超聲強化好氧堆肥結合蚯蚓處理對污泥營養成分的影響*

鄭西朋 楊順生 陳 鈺 曹洲榕 張培松

(1.西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031;2.西南交通大學地球科學與環境工程學院，四川 成都 610031;3．成都市興蓉環境股份有限公司，四川 成都 610041;4.成都市金牛區環境監測站，四川 成都 610031)

超聲強化好氧堆肥結合蚯蚓處理對污泥營養成分的影響*

鄭西朋1楊順生1陳 鈺2#曹洲榕3張培松4

(1.西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031;2.西南交通大學地球科學與環境工程學院，四川 成都 610031;3．成都市興蓉環境股份有限公司，四川 成都 610041;4.成都市金牛區環境監測站，四川 成都 610031)

將超聲預處理、好氧堆肥及蚯蚓處理相結合，對污水處理廠剩余污泥(添加水稻秸稈作為調理劑)進行處理，探討了污泥的腐熟過程和營養成分的變化規律。結果表明：在好氧堆肥階段，腐殖化系數(HA/FA)上升速度較慢，結束時HA/FA平均值未達到腐熟標準；加入蚯蚓后，HA/FA上升速度加快，蚯蚓處理結束時平均值為2.04，達到了腐熟標準。蚯蚓處理使堆肥產品的堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加，與好氧堆肥結束時相比，蚯蚓處理后的堿解氮、速效磷、速效鉀的平均增長率分別達到70.66%、188.04%、60.94%。

剩余污泥 超聲 好氧堆肥 蚯蚓處理 污泥營養

目前，我國的污水處理廠大多采用活性污泥及其改良工藝處理城市污水，由此產生大量的剩余污泥[1]。如何處置這些剩余污泥是環境工作者需要研究的重要課題[2-5]。

污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機質[6-7]，這些都是植物生長所必需的營養物質，能夠促進植物的生長發育，且在改良土壤、防止土壤板結方面有較好的效果[8-9]。

污泥堆肥農用已有很長的歷史，主要采用好氧堆肥。好氧堆肥存在有機物分解不穩定的問題。在好氧堆肥前引入超聲預處理，可以破壞污泥的絮體結構和微生物的細胞壁結構，有利于有機物的分解，提高堆肥產品中的營養物質的含量；超聲波的空化作用還能殺死污泥中的病菌[10-11]。好氧堆肥之后采用蚯蚓進一步處理剩余污泥，可以降低污泥碳氮比，使處理后污泥中營養成分含量進一步提高[12-14]。

為此，本研究將這3種技術結合在一起，探討了超聲強化好氧堆肥結合蚯蚓處理對污泥營養成分的影響規律及機理，為污泥堆肥農用提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

剩余污泥取自成都市某生活污水處理廠；調理劑為水稻秸稈，添加比例為剩余污泥濕重的15%(質量分數)，添加后組成堆肥污泥；蚯蚓品種為赤子愛勝蚓(Eiseniafoetida)，購自成都市某蚯蚓養殖場。

1.2 實驗方法

實驗方案設計如表1所示。第1天至第28天為超聲強化好氧堆肥階段：先使用超聲頻率為20 kHz的超聲波破解污泥，再進行為期28 d的好氧堆肥處理，堆肥過程采用自然通風和人工翻堆通氣相結合的方式，3～5 d翻一次，使其充分發酵腐熟。第29天至第56天為蚯蚓處理階段：處理時間為28 d。

表1 實驗方案設計

注：1)為質量分數；2)為每千克堆肥污泥中的蚯蚓放養質量。

1.3 檢測指標

指標的檢測參考《城市污水處理廠污泥檢驗方法》(CJ/T 221—2005)和《土壤農化分析》(第3版)，胡敏酸(HA)和富里酸(FA)采用重鉻酸鉀法，堿解氮采用堿解擴散法，速效磷采用鉬銻抗比色法，速效鉀采用原子吸收分光光度法。

2 結果與分析

2.1 腐殖化系數(HA/FA)的變化

HA和FA是腐殖質的重要組成成分，兩者比值被稱為腐殖化系數，代表著堆肥產品的腐熟化程度。一般認為，當堆肥產品的HA/FA>1.4時，堆肥產品達到了腐熟程度[15-16]。

由圖1可見，在好氧堆肥階段HA/FA的上升速度較慢，14組實驗的HA/FA平均值從0.69上升到1.12，未達到1.4；在加入蚯蚓后，HA/FA的上升速度加快，平均值從1.12上升到了2.04，堆肥產品達到了腐熟。這是因為好氧堆肥階段，只有微生物的單獨作用，加入蚯蚓后，與微生物協同作用，加快堆肥的腐熟化進程。這可能是由于小分子FA具有相對較高含量的酸性官能團，水溶性較大，相較于HA更易被降解，蚯蚓的加入主要是加快了HA的降解速度[17-20]。

圖1 HA/FA的變化Fig.1 Changes of HA/FA

2.2 營養成分的變化

表2 蚯蚓處理過程中營養成分的變化

蚯蚓處理過程中營養成分的變化如表2所示。由表2可見，蚯蚓處理使堆肥產品的堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加，與好氧堆肥結束時相比，蚯蚓處理后的堿解氮、速效磷、速效鉀的平均增長率分別達到70.66%、188.04%、60.94%。

堿解氮是評價堆肥產品肥效的重要指標之一。投加蚯蚓后，反應器中的堿解氮含量增加，主要是以下的原因：(1)蚯蚓自身分泌的尿液、粘液、酶和生長素含有氮元素，間接增加了氮的含量；(2)微生物在蚯蚓活動過程中，通過對銨態氮的轉化和礦化作用，增加有機氮的含量，并使有機氮轉變為硝態氮保留在堆肥產品中，增加了堿解氮的含量，在此過程中，蚯蚓和微生物的新陳代謝，使得反應器中的有機質減少，堿解氮的相對含量也會上升[21]。

速效鉀是衡量堆肥產品肥效的另一個重要指標，是植株可直接利用的形式。蚯蚓處理后，反應器中的速效鉀含量增加，主要在于，堆肥污泥在微生物和蚯蚓的分解過程中，會產生中間產物——碳酸和硝酸等，使得物料中的不溶性鉀轉變為可溶性鉀即速效鉀，同時蚯蚓腸道中大量微生物種群也會對鉀含量的提高起促進作用，在污泥的分解過程中，有機質總量減少，也導致速效鉀相對含量增加。

速效磷是能夠被植物直接吸收利用的磷形態，對堆肥產品的農用具有重要意義。蚯蚓處理后，堆肥產品中速效磷的含量增加，主要是因為：隨著堆肥的進行，腐熟污泥中會逐漸形成大量能與磷酸鹽形成螯合物的腐殖質，從而能夠釋放污泥中難溶性的磷，而微生物分解污泥過程中產生的有機酸，能促進緩效磷向速效磷轉化，有助于速效磷的溶解，最終導致了堆肥產物中速效磷含量的提高；再有就是蚯蚓和微生物的代謝活動，對有機質的礦化使有機質含量減少，速效磷濃縮，相對含量升高。

3 結 論

(1) 在好氧堆肥階段HA/FA的上升速度較慢，14組實驗的HA/FA平均值從0.69上升到1.12，未達到1.4；在加入蚯蚓后，HA/FA的上升速度加快，平均值從1.12上升到了2.04，堆肥產品達到了腐熟。

(2) 蚯蚓處理使堆肥產品的堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加，與好氧堆肥結束時相比，蚯蚓處理后的堿解氮、速效磷、速效鉀的平均增長率分別達到70.66%、188.04%、60.94%。

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Effectonnutrientsofsludgebyultrasonicwaveenhancedaerobiccompostingandvermicomposting

ZHENGXipeng1,YANGShunsheng1,CHENYu2,CAOZhourong3,ZHANGPeisong4.

(1.FacultyofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,ChengduSichuan610031;2.FacultyofGeosciencesandEnvironmentalEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,ChengduSichuan610031;3.ChengduXingrongEnvironmentCo.,LTD.,ChengduSichuan610041;4.JinniuDistrictEnvironmentalMonitoringStation,ChengduSichuan610031)

Taking paddy stalk as amendment,the technologies of ultrasonic wave,aerobic composting and vermicomposting were used to treat the excess sludge of sewage treatment plant. The composting process was discussed and the changes of nutrients were studied. Results showed that the humification coefficient (HA/FA) of sludge increased slowly in aerobic composting stage. But HA/FA increased rapidly to 2.04 (average) after vermicomposting treatment. The content of alkali-hydrolyzable nitrogen,available phosphorus and available potassium were significantly increased by vermicomposting. Compared with aerobic composting,the average growth rate of alkali-hydrolyzable nitrogen,available phosphorus and available potassium reached 70.66%,188.04% and 60.94%,respectively.

excess sludge; ultrasonic wave; aerobic composting; vermicomposting; nutrients of sludge

鄭西朋，男，1984年生，博士研究生，研究方向為污泥處理與利用技術。#

。

*中央高校基本科研業務費專項(No.2682016CX080)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.11.015

2017-05-02)