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餐廚垃圾、綠化廢棄物以及生活污水處理廠排出的剩余污泥是城市運營中數量最大，也是最具有資源化利用價值的有機固體廢棄物。隨著環(huán)境治理標準的提高，餐廚垃圾的分類、集中處理和剩余污泥的無害化正逐步被制度“固化”，然而，就上述廢棄物的處理、處置技術而言，尚有效率和成本上進一步研究的必要。在安全處理有機固體廢棄物的技術方面，蚯蚓生物堆肥技術（或者稱為蚯蚓生物分解處理技術，vermicomposting）被認為是一種新型的、很有前景的可持續(xù)環(huán)保技術[1-3]。該技術利用蚯蚓特殊的生態(tài)學功能，與環(huán)境微生物協同作用加速分解和轉化有機物質，是有機固體廢棄物無害化、減量化和資源化的重要途徑之一。我們前期進行的蚯蚓堆肥研究表明，城市生活污泥中雖然重金屬含量不高，具有堆肥農用的潛力，但有機質含量不太豐富，碳氮比（C/N）較低，適口性不佳，而且含水率高、透氣性差，單獨堆肥效率不高。餐廚垃圾具有高含量有機質和營養(yǎng)元素全面的特征[4]，而且適口性好；綠化廢棄物如枯枝、樹葉和雜草等富含纖維素、半纖維素，碳氮比高，結構疏松、透氣性佳[5]。因此，如果將餐廚和綠化垃圾配合剩余污泥共同作為堆肥基質，理應可以提高蚯蚓堆肥的效率，而且由于“稀釋”作用，可以天然降低有害物質的含量，大大拓寬堆肥最終產品的安全應用范圍。
本文探討餐廚和綠化垃圾與剩余污泥不同配比混合物料對蚯蚓堆肥效率的影響，為城市有機固體廢棄物的資源化利用技術提供參考依據。
1材料與方法
1.1試驗材料
蚯蚓品種采用“大平二號”蚯蚓Eisenia foetida，由本實驗室蚯蚓繁殖基地提供。餐廚垃圾取自廣東藥學院學生食堂；綠化垃圾取自廣州大學城綠化垃圾堆放點；剩余污泥取自廣州市瀝滘生活污水處理廠，上述物料部分理化性狀見表1。
表1蚯蚓堆肥基質材料理化指標
1.2試驗方法
1.2.1基質處理和配比
新鮮餐廚垃圾經分揀、脫鹽后利用粉粹機破碎至5mm以下，混合均勻備用，無需發(fā)酵。綠化垃圾經粉粹機破碎至1cm左右，混合均勻備用。新鮮污泥使用前要反復攪拌使有毒氣體排盡并保證物料均質。為了探討餐廚、綠化垃圾改善蚯蚓堆肥處理污泥效率的最佳比例，本研究在保證污泥比例占主體（不低于70%）的情況下構建了6個基質配比處理組，按照剩余污泥：餐廚垃圾：綠化垃圾的質量（干質量）比順序，分別為100/0/0、90/5/5、80/10/10、70/15/15、70/20/10和70/10/20，采用攪拌機按照上述配比將基質混合均勻待用。為了營造適宜蚯蚓生活的環(huán)境，需要在蚯蚓和食物基質之間構造緩沖帶[6]。本試驗采用經充分淋洗并瀝干后的蚯蚓糞（含水率74.21%）作為緩沖基質。
1.2.2蚯蚓培養(yǎng)
在大小尺寸為12cm×12cm×10cm，上有蓋、側面四周具透氣孔、底部有透水孔（50目細紗網覆蓋防逃逸）的塑料缽中培養(yǎng)蚯蚓。每缽接種個體質量為200mg左右的蚯蚓10條（濕質量）和緩沖基質蚯蚓糞300g（干質量），平衡48小時后投加上述各組別的食物基質20g（干質量），并用蚯蚓糞稍稍掩埋，待70%基質轉化為蚓糞時，再覆蓋添料20g（干質量），每3天補充一次水分，平時由頂蓋封閉保濕。如此反復，直至培養(yǎng)結束。每組基質設3個重復，暗室恒溫培養(yǎng)（25±1）℃，整個試驗周期為7周。試驗期間，定期查看，使蚯蚓處于最佳生存狀態(tài)。
1.3分析測定與數據處理
1.3.1理化指標測定方法
所有樣品理化指標（含水率除外）的分析均基于干質量（105℃烘干），每一個樣品測3個重復取平均值。樣品經105℃烘干后測定含水率；pH值的測定：樣品用ddH2O按1:10（m/V）比例混合、攪拌30min、過濾，所得濾液立即測定。總有機碳（TOC）采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法；凱式定氮法測定全氮（TN）含量；釩鉬黃比色法測定全磷（TP）含量；樣品經硫酸-過氧化氫消解后用火焰光度法測定全鉀（TK）含量[7]。
1.3.2蚯蚓生物量和堆肥效率的計算
試驗結束后，去除未被分解的混合基質，蚯蚓、蚓繭、蚓糞分離。蚯蚓水洗后用濾紙吸干水分稱量（鮮質量，不進行消化道殘余物較正）；蚯蚓計數包括蚓繭數、成蚓數、幼蚓數，每個蚓繭按1條蚯蚓計算；剩余基質、蚓糞稱量；培養(yǎng)時間以天計。蚯蚓生物量和堆肥效率按下述公式計算。
混合基質降解速率＝（加入的基質總量－未降解基質量）/（平均蚓質量×培養(yǎng)時間），單位mg?g-1?d-1，其中平均蚓質量＝（實驗開始時蚯蚓總質量＋實驗終止時蚯蚓總質量）/2[6]；
蚓糞生產速率＝蚓糞凈增加量/（平均蚓質量×培養(yǎng)時間），單位mg?g-1?d-1，其中平均蚓質量同上[6]；
蚯蚓日增質量倍數＝（實驗終止時蚯蚓總質量－實驗開始時蚯蚓總質量）/（實驗開始時蚯蚓總質量×培養(yǎng)時間），單位d-1[8]；
蚯蚓日增殖倍數＝（實驗終止時蚯蚓總數－實驗開始時蚯蚓總數）/（實驗開始時蚯蚓總數×培養(yǎng)時間），單位d-1[8]。
1.3.3數據分析
采用SPSS13.0統計軟件，對各試驗數據進行單因素方差分析（ANOVA），在95％的置信度下對不同處理之間的差異性進行比較分析。
2結果與分析
2.1不同配比混合基質中蚯蚓的生長和繁殖率
在整個7周的試驗期間，各組供試蚯蚓生長狀況良好，未發(fā)生蚯蚓死亡現象，其體質量增長和種群增殖也未見異常。本試驗選取日增質量倍數和日增值倍數評價蚯蚓的生長和繁殖率。具體數據見表2。數據表明，實驗開始時各組接種的蚯蚓量十分接近，但實驗結束時，各基質組蚯蚓體質量出現較大的差異，具體排序為：4組>5組>6組>3組>2組>1組（對照組）。100%污泥基質組蚯蚓質量最低，僅為2.720g，而摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的混合污泥組蚯蚓質量最高，達到6.974g。與對照組比較，其他各組蚯蚓質量差異顯著；蚯蚓質量最高組與其他組比較也存在顯著性差異。與蚯蚓質量排序類似，蚯蚓日增質量倍數和日增值倍數最大組都屬于第4組，分別為0.051d-1和0.057d-1，而100%污泥組則無論從增質量（0.008d-1）還是從增殖（0.008d-1）來說都是最小組，同時，統計檢驗表明，各組分別與第1、4組之間比較，蚯蚓的增質量和增殖情況均存在顯著性差異，這說明餐廚和綠化垃圾的摻入可以顯著提高蚯蚓的生長和繁殖速度，而且兩者摻入的比例存在一個最佳值，這從第5、6兩組比較無論從蚯蚓質量、日增質量倍數還是從日增殖倍數差異來說都不顯著可以找到根據。最直接的證據可以從單位干質量基質對蚯蚓增質量的貢獻來看，100%污泥組貢獻最低，每g干質量污泥只能增加8.7mg蚯蚓鮮質量，而其他各組隨著摻入的餐廚和綠化垃圾比例的增加，對蚯蚓增質量的效應越大，其中摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的第4組效應最大，達到23.8mg?g-1。事實上，在試驗過程中可以觀察到混有餐廚和綠化垃圾的組別蚯蚓個體較大，環(huán)帶出現的較早，蚯蚓達到性成熟時間較短，交配時間較早，產繭量高。總之，相對于純污泥來說，摻入餐廚和綠化垃圾可能通過改善污泥基質性狀顯著加快蚯蚓的生長、成熟和繁殖速度。另外，從第4、5、6組之間單位干質量基質蚯蚓增質量效應的差異比較來看，第4組顯著高于第5、6組，但后兩者之間差異不顯著，這進一步表明餐廚垃圾和綠化垃圾二者的相對比例對蚯蚓增質量、增殖效應的影響存在一個最優(yōu)值。
表2不同配比混合基質對蚯蚓生長和增殖的影響
注：字母與數值順序相同，由低到高排序；同列字母相同者表示數值相鄰兩組間不存在顯著差異（P>0.05）；同列字母不同者表示各組間存在顯著差異（P<0.05）；*#表示同列相同字母組間存在顯著差異（P<0.05）；不同列字母間無比較意義。下同。
2.2蚯蚓對不同配比混合基質的降解速率
由于生活污泥、餐廚垃圾和綠化垃圾三者之間的物理性狀和營養(yǎng)成分差異很大，它們對蚯蚓的適口性、營養(yǎng)價值以及為蚯蚓提供的生長環(huán)境都截然不同，因而蚯蚓對不同配比混合基質取食和降解的速度和效率也會有很大不同，具體數據見表3。試驗中發(fā)現，對各組補充物料的次數都不盡相同，一般有1~6次的差異，補料次數多少排序為：4組>6組>5組>3組>2組>1組，其中100%污泥組補料次數最少為5次，而摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的混合污泥組補料次數最高，達11次。蚯蚓分解處理各組基質的降解速率也差異較大。6個組別中，除第1組外，雖然污泥的比例仍然較大，但從整體上來說，隨著餐廚和綠化垃圾摻入比例的增加，蚯蚓對其降解速率也逐漸增加，具體來說，蚯蚓對不同配比混合基質的降解速率順序為：4組>6組>5組>3組>2組>1組。蚯蚓對100%污泥基質的降解速率最低，僅為766.4mg?g-1?d-1；而分解摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的混合污泥的速率最高，達到951.5mg?g-1?d-1。與對照組比較，其他5組降解速率都具有顯著性差異。值得注意的是，第4、5、6組之間，雖然污泥比例都同為70%，但餐廚垃圾和綠化垃圾的比例各不相同，也導致了降解速率的不同。第6組降解速率比第5組高，雖然不具有統計顯著性，但似乎說明餐廚垃圾和綠化垃圾之間并不能相互替代，而是存在一個最優(yōu)比例，這從第4組的降解速率顯著高于第5、6組可以得到證實。另外，第3、5、6組之間的差異不顯著，表明單方面增加餐廚垃圾或單方面增加綠化垃圾的比例都不能顯著提高降解速率，這些數據更加表明餐廚垃圾和綠化垃圾“最優(yōu)比例”的可信度。
表3混合基質的不同配比對蚯蚓堆肥效率的影響
2.3不同配比混合基質蚓糞生產速率的差異
一般來說，蚯蚓對基質的降解速率越大，則蚓糞生產速率也相應越大。從表3可以明顯看出這一趨勢。數據表明，蚓糞生產速率排序為：4組>6組>5組>3組>2組>1組，蚯蚓從摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的混合污泥中生產蚓糞的速率最高，達551.9mg?g-1?d-1，而在100%污泥基質中蚓糞生產速率最低，僅為448.5mg?g-1?d-1。與100%污泥組比較，其他5組蚓糞生產速率都具有顯著的差異性，而且蚓糞生產速率最高組與其他混合污泥組比較其差異也具有顯著性（第6組除外）；同時，第3和第5組之間蚓糞生產速率差異不顯著，這些都與基質降解速率的差異特征相一致。不過稍有不同的是，第6組蚓糞生產速率要顯著高于第3、5組而接近于第4組（差異不顯著），這可能與綠化垃圾木質素、纖維素含量較高不易消化降解有關。在實驗過程中也發(fā)現，摻入20%綠化垃圾的混合污泥明顯比只摻入10%以下綠化垃圾的組別蚓糞生產速率高；而且在第4、6組中，污泥降解后呈松散細顆粒狀，而在其他組別中污泥多呈體積較大的團塊狀分布。
2.4混合基質的不同配比對蚓糞養(yǎng)分含量的影響
蚓糞農用除了不含有毒有害物質外，還要具有比較平衡的養(yǎng)分含量，其中總有機碳、全氮、全磷和全鉀含量是評價污泥資源化的重要指標[9]。混合基質中污泥、餐廚垃圾和綠化垃圾三者理化性狀截然不同，因此，三者的不同配比不僅影響蚯蚓糞的生產速率，還影響其農用品質。混合基質的不同配比對蚓糞養(yǎng)分含量的影響見表4。數據顯示，蚓糞中總有機碳和全鉀的含量受混合基質不同配比的影響較大，而全氮和全磷則影響較小。與100%污泥組比較，其他各組蚓糞總有機碳和全鉀含量隨著餐廚和綠化垃圾摻入比例的增加顯著提高。蚓糞總有機碳含量排序為：5組>4組>6組>3組>2組>1組，以第5組摻入20%餐廚垃圾和10%綠化垃圾為最高，達到255.11g?kg-1；蚓糞全鉀含量排序為：6組>4組>5組>3組>2組>1組，以第6組摻入10%餐廚垃圾和20%綠化垃圾為最高，達6.36g?kg-1。蚓糞中全氮（1組>5組>2組>3組>4組>6組）和全磷（5組>4組>3組>2組>1組>6組）含量的排序與上述兩種養(yǎng)分含量的排序完全不同，全氮和全磷含量都是第6組最低，分別為36.65、11.2g?kg-1，這可能是由于氮磷含量都較低的綠化垃圾的比例較高所致。氮磷在餐廚垃圾中含量較高，因此導致第5組蚓糞的全氮和全磷的含量都較高，特別是全磷含量要顯著高于其他組。但是，總體來說，由于餐廚垃圾對綠化垃圾的氮磷含量能夠大部分彌補，因此蚓糞全氮、全磷含量對餐廚和綠化垃圾的摻入比例不敏感。
3.1討論
近年來蚯蚓堆肥處理剩余污泥的研究逐漸增多，但是這些研究主要集中在處理純污泥時蚯蚓的生長條件、繁殖情況以及污泥理化性質、營養(yǎng)物質和重金屬含量的變化[10-14]，而對通過改善污泥理化性狀提高蚯蚓堆肥效率的研究相對較少。本試驗充分利用了剩余污泥、餐廚垃圾和綠化垃圾三者理化性狀截然不同而又互補的特性，對餐廚和綠化垃圾改善剩余污泥的蚯蚓堆肥效率進行了合理的嘗試。
試驗結果符合預期，并且在保證剩余污泥占主體（70%）的情況下找到了餐廚和綠化垃圾摻入的最佳比例（即15%:15%）。試驗結果表明，增加餐廚和綠化垃圾的總比例可以相應地顯著加快蚯蚓的生長、成熟和繁殖速度，顯著提高對應基質的降解速率和蚓糞生產速率，而且相應蚓糞的養(yǎng)分（總有機碳、全鉀）含量也會顯著增加，總之，餐廚和綠化垃圾的摻入能夠顯著提高蚯蚓堆肥處理剩余污泥的效率。值得注意的是，在二者總比例保持不變的情況下，餐廚和綠化垃圾的相對比例可能存在一個最佳值（即1:1），在此最佳比例下，蚯蚓堆肥的效率達到最高，而在其他比例時其堆肥效率要顯著降低。這一最佳比例的存在說明餐廚垃圾和綠化垃圾是一對典型的理化性狀互補體，偏離最佳比例會導致混合物料理化指標偏離蚯蚓的適宜范圍。事實上，餐廚垃圾和綠化垃圾的等比例摻入不僅可以提高混合污泥的總有機碳和碳氮比，在改善其適口性的同時增加其營養(yǎng)的平衡，而且可以大大改善其郁閉膠結性狀，增加其疏松通氣的功能[15-16]，同時維持其pH值不至于由于餐廚垃圾的摻入而過于酸化。類似的研究如蔡玉琪等[6]所開展的秸稈-污泥的蚯蚓消解效率的研究也表明，作物秸稈的適量（10%~30%）摻入可能通過改變混合污泥的含水率和通氣狀況顯著提高混合污泥的消解速率和蚓糞產生速率；盡管可能由于培養(yǎng)時間不夠長，使得蚯蚓生物量隨秸稈摻入比例的變化不明顯，但蚓糞產生速率的顯著提高，說明蚯蚓的活性及代謝活動已明顯提高，這些都與本文的研究結果相一致。
3.2結論
1）與處理100%污泥相比，蚯蚓處理摻入餐廚和綠化垃圾的混合污泥時其生長和繁殖速率顯著提高；其中摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾時，蚯蚓獲得最大生長和繁殖速率。
2）與處理純污泥相比，蚯蚓處理摻入餐廚和綠化垃圾的混合污泥的降解速率顯著提高；其中對摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的混合污泥的降解速率最高。
3）與純污泥相比，摻入不同配比餐廚和綠化垃圾的混合污泥均能顯著提高蚓糞的生產速率，其中以摻入15%餐廚垃圾和15%綠化垃圾的混合污泥的蚓糞生產速率最高，而綠化垃圾對蚓糞生產速率的貢獻比餐廚垃圾更大。
4）蚓糞總有機碳和全鉀的含量受混合污泥不同配比的影響較大，而全氮和全磷則所受影響較小。與100%污泥比較，混合污泥處理后蚓糞總有機碳和全鉀含量隨著餐廚和綠化垃圾摻入比例的增加顯著提高，其中餐廚垃圾對蚓糞總有機碳的貢獻較大，而綠化垃圾對蚓糞全鉀的影響較大。蚓糞全氮、全磷含量在綠化垃圾占比最大時顯著降低；全磷含量在餐廚垃圾比例最大時顯著提高；其他情況下，全氮、全磷對餐廚和綠化垃圾的摻入比例不敏感。
參考文獻：略
