蚯蚓生物处理对污泥养分及重金属污染的影响

蚯蚓生物处理对污泥养分及重金属污染的影响

1净化土壤的作用造纸污泥具有高排放量、高污染物含量、高环境影响和低回收水平。目前对污泥的处理基本上采用的是堆填的方式,占地面积大,对环境造成污染,由于含水量高,对坝体造成安全隐患。蚯蚓生物处理具有成本低、效率高,二次污染少等特点,其繁殖能力强,具有吞食有机质,并以颗粒状排出的功能。通过与微生物的协同作用,蚯蚓可以明显加快有机质的分解过程,促进碳、氮循环,从而提高土壤肥力。研究表明,蚯蚓具有促进氮、磷循环的作用。蚯蚓还是一种耐污染的大型土壤动物,大量有毒金属可以在体内富集。当某种重金属元素的浓度超过蚯蚓的耐受极限时,它就会通过排粪或其它方法将其排出体外。利用它可以处理城市垃圾、工业废弃物以及农药中重金属等有害物质。蚯蚓处理有机固体废弃物有广阔的前景,不仅为城市净化、处理公害找到了新途径,还促进了物质再循环、垃圾的资源化。国外用蚯蚓处理造纸厂废弃物已经实现产业化,生产产物已经被广泛应用到农业生产中,但是在我国用蚯蚓处理污泥及其它有机废弃物如何实现产业化还需要进一步研究。通过蚯蚓处理造纸污泥的密度试验,探讨生物处理的适宜密度和速率,了解有机质、重金属、养分等变化趋势,为造纸污染蚯蚓生物处理提供理论依据。2材料和方法2.1试验材料2.1.1试验中的蜈蚣日本大平二号蚯蚓(养殖基地采购所得的种蚯蚓,色泽红润、生长快、繁殖能力强)2.1.2试验中的土壤贵州省赤天化集团公司竹浆造纸污泥2.2试验设计直接利用造纸污泥按以下处理布置试验:将蚯蚓放于装有污泥的塑料花盆中培养,污泥重量为500g;培养时间为30天;共设5个处理,蚯蚓和污泥的重量比分别是1:4、1:8、1:10、1:20、1:40;按重量统计蚯蚓数量;试验温度:20℃-25℃;培养湿度为70%;每个处理的重复数为3次。2.3测量首先将未处理的污泥和处理好的污泥(蚓粪)进行风干,过2mm筛,贮存备用。2.3.1火焰原子吸收分光光度法Cu,Zn:GB/T17138-1997火焰原子吸收分光光度法;Pb:GB/T17140-1997KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法。2.3.2全氮、全钾的测定有机质的测定(重铬酸钾容量法—外加热法);全氮量的测定(半微量开氏法);全磷的测定(硫酸一高氯酸消煮法);全钾的测定(NaOH熔融—火焰光度计法);碱解氮的测定(碱解扩散法)。3结果与分析3.1密度对生长率的影响对培养好的蚯蚓的数量和重量进行统计,结果如下:从表1可以看出,蚯蚓的重量除1:40的处理外,都有所增加。增加幅度最大的是1:8的处理,说明在此密度条件下蚯蚓的生长率最快。从其蚯蚓数量上看,此处理还减少了5条,同样1:40的处理比培养前也减少了2条,可能的情况有两种,一是蚯蚓死亡,二是产生逃逸现象,因为相对数量小,受此影响,处理1:40的重量也出现了下降。从数据上看,在一个月的培养期内,本试验设置的5个处理里面,前四个处理都不对蚯蚓的生长产生影响。选择的条件应该看不同处理对养分的影响和重金属的分解。3.2n、p、k含量的变化以未处理的污泥为对照,对不同密度处理后污泥(蚓粪).的有机质、N、P、K等养分进行测定,如果见表2。从表中的数据可以看出:蚯蚓对有机质的分解作用非常强烈,其中分解量最大的是1:8和1:10的处理,分解率分别达26.2%和23.6%,分解量较少的是1:4和1:20的处理,在此过程中有两个过程,一是简单有机物的矿质化过程,将易分解的有机质如纤维素和半纤维素等分解为CO2和水,另一方面,也是一个腐殖化的过程,部分结构复杂的木质素转化为腐殖质或其中间产物。从数值上看,最少的有机质含量为437.4g/kg,满足有机肥料有机质含量大于30%的国家标准。相对于未经处理的造纸污泥,各处理蚓粪的全N、全P、全K都呈现增加的趋势,全N最高增加量达到2.77g/kg,最低增加量为0.25g/kg,但N、P、K增加的幅度相对都较小,一般不超过1mg/kg,分析其原因主要有两个方面,一是蚯蚓处理后,蚓粪中蛋白质、酶、磷脂等有机组分相对增加,使N、P、K养分量增加,另一方面,由于有机质分解率高,C、H、O的含量降低,而N、P、K的含量相对增加。比较特殊的处理是1:40,全N、全P和全K的增加幅度都远高于其他处理,全N、全P和全K的增加量分别达到2.77g/kg,1.81g/kg,0.85g/kg,这一现象说明有部分蚯蚓死亡后残留在污泥中,由于蚯蚓体本身的蛋白质量很高,使蚓粪的N、P、K量增加幅度大。碱解氮的测定结果见表2,结果显示:蚯蚓处理后,污泥的碱解氮含量呈下降趋势,下降得最多的是1:8的处理,降低了31.3g/kg,与未处理的对照相比下降了13.6%,这说明在蚯蚓处理的过程中,由于有机质的耗氧分解,使污泥温度相应升高,氨氮的挥发率和硝化速度大于蛋白质的分解,因此碱解氮含量降低。3.3净化重金属效果根据赤天化纸业提供的污泥成分测定表,发现造纸污泥重金属含量普遍偏低,其中Pb、Zn、Cu的量相对较高,因此,分析测定这3个指标,结果见表3。从表中可以看出,未经蚯蚓处理过的造纸污泥,其中的重金属Zn含量最高,达134.44g/kg,经过处理后,含量有所降低,最低的仅95.25g/kg,说明经过处理,蚯蚓吸附了一部分重金属Zn。Pb的去除效果不明显,在5个处理中有两个处理略有增加,原因尚不清楚。铜的去除效果也很明显,最高的处理可去除33.11g/kg。Zn和Pb的去除率见图2,结果显示:Zn的去除率平均值可达19.6%,而Cu去除率的平均值高达39.7%。可见,蚯蚓生物处理能够有效地去除污泥中重金属的含量,蚓粪作为肥料施用时,能够减少土壤重金属积累量,降低环境风险。(1)在设置的5个处理中,蚯蚓都有不同程度的增重和增殖的现象。增重最高的处理是1:8,重量为22.5g,增殖最高1:40处理,增加了23条。(2)在蚯蚓生物处理的过程中,有机质强烈分解,分解率最高可达26.2%。全N、全P和全K的量相应增加,但碱解氮含量降低。(3)蚯蚓对重金属有一定的富积作