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環保工程建設中蚯蚓的汙泥技術解析

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環保工程建設中蚯蚓的汙泥技術解析

發布日期:2017-06-02 作者: 點擊:

文中指出了再環保工程建設安裝使用中汙泥中不僅含有植物所必需的營養成分氮、磷、鉀、有機質等,同時也存在大量的重金屬元素如Cd、Hg、As、Zn、Cu、Pb等有機有害成分以及病原菌,利用蚯蚓分解處理汙泥,可以減少汙泥對環境的二次汙染,為實現汙泥的穩定化、減量化、無害化、資源化提供可能。分別從蚯蚓蚓種的選擇、汙泥處理過程中蚯蚓的生長繁殖狀況及受溫度的影響、處理後對汙泥中營養元素及理化性質的影響以及蚯蚓對重金屬的吸收和富集作用等方麵進行了探討。

環保工程建設

 

隨著社會經濟的發展,汙水處理能力不斷提高,全國設市城市、縣累計建成城鎮汙水處理廠共三千多座左右,汙水處理能力達到1.42億m3/d。但是伴隨汙水廠的建設及運行產生了大量剩餘汙泥,按照1萬t水可以產生5t含水率 80%濕泥計算,我國汙泥的日產量可達到7.1萬t,年濕泥產量(按365d計算)為2591.5萬t。汙泥中不僅含有氮、磷、鉀、有機物等植物營養成分,還含有重金屬離子、病原微生物、寄生蟲卵等有毒有害物質。汙泥若未經妥善處理,極易對地下水、土壤等造成二次汙染,如何有效地處理處置汙泥已成為一個亟待解決的問題。

傳統的汙泥處置方法有填埋、焚燒、土地利用等,但是,這些方法存在二次汙染、占地麵積大、投資運行費用較高等問題。蚯蚓是腐食性動物,消化道可分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纖維分解酶等酶類,能將植物營養素和有機質轉化為有機複合肥和高蛋白,蚓糞能為土壤提供豐富的微生物種群且有除臭、脫色功能。利用蚯蚓處理剩餘汙泥,可為實現汙泥的穩定化、減量化、無害化、資源化目標提供可能。

蚯蚓品種的選擇

蚯蚓作為土壤中的分解者,其環境適應能力強,能夠很好地分解土壤有機物,利用蚯蚓處理汙泥是一種綠色環保的技術。由於不同的蚯蚓有不同的形態和生理特征,選擇合適的蚓種,可以有效地提高蚯蚓的利用率和剩餘汙泥的處理效率。蚯蚓在分類上屬於環節動物門(Annelida)寡毛綱(Oligochaeta),目前,全世界已記錄的蚯蚓種數超過3000種,我國蚯蚓品種有160多種。一般選擇適應性強、耐受性好、繁殖迅速、食性雜、易於飼養的蚯蚓作為汙泥處理的蚓種,目前,國內外對赤子愛勝蚓處理剩餘汙泥的研究較多。經比較微小雙胸蚓和赤子愛勝蚓2種表居型蚯蚓對城市生活汙泥的處理效果,結果表明:2 種蚯蚓對汙泥的礦化、降解及減量能力基本一致,均可作為汙泥處理的蚓種。

蚯蚓處理汙泥過程中的生長繁殖狀況

及溫度影響通過研究蚯蚓在處理汙泥過程中生長繁殖狀況的變化,把握其適宜的生長繁殖條件,可以有效地利用蚯蚓,從而提高蚯蚓的汙泥分解處理能力。經研究不同比例的汙泥與牛糞的混合物對蚯蚓生長繁殖的影響,發現汙泥所占比例較大的處理中蚯蚓生長較好,增重較多,汙泥與牛糞的配比為4∶1時,蚯蚓的體重為17.55±0.30g,達到最大值;汙泥所占比例較小的處理則較利於蚯蚓繁殖,配比為1∶1時,總產繭量為538.5±28.3個達到最多。這說明汙泥可以為蚯蚓提供其生長繁殖的營養元素,但對其繁殖存在一定的限製因素,蚯蚓在一定的條件下能適應汙泥環境,可以用於汙泥的處理。

溫度影響蚯蚓的體溫和活動,同時也影響新陳代謝的強度以及呼吸、消化、生長發育、繁殖等生理機能。蚯蚓一般在5~30℃溫度範圍內活動,最適溫度為20℃左右,溫度過高或過低都不利於蚯蚓的生長和繁殖。研究了溫度對蚯蚓呼吸強度的影響,結果表明赤子愛勝蚓在10~30℃內,呼吸強度隨溫度的升高而呈現增強趨勢,在30℃以上呼吸強度急劇下降,且在20~25℃範圍內呼吸強度變化最大。

蚯蚓處理對汙泥的影響

(1)對汙泥營養元素及理化性質的影響

汙泥中含有適宜作物生長所必需的營養物質,如氮、磷、鉀等。汙泥中的營養物質,特別是氮和磷,如果不進行任何處理直接農用,可引起植物和土壤的毒性反應,且有抑製土壤中微生物新陳代謝的作用。處理後汙泥中氮、磷、鉀元素含量的變化分析,是衡量能否實現資源化和汙泥農用的重要指標。用赤子愛勝蚓直接處理城市生活汙泥發現,處理後的汙泥中氮、磷、鉀含量分別提高了37.4%、5.1%和15.9%,利於作物的生長。

經蚯蚓處理後的汙泥,其EC值(0.46~2.13s/m)增加,C/N值(8.9~4.7)、pH值(7.70~7.05)、VS值(58.24%~42.33%)及TOC值(323.60~235.17g/kg)均顯著下降。有研究者認為EC值增加是由於蚯蚓和體內的微生物活動,使有機物分解後釋放出的礦物鹽(如磷、銨、鉀)等所致。正常的 EC 值範圍在1~4 s/m 之間,EC 值過高會使植物受到損傷或根係死亡。據對國內不同類型土壤經蚯蚓活動形成的團聚體pH值測定,北方堿性或微堿性土壤pH值一般都略有下降的趨勢,而微酸性土壤的pH值大部分都略有提高。蚯蚓的分解作用使處理後的汙泥更接近於中性,有利於作物的生長和土壤微生物的生命活動。

(2)對汙泥重金屬的吸收和富集

重金屬具有難遷移、易富集、危害大等特點,汙泥中所含的重金屬是限製其農用的主要因素。蚯蚓體內黃色組織中的黃色細胞具有富集某些重金屬的作用。目前,已有較多的研究發現蚯蚓對重金屬鎘、銅、鉛、鋅、砷、汞等在單一汙染及幾種金屬的複合汙染情況下的吸收和富集特性。

采用塑料溫棚內壟式堆積汙泥培養蚯蚓,發現經蚯蚓處理後,重金屬Cr、Zn、Pb、Cd、Cu、Ni的含量均有不同程度的下降。有研究指出,隨著重金屬汙染程度的增加,蚯蚓體內重金屬元素富集量顯著增加,其富集量順序為Cd>Hg>As>Zn>Cu>Pb,其中,Cd的富集濃度高達土壤含量的1~5倍。通過研究蚯蚓處理垃圾及納汙河流底泥, 發現蚯蚓可選擇吸收並富集垃圾及底泥中的Cd, 但對其他重金屬元素Pb、Cu、Zn等並沒有富集吸收現象。這些都說明蚯蚓對不同的重金屬有著不同的耐受能力。

環保工程使用蚯蚓處理汙泥後能否農用,取決於蚓糞中重金屬的含量。用ICP2A ES 法測定生態濾池中蚯蚓和蚓糞中的重金屬Zn、Cu、Pb、Cd、Cr的濃度時發現蚓糞中的各種重金屬的濃度均明顯高於蚯蚓體。這說明蚯蚓對這些重金屬並不能持續地吸收積累,當蚯蚓體內重金屬元素的濃度超過蚯蚓的耐受極限時,它就會通過排糞或其他方法排出體外。影響蚯蚓對重金屬富集作用的主要原因可能是體內酶的作用,不同重金屬可以從多方麵幹擾動物機體內的生理生化功能。

結語

蚯蚓的汙泥處理技術具有設備簡單、操作方便、費用低廉等特點。蚯蚓在對汙泥進行分解處理後,體重有所增加,並獲得大量的蚓繭,這說明蚯蚓能夠適應處理汙泥的環境,同時選擇合適的溫度也是至關重要的,溫度過高或過低都會影響蚯蚓的各項生理機能,從而影響汙泥處理效果;汙泥經蚯蚓處理後,氮、磷、鉀含量增加,為植物的生長提供必要的營養元素,汙泥中重金屬含量明顯減少,從而為實現資源化、無害化目標提供可能。

處理後的汙泥其EC增加,且在適宜的範圍內,pH值接近中性,C/N、VS及TOC值均明顯下降,說明利用蚯蚓處理汙泥效果明顯。但由於蚓糞中的重金屬含量仍然較高,如果農用可能引起植物和土壤的毒性反應,抑製土壤中微生物的新陳代謝,甚至通過食物鏈富集作用危害人類,因此,蚓糞還需要進一步處理。此外,還應加強探討蚯蚓汙泥處理技術的各種影響因素,並加強蚯蚓對汙泥中重金屬和有機汙染物的富集及去除評價。


 

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