蚯蚓處理城市生活垃圾的現(xiàn)狀與趨勢

1、蚯蚓處理城市生活垃圾的現(xiàn)狀與趨勢4江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2005年第4期蚯蚓處理城市生活垃圾的現(xiàn)狀與趨勢王丹丹,李輝信,胡鋒,王霞,楊文霞(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,江蘇南京210095)摘要:概述了蚯蚓處理城市生活垃圾的基本原理,蚯蚓處理垃圾工廠化的基本流程,垃圾處理過程中蚯蚓的作用,垃圾處理產(chǎn)物蚓糞和副產(chǎn)物蚯蚓的多種用途.認為利用蚯蚓處理垃圾是使垃圾真正實現(xiàn)無害化,減量化,資源化,解決目前諸多環(huán)境問題,保持自然生態(tài)系統(tǒng)平衡的有效途徑.關(guān)鍵詞:蚯蚓;生活垃圾;堆肥技術(shù);蚓糞中圖分類號:X705文獻標識碼:A文章編號:10021302(2005)04000405隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化的快速推進,城市

2、生活垃圾越來越多.目前,對這些有機廢棄物大多仍采用焚燒,填埋,自然堆制和快速高溫堆制等手段來進行處理,這些方法不僅不能從根本上實現(xiàn)垃圾資源化,還會造成二次污染J.但是垃圾是一種放錯了位置的資源,城市垃圾中有機物含量相當高,一般超過50%,因而是極其寶貴的有機資源.人工快速高溫堆肥是近年來廣受重視的處理技術(shù),主要采用強制通風和接種纖維素分解菌等方法提高處理速度和堆肥質(zhì)量,但處理產(chǎn)物的物理性狀并無根本改觀,且臭味較重,需要復(fù)雜的后處理工序,加大了生產(chǎn)成本.有機廢棄物的蚯蚓堆制處理技術(shù)(vennicomposting)是近年來發(fā)展起來的一項新型生物處理技術(shù).由于蚯蚓具有驚人的吞噬能力(日吞食量可達其

3、體重的數(shù)倍),且其消化道可分泌蛋白酶,脂肪酶,纖維素酶,甲殼素酶,淀粉酶等多種酶類,對絕大多數(shù)有機廢棄物有較強的分解作用.有機物質(zhì)被蚯蚓攝食后,少部分被直接同化利用,大部分經(jīng)蚯蚓體內(nèi)的磨碎和擠壓作用后以顆粒狀排出,起到類似于擠壓造粒的作用,從而達到物理改性的目的.同時,蚯蚓能促進微生物的活性,它們間的聯(lián)合作用加速了有機物的分解和轉(zhuǎn)化,并能有效除去或抑制堆制過程中產(chǎn)生的臭味.此外,蚯蚓代謝活動還可產(chǎn)生大量生物活性物質(zhì),有利于作物的生長和品質(zhì)的改善;副產(chǎn)物蚯蚓本身又是優(yōu)質(zhì)的飼料和生物收稿日期:20050l一14作者簡介:王丹丹(1978一),博士研究生,主要從事污染生態(tài)方面的研究.Tel:(025

4、)83057639;Email:ddwangO08yahoo.通訊作者:胡鋒,博導(dǎo),Email:.err.醫(yī)藥原材料.因此利用蚯蚓處理城市生活垃圾,不僅工藝簡單,不需要特殊設(shè)備,還可促進垃圾資源化的良性循環(huán),實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展.目前國內(nèi)外許多學(xué)者都進行了這方面的探索,已開發(fā)出了較為成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù).法國1991年在羅納河畔的Lavoulte市建立的世界上第一座利用蚯蚓處理城市生活垃圾的垃圾處理場,現(xiàn)代化程度較高,日處理垃圾2030t,僅需4個工人操作,垃圾的處理成本每噸約為360法國法郎.2000年澳大利亞悉尼奧運會期間,利用4000條蚯蚓處理奧運村生活垃圾,可以做到

5、垃圾不出村就地消納.但國內(nèi)對用蚯蚓處理垃圾的研究較少,離產(chǎn)業(yè)化尚有距離.1生活垃圾的產(chǎn)量和成分目前,全世界每年有450億t以上生活垃圾生成.我國是世界上人口最多的國家,城市人口達3億多,年產(chǎn)垃圾1億t以上,并且每年以8%10%的速度遞增.垃圾成分較lO年前也發(fā)生了變化,受人們生活水平,消費水平,燃料結(jié)構(gòu)等影響,垃圾成分總體表現(xiàn)為有機物增多,灰土,磚瓦,塑料等含量降低,可利用價值增大.張艷等對武漢市城市生活垃圾成分及產(chǎn)生量的調(diào)查表明,隨著經(jīng)濟發(fā)展,武漢市居民垃圾產(chǎn)量顯著提高,且垃圾構(gòu)成發(fā)生了質(zhì)的變化,有機物含量增長了139.07%,以塑料,廚渣,紙張增長最快,而煤灰等無機垃圾減少.居民的燃料結(jié)構(gòu)

6、及生活水平都直接影響到垃圾成分的變化:經(jīng)濟收入,氣化率越高,居民高齡比例越低,垃圾中有機物含量就越高.吳文偉對北京市城市生活垃圾產(chǎn)量和成分作了預(yù)測分析J.可以清楚地看出,1995年來垃圾年產(chǎn)王丹丹等:蚯蚓處理城市生活垃圾的現(xiàn)狀與趨勢量呈明顯上升趨勢,成分從無機成分為主變?yōu)橐杂袡C成分為主,食品,紙張,織物,塑料類有機垃圾顯著增加.因此隨我國經(jīng)濟發(fā)展,城市化進程加快,城市生活垃圾將以有機組分為主,這些有機組分過去往往是垃圾中產(chǎn)生臭氣,污染地下水的污染源,現(xiàn)在用蚯蚓堆肥技術(shù)對其進行分解處理后,不僅可以解決環(huán)境污染問題,還可使有機廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)樯镉袡C肥,飼料等有價值的東西.2蚯蚓處理生活垃圾的原理蚯蚓

7、是一種雜食動物,它們大量吞食有機物質(zhì),通過砂囊的機械研磨和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用進行分解和轉(zhuǎn)化.有機物質(zhì)在蚯蚓消化道分泌的各種生物酶(包括蛋白酶,脂肪酶,纖維素酶,淀粉酶及甲殼素酶等)和微生物的聯(lián)合作用下,能水解為易于同化的碳水化合物,脂肪,蛋白質(zhì)以及較穩(wěn)定的纖維素和幾丁質(zhì),并使土壤礦物發(fā)生一定程度的分解.這些有機物質(zhì)和無機礦物質(zhì)被進一步轉(zhuǎn)化為植物易于利用的可給態(tài)化合物,如氨,碳酸和易礦化的尿素,尿嘌呤以及速效性的磷鉀礦質(zhì)養(yǎng)分.這些代謝剩余產(chǎn)物大部分與吞食的土壤密切復(fù)合,混上蚯蚓體表分泌物,尿液等以蚓糞的形式排泄出來,形成土壤中營養(yǎng)豐富,品質(zhì)優(yōu)良的團粒結(jié)構(gòu)j.有很多研究表明,蚯蚓可顯著增加土壤中

8、全氮和氮,磷,鉀有效養(yǎng)分含量,并可提高土壤中脲酶,蔗糖酶和微生物活性,增強土壤供肥性能'mJ.由于蚯蚓可以將有機物降解為腐植酸類物質(zhì),且其體表可分泌易分解的單糖類有機物,因此蚯蚓可顯著提高土壤中微生物的活性¨.20世紀80年代中期,清華大學(xué)環(huán)境工程研究所開展養(yǎng)殖蚯蚓處理城市生活垃圾的可行性研究,1989年通過成果鑒定,肯定了養(yǎng)殖蚯蚓處理生活垃圾的可行性與優(yōu)越性.倉龍等用室內(nèi)接種法研究了赤子愛勝蚓處理牛糞,豬糞及雞糞和藥渣混合物的最適濕度和接種密度¨,初步確定了蚯蚓堆制處理牛糞的腐熟度的各項指標¨.以上研究均表明用蚯蚓處理垃圾有廣闊前景,不僅為城市凈化,處理

9、公害找到了新途徑,還促進了物質(zhì)再循環(huán),垃圾的資源化.國外用蚯蚓處理生活垃圾,造紙廠廢棄物已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,生產(chǎn)產(chǎn)物已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,但是在我國用蚯蚓處理垃圾如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要進一步研究.3蚯蚓在垃圾處理中的作用(1)蚯蚓對垃圾中的有機物質(zhì)的選擇作用,有利于再次分選垃圾中初級分選未能分開的有機物和無機物.(2)蚯蚓消化道的研磨和代謝作用使得垃圾中的有機物逐步降解,并釋放出可為植物所利用的氮,磷,鉀等,排出的顆粒狀結(jié)構(gòu)蚓糞是一種高品質(zhì)的生物有機肥.(3)蚯蚓活動可改善垃圾中的水氣循環(huán),消除發(fā)酵過程中的臭氣,減輕堆肥的空氣污染,大大縮短堆肥處理中二次發(fā)酵的時間15J.(4)蚯蚓對垃圾中的重

10、金屬有富集作用,可以用來檢測垃圾中重金屬的含量,因此利用蚯蚓可以方便地對整個垃圾處理過程及其產(chǎn)品進行毒理監(jiān)測J.4蚯蚓處理垃圾的兩個主要方法4.1蚯蚓生物反應(yīng)器蚯蚓生物反應(yīng)器是著名蚯蚓專家愛得華滋設(shè)計的一種有機廢棄物處理裝置,最初在英國用于處理植物生產(chǎn)廢棄物和動物糞便,進入20世紀90年代以來,科學(xué)家對該反應(yīng)器進行了較大改進,使之運作自動化.蚯蚓生物反應(yīng)器工藝簡單,主要由反應(yīng)器主體,加料部分和出料加工部分組成,蚯蚓生長所需的溫度,濕度條件均由電腦自動控制,使之保持在最佳生存環(huán)境和高效處理狀態(tài).一個標準蚯蚓反應(yīng)器,日處理有機廢物6t,同時生產(chǎn)多功能生物有機肥約4.5t/d,年產(chǎn)蚯蚓有機肥1800

11、t,成本較低,經(jīng)濟效益和生態(tài)效益都十分可觀.研究發(fā)現(xiàn),蚯蚓處理器處理垃圾可節(jié)約50%的運輸收集費,避免垃圾運輸過程的污染,同時節(jié)約了70%的填埋費,相應(yīng)地延長了填埋場使用時間,適合在我國推廣.但是此技術(shù)適用于分類后的垃圾,要求對垃圾事先有很好的分類收集,因此我國的垃圾分類制度亟待建立.蚯蚓生物反應(yīng)器主要原理是利用蚯蚓和微生物間的相互作用,在蚯蚓消化有機廢棄物的同時接種工程菌,在蚯蚓和微生物的協(xié)同作用下對有機廢棄物進行分解.產(chǎn)出的蚓糞為小而均勻的顆粒,營養(yǎng)價值比處理前提高20%30%,同時含有豐富的有益微生物和酶類,是集營養(yǎng),防病,刺激動植物生長于一體,生產(chǎn)有機食品的最佳生物肥料¨.4

12、.2土地處理法建立垃圾的蚯蚓飼養(yǎng)場.此方法不僅適用于分類后的有機垃圾,而且也適用于混合垃圾.新鮮的混合垃圾很難利用一般設(shè)備進行分離,分離率不到30%,但是用蚯蚓處理后卻非常容易分離,而且蚓體和蚓糞均能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益.國外利用此法處理城市生活垃圾的技術(shù)已經(jīng)較為成熟并實現(xiàn)了工6江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2005年第4期廠化處理和生產(chǎn).圖1為土地處理法利用蚯蚓處理城市生活垃圾的主要技術(shù)流程.(1)垃圾分揀.將垃圾中的塑料,玻璃,金屬等無機組分分離出去,剩下有機物(廚余,果皮)和一些碎石塊等被送往第二車間.(2)好氧堆肥.有機垃圾破碎,調(diào)整水分后用微生物進行初級耗氧發(fā)酵.處理過程中會發(fā)熱產(chǎn)生較高的溫度(5570

13、),可以殺死垃圾中的病原微生物,寄生蟲卵和植物種子等.這一過程需要30d.主發(fā)酵時垃圾表面覆蓋23cm厚的蚓糞,可以保溫除臭.經(jīng)過初級發(fā)酵處理,當溫度降到4045時,就可以將垃圾送往蚯蚓分解處理池繼續(xù)處理.(3)蚯蚓池.垃圾處理池是專門設(shè)計便于通氣和散熱的裝置,經(jīng)過初步發(fā)酵分解的垃圾在灑水降溫后送人此裝置.裝置中的蚯蚓種群數(shù)量隨著垃圾的量蚯蚓食物的變化而變化.在這一過程中,有機物在蚯蚓和微生物的共同作用下繼續(xù)分解,被蚯蚓吞食后形成顆粒狀從裝置的底部排出.(4)篩分過程.將蚓糞和其他雜物分開,最后所得有機肥可用作花肥或回田,無機垃圾相應(yīng)回收.臣墅.''''一精揀車

14、間,肥料提取l丁篩分匣rr一l肥料,飼料fl用于制藥,化工,原料l圖1蚯蚓處理城市生活垃圾技術(shù)流程利用蚯蚓處理有機垃圾就是一個物質(zhì)再循環(huán)過程,在這一過程中蚯蚓和微生物的協(xié)同作用加速了有機物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化,最終經(jīng)過蚯蚓消化后變成可利用的產(chǎn)品.利用生物方法處理有機垃圾不僅成本較低,無二次污染,而且使有機廢物再生,增值,因此具有很高的推廣應(yīng)用價值.如果將生物處理垃圾和傳統(tǒng)的垃圾處理方法結(jié)合起來,將其中的有機部分再生利用,而其余部分則通過其他方法分別處理,形成一條綜合處理的辦法.就能獲得最佳的生態(tài)和經(jīng)濟效益.如徐蘇娟等報道的一個垃圾處理工藝將垃圾中的有機物通過微生物發(fā)酵為有機肥;廢塑料,橡膠用于燒制汽油

15、;細灰,沙礫直接制磚;石子,碎磚等用于農(nóng)村鋪砂石路,使處理垃圾和制肥兩大工藝相互補充,實現(xiàn)垃圾減量化,效益化".4.2.1蚯蚓處理垃圾過程中的關(guān)鍵影響因素(1)溫度:蚯蚓分解處理溫度應(yīng)控制在1529cC,最好是25左右.但也有資料表明,20為最適溫度'.(2)pH值:堆肥以中性為宜.(3)濕度:蚯蚓體內(nèi)含水量80%左右,喜歡潮濕的環(huán)境,堆肥含水量要求在60%以上,但水分不宜過多,否則會引起缺氧.(4)蚯蚓品種:在利用蚯蚓處理城市垃圾時,首先要優(yōu)選出適當?shù)南矚g有機質(zhì)和能忍受較高溫度的蚯蚓品種.目前世界上生存的蚯蚓有6000多種,根據(jù)食性和生態(tài)功能大致可分為表層種,內(nèi)層種,深層種

16、3類.但適宜人工大規(guī)模養(yǎng)殖的蚯蚓一般應(yīng)具有3個生物學(xué)特點:種群呈集中分布,能高密度地生長并保持旺盛的活力,有高的繁殖率和適應(yīng)環(huán)境能力.試驗表明,適于養(yǎng)殖且能吃生垃圾的是愛勝蚓屬的大平2號,美國紅蚓等.5處理垃圾后產(chǎn)生的蚓糞和蚯蚓的主要用途5,1蚓糞的用途5.1.1蚓糞是優(yōu)質(zhì)生物肥,可改良土壤,提高植物產(chǎn)量用蚯蚓處理垃圾,不僅環(huán)保,而且可生產(chǎn)出高品質(zhì)綠色肥料蚓糞.蚯蚓糞是一種氮,磷,鉀含量齊全,并含有大量有機質(zhì),腐植酸的黑色顆粒肥料.與其他肥料相比,蚯蚓糞具有衛(wèi)生,無異味,顆粒狀,吸水,保水,透氣性能強等特點.農(nóng)業(yè)部肥料質(zhì)檢中心對天津市寧河縣蚯蚓購銷養(yǎng)殖總場生產(chǎn)的蚯蚓糞測定,蚯蚓糞含有機質(zhì)0.4

17、2g/kg,腐植酸0.26g/kg,氮0.014g/kg,磷0.01g/kg,鉀0.1g/kg,并含多種微量元素和l7種氨基酸,是種花養(yǎng)草,園林花卉,溫室大棚的高檔有機肥,又是瘠薄,長期施用化肥板結(jié)土壤的改良劑,而且能改造鹽堿地,其優(yōu)點是化肥和農(nóng)家肥都無法比擬的¨.蚓糞可顯著提高草莓鮮果產(chǎn)量,并能改善其品質(zhì),配施蚓糞處理的肥料效應(yīng)明顯優(yōu)于對照處理和單施氮,磷,鉀化肥處理;蚓糞同樣可提高大田栽種草莓的生物量和產(chǎn)量,并明顯提高土壤中的微生物量.5.1.2蚓糞是優(yōu)質(zhì)飼料蚓糞中含有甘氨酸等l7種氨基酸,富含蛋白質(zhì),無異味,是配合飼料的組成原料之一,與其他飼料搭配飼喂畜禽,有助于解決蛋王丹丹等

18、:蚯蚓處理城市生活垃圾的現(xiàn)狀與趨勢1白質(zhì)飼料不足的問題.5.1.3蚓糞對植物病蟲害有抑制作用胡艷霞等研究發(fā)現(xiàn),蚯蚓對農(nóng)業(yè)有機廢棄物進行生物降解的產(chǎn)物蚓糞,在一定程度上能夠控制蔬菜類植物黃瓜苗期土傳病害的發(fā)生,并表現(xiàn)出明顯的促進植物生長的效應(yīng);并從新鮮蚯蚓糞中成功分離到拮抗活性強,抗菌性廣的拮抗微生物.5.1.4蚓糞還可用于修復(fù)重金屬,農(nóng)藥等污染的土壤由于蚓糞具有強大的表面積,可吸附重金屬,減少植物對重金屬的吸收,從而遏制重金屬進入食物鏈,是一種有效的重金屬鈍化劑.宋書巧等也發(fā)現(xiàn),城市垃圾堆肥可代替土壤用于尾礦區(qū)植物重建,堆肥可促進銀合歡植物量提高,同時降低重金屬向植物的遷移率.但同時很多研究發(fā)

19、現(xiàn),一些蚯蚓對重金屬污染有一定的耐性_2,這些蚯蚓不僅可提高土壤中有效態(tài)養(yǎng)分量,還可改變土壤中重金屬的形態(tài),促進重金屬向植物易吸收態(tài)轉(zhuǎn)變,從而提高植物中重金屬吸收量,促進植物對污染土壤的修復(fù)效率j.5.1.5蚓糞中含激素類物質(zhì),可促進植物生長近來有研究發(fā)現(xiàn),蚓糞中含有IAA,GA等激素類物質(zhì),這些激素類物質(zhì)可調(diào)節(jié)植物生長,促進植物細胞分裂,根系伸長.現(xiàn)在蚓糞中植物激素的測定方法已經(jīng)很成熟.Lueiano等也發(fā)現(xiàn)蚓糞中存在生長素,可促進玉米種子根冠細胞分裂,同時顯著提高根細胞膜上H一ATP酶的活性.由于蚓糞中激素類物質(zhì)一般吸附在腐殖質(zhì)大分子上,因此從蚓糞中提取的FA對植物生長也具有類似激素的促進

20、作用,相同速效養(yǎng)分條件下,FA對萬壽菊,花椒,西紅柿等植物生物量,葉面積有明顯促進作用J.5.1.6蚓糞是天然脫臭器除以上種種用途外,蚓糞還可作為天然脫臭器.蚓糞是具有很高孔隙率和比表面積的顆粒狀物質(zhì),是臭氣的高效吸附劑;蚓糞中含有大量微生物,對臭氣物質(zhì)具有良好的吸收凈化功能.垃圾堆肥主發(fā)酵時,如果在垃圾表面覆蓋23em厚的蚓糞,可以很好地保溫除臭.從蚓糞堆積的特殊形狀,及其富含豐富的微生物的角度看,蚓糞是一種良好的生態(tài)除臭器.5.2蚯蚓的作用處理垃圾后的蚯蚓體可以用作優(yōu)質(zhì)蛋白飼料喂養(yǎng)家畜,或用作化工原料.蚯蚓本身可人藥,但是由于垃圾中有毒,有害物質(zhì)較多,蚯蚓體內(nèi)會有相應(yīng)累積_3,所以不建議使

21、用蚓體作為藥品原材料.6在我國用蚯蚓處理垃圾目前存在的問題(1)蚯蚓是低等動物,在處理垃圾過程中容易逐步退化,因此在如何利用雜交技術(shù)以獲得高效蚓種方面仍要進一步研究.(2)摸索適合蚯蚓生長的垃圾配比,垃圾和土壤的配比也是亟待解決的問題.(3)由于垃圾中有毒有害物質(zhì)較多,重金屬含量往往很高,用蚯蚓處理后的蚓糞中重金屬有累積作用L37j,這樣的蚓糞施人土壤后可能會引發(fā)二次污染.如何有效地去除垃圾中的重金屬等有毒物質(zhì)也是我們應(yīng)該解決的問題.(4)提高人們的環(huán)保意識,完善我國垃圾分類收集制度也會利于垃圾資源化,將生物處理垃圾和傳統(tǒng)的垃圾處理方法結(jié)合起來,將其中的有機部分再生利用,其余部分通過其他方法分

22、別處理,對垃圾形成一套綜合處理的辦法,才能真正實現(xiàn)垃圾資源化.7結(jié)論和展望蚯蚓以腐爛有機物為食,動植物殘體必須經(jīng)蚯蚓等土壤動物加工,才能被土壤微生物進一步分解,目前許多國家利用蚯蚓來處理生活垃圾,有機廢物和凈化污染水體.美國洛杉磯市蚯蚓養(yǎng)殖場有l(wèi)0萬余條蚯蚓,每月可處理垃圾75000t.加拿大安大略省克勞克利用蚯蚓每天處理垃圾20t,同時獲得十幾噸蚓糞和大量鮮蚓.陳玉水等通過養(yǎng)殖蚯蚓對閩南地區(qū)香蕉假莖葉,菠蘿加工皮渣等廢棄植物資源加以凈化,排除了環(huán)境污染的隱患,同時產(chǎn)生蚯蚓蛋白體,處理的殘渣,還有優(yōu)質(zhì)的有機肥料9'.綜上所述,建立蚯蚓養(yǎng)殖場作為城市垃圾的處理補充系統(tǒng),以解決城郊環(huán)境污染

23、問題,同時實現(xiàn)垃圾處理的減量化,無害化,資源化和產(chǎn)業(yè)化,具有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益.因此用蚯蚓處理城市生活垃圾是垃圾處理的一個重要發(fā)展方向.參考文獻:1孫艷,陳秋玲,劉偉.城市生活垃圾的處理方法J.中國資源綜合利用,2003,(10):2729.2羅瑋,曾光明.城市生活垃圾堆肥過程控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展J.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2004,5(2):610.3陳玉成,皮廣潔,黃倫先,等.城市生活垃圾蚯蚓處理的因素優(yōu)化及其重金屬富集研究J.應(yīng)用生態(tài),2003.14(11):200620lO.4黃福珍,張與真,楊夫瑞.蚯蚓改土及綜合利用A.見:裘明華.蚯蚓的養(yǎng)殖與利用c.重慶:重慶出版社.1984

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