超声强化好氧堆肥结合蚯蚓处理对污泥营养成分的影响*

郑西朋 杨顺生 陈 钰 曹洲榕 张培松

(1.西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031;2.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031;3．成都市兴蓉环境股份有限公司，四川 成都 610041;4.成都市金牛区环境监测站，四川 成都 610031)

超声强化好氧堆肥结合蚯蚓处理对污泥营养成分的影响*

郑西朋1杨顺生1陈 钰2#曹洲榕3张培松4

(1.西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031;2.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031;3．成都市兴蓉环境股份有限公司，四川 成都 610041;4.成都市金牛区环境监测站，四川 成都 610031)

将超声预处理、好氧堆肥及蚯蚓处理相结合，对污水处理厂剩余污泥(添加水稻秸秆作为调理剂)进行处理，探讨了污泥的腐熟过程和营养成分的变化规律。结果表明：在好氧堆肥阶段，腐殖化系数(HA/FA)上升速度较慢，结束时HA/FA平均值未达到腐熟标准；加入蚯蚓后，HA/FA上升速度加快，蚯蚓处理结束时平均值为2.04，达到了腐熟标准。蚯蚓处理使堆肥产品的碱解氮、速效磷和速效钾含量显著增加，与好氧堆肥结束时相比，蚯蚓处理后的碱解氮、速效磷、速效钾的平均增长率分别达到70.66%、188.04%、60.94%。

剩余污泥 超声 好氧堆肥 蚯蚓处理 污泥营养

目前，我国的污水处理厂大多采用活性污泥及其改良工艺处理城市污水，由此产生大量的剩余污泥[1]。如何处置这些剩余污泥是环境工作者需要研究的重要课题[2-5]。

污泥中含有丰富的氮、磷、钾和有机质[6-7]，这些都是植物生长所必需的营养物质，能够促进植物的生长发育，且在改良土壤、防止土壤板结方面有较好的效果[8-9]。

污泥堆肥农用已有很长的历史，主要采用好氧堆肥。好氧堆肥存在有机物分解不稳定的问题。在好氧堆肥前引入超声预处理，可以破坏污泥的絮体结构和微生物的细胞壁结构，有利于有机物的分解，提高堆肥产品中的营养物质的含量；超声波的空化作用还能杀死污泥中的病菌[10-11]。好氧堆肥之后采用蚯蚓进一步处理剩余污泥，可以降低污泥碳氮比，使处理后污泥中营养成分含量进一步提高[12-14]。

为此，本研究将这3种技术结合在一起，探讨了超声强化好氧堆肥结合蚯蚓处理对污泥营养成分的影响规律及机理，为污泥堆肥农用提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 实验材料

剩余污泥取自成都市某生活污水处理厂；调理剂为水稻秸秆，添加比例为剩余污泥湿重的15%(质量分数)，添加后组成堆肥污泥；蚯蚓品种为赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)，购自成都市某蚯蚓养殖场。

1.2 实验方法

实验方案设计如表1所示。第1天至第28天为超声强化好氧堆肥阶段：先使用超声频率为20 kHz的超声波破解污泥，再进行为期28 d的好氧堆肥处理，堆肥过程采用自然通风和人工翻堆通气相结合的方式，3～5 d翻一次，使其充分发酵腐熟。第29天至第56天为蚯蚓处理阶段：处理时间为28 d。

表1 实验方案设计

注：1)为质量分数；2)为每千克堆肥污泥中的蚯蚓放养质量。

1.3 检测指标

指标的检测参考《城市污水处理厂污泥检验方法》(CJ/T 221—2005)和《土壤农化分析》(第3版)，胡敏酸(HA)和富里酸(FA)采用重铬酸钾法，碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用钼锑抗比色法，速效钾采用原子吸收分光光度法。

2 结果与分析

2.1 腐殖化系数(HA/FA)的变化

HA和FA是腐殖质的重要组成成分，两者比值被称为腐殖化系数，代表着堆肥产品的腐熟化程度。一般认为，当堆肥产品的HA/FA>1.4时，堆肥产品达到了腐熟程度[15-16]。

由图1可见，在好氧堆肥阶段HA/FA的上升速度较慢，14组实验的HA/FA平均值从0.69上升到1.12，未达到1.4；在加入蚯蚓后，HA/FA的上升速度加快，平均值从1.12上升到了2.04，堆肥产品达到了腐熟。这是因为好氧堆肥阶段，只有微生物的单独作用，加入蚯蚓后，与微生物协同作用，加快堆肥的腐熟化进程。这可能是由于小分子FA具有相对较高含量的酸性官能团，水溶性较大，相较于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]。

图1 HA/FA的变化Fig.1 Changes of HA/FA

2.2 营养成分的变化

表2 蚯蚓处理过程中营养成分的变化

蚯蚓处理过程中营养成分的变化如表2所示。由表2可见，蚯蚓处理使堆肥产品的碱解氮、速效磷和速效钾含量显著增加，与好氧堆肥结束时相比，蚯蚓处理后的碱解氮、速效磷、速效钾的平均增长率分别达到70.66%、188.04%、60.94%。

碱解氮是评价堆肥产品肥效的重要指标之一。投加蚯蚓后，反应器中的碱解氮含量增加，主要是以下的原因：(1)蚯蚓自身分泌的尿液、粘液、酶和生长素含有氮元素，间接增加了氮的含量；(2)微生物在蚯蚓活动过程中，通过对铵态氮的转化和矿化作用，增加有机氮的含量，并使有机氮转变为硝态氮保留在堆肥产品中，增加了碱解氮的含量，在此过程中，蚯蚓和微生物的新陈代谢，使得反应器中的有机质减少，碱解氮的相对含量也会上升[21]。

速效钾是衡量堆肥产品肥效的另一个重要指标，是植株可直接利用的形式。蚯蚓处理后，反应器中的速效钾含量增加，主要在于，堆肥污泥在微生物和蚯蚓的分解过程中，会产生中间产物——碳酸和硝酸等，使得物料中的不溶性钾转变为可溶性钾即速效钾，同时蚯蚓肠道中大量微生物种群也会对钾含量的提高起促进作用，在污泥的分解过程中，有机质总量减少，也导致速效钾相对含量增加。

速效磷是能够被植物直接吸收利用的磷形态，对堆肥产品的农用具有重要意义。蚯蚓处理后，堆肥产品中速效磷的含量增加，主要是因为：随着堆肥的进行，腐熟污泥中会逐渐形成大量能与磷酸盐形成螯合物的腐殖质，从而能够释放污泥中难溶性的磷，而微生物分解污泥过程中产生的有机酸，能促进缓效磷向速效磷转化，有助于速效磷的溶解，最终导致了堆肥产物中速效磷含量的提高；再有就是蚯蚓和微生物的代谢活动，对有机质的矿化使有机质含量减少，速效磷浓缩，相对含量升高。

3 结 论

(1) 在好氧堆肥阶段HA/FA的上升速度较慢，14组实验的HA/FA平均值从0.69上升到1.12，未达到1.4；在加入蚯蚓后，HA/FA的上升速度加快，平均值从1.12上升到了2.04，堆肥产品达到了腐熟。

(2) 蚯蚓处理使堆肥产品的碱解氮、速效磷和速效钾含量显著增加，与好氧堆肥结束时相比，蚯蚓处理后的碱解氮、速效磷、速效钾的平均增长率分别达到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

郑西朋，男，1984年生，博士研究生，研究方向为污泥处理与利用技术。#

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*中央高校基本科研业务费专项(No.2682016CX080)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.11.015

2017-05-02)