（自然地理学专业论文）利用蚯蚓处理污水厂活性污泥过程中蚯蚓生长繁殖的研究.pdf

摘要 随着经济的发展，污泥的安全处理已经成为世界各国亟待解决的问题。赤子爱胜蚓 ( e 括p ，2 砌幻p r f 出) 作为大型土壤动物的一种，由于其独特的生理机能而被广泛用于处理 有机废弃物，包括垃圾、畜禽粪便、污泥等。 本研究是利用蚯蚓对长春市污水厂剩余活性污泥进行处理，主要研究蚯蚓在此过程 中的生长与繁殖状况，通过比较蚯蚓在久置污泥与未完全发酵牛粪配比中和新鲜污泥与 腐熟牛粪配比中的生长繁殖状况，找出最适合蚯蚓生长繁殖的污泥与牛粪的配比。为蚯 蚓在污泥处理中的应用提供科学依据，为利用蚯蚓处理城市污水厂污泥过程中蚯蚓生长 繁殖方面的研究奠定基础，因此具有较重要的理论意义和实践意义。 久置污泥与未完全发酵牛粪的配比共设7 个，分别为c d 、1 ：1 、2 ：1 、3 ：1 、4 1 、5 ：1 和】：o ；新鲜污泥与腐熟牛粪的配比共设6 个，分别为1 ：1 、2 ：1 、3 ：1 、4 ：1 、5 ：1 和1 ：0 。 每个配比4 个重复，并设1 个对照样。试验时间6 0 d 。 试验结果表明：蚯蚓在久置污泥中4 2 d 后全部死亡，在久置污泥与未完全发酵牛粪 的配比中，第1 周1 ：1 和2 ：1 中蚯蚓大量死亡，3 ：1 和5 ：1 中蚯蚓在试验过程中也有死亡 现象，只有c d 和4 ：1 中的蚯蚓全部存活。蚯蚓在新鲜污泥中可以正常生长、繁殖，试 验6 0 d 存活率为1 0 0 ，在新鲜污泥与腐熟牛粪的配比中，蚯蚓也可正常生长、繁殖， 试验期间无死亡或逃逸现象。 久置污泥与未完全发酵牛粪的配比中，1 ：1 中蚯蚓的平均个体增重、试验结束时蚯 蚓个体净增重、蚯蚓个体平均日增重倍数和蚯蚓个体生长率是7 个配比中最大的，是最 适合蚯蚓生长的污泥与牛粪的配比。3 ：1 中蚯蚓的周产茧量、试验期间产茧总量以及产 生蚓茧的孵化率比其他6 个配比更高，是最适合蚯蚓繁殖的污泥与牛粪的配比。 新鲜污泥与腐熟牛粪的配比中，4 ：1 中蚯蚓的平均个体增重、试验结束时蚯蚓个体 净增重、蚯蚓个体平均日增重倍数和蚯蚓个体生长率是6 个配比中最大的，是最适合蚯 蚓生长的污泥与牛粪的配比。1 ：1 处理中蚯蚓的周产茧量、试验期间产茧总量以及产生 蚓茧的孵化率比其他5 个配比更高，是最适合蚯蚓繁殖的污泥与牛粪的配比。 比较4 个最适合蚯蚓生长和繁殖的配比发现，久置污泥与未完全发酵牛粪以1 ：1 配 比是蚯蚓生长的最佳配比，新鲜污泥与腐熟牛粪以l ：1 配比是蚯蚓繁殖的最佳配比。 平行试验结果表明蚯蚓在久置污泥与腐熟牛粪的配比料中最多可存活8 5 d ，在新鲜 污泥与腐熟牛粪的配比料中存活时间可超过1 0 0 d 。新鲜污泥与腐熟牛粪以1 ：1 配比是蚯 蚓生长与繁殖的最佳配比。 关键词：蚯蚓：活性污泥；生长；繁殖；长春 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y ，t h et r e a t m e n to fs e w a g es l u d g eh a l sb e c o m eas e r i o u s p r o b l e mt h a tm u s tb es 0 1 v e dq u i c k l ya l lo v e rt 1 1 ew o r l d 上泌p 门砌力p f 妇a so n eb n d o fs o i l m a c r o f a u n a ，h a sb e e nw i d e l yu s e do nt h e 仃e a t m e mo fo 玛a 1 1 i cw a s t e s ，i n c l u d i n gg a r b a g e ， m a i l u r e ，a 1 1 ds e w a g es l u d g ea n ds oo n ，b e c a u s eo f i t su 1 1 i q u ep h y s i o l o g i c a l m c t i o n t h e p 印e rs t u d i e so nm eg r o w t l la i l dr e p r o d u c t i o no fe a n h w o m ( e 括阴砌加p f f 砌) i n t 1 1 e p r o c e s so ft r e a t i n gt h ea c t i v a t e ds e w a g es l u d g ei n 、v a s t e 、v a t e r 仃e 锄e mp 1 锄ti nc h a n g c h u n t h ea j m so f “s 咖d yi st of i n do u tt h eb e s tm i x t u r ef o r 伊o w c ha 1 1 dr e p r o d u c t i o no f e a n h w o 肌i nt h ee x p e r i m e n to fm i x t u r eo fs e w a g es l u d g e ( 仔e e z e da t4 f o r1 10d a y s ) a n d c o wd u n g ( n o tm l l yf e n n e n t e d ) ( s s + n f c d ) ，a n d 丘e s hs e w a g es l u d g ea n d 如1 1 yf e 册e n t e d c o wd u n g ( f s s + f c d ) i tp r o v i d e sas c i e n t i f i cb a l s i sf o rt h ea p p l i c a t i o no fe a r t h w o 咖t ot r e a t s e 、a g es l u d g e ，a n dl a y s t l l ef o u i l d a t i o nf o rt h es t u d yo ft l l eg r o w t l la n dr e p r o d u c t i o no f e 矾l 、阳咖i nt h ep r o c e s so ft r e a t i n gt 1 1 ea c t i v a t e ds e 、v a g es l u d g ei nu r b a l lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a m s ot l l i ss m d yi sm o r ei m p o n a u l tt h e o r e t i c 酊a n dp r a c t i c a js i g l l i f i c a n c e t h es s + n f c di sm i x e di nc d ( 1 0 0 c o wd u n g ) ，1 ：1 ，2 ：1 ，3 ：1 ，4 ：1 ，5 ：1a n d1 ：0 ( s e w a g e s l u d g e ：c o wd u n ga td r yw e i g h t ) r e s p e c t i v e l y ；t h ef s s + f c d i sm i x e di n1 ：1 ，2 ：l ，3 ：1 ，4 ：1 ，5 ：1 a n d1 ：o ( s e w a g es l u d g e ：c o wd u n go nd r y 、v e i g h t ) r e s p e c t i v e l y 4d u p l i c a t i o n sa n d lc o n t r o l s 锄p l el a l s t sf o r6 0d a y s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：a r e r4 2d a y s ，a l lt h ee a n h w o 肌sd i e di ns e w a g es l u d g ew h i c h w a l s 丘e e z e da t4 f o r1 1 0d a y s ，a 1 1 dt h e r ea r ea1 a r g en u n l b e ro fe m w o m sd i e di n s s + n f c d i ns s 计、丁f c d 。e a n h 、v o 肌sd i e do nt h ef i r s t 、v e e k ，m o r ei n1 ：1a i l d2 ：1 ，a n dl e s si n 3 ：1a n d5 ：1 ，e a r t h w o n i l si nc da n d4 ：1h a v en od e a t l l e a n h w o 肌si n 行e s hs e w a g es l u d g e a 1 1 df s s + f c dc a ng r o wa u l dr e p r o d u c en o 咖a l l y ，w i t h o u te s c a p i n go rd e a m i ns s + n f c d ，t h ea v e r a g ei n d i v i d u a l 、v e i g h ti n c r e m e m ，n e tw e i g h ti i l c r e m e n to f e a r t h 、v o r m si nt l l ee n d ，m u l t i p l eo fw e i g h ti n c r e m e n ta n dg r o w mr a t ea r ea l l l em g h e s ti n1 ：1 ， a n dm ec o c o o np r o d u c t i o ne v e 巧w e e k ，t o t a lc o c o o np r o d u c t i o na 1 1 dt h em e a nh a t c h i n gr a t e a r eh i g h e ri n3 ：1t h a nt h eo t l l e r s i nf s s + f c d ，t l l ea v e r a g ei n d i v i d u a lw e i g h ti n c r 锄e m ，n e tw e i g h ti n c r e m e n to f e a n h w o n i l si 1 1t h ee n d ，m u l t i p l eo fw e i g h tm c r e m e n ta n dg r o w t hr a t ea r ea l lt l l e1 1 i 曲e s ti n4 ：1 ， a n dt 1 1 ec o c o o np r o d u c t i o ne v e 眄w e e k ，t o 谢c o c o o np r o d u c t i o na n dm em e a nh a t c h i n gr a t e a r e1 1 i 曲e ri n1 ：1t h a i lt l l eo t h e r s c o m p 撕n g t 1 1 eg r o w ma n dr e p r o d u c t i o no fe a n h w o m so ft h e4b e s tt r e a 恤e m s if o u n d t h a t1 ：1i ns s 计町f c di st h eb e s tm i x t l l r ef o r 日o 、v t h ；1 ：1i 1 1f s s + f c di st h eb e s tm i x t u r ef o r r e p r o 山l c t i o n t h er e s u l t so ft 1 1 ep a r a l l e lt e s ts h o w e dt h a t ：t h ee a r t h w o 肌sc a l ll i v e8 5d a y sm o s t l yi n s s 村q f c d ，a 1 1 dc a i l1 i v em o r et l l a n1o od a y si i lf s s + f c d t h eb e s tm i x t u r ef o rt 1 1 eg r o w t l l a n dr e p r o d u c t i o no fe a r t h 、v o n = 1 1 si s1 ：1 ，w l l i c hi sc o m p o s e do f 仃e s hs e w a g es l u d g ea n df u l l y f e n i l e n t e dc o w d u n g k e yw o r d s ：e 积h w o r n l ；a c t i v a t e ds e w a g es l u d g e ；w t h ；r e p r o d u c t i o n ；c h a n g c h u l l 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得 的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了 明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期：砂p 鼬塑塑星 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库 ( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技 术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：盟 日 期：迎丝咖j f l 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名： 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 1 引言 1 1 研究背景 污泥是污水处理过程中的副产物，其中除了含有一些有害物质还含有一些营养物 质，如氮、磷、钾，还有有机质。因此如果处置不当就会造成环境的二次污染，还会造 成资源的浪费。然而随着经济的发展，污泥的产量日益增大，污泥的处置也便成了人们 关注的热点问题。 目前国际上污泥的处置主要采取焚烧，填埋，土地利用以及污泥的堆肥化【卜3 1 。焚 烧方法能彻底的达到无害化，减量化的目的，但是这种方法费用昂贵，基于我国目前的 经济水平，焚烧的方法还不能大范围推广；卫生填埋价格低，操作方便，但是会侵占大 量土地，且容易发生渗漏，污染地下水；土地利用是我国主要采用的方法，北京高碑店 早就开始在农田中使用污泥作为肥料，但是研究者发现高碑店的土壤中重金属含量比使 用污泥前高，土壤受到一定程度的污染i l 】；堆肥化速度慢，而且产物中含有一些盐类会 污染土地。近1 0 年来，世界各国污泥处理涌现了许多新技术，例如污泥热化学液化处理 使之转化为燃料油【4 】；低温热化学过程将污泥转化为燃料【5 】；利用污泥制砖、制陶瓷等 用作建筑材料【6 】；日本、新加坡都在研究污泥焚烧后残渣经13 0 0 的高温融铸成块石 堆砌的处置方法【7 j ；美国新泽西州尝试用污泥压制成粒，销售给农业和化肥工业【8 1 ，我 国也做了一定的结团造粒和利用污泥作复合肥粘结剂研究；还有蚯蚓处理厌氧消化污泥 【9 】 o 2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，美国的研究者h a n e n s t e i ne ta l ( 1 9 7 8 ，1 9 8 1 ) 在纽约 州立大学有目的地将蚯蚓应用于污泥加工处理过程中【1 0 ，1 1 】。此后这项研究相继在其他国 家展开。 加拿大在1 9 7 0 年建立了一个蚯蚓养殖厂，至2 0 0 4 年每星期可以处理约7 5 t 的垃圾。 2 0 世纪8 0 年代，世界著名蚯蚓专家爱德华设计的一种有机废物处理装置，已在1 0 多 个国家得到推广应用。法国1 9 9 1 年在罗纳河畔的l a v o u l t e 市建立的世界上第一座利用 蚯蚓处理城市生活垃圾的垃圾处理场，现代化程度较高，日处理垃圾2 0 3 0 t ，仅需4 个 工人操作，垃圾的处理成本每吨约为3 6 0 法郎。2 0 0 0 年澳大利亚悉尼奥运会期间，利 用1 6 0 万条蚯蚓处理奥运村生活垃圾，可以做到垃圾不出村就地消纳【i 引。 2 0 世纪8 0 年代中期i l 引，清华大学环境工程研究所便开展养殖蚯蚓处理城市生活垃 圾的可行性研究，2 0 0 0 年北京海淀区环卫所在清华大学工作的基础上，在三星庄垃圾 处理场建立了1 座蚯蚓处理生活垃圾中试装置，并投入生产运行。近年来，福建省农科 院利用蚯蚓处理果蔬加工业固体废物实验研究，结果表明，采用人工养殖蚯蚓的方式处 理菠萝及香蕉假茎叶是可行的，经过蚯蚓处理后的残渣可以作为优质的农用有机肥【1 0 ， 东北师范大学硕士学位论文 1 4 】 o 利用蚯蚓处理工业固体废物也有较多研究，薛进军等引进日本大平2 号蚯蚓处理石 灰法造纸废水沉降污泥获得了较大的成功i l4 | 。蚯蚓处理后的污泥( 蚓粪) 与原污泥相比， 不但降低了有害成份的含量，而且改善了物理性能。在堆肥过程中，发现n ，p ，k 的含 量都增加，而p h 值和总的有机碳含量都下降，为污泥的处理和利用提供了一条良好途径 【1 5 ，1 6 】 o 蚯蚓处理污泥与其他的处置方式比较，降低了运输的费用和难度，降低了污泥中的 重金属的含量，减少了对农作物和土壤的污染和危害，提高了肥力，污泥的臭味被大大 地减弱。而蚯蚓处理污泥具有常规技术所不具备的一些特点，可将稳定和脱水在一个过 程中完成，其中包括了物质富集与扩散、合成与分解、拮抗与协同等多种自然调控过程 的集成。因此，蚯蚓生态系统处理污泥具有较高的能量转换率和资源利用率，提供了污 泥物质资源化的可能和途径l l7 | 。 1 2 蚯蚓对生长环境的要求 蚯蚓属于无脊椎动物，环节动物门，寡毛纲，是大型土壤动物的重要类群。蚯蚓在 世界范围内广泛分布，尤其在温带地区，蚯蚓在土壤无脊椎动物的总重量或生物量中占 了很大部分【l 引。蚯蚓是土壤中的分解者，在土壤生态系统中具有极其重要的地位。在分 解者中，蚯蚓的作用仅次于土壤微生物，而居于其它土壤动物之上【l9 1 ，亚里士多德称它 为“大地的肠子”，著名的英国生物学家达尔文也早已指出：“蚯蚓是地球上最有价值 的动物 。 蚯蚓对周围环境条件十分敏感，喜潮湿的土壤环境，条件不适时会爬出逃走。蚯蚓 可利用皮肤呼吸，在氧分压低于2 5 3 31 ( p a 时也能维持正常呼吸，在暂时缺氧条件下还能 利用体内糖元的嫌气进行分解，为生命活动提供能源【20 1 ，但是蚯蚓人工养殖床如不通入 空气，其厚度应低于3 0 c m 【2 l 】。 1 2 1 温度 蚯蚓属于变温动物，环境温度不仅直接影响蚯蚓的体温及其活动，而且还影响它的 新陈代谢的强度，以至于呼吸、消化、生长发育、繁殖等生理机能。 不同种类的蚯蚓和同一种蚯蚓处在不同的生长发育阶段，其对温度的适应也有较大 的差异；即使同一种蚯蚓的不同个体，因其生理功能、营养状况以及处在某一温度下时 间的长短不同，均会导致有关蚯蚓适宜生活温度测定值的差异。 不同种类的蚯蚓生长发育所需要的适宜温度是不同的，其最高和最低致死温度也有 差异。一般来说，蚯蚓的活动温度为5 3 0 ，最适宜的温度为2 0 左右。在这样的温度 条件下，蚯蚓能较好的生长发育和繁殖。5 以下则进入休眠状态。对于赤子爱胜蚓而 言其最适宜温度为2 5 ，最大致死温度为3 9 4 0 。r e i n e c k eaj 等人( 19 9 2 ) 的研究结 果也表明，e f 5 p 胛肠加p ，f 如比e 材咖f ，“sp 孵，2 f 门a 和尸p r f d 门坶蹦c 口v 口，船有一个更宽的温度范 东北师范大学硕士学位论文 围，而且最高可耐温度达4 3 ，最低温度可在5 以下【2 2 1 。 在不同的温度下，蚯蚓的蚓茧产量也有很大变化。表1 是2 0 条赤子爱胜蚓1 5 d 内在不 同的温度下产蚓茧情况【2 3 】。 表1赤子爱胜蚓在不同的温度下产蚓茧情况 ( 自上海市金山县科委) 随着温度的下降，蚯蚓产蚓茧量下降；温度升高，其产卵率也升高，但当温度超过 2 5 时，产卵率又明显下降。当温度降到8 以下时，赤子爱胜蚓停止产蚓茧。 温度不同，产一个蚓茧所需时间也不同，其孵化率也有较大差异，而且蚓茧孵出的 幼蚓数也受温度影响。有关温度对赤子爱胜蚓生产蚓茧、蚓茧孵化时间、孵化率、每个 蚓茧孵出幼蚓数的报道不少，但其数据差异不小，在同一试验组合中，其变化幅度也较 大。 1 2 2 湿度 水是蚯蚓的重要组成成分( 体内含水量7 5 9 0 ) 和必需的生活条件。因此，水对蚯 蚓的新陈代谢、生长发育和生殖有极大的影响，成为蚯蚓生存的限制因子之一。蚯蚓对 水分的吸收和丧失，主要通过体壁及蚓体的各孔道进行【2 3 1 。当外界水分不足，蚯蚓的呼 吸和新陈代谢就会发生困难。但是为了维持生命活动，它能利用体内贮存的水分来克服 不良的环境条件。在水分过多或淹水时，蚯蚓虽能在水下生存2 4 d ，多达几个月，但是 许多蚯蚓还是逃离水下，爬出地表或死亡，其原因很复杂，其中水分把蚯蚓本身排泄在 孔道粪粒的氨、硝酸盐、三甲基胺的氧化物、土壤有机质的分解产物以及施入土壤中的 可溶性盐分随水分渗到蚯蚓周围，这些物质对蚯蚓的刺激或毒害，而引起蚯蚓逃逸或死 亡的可能性更大一些【2 4 | 。 水分对蚯蚓的生长、繁殖和孵化的影响也非常大。k a p l a l l ( 1 9 8 0 ) 在研究利用蚯蚓 处理污水处理厂污泥时发现，在湿度为7 0 8 5 时可获得最大的蚯蚓生物量1 2 引。仓龙 ( 2 0 0 2 ) 的研究发现，牛粪在蚯蚓处理时最适水分含量为6 5 7 5 蚶2 6 j 。 在温度相同而水分含量不同的情况下，卵茧的数量和同期孵出幼蚓的数量存在着明 显的不同。蚯蚓的不同生长阶段需要的水分也各不相刚2 7 1 。林兰泉用腐熟的马粪饲养赤 子爱胜蚓，在同样饲养条件下，饲料水分含量在6 0 7 0 时，对其生产卵茧和幼蚓孵化都 有利。但含水量大于7 0 或低于5 0 时，对卵茧生产和孵化都有不利影响1 2 4 j 。 1 2 3p h 值 蚯蚓种类的不同对土壤p h 值的适应程度不同：有些作者记述很多种蚯蚓要求土壤 p h 值约为7 0 ( a 玎h e n i u s ，1 9 2 1 ；m o o r e ，1 9 2 2 ；p h i l l i p s ，1 9 2 3 ；s a l i s b u 叫，1 9 2 5 ；a l l e e 3 东北师范大学硕士学位论文 等，1 9 3 0 ；b o d e n h e i m e r ，1 9 3 5 ；p e t r o v ，1 9 4 6 ) ；然而，在美国俄亥俄州，陆正蚓发生 在p h 值为5 4 的土壤中( 0 l s o n ，1 9 2 8 ) ；在丹麦，背暗异唇蚓( 彳肋肠6 d p 办d 阳c 口，垃f ”d s 口) 在p h 值5 2 5 4 的土壤中，少数蚯蚓在p h 值低于4 3 的土壤中；臭爱胜蚓( 肪p 玎妇加p r 胁) 选择p h 值在7 0 8 0 之间的土壤，与此相反，某些热带种巨头蚓属( 讹麟，蹦) 在p h 值 4 5 4 7 的酸性土壤中繁盛( b a c h e l i e r ，1 9 6 3 ) ，朗双胸蚓( b f ，2 鲫f d s 肠门，2 6 p 呼) 在p h 值4 7 及5 1 的土壤中数量较多( m e 町，1 9 2 4 ) 。查尔德森、弗朗茨等发现赤子爱胜蚓喜欢 中性至微碱性条件。 土壤的p h 值也会影响进入滞育的蚯蚓的数量。d o e k s e n 和v a nw i n g e r d e n ( 1 9 6 4 ) 报 道当他们将背暗异唇蚓放入p h 值为4 9 ，5 4 ，6 4 ，7 6 和8 6 的土壤中，土壤越酸，则蚯 蚓进入滞育越快，在p h 值为6 4 的土壤中的蚯蚓滞育期最长。 由于土壤被蚯蚓肠的分泌物及排出的氨所中和，因此蚓粪要比蚯蚓生活的土壤更为 中性( s a l i s b u r y ，1 9 2 5 ；p u h ，1 9 4 1 ；s t 6 c k l i ，1 9 4 9 ；d o t t e n v e i c h ，1 9 3 3 ；f i n c k ，1 9 5 2 ； n y e ，1 9 5 5 ) 【1 引。 查尔德森、弗朗茨等人通过试验观测发现p h 值大小和蚯蚓活动没有明显的相关性。 p h 值对蚯蚓活动的危害，首先是溶液盐分的成分和阴离子的浓度，其次才是溶液的p h 值。因为p h 值往往与溶液盐分的浓度和组成有关。此外蚯蚓本身的生活习性也是很重要 的因素。所以不能笼统的说，p h 值对蚯蚓影响很大或影响很小。而应结合溶液的盐分和 阴离子的组成和浓度，以及蚯蚓本身的特性来判断【2 4 1 。 1 2 4 有机物质 有机物质是蚯蚓生存的主要条件，因此有机质的多少，对蚯蚓的分布、数量和生长 发育有非常重要的影响。蚯蚓喜欢吃各种腐烂或半腐烂的有机残落物，包括落叶、杂草、 秸秆、家畜粪便、烂菜、果皮、酿造、食品、造纸厂废渣、污泥、工业垃圾等都能利用 口8 。3 0 j 。但对新鲜的茎叶和根系，除了少数种类以外，一般都不摄食。主要是因为新鲜植 物或根系受伤害后会产生一种叫做蛋白酶抑制剂的物质，这种抑制剂会破坏蛋白酶的活 性，扰乱体内蛋白质的正常代谢，而引起不适或死亡。 有机物质的质量，对蚯蚓的繁殖和生长影响也很显著。例如天津双港公社用腐熟马 粪饲养赤子爱胜蚓，平均3 8 2 d 产一个茧，而用废纸浆和瓦楞纸饲养的，平均1 3 2 d 才能 产一个卵茧。用猪、牛、鸡粪及树叶混合发酵的饲料饲养异唇蚓，一个月增重8 0 左右， 二个月增重1 1 2 3 倍。纸浆污泥加少量牛粪饲养的蚯蚓一个月只增重4 8 ，二个月增重 9 0 至1 2 倍，而养在普通土壤不加有机物质，在一个月内蚯蚓变瘦小，有的死亡或逃逸 【2 4 1 。 1 2 5 处理物料的c n 待处理的有机废弃物不仅是蚯蚓的处理对象，同时也是蚯蚓新陈代谢和生长繁殖所 需物质和能量的供应者，待处理废弃物对蚯蚓的适口性以及营养性决定了蚯蚓的处理效 率。家畜粪和秸秆的c n 调节到3 0 4 0 左右【3 1 ，3 2 1 ，正常情况下，碳氮比为2 5 3 5 时最佳3 3 1 。 东北师范大学硕士学位论文 物料c n 为2 5 时蚯蚓可以获得最高的生殖率以及最高的摄食能力，而且堆制后的产物具 有较高的肥力并对环境污染最小【3 4 1 。 1 3 蚯蚓的经济价值 1 3 1 营养价值 蚯蚓的干物质中，粗蛋白的含量约占5 0 6 7 ，高于豆饼、骨肉粉，与优质的鱼 粉、蚕蛹干相近，而且粗脂肪、粗灰分的含量都较为理想，还含有大量的维生素、生物 碱。在氨基酸的组成上，蚯蚓不但富含各种氨基酸，且含量极高，基本具备家禽及水产 养殖动物所需的各种必需氨基酸【3 5 】。蚯蚓处死、晾干制成的蚯蚓粉，其蛋白质含量为 5 8 7 0 ，还含有一些活性物质。经试验，在饲料中添加5 1 0 的蚯蚓粉，可使猪的 生长速度提高3 0 ，使鸡的产蛋量提高1 7 2 5 ，对兔、水貂等也都有明显的促生长效 果。而奶牛产奶需要高营养的饲料，在每头奶牛的饲料中，添加煮熟的小鱼0 3k g ，日 增产鲜奶2k g 而蚯蚓的蛋白质含量高，还有催奶作用，在奶牛饲料中添加蚯蚓粉，比添 加一般鱼粉的效果好，因此养殖蚯蚓己成为解决家禽养殖和水产养殖所需蛋白质饲料的 一条有效途径1 3 6 ，3 7 j 。 1 3 2 药用价值 仅本草纲目中就列出4 0 多种蚯蚓药方。在中药材中，蚯蚓以全“虫 入药，性 寒、味成，具有解热、定惊、利尿、平喘、镇痛等功能，主治高热神昏、惊痫抽搐、关 节痹痛、半身不遂、尿少水肿、肺热喘咳等症。蚯蚓及其提取成分还能松驰平滑肌和降 低血压。蚯蚓中能够提取出多种活性成分。据统计，从蚯蚓中已经提取出的活性成分包 括：纤溶酶、纤溶酶原激活剂、钙调素和钙调素结合蛋白、胆碱酯酶、过氧化氢酶、促 髓系细胞增殖组分、抗微生物蛋白、收缩血管蛋白、溶血蛋白、免疫球蛋白样粘连物和 抗肿瘤成分等p 引。 1 3 3 环保、肥田功能 蚯蚓吃的是有机废弃物，生产的是优质有机肥料，因而不少城市利用蚯蚓处理生活 垃圾，防止环境污染。蚯蚓粪便含有的氮、磷、钾成分比一般土壤高数倍，其保水性、 保肥性及通气均较好，具有增加土壤肥力、改良土壤的长期效应。有研究表明：蚯蚓活 动促进土壤有机物的分解，加速了磷素的生物归还作用，有改善红壤酸度状况的趋势， 增加了土壤碳水化合物含量，增强了土壤微生物活性和土壤磷酸酶活性1 3 9 1 。还有研究表 明：蚯蚓的活动能够提高高沙土、黄泥土、红壤中氮素矿化量，但对3 种土壤中矿质氮 含量的影响不同，以对高沙土的影响最为显著，对黄泥土的影响最小。锌污染土壤中， 由于蚯蚓的存在向土壤中加入o 4 0 0 m g 瓜g 的锌对土壤氮素矿化量没有明显影响。加锌量 在2 0 0 m g 蛞以下时对土壤硝化作用和反硝化作用有促进作用，高于该水平则有抑制作用。 加锌量在0 4 0 0 m g 蚝范围内，蚯蚓对土壤氮素矿化、硝化和反硝化活性的促进作用不受 东北师范大学硕士学位论文 加锌量的影响【4 0 1 。 蚯蚓粪便还具有抑制土传病害的效果，植物土传病害抑制作用与蚓粪中丰富的微生 物区系有很大的关系，尤其大量拮抗微生物的存在是蚓粪具有抑病作用的重要机制。 1 4 利用蚯蚓处理有机废弃物的研究进展 1 8 4 0 年达尔文发表了关于壤土的形成( o nt h ef o 肌a t i o no f m o u l d ) 一文，引发 诸多学者对蚯蚓生物学的研究，这一时期被称为是“蚯蚓时代”。继之蚯蚓的分类学、 形态学、生理学和生态学相继发展，但蚯蚓的分类学还须进一步完掣4 2 1 。 国外有关蚯蚓的研究比我国起步早，研究也较我国深入。主要研究蚯蚓的生理【4 3 1 、 生态分布0 4 4 ，4 5 1 、多样性【4 6 4 7 1 以及蚯蚓在保持土壤结构、通气和肥力方面的作用1 4 8 - 4 9 1 等。 当前则侧重于蚯蚓与微生物的相互作用对土壤养分循环的影响1 50 1 ，蚯蚓在废弃地生态恢 复过程中的作用等几个方面l ”j 。 在应用蚯蚓处理废弃物的研究中，自从研a r ( 1 9 7 4 ) 率先证实了蚯蚓处理有机废弃 物的能力及巨大潜力以来，欧美国家开始高度重视这一新兴生物技术，使之得到了迅速 发展，并广泛应用于处理垃圾、污泥和畜禽粪便等各种有机废弃物【5 2 5 4 1 。 我国利用蚯蚓处理废弃物的研究起步较晚，但近几年已受到广泛关注。目前，国内 使用较多的是赤子爱胜蚓。赤子爱胜蚓( 眈p 胛扬加p f f 砌) 于2 0 世纪7 0 年代末从日本引进 到我国，属于正蚓科，爱胜蚓属，商品名“大平二号”，是人工养殖品种中的优良品种。 喜在厩肥、烂草堰、污泥、垃圾场生活，具有趋肥性强、繁殖率高、定居性好、肉质肥 厚及营养价值高等优点。目前，国内研究在不同种类的废弃物处理，适合赤子爱胜蚓生 长、繁殖的环境理化性质，蚯蚓最适密度等方面均已展开。 蚯蚓处理废弃物的原理，简言之，是通过其自身的特殊功能与有效微生物的协同作 用，明显加速有机物质的分解【1 5 ，”1 ；这一过程包括：1 ) 蚯蚓砂囊的机械研磨作用；2 ) 蚯蚓肠道内的生物化学作用。蚯蚓肠道分泌物种类很多，包括纤维素酶、几丁质酶、蛋 白酶、淀粉酶、过氧化物酶等多种生物酶，这些天然酶制剂活性极高，对有机物具有高 效降解作用，并能够与微生物协同分解腐烂有机物，以蚓粪的形式排出；而蚯蚓在物料 中的运动可以促进物料充分混合并增强微生物作用，加强蚯蚓和微生物对物料处理的协 同作用。近期的研究及结果主要有： 任怀瑛( 1 9 9 1 ) 对“北星二号”的繁殖做了研究，发现“北星二号”在南方牛粪中 生长最好。另外，纸浆、锯末、米糠、烂稻草、杂草、树叶、瓜菜类等只要经过充分发 酵，p h 值在5 5 8 之间都可以利用。在9 、1 0 月间，做了不同物料的孵化试验，同样认为 牛粪作孵化物料最为理想；熟腐牛粪每个卵茧出苗5 5 条，鲜牛粪为2 条。发酵浮萍为0 5 条，而用底泥未捡到小蚓。重复2 次结果相刚珀j 。 e l v i r ae ta l ( 1 9 9 6 ) 研究了e 妇口”砒f ( b o u c h e ) 对造纸厂污泥与初沉污泥的混 合物的处理效率。3 ：1 的混合是最适合蚯蚓的生长和繁殖的。蚯蚓的存在加速了有机质 的矿化作用，有利于多糖的分解。造纸厂污泥与初沉污泥以3 ：2 混合时e 口”砒，的生长 6 东北师范大学硕士学位论文 率最高，死亡率最低，而造纸厂污泥与猪粪混合死亡率很耐5 7j 。b i n t o r og 吼a d i 等研究 时也发现用猪粪养殖蚯蚓死亡率很高，但是蚯蚓生长速度以及蚯蚓个体大小都优于牛粪 饲养的蚯蚓【5 s j 。 e 1 v i r ae ta 1 ( 1 9 9 7 ) 研究了点凇p 玎砌口船d h f ( b o u c h e ) 对纸浆污泥与猪粪、家禽粪混 合物的处理，发现污泥与猪粪混合物中蚯蚓的生长速度快，死亡率也高，4 5 d 时存活率 不到2 5 ；与家禽粪混合，3 ：2 的生长速度最快，而2 ：1 的死亡率最高。造纸厂污泥与 污水厂污泥混合，随着污水厂污泥比例的增加蚯蚓的生长率降低。如果纺织厂的污泥与 适量的牛粪混合进行堆肥，则是管理污泥的新技术【5 9 1 。 e l v i r ae ta l ( 1 9 9 8 ) 研究e 口，2 咖p f 在造纸厂污泥与牛粪混合物中的生长和繁殖状况时 发现，不同混合物中蚯蚓的数量增加了2 2 3 6 倍，总的生物量增加了2 2 3 9 倍，其中 1 0 0 牛粪中增加的最多1 3 引。 廖新悌等( 1 9 9 9 ) 用腐熟猪粪和牛粪养殖日本大平2 号、澳洲1 号和本地种3 种蚯蚓， 比较其生长繁殖特性。发现1 个月后，不论是大平2 号还是澳洲l 号，在猪粪中绝对增重都 比在牛粪中大；而两个月后牛粪中的大平2 号和澳洲1 号的数量、总重、体长都超过猪粪 中的【6 0 1 。 苍龙等( 2 0 0 2 ) 对比在最适湿度条件下赤子爱胜蚓在未腐熟猪粪、未腐熟牛粪、以 及未腐熟鸡粪和药渣的混合物3 种物料中的生长和繁殖状况，发现赤子爱胜蚓的生长在 未腐熟猪粪中最好，在未腐熟牛粪中次之，在未腐熟鸡粪和药渣的混合物中较差；从繁 殖的角度来看，在未腐熟牛粪中最好，在未腐熟猪粪中次之，而在未腐熟鸡粪和药渣的 混合物中较差。赤子爱胜蚓在未腐熟猪粪中比在未腐熟牛粪中生长快，但在未腐熟牛粪 中繁殖好【2 6 1 。与廖新悌得到的结果相同。对比牛粪和羊粪养殖的蚯蚓的生长繁殖状况发 现，牛粪可以为蚯蚓提供更多养分和更舒适的生长环境1 2 9 | 。 m a b o e t ams ，r e n s b u r glv a l l ( 2 0 0 3 ) 发现蚯蚓在处理污水厂污泥时，由于重金属 在体内的富集，会导致在处理过程中体重呈现先增加然后降低的趋势，在第1 4 d 时体重 出现最大值，同时发现接种微生物会增加蚯蚓的产茧量，但孵化率没有明显不同1 6 1 1 。 p r i v a k a u s h i k 和g a r g vk ( 2 0 0 4 ) 发现1 0 0 的牛粪中的生长量和繁殖量最大，8 0 牛粪+ 2 0 纺织厂固体污泥、7 0 牛粪+ 3 0 纺织厂固体污泥的生长量和繁殖量也比较大 【6 2 】 o 杨文霞等( 2 0 0 6 ) 利用蚯蚓处理果皮、菜叶垃圾，从蚯蚓在果皮、菜叶垃圾堆制过 程中的生长和繁殖发现，加入木屑虽然在一定程度上抑制了蚯蚓的生长和繁殖，但是， 0 3 0d 时2 5 和4 0 木屑堆制处理中赤子爱胜蚓生长良好，繁殖较旺盛。但加入木屑处理 中蚯蚓的日增重倍数和日增殖倍数均小于未加木屑处理1 6 3 j 。 金杰等( 2 0 0 6 ) 利用蚯蚓处理生物垃圾，发现在7 周内，蚯蚓的体重为原来的2 1 3 6 倍，平均每周增加3 0 5 ，周繁殖率为3 4 ，4 6 9 ；7 周内，体长增加了6 2 6 i 训。 崔美香等( 2 0 0 6 ) 经研究发现2 5 最适合蚯蚓生长繁殖【6 5 】。与王丹丹( 2 0 0 5 ) 的结 论相刚6 6 】。 李冬等( 2 0 0 6 ) 发现用掺有玉米芯的荞麦皮物料比纯荞麦皮物料更适合蚯蚓的生长 7 东北师范大学硕士学位论文 繁殖。加入玉米芯的物料中成蚓的产茧量明显大于纯荞麦皮物料中，且其中大多产茧时 间较早。相比之下，加入4 0 ( 体积分数) 的玉米芯的产茧量大，时间短，养殖效果较 好。在掺有玉米芯的物料中幼蚓的增重更明显，每个蚓茧最多孵出3 条幼蚓1 6 。 白春节( 2 0 0 7 ) 在研究城市剩余活性污泥饲养蚯蚓的试验中，发现蚯蚓增重速度 是：发酵污泥 新鲜污泥 堆放发臭污泥；其中用发臭的污泥养殖，蚯蚓增长最慢，经分 析发现污泥中臭味影响蚯蚓入床时间和生长习性【6 8 1 。 董炜华等( 2 0 0 7 ) 在研究蚯蚓对不同落叶的摄食选择的试验中发现蚯蚓在紫椴和色 木槭分解落叶中增重较大，可能与这两种分解落叶的c n 较高，碳水化合物含量较高， 能够为蚯蚓生长提供更多的营养物质有判6 9 】。 r e n u k ag u p t a 等( 2 0 0 7 ) 在研究水葫芦与牛粪混合堆肥的试验中发现水葫芦的比例 直接影响蚯蚓的生长、繁殖及孵化状况，2 5 水葫芦+ 7 5 牛粪的组合最适合蚯蚓的生长 繁殖。作者还得出，只要在水葫芦中加入2 5 以上的牛粪，水葫芦就可作为堆肥用料使 用【7 0 1 。 从以上结果看来：在生长、繁殖和处理效率等方面赤子爱胜蚓是远胜于其他蚓种的 优良品种【】4 】；废弃物的颗粒大小、发酵程度均对蚯蚓的生长繁殖有显著影响；其中发酵 程度与蚯蚓生长繁殖速率呈抛物线形相关，而质粒大小与蚯蚓繁殖速度呈明显负相关 【7 1 1 ；废弃物的理化性质中，以水分、温度、湿度、厚度、通气性、p h 值、c n 对蚯蚓的 生长繁殖影响最大，蚯蚓对废弃物c n 的耐受下限为2 4 6 ，而最佳c n 在3 3 以上1 7 2 j ；蚯蚓 对废弃物中的盐类、重金属等物质具有较强的耐受性( 赤子爱胜蚓在稀土硝酸盐浓度为 4 1 2 0 0 m g 瓜g 的环境里生长繁殖较为正常i7 3 j ) 。 1 5 本研究的目的和意义 目前世界上生产污泥达1 亿吨年( 干污泥) ，我国已达9 0 0 万吨年( 合干污泥3 0 0 3 5 0 万吨年) 【7 4 】。污泥的处置已经成为一个亟待解决的问题。利用蚯蚓处理废弃物这种生 物技术正在受到广泛的关注。2 0 世纪8 0 年代利用蚯蚓处理有机废弃物的研究就己展开， 包括利用蚯蚓处理畜禽粪便、水葫芦、废纸等。利用蚯蚓处理污泥的研究也有报道。但 是对于这些有机废弃物对蚯蚓生长繁殖的影响的研究还很少见，尤其在利用蚯蚓处理城 市污水厂活性污泥过程中蚯蚓的生长繁殖研究方面我国还未见报道。 本文主要探讨蚯蚓对污泥进行处理过程中的生长与繁殖，目的是通过比较蚯蚓在几 种污泥与牛粪以不同比例混合的基料中的生长繁殖状况，找出最适合蚯蚓生长繁殖的污 泥与牛粪的配比。 蚯蚓在污泥中能否很好的生存与繁衍是蚯蚓处理技术能否长期持续应用的关键，该 研究为蚯蚓在污泥处理中的应用提供理论依据，为利用蚯蚓处理城市污水厂污泥过程中 蚯蚓生长繁殖方面的研究奠定基础，因此具有较重要的理论意义和实践意义。 本文为吉林省环保局项目“利用蚯蚓对长春市污水厂活性污泥的无害化处理及利用 研究 的一部分，项目编号为2 0 0 6 1 8 。 8 东北师范大学硕士学位论文 2 1 供试材料 2 材料与方法 2 1 1 供试蚯蚓 试验用赤子爱胜蚓( e 括p ，2 胁力p “出) ，取自吉林省怀德县蚯蚓养殖户，该蚯蚓养殖 在腐熟牛粪中，系从日本引进的人工养殖品种“大平二号在我国繁殖的后代。蚯蚓取 回后于室内养殖l 周，并从中选取大小均匀且有明显环带( 即生殖带) 的成年蚯蚓作为 接种用蚯蚓。 2 1 2 供试牛粪 牛粪分别取自吉林省皓月集团和怀德县蚯蚓养殖户。从皓月集团取回的为新鲜牛 粪，将牛粪置于室外堆制。试验前一天将牛粪取回室内，分别用9 个大塑料袋盛装，系 住袋口，发酵待用。取自怀德县养殖户的牛粪为腐熟的，使用前挑出里面掺杂的蚯蚓和 蚓茧，待用。 2 1 3 供试污泥 污泥取自吉林省长春市西郊污水处理厂。采用连续取样法，连续7 d 取污泥样品。 第1 次取污泥时间为7 月1 7 2 3 日，取出部分污泥样品在室内阴凉处通风去味，去味时 间分别为0 d 、1 d 、3 d 和4 d ，其余放置在冰箱中，在4 条件下冷藏1 1 0 d 后使用，称为 久置污泥。第2 次取污泥时间为1 1 月2 4 3 0 日，取回的污泥样品放置在阴凉处待用， 称为新鲜污泥。 2 2 方法 2 2 1 试验设计 1 ) 预试验 为了解蚯蚓在剩余活性污泥中是否能够存活，所以在正式试验前进行了预试验。 试验容器为塑料花盆，高1 0 9 c m ，上口直径1 4 5 c m ，下口直径1 0 1 c m 。花盆底部 有小孔，为防止蚯蚓逃逸，用泡沫将小孔塞住，多余的水份可从缝隙渗出。 试验材料干重为1 0 0 9 ，分别以污泥和牛粪干重质量按1 ：1 ，2 ：1 ，3 ：1 ，4 ：l ，5 ：1 ，1 ：0 进行配比。每种配料1 个重复，共6 个样盆。 每个配料中分别加入个体大小均匀、性成熟的赤子爱胜蚓1 0 条，平均体重为0 5