1、蚯蚓生物堆肥技術處理城市污泥及系列產品開發節選。3蚯蚓生物堆肥技術概述3.1 蚯蚓堆肥處理技術機理蚯蚓堆肥技術是基于蚯蚓在自然生態系統中所具有的促進有機物質分解轉化功能以及固體廢棄物堆肥處理的根底上，開展起來的一項針對城市生活垃圾、農業廢棄物和城市生活污水污泥中的有機局部的生物處理技術。它是在污泥堆肥根底上引入蚯蚓，蚯蚓在堆肥處理污泥過程中，尋覓適宜的營養物質作為食物，污泥進入蚯蚓體內到最后以蚯蚓糞的形式排出，相當于一套完整的污泥處理工藝，此間既有蚯蚓體內分泌物的化學作用以及蚯蚓體內腸道微生物的生化作用，還有研磨、消化等物理化學作用，其整個流程如圖。在整個過程中，不僅有蚯蚓的吞噬消化作用，而且

2、由于蚯蚓在污泥中的活動再加上其特殊的生物學功能，加速了污泥中的微生物的活動，蚯蚓與微生物協同作用從而加速污泥中有機物質的分解轉化。出泥未達標污泥進泥碳酸鹽腺液酶類物質膠類物質預處理消化研壓磨碎圖3.1 蚯蚓堆肥處理污泥流程圖與其它國內目前國內普遍使用的處理技術相比，它克服了污泥資源化最大的限制因素，避開了其它技術的缺點，充分表達了其優越性。與污泥農用技術相比，它解決重金屬污染的難題；與填埋技術相比，它不僅不需要大量的土地，而且徹底解決了污泥的問題，而填埋并未最終防止環境污染，而只是延緩了污染發生的時間；與燃燒相比，它不需要巨額投資而且也不產生二次污染；與堆肥技術相比，它可以縮短污泥的堆肥周期，

3、解決了重金屬殘留問題，提高了養分增加了肥料中的微生物。3富集重金屬污泥中含有多種重金屬、有機污染物和病原物，這些環境危險物質隨污泥進入土壤，對生態環境平安和人類健康帶來風險，甚至構成威脅。其中，污泥中重金屬含量的增加對人類、動物、植物和土壤生態系統存在的潛在危害一直是人們所關注的環境問題，因城市污泥中的重金屬具有難遷移、易富集、危害大等特點，因此把城市污泥所含的重金屬問題看作是限制其農用的主要障礙。目前去除污泥中重金屬的方法主要使用無機酸絡合劑或者利用微生物將污泥中的重金屬浸提到液相中加以去除，而近年來利用生物的某些習性來適應、抑制和改進重金屬污染的生物治理法已成為人們關注的熱點之一。研究說明

4、，蚯蚓是一種能提高土壤肥力的環境生物，且對重金屬具有富集作用，利用它可以處理城市垃圾、工業廢棄物以及農藥中重金屬等有害物質。3改變水分存在形態，縮短堆肥時間濕污泥中的水分主要以間隙水的形態存在，這種形態的水在自然條件下很難去除，因此污泥的干化需要時間較長，導致占用更多的土地作為干化場地，增加污泥處理本錢。在蚯蚓堆肥處理污泥的過程中，經過蚯蚓的吞食，污泥中的細胞結構在蚯蚓腸道內被破壞，有機物質被蚯蚓吸收，從而在很大程度上改變了水的存在形態，更加有利于水分的蒸發，縮短了污泥的干化時間，從而大大增加了污泥的減量化速度。污泥經蚯蚓處理后，含水量可有83.3%降至56.3%，明顯低于?城鎮污水處理廠污染

5、物排放標準?中規定的污泥穩定化、無害化處理要求：含水率65%。更重要的是蚯蚓糞具有很好的團粒結構以及空隙度，通氣性好、排水性好，可大大縮短后期干化時間。3改善污泥儲運中心的周邊環境，減少大氣污染蚯蚓堆肥技術對處置場地的土壤環境要求不高，因此可以利用各種鹽堿地、沙地等無法耕作或利用的廢棄土地進行處理。并且可以充分利用蚯蚓糞以及蚯蚓到達改進當地土壤的目的。由于污泥中含有大量有機質，并且其性質極不穩定，因此在集中堆放或者大規模的堆肥過程中，會釋放出大量的NH3、H2S等有毒有害的惡臭氣體。這些氣體嚴重污染著周邊大氣環境，危害著工作人員和周圍居民的身體健康。污泥在經過蚯蚓堆肥處理后，產生的蚯蚓糞便含有

6、大量的微生物群落和復雜的有機化學成分，并具有特殊的物理結構，可以改善污泥的各種理化結構，具有生物除臭和物理除臭的作用，從而消除污泥臭味。3投資少，見效快蚯蚓堆肥技術最重要的特點就是其所具有成長性，蚯蚓堆肥處理污泥的過程即是蚯蚓自身繁殖生長的過程。因此，隨著處理時間的延長，蚯蚓的生物量也在不斷的增加，相應的污泥的處理量也在逐漸增大。以北京蚯蚓技術研究所引進的10t污泥處理專用蚯蚓為蚓種，進行繁殖。每月蚯蚓的保守增殖量為30%，在場地基建等設施建設得到保障的前提下，只需經過15個月的繁殖，每天處置量可以到達500t相當于北京市日產污泥量的20%；18個月可以到達1000t；24個月就可以到達300

7、0t，即可滿足北京市進行污泥處理處置的需要。3產品的高值化蚯蚓堆肥處理的產品為生物肥料蚯蚓糞和兼有飼用、藥用等多種開發價值的蚯蚓。蚯蚓以其特殊的生物學功能，與環境中的微生物協同作用加速污泥中有機物質的分解轉化。由于蚯蚓體內具有豐富的酶系統，被蚯蚓吞食的物質經過2-3小時體內酶的作用，就形成了微生物、酶類、無機物質高度融合的肥料。產生的蚯蚓糞作為有機肥具有營養全面、肥效持久、保水、保肥能力強，增強植物抗病、防病能力，改進土壤，改善作物品質，降低硝酸鹽含量等顯著優勢。以蚯蚓糞代替草炭土作為有機肥的生產原料用于城市綠化、草坪施肥、大田作物、有機蔬菜及果樹的種植相對于其他有機肥具有非常明顯的性價比優勢

8、。蚯蚓糞粒比普通土壤中的N素多5倍，P多7倍，K多11倍，鎂多3倍。酸堿為中性，并含有豐富的的銅、鋅、鉬、硼等植物生長的微量元素。蚯蚓糞粒又是鞏固的團粒結構，保水性和排水性都很強，長期使用也不會分散或壓密，這是任何有機肥料所沒有的特性。此外，就蚯蚓本身兼有飼用、藥用等多種開發價值的，而且蚯蚓體富含動物蛋白，這些蛋白具有抗菌和抗病的醫藥功能，易于利用現代生物工程技術開發高值化的產品。3.3 蚯蚓堆肥處理污泥技術國內外開展現狀利用蚯蚓堆肥技術處理利用城市污泥，這項技術不僅工藝簡便、費用低廉，而且既可生產生物有機肥料，又可生產優質的動物蛋白。在整個處理過程中不會對環境產生二次污染。利用蚯蚓堆肥技術處

9、理污泥在國外一些國家已經得到了大規模的應用，其中最具代表性的就是我們的近鄰韓國。在韓國，以往的污泥處置方式主要以投海72%為主，輔以填埋、燃燒等處置手段。但是自2003年7月1日以后，污泥已經禁止填埋、投海，并且出于燃燒處理費用高昂且導致地球變暖等因素考慮，韓國從印度引進蚯蚓品種進行馴化建立了一整套利用蚯蚓規?；D化污泥的技術。首爾市污泥32%以上是由蚯蚓處理日處理污泥150tt，在韓國國內起到了重要的示范帶頭作用。首爾污水處理廠蚯蚓堆肥處理污泥工程主要經營單位包括韓國國立環境研究院、南極污水處理事務所和韓國綠色環境公司。其中韓國國立環境研究院提供技術支持；南極污水處理事務所提供閑置場地；韓國

10、綠色環境公司負責具體實施以及產品營銷。韓國通過采用政府扶持，科研院校與企業相結合的模式，利用蚯蚓來生物轉化污泥徹底到達了污泥的資源化的目的。在我國，在上世紀80年代初，曾出現過有關利用蚯蚓進行污泥處理的研究報道，這可能也是在我國出現最早的關于利用蚯蚓進行污泥處理的研究。近年來，隨著污泥問題的日益突出，相關的研究在我國的一些城市北京、上海、西安已經展開，而且有的已初具規模。但由于其是一項新型的技術，真正規?；睦抿球緛硖幚砦勰嗄壳霸谖覈€沒有推廣。3.4技術的可行性分析技術研究根底條件北京蚯蚓技術研究所，多年來一直以“堅持經濟效益、社會效益和環境效益的統一，促進環境、經濟、社會持續穩定協調開展

11、為指導思想，致力于利用蚯蚓處理生活垃圾、畜禽糞便及相關產品開發方面的研究。研究所與中國農業大學合作，走出一條產研相結合的道路，具有雄厚的技術研究根底和實驗條件以及一支高水平的研究隊伍，自主開發的技術及產品獲專利十多項。l 蚯蚓糞除臭方法及其除臭裝置專利號：ZL200310101736.X；l 一種蚯蚓抗菌肽的生產方法專利號：ZL00136778.1；l 一種蚯蚓生物反響器專利號：ZL02208871.7；l 飼用蚯蚓復合酶及其生產方法專利受理號：00122133.7；l 飼用蚯蚓氨基酸鋅及其生產方法專利受理號：00122131.0；l 飼用蚯蚓氨基酸銅及生產方法專利受理號：00122130.2

12、；l 蚓菌混合酶解制造雙酸葉面肥專利受理號：00122132.9；l 紅蚯蚓生態肥及其生產方法專利受理號：01111564.5；l 紅蚯蚓肥精及其生產方法專利受理號：01111449.5；l 紅蚯蚓氨基酸螯合肥生產新工藝專利受理號：00104213.0；l 一種蛋白質酶解生物反響器專利號：ZL002375362；l 一種蚯蚓強化蛋白飼料及其生產方法專利受理號：00118531.4。蚯蚓人工養殖高產技術和蚯蚓加工技術均為中國農業大學的科技成果和專利。其中蚯蚓人工養殖高產技術和蚯蚓氨基酸加工技術先后獲得山東省科技進步二等獎；蚯蚓生物反響床設計為中美合作工程技術；另外有兩項技術為國家十五科技攻關工程

13、和國家863技術成果，局部成果已經在寧夏、云南等地推廣應用，取得了較滿意的經濟和社會效益。這些技術主要來自：國家自然科學基金工程、中美國際合作工程、國家留學人員回國基金工程、山東省重點科研工程、云南省校合作工程、國家博士后基金工程。整體居國內領先水平，局部技術填補國內空白。3 前期研究成果為了能獲得蚯蚓堆肥處理污泥技術在北京應用可行性的充分依據，研究所在中國農業大學生物質綜合利用與轉化實驗室與北京市大興區龐各莊污泥轉運站開展了為期4個月小試研究日處理規模為處理1t，隨后又進行了日處理規模為10t的中試試驗，試驗的研究結果說明，利用蚯蚓堆肥處理污泥從技術上是可行的。具體的研究結果如下： 對污泥含

14、水量的調節蚯蚓堆肥處理污泥過程中可明顯降低污泥的含水量，由83.3%降至56.3%，低于?城鎮污水處理廠污染物排放標準?中規定的污泥穩定化、無害化處理要求含水率65%。更重要的是污泥經蚯蚓堆肥處理后產生的蚯蚓糞具有良好的團粒結構以及孔隙度，通氣性好、排水性好，可大大縮短后期干化時間。 對污泥重金屬的吸收、富集通過對處理前后污泥中的重金屬含量的測定，測定結果說明蚯蚓具有富集Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Hg、As等重金屬的能力，且對局部重金屬的富集能力較高。接種蚯蚓可以明顯減少污泥的浸出毒性。圖3-1蚯蚓堆肥處理污泥過程中對重金屬的影響 對營養成分的影響城市污泥中含有大量的N、P、K及有機質，而

15、且N、P以有機態為主，還有大量的鐵、鋁、鈣、鎂、硫、鈉等元素，在蚯蚓作用下能迅速分解、轉化，成為自身或其他生物易于利用的營養成分。實驗過程中，對蚯蚓堆肥處理前后污泥中的組分進行了測定，測定結果見表3-1。表3-1 蚯蚓堆肥處理前后污泥中組分對照表工程有機質%pH總氮%總磷%總鉀%處理前污泥4.564.80.處理后污泥從表中可以看出，經過蚯蚓堆肥處理后，污泥中的總磷、總氮、有機質指標均有所提高。這與其它研究結果完全一致，原因是通過蚯蚓活動對污泥的研磨等途徑，加速污泥中氮的循環轉化和水溶性有機物質的降解，同時蚯蚓在自身的新陳代謝過程中，也可以排泄物的形式向污泥中釋放含胺類和水溶性有機物質的蚓糞，宏

16、觀上表現為污泥中總氮含量增加。 對病原微生物的處理效果蚯蚓堆肥處理污泥9天后4種致病指示生物均滿足?城鎮污水處理廠污染物排放標準?GB18918-2002的要求。表3-2 蚯蚓堆肥4種致病原指標生物處理結果(減少率%)指示生物指示生物起始水平(均值)3d(%)6d(%)9d(%)糞大腸桿菌實驗堆8.66×109MPN/g對照堆8.33×109MPN/g沙門氏菌實驗堆4.63×109cells/25 ml100.對照堆5.03×109cells/25 ml腸道病毒實驗堆197 000 PFU/4 g對照堆173 000 PFU/4 g蛔蟲卵實驗堆826 0

17、00個/g對照堆841 000個/g3.4.3工程應用實例在小試和中試試驗取得成功后，又與北京桑德環保產業集團北京肖家河污水處理廠合作開展了日處理規模為20t的工程工程，到目前為止，該工程已經順利進行了7個月，工程正在按照預先設計的模式穩定運行。運行過程的各項參數與小試和中試的試驗結果根本吻合。3.4.4可行性分析結論前期的研究和工程應用的結果說明，采用蚯蚓堆肥技術處理污泥在是可行的。這是因為蚯蚓堆肥技術是近年來根據蚯蚓在自然生態系統中具有促進有機物質分解轉化功能而在固體廢棄物堆肥處理的根底上，開展起來的一項針對有機廢棄物的生物處理技術。蚯蚓以其特殊的生物學功能處理轉化有機廢棄物，涉及到重建一

18、個物質再循環過程，蚯蚓與環境中的微生物協同作用加速污泥中有機物質的分解轉化，并最終形成一種可以利用的產品。利用生物方法來處理城市污泥不僅本錢較低，沒有二次污染，而且使有機廢棄物再生增值，因此具有廣泛的推廣應用價值。處理過程中，因為蚯蚓生態系統集濃縮、調理、脫水、穩定、處置和綜合利用于一身，可以將污泥全部進行分解和吸收。蚯蚓可以調節污泥酸堿度，降低污泥碳氮比，處理后污泥剩余物中氮、磷、鉀都得到提高。蚯蚓堆肥處理對污泥中的重金屬、致病微生物、殺蟲劑等有毒有害物質均有很好的降解作用。脫水新鮮污泥不需要堆肥發酵或老化可以直接使用蚯蚓堆肥技術進行處理。蚯蚓堆肥處理污泥無論在能耗、物耗還是二次污染物的數量

19、方面均表達了最小化的優勢。大規模蚯蚓堆肥技術提供了替代傳統堆肥和石灰穩定法的一種生態的、商業性的、可持續的穩定法，用以解決污泥的最終處置問題。4蚯蚓堆肥技術處理城市污泥工程設計方案以多年的研究成果為根底，結合目前污泥處理處置和資源化過程中面臨的種種難題，故設計出一套比擬適合目前國內情況蚯蚓生物堆肥技術處理污泥的工藝流程，其處理過程及后續產品的卡法的工藝流程設計思路如圖4.1：蚯蚓糞蚯 蚓蚯蚓堆肥高效轉化技術新鮮污泥調節劑微生物制劑有 機 肥除 臭 劑環境修復劑蛋白質產品氨基酸產品醫 藥 產 品科學配方生物技術圖4.1 蚯蚓生物堆肥技術處理污泥及其后續產品加工流程圖4.2 關鍵技術4.2.1蚓種

20、的選育蚯蚓生物堆肥技術處理污泥是在總結了蚯蚓堆肥技術處理畜禽糞便和農業有機垃圾成功經驗的根底上，逐漸開發出來的。污泥不僅含水率高，而且還含有大量有毒有害的物質，對于這樣惡劣的生長環境，一般的蚯蚓是很難適應這樣的生存環境，一旦蚯蚓被投放到污泥中，蚯蚓或逃逸或死亡，因此蚓種的選擇、培育和馴化是關系到該項技術能否成功實施的關鍵。通過多年致力于蚯蚓處理廢棄物研究，我們已經成功掌握這項關鍵技術。4.微生物菌劑微生物制劑開發也是該項技術能夠廣泛應用的重要一環。由于污泥中的惡劣生長環境，會對蚯蚓處理污泥的效率和自身的繁殖有一定影響，為了改善蚯蚓在堆肥處理污泥污泥過程中的生境，更進一步提高蚯蚓堆肥處理污泥的效

21、率，在蚯蚓堆肥過程中添加一定量特殊的微生物制劑以到達提高污泥處理效率和蚯蚓繁殖率的目的。4.2.3蚯蚓糞產品開發技術為了使后續產品蚯蚓糞有更高的附加值，經過多年的研究，結合蚯蚓糞的特定，成功掌握了蚯蚓糞功能性產品的開發技術。以蚯蚓糞為原料，可以開發出以下產品。1生物有機肥蚯蚓糞中富含細菌、放線菌和真菌。這些微生物不僅使復雜物質礦化為植物易于吸收的有效物質，而且還合成一系列生化物質，如酶、肽、糖、氨基酸、維生素等以及植物激素，因此可以根據蚯蚓糞的生物學特性和化學特性，開發出具有營養、抗病、改進土壤環境的新型多功能有機肥。蚯蚓糞是一種能替代草炭的新型有機栽培基質，用來作為有機肥廠的生產原料具有明顯

22、的性價比優勢。2除臭劑隨著人們生活水平的提高和環保意識的增強，污水處理廠以及污泥轉運站的惡臭氣體對周邊大氣環境的污染，周邊居民圍困封堵污水處理廠以及污泥轉運站的事件屢有發生。由于蚯蚓糞具有極好的團粒結構和豐富的有益微生物，可以起到生物除臭和物理除臭的作用。因此蚯蚓糞可以就近作為污泥轉運站或城市垃圾填埋場的覆蓋物、養殖場廢棄物的除臭材料。3環境修復劑利用蚯蚓糞的物理特性極好的團粒結構，具有吸附作用開發出可以對土壤重金屬污染的進行生態修復的環境修復劑。蚯蚓綜合加工蚯蚓是一種繁殖率非常高的土壤動物，只要條件適宜，它一年四季都在繁殖，因此蚯蚓在處理污泥過程的同時，也是它繁殖的過程，而蚯蚓本身又是一種富含高蛋白的，可以作為飼料或藥用的非常好的原料，因此繁殖過剩的蚯蚓還可以提供應制藥廠進行藥用成分蚓激酶的提取。4.3工程根底投資和運行本錢與其它污泥資源化得技術，本技術具有工藝簡單、易操作，根底工程投資和運行本錢低的特定，根底投資和運行本錢比照詳見下表：序號污泥資源化工藝總投資萬元/t運行本錢元/t備注1填埋709090150根底投資是將工程的總投資根據工程規模折算所得，其中運行本