生活垃圾的蚯蚓資源化處理研究
摘要：闡述了蚯蚓分解生活垃圾的原理及工藝流程，分析了影響蚯蚓活力的關鍵因素和蚯蚓分解各種垃圾的能力。實驗結果表明，環毛蚯蚓處理垃圾宜采用土表覆料法，適宜條件為：溫度23～27 ℃，濕度60％～80％，土壤pH 6～8。蚯蚓在改善土壤含氮量方面有顯著的效果，蚓糞土中含氮量較原土顯著增加，含氮量增加率可達20％以上。
關鍵詞：生活垃圾 資源化 蚯蚓
利用廣褒的生物資源──蚯蚓處理生活垃圾，無疑是解決我國生活垃圾以日俱增、而填埋與焚燒等現行處理方法引發的大氣和地下水污染等問題的良好方案[1]。其不僅能有效降解城市垃圾中的有機物，而且還能通過蚯糞等形式，變廢為寶，實現城市垃圾的資源化。
20世紀50年代未，美國就已培育出專門分解生活垃圾的雜種蚯蚓——紅色蚯蚓，之后在全國推行“后院蚯蚓堆肥法”，并使之工業化[2]。1978年日本建成了月處理生活垃圾0.3萬t的蚯蚓養殖場。2000年悉尼奧運會利用4 000萬條蚯蚓使垃圾能夠就地消化[3-5]。相對于國外來說，我國開展生活垃圾生物處理的工作相對落后。這是由于技術未夠成熟、處理成本高、國人的環保意識不夠強等諸多原因使其未能廣泛推廣應用。鑒于紅色蚯蚓等雜交蚯蚓在我國還較難獲得，筆者采用普通的、容易獲得的環毛蚯蚓進行了蚯蚓分解生活垃圾的實驗，其結果更具普遍意義。
1 蚯蚓分解生活垃圾的原理
蚯蚓是土壤中儲量豐富的生物資源之一，種類多達3000多鐘。常見的環毛蚯蚓隸屬于無脊椎動物、環節動物門 [6]。蚯蚓活動主要是掘洞，吞食有機物和泥土。生活垃圾有機物含量高，可作為蚯蚓繁殖的營養源[2]。蚯蚓的消化道能大量分泌蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、甲殼素酶及淀粉酶等。在這些酶和微生物的作用下，蚯蚓吞食的生活垃圾中的有機物被水解成簡單的碳水化合物、脂肪、醇等低分子化合物，這些物質再與土壤中的礦物質結合成高度融合的有機-無機復合體，最終以蚯蚓糞的形式排出。同時，通過蚯蚓在垃圾中的運動還可以改進垃圾中的水汽交換和循環，改善垃圾中微生物的繁殖環境，從而加強蚯蚓和微生物對垃圾處理的協同作用。蚯蚓的消化能力很強，1億條蚯蚓1 d可吞食40～50 t垃圾，排出20 t蚯蚓糞。蚯蚓是通過皮膚進行呼吸的，在氧含量很低的情況下也能維持生存，因此蚯蚓獨特的生活方式和強大的消化能力為“生態城市垃圾處理”提供了可行性。
2 生活垃圾資源化的蚯蚓生態處理實驗流程
2.1 實驗室蚯蚓養殖條件
（1）培養箱尺寸：10～20 L。
（2）培養箱基質：采用陶土容器，內置一定比例的土壤與生活垃圾的混合物。
（3）通風、攪拌：蚯蚓喜歡空氣，所以在培養箱底、側留有通風孔，以便空氣通過養殖床。定期進行表面攪拌，以避免過度壓實。
（4）濕度：蚯蚓喜歡潮濕的環境，所以每天平均噴水兩次，環毛蚯蚓沒有腮只能通過皮膚進行呼吸，水分過高將會隔斷空氣，故蚓床的含水率控制在60％～80％。
（5）敵害：蚯蚓易受螞蟻侵害，因此箱體應作隔水處理，防止螞蟻爬入。
生產過程實際蚯蚓處理池的蚯蚓養殖條件參照培養箱適當擴大規模進行。
2.2 生活垃圾蚯蚓生態處理流程
利用蚯蚓處理生活垃圾投資少、見效快、無二次污染， 是一種生態處理法，其與好氧堆肥法相結合而形成的綜合生態處理法效果更佳。其處理流程如圖1所示。
 圖1 生活垃圾資源化的蚯蚓生態處理流程示意圖 |
在第一步的好氧堆肥（第一次發酵）過程中，溫度達到55～70 ℃，持續3 d左右，垃圾中大部分致病微生物、寄生蟲卵和蒼蠅幼蟲就會被殺死，從而實現垃圾的無害化處理。然后，此半成品出倉、翻堆使溫度降到30 ℃以下，送入蚯蚓處理池繼續進行處理（相當于延續好氧堆肥中的后發酵）。在堆肥發酵工序中尚未分解的有機物在蚯蚓處理池中，通過蚯蚓和微生物的協同作用充分分解。一般情況下，單純堆肥法的二次發酵需20～30 d，但利用蚯蚓處理等重的半堆肥產品只需2～7 d，因此整個處理周期只需5～15 d，大大縮短了垃圾的處理周期，也有效克服了堆肥過程中存在的弊端。
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蚯蚓與微生物的相互作用是一個非常復雜的過程。蚯蚓消化道里存在豐富的微生物群種。利用蚯蚓處理有機垃圾的一個最根本的原因就是通過蚯蚓與微生物的協同作用可以加速有機物的分解轉化。研究結果表明，加入蚯蚓以后比沒加蚯蚓垃圾中有機物的發酵分解速度提高了3～4 倍，并獲得穩定的低C/N比(10～13) 的產品。應該注意的是，蚯蚓與微生物的協同作用僅限于耗氧細菌。厭氧發酵對蚯蚓有害無利。
3 影響生活垃圾蚯蚓資源化處理的關鍵因素
3.1 蚯蚓處理池的溫度
蚯蚓不耐寒、熱[7]。由圖3可見，溫度對蚯蚓存活率的影響很大，最佳溫度為23～27 ℃，此時其繁殖極快，實驗期內年增量50倍，當溫度小于0 ℃ 或大于35 ℃時，蚯蚓基本無法存活。
 圖3 溫度對蚯蚓繁殖的影響 |
3.2 蚯蚓處理池基質的pH
調節蚯蚓處理池內土壤和生活垃圾混合物的pH，考察其對蚯蚓生長的影響，結果見表1。
表1 蚯蚓處理池基質pH對蚯蚓繁殖的影響
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試驗表明，蚯蚓生存的pH范圍為6.0～8.0，當pH＜5.0或pH＞8.0時，蚯蚓生長受抑，且逃逸現象明顯，易致死。可見，pH對蚯蚓活動能力的影響很大[8]，往往是蚯蚓分解垃圾效果的關鍵。實際操作中應及時用水淋洗或添加石灰調節蚯蚓處理池基質pH至最佳范圍。
3.3 料土比
蚯蚓生長對土壤存在著相當程度的依賴性。將生活垃圾與土壤混合，圖4為蚯蚓處理池中料土比（垃圾/土壤比）對蚯蚓生長的影響。由圖4可知，當垃圾質量分數＞50％，蚯蚓存活率急劇下降，無土時難以成活。其原因為，無土時環境缺氧，垃圾中微生物以厭氧菌為主，其厭氧發酵所產生的甲烷、乙醇和氨等對蚯蚓有害。其中氨的產生量最大，對蚯蚓生長影響也最強烈。進一步實驗表明，料土比對蚯蚓生長影響顯著的根源在于引起物料氮轉化情形的不同（詳見表2）。
 圖4 料土比對蚯蚓生長的影響 |
表2 物料1）氮轉化情形與蚯蚓存活率
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注： 1）物料為陰溝淤泥∶鮮牛糞∶蔬菜下腳料∶木屑混合物的質量比，1#為2.0∶2.0∶4.0∶1.0；2 # 為2.0∶2.0∶2.0∶3.0。
由表2可見，2#樣由于木屑比例高，NH4+-N下降快，3周后蚯蚓存活率比木屑比例低的1#樣高。把木屑換成疏松泥土，也可得此類結果。在其他適宜環境下，限制蚯蚓成活的物料氮轉化條件大致為：NH4+-N≤33 mg/kg，NO3－-N≥40 mg/kg左右。所以采用降低料土比（即用土壤或木屑稀釋物料）方法，可防止NH4+-N含量過高而影響蚯蚓的生長。
此外，蚯蚓處理池的透氣性與濕度的影響也很重要。因為蚯蚓不適宜在缺氧環境生存，所以要注意蚯蚓處理池的透氣性，盡量避免池中缺氧。而且蚯蚓需要一個較為潮濕的生存環境，蚯蚓處理池應避免過干，但積水過濕也會影響蚯蚓的分解能力。以濕度控制在60％～80％較為理想。
4 蚓糞土的肥效評價
蚯蚓分解垃圾過程形成的蚓糞土團粒互相堆疊，有許多毛細空隙，促進游離氣體和水分、肥料深入土壤，滋長微生物，中和土壤pH，改善了土壤結構和理化性狀[9]，促使貧土變沃土。以蚓糞土含氮量增加率為基準，考察土壤中肥力之變化。用凱氏定氮儀測定經環毛蚯蚓處理垃圾1周蚓糞土含氮量[10]，結果見圖5。
由圖5可見，蚯蚓在改善土壤含氮量方面有顯著的效果，以菜葉為主要餌料所得的蚓糞土肥效最高，其含氮量增加率達35.2％，其他生活垃圾所得的蚓糞土含氮量亦有20％以上的增幅。
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