留在泥中的蚓 卵一起晒干处理。4) 重复步骤 1) 3) 连续养殖 140 d, 每隔 28 d 分别对 3 个重复实验中的蚯蚓取样分析, 对该段时间内 处理后的污泥混合后取样分析。分析结果取 3个重复实验的 平均值。实验结果见表 5。 表2
13、 不同投料厚度饲养实验结果 Table 2 Results of test with various excess sludge thickness 厚度/ 初投发酵污泥新鲜污泥腐烂发臭块状污泥 cm 蚯蚓 数 初重/ g 终重/ g 增长率/ % 处理泥量/ kg 初重/ g 终重/ g 增长率/ % 处理泥量/ kg 初重/ g 终重/ g 增长率/ % 处理泥量/ kg 201 00030212356161813 152981635018171214315 173451291016 301 00031618389132315 113051436512201510306 143201145
14、13 401 00030814343161110 12314153511912819310 11312181215 表3 实验用蚯蚓体中的重金属质量比mg#kg- 1, DW Table 3 Mass ratio of heavy metal in tested earthworms 项目CuPbZnNiCrCd 质量比1 1561512880 1651014141240 189 表4 实验用污泥中的重金属质量比mg#kg- 1, DW Table 4 Mass ratio of heavy metal in tested sewage sludge 时间段/ dCuPbZnNiCrCd 0)
15、 28139 152 15010823141 24102390 193 41210118155 1817236180 371021 147 1151 29) 56140 171 14913721134 22176400 164 40812517193 1813036199 371501 153 1158 57) 84145 133 14816222191 23114435 100 44010318196 1910637129 371361 142 1149 89) 112138 166 14213520154 22138389 141 39812017145 1811737100 371171
16、 144 1148 121) 140139 194 14512823116 24130391 100 39218317190 1811136150 361831 143 1146 注: 由于实验用污泥7 d 换1 次, 表中数据是该时间段内4 次所用污泥重金属质量比的范围。 表5 处理后蚯蚓和污泥中的重金属质量比mg#kg- 1, DW Table 5 Mass ratio of heavy metal in the earthworms and excess sludge after disposal 时间段/ d CuPbZnNiCrCd 蚯蚓污泥蚯蚓污泥蚯蚓污泥蚯蚓污泥蚯蚓污泥蚯蚓污泥
17、0) 287 15186135161331618290 131331121019616130416530 1531 1781 121 29) 5618 127821761912015150105 177322181116215184418231 1402 1490 193 57) 8426 139831592013418127117 130313161210816160510729 1423 1300 184 89) 11229 183941321917819105125 180320131219017133516828 1884 1571 105 121) 14030 15210216720
18、10118196126 188297111218516100610726 1275 1601 113 注: 表中检测值是该时间段内每组 3个重复实验检测结果的平均值。 10 Vol. 6 No. 6 安全与 环境学报 第 6 卷第 6期 从表 3 5可以得出以下结果。 1)同一批蚯蚓, 在相同的饲养条件下, 蚯蚓体内 Cu、 Pb、 Zn、 Ni、 Cr、 Cd 的质量比随饲养时间不断增加, 说明蚯蚓对重金 属的吸收、 富集量与饲养的时间有关。这与有关报道15不 同。原因是本文根据幼蚓和蚓卵的生长时间19221, 使新的幼 蚓和蚯蚓卵与成熟蚓完全分离, 保证了实验的每次取样是对 实验初期的同一
19、批蚯蚓在不同饲养时间下的检验分析, 克服 了传统饲养过程中新老蚯蚓混合给实验结果带来的不确定 性。 2) 随连续饲养时间的延长, 蚯蚓体内的重金属质量比增 加趋于平缓。这些结果表明, 蚯蚓对重金属有一定的富集能 力, 但对不同重金属元素有不同的积累度。 3)饲养 120 d左右, 蚯蚓体内的重金属质量比增长减缓或 停止, 处理后的污泥中相应重金属元素质量比在逐步上升。 这是因为蚯蚓对污泥中的重金属的富集能力的减少, 导致相 同的污泥经过相同的处理时间后, 污泥中的剩余重金属质量 比的上升。因此, 按照本文养殖方法, 蚯蚓养殖近 120 d 后需 更换。 从表 4 和 5 可以得知, 本文饲养所
20、用剩余污泥中的金属 质量比为: Cu 138166 15018 mg/ kg; Ni 17145 19106 mg/ kg; Zn 389141 440103mg/kg; Pb 20154 24130mg/kg; Cr 36150 37129mg/kg; Cd 1142 1158 mg/ kg。养殖 120 d后, 蚯蚓体内 的Cu质量比由 1 156 mg/kg 增加到 29183 mg/kg, Ni 质量比由 10141mg/kg增加到 17133 mg/kg, Zn 质量比由 80165 mg/ kg增 加到 32013 mg/ kg, Pb 质 量比由 15128 mg/ kg 增加到
21、 19178 mg/ kg,Cr 质量比由 4124 mg/ kg 增加到 5168 mg/ kg, Cd 0189 mg/ kg增加到 1105 mg/kg。处理后的污泥中重金属质量比为: Cu 82176 94132 mg/ kg; Ni 15184 17133 mg/kg; Zn 31316 33112mg/kg; Pb 1515 19105 mg/kg; Cr 28188 3114 mg/ kg; Cd 0 184 1121 mg/ kg。重金属质量比均低于污泥农用标准, 降低了污泥农用风险。 实验结束后, 对蚯蚓称重为 01618 kg/ 箱, 平均每箱每月 处理污泥总量为 1418
22、 kg。按照本文养殖法, 按时引出成蚓, 同时改变留在处理过的泥中蚓卵生存环境, 限制蚯蚓的繁殖 生长, 最终产生的蚯蚓量是传统的养殖方法的 20% 30%, 从 而蚯蚓的处理处置也相对容易些。 2 结 论 城市生活污水经好氧处理产生的活性污泥, 按照常规管 理, 不经发酵处理直接饲养蚯蚓是可行的, 且新鲜的剩余活性 污泥一次性投料厚度以小于 30 cm 为宜。长时间堆放发臭的 污泥, 投密实料不适宜蚯蚓生存; 应采用块状投料, 一次性投 料厚度以小于 20 cm 为宜。同龄蚯蚓对剩余污泥中的重金属 的吸收、 富集能力与饲养时间有关。饲养时间越长, 蚯蚓体内 的重金属质量比逐渐增大。吸收、 富
23、集到一定程度后, 质量比 不再增加最终会停止, 连续饲养到 120 d 后, 需引出蚯蚓进行 处理和处置。该饲养方法具有蚯蚓产量低, 易于对蚯蚓处理 和处置的优点。 References(参考文献): 1 LI Yadong(李亚东), LI Haibo(李海波), LIANG Hao( 梁浩). Study on disposal technology of residual sludge in municipal wastewater treat2 mentJ. Environmental Science and Technology (环境科学与技 术),2005, 28(4): 95
24、2961 2 YANG Bo(杨波),CHEN Jihua(陈季华), XI D anli(奚旦立). Study on treatment and disposal technology of residual sludge J. Journal of Donghua University: Natural Science Edition (东华大学学报: 自然 科学版), 2005, 31(2): 126 2129 1 3 CHEN Yucheng(陈玉成), PI Guangjie( 皮广洁), HUANG Lunxian (黄伦先), et al. Factor optimizatio
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28、sludge treatmentJ. China Water earthworm; excess sludge; culturing directly; lowmultiplication rate; heavymetal CLC number: X705 Document code: A Article ID: 1009 26094(2006)06200010 204 *收稿日期: 2006 209 206 作者简介: 兴丽, 博士研究生, 从事生物质资源开发利用与环境研 究; 韩鲁佳, 教授, 博士生导师, 从事生物质资源开发 利用与环境研究。 基金项目: 教育部优秀青年教师资助计划项目/
29、 家禽粪便N、 P、 K 含量估算新方法研究0 文章编号: 1009 26094(2006)06 20012 206 蛋鸡粪便理化指标与其肥料 成分含量相关关系研究* 兴 丽1,2, 韩鲁佳1, 2 (1 中国农业大学工学院, 北京 100083; 2 中国农业大学 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083) 摘 要: 为了寻找快速、 简便、 精确地测量液体蛋鸡粪便中总氮(TN)、 总磷(TP)、 有机物(O M)、 铵态氮(AN)和总钾(TK)含量的方法, 研究了 采样前将样品搅拌或静置对所取样品代表性的影响, 并用 75 份生长 期为 4 6 月龄蛋鸡的液体粪便样本建
30、立了密度(SG)与 TN、 TP、 O M, 电导率(EC)与 A N 和TK 的一元线性回归模型以及 SG、 EC、 pH 与TN、 TP、 O M、 AN 和TK 的多元线性回归模型。结果表明, 对于TN、 TP、 O M、 AN, 采样前将样品充分搅拌是获得代表性样本的前提条件, 而搅拌与 否并不影响TK 代表性样本的获得。SG与TN、 TP、 OM, EC 与AN和TK 均存在显著的线性相关性(P 0 1001), 模型的决定系数( R2)均较高, 分别为 0 194, 0 194, 0195, 0 194 和 0 194, 多元线性模型的决定系数高于 一元线性模型的决定系数。用另外
31、15份样本对 5 个一元线性回归模 型进行验证, 并对模型系数 b 和常数项a 进行t 检验, 得出在显著水 平 A= 0 105 上, 假设Ha0: a = 0和 Hb0: b= 1 全部接受。由此认为, SG 与TN、 TP 和 O M, EC 与AN 和TK所建立的一元线性回归模型均具有 较好的预测效果。 关键词: 环境工程; 蛋鸡粪便; 总氮; 总磷; 密度; 电导率; pH 中图分类号: X713 文献标识码: A 0 引 言 畜禽粪便是优质的有机肥, 其中富含农作物生长所必需 的氮、 磷、 钾等营养成分, 畜禽粪便的合理使用能起到培肥土 力和改良土壤结构的效果。但如果过量施用, 则
32、会带来严重 的环境污染。因此, 要做到科学、 合理地施用畜禽粪便, 预知 其肥料成分含量是关键。在实验室用化学分析方法测定畜禽 粪便中肥料成分含量, 虽然精度较高, 但耗时长、 费力且价格 较贵。世界各国科学家都在寻求快速、 简便的适用于农业生 产实际的测定方法。目前, 国内外学者对密度、 电导率与畜禽 粪便中肥料成分含量的相关关系进行了一些研究1- 5, 但大 多集中于氮、 磷、 钾以及铵态氮等成分6- 10, 对畜禽粪便中有 机物的快速测定目前尚未见报道。 模型精度的高低决定其能否准确预测, 过去的模型大多 以一元线性模型为主1, 2,6, 本文将同时对一元线性模型和多 元线性模型进行研究。过去的学者多是力求建立一个对所有 品种、 生长阶段的畜禽都通用的模型, 但是由于畜禽粪便随动 物生长阶段的不同差异很大11, 样品不一致性会影响模型的 精度, 因此本文以同一生长期蛋鸡的液体粪便为研究对象建 立模型。影响模型精度的另一个很重要的因素是样品的代表 性, 因此如何获得代表性样品是本文的另一个主要研究内容。 12 第 6 卷第 6期 2006 年 12月 安全与环境 学报 Journal of Safety and Environment Vol. 6 No. 6 Dec, 2006