基本信息
- 项目名称：
- 蚯蚓处理对城市污泥稳定性及重金属迁移转化的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过蚓粪和污泥以不同比例配比，通过蚓粪接种对蚯蚓处理污泥重金属形态转化和理化特性的影响方面的研究，探明蚓粪在其中所起到的作用。有望以预期结果为参考依据，利用蚯蚓处理城市污泥并加以适当调控，以进行减量化、资源化、安全化。
- 详细介绍：
- 城市污泥是城市污水处理厂经过各级处理净化污水所产生的沉淀物质。随着污水处理设备的普及和污水处理率的提高，污泥的产量也急剧增加。据统计，目前世界上生产污泥已达1亿吨/年，而污泥的处理费用高达污水厂总运行费用的40%-60%。在我国，农用污泥占了很大比例，原因是污泥中含有丰富的有机质和氮磷钾,是一种很好的有机肥。通过堆肥使污泥N、P、K等含量提高适于农用，但由于污泥中含有重金属物质,阻碍了农用技术的发展。 经过无害处理的污泥能优化土壤结构，增加土壤的有机质，促进作物发育。降低污泥的重金属含量，改善污泥的理化特性是污泥农用的关键。 蚯蚓是环节动物，是维持土壤肥力的重要生物，它们大量吞食有机物质，通过砂囊的机械研磨和肠道内的生物化学作用进行分解和转化，是农田生态系统中土壤循环的一个重要环节。蚯蚓可以富集污泥中的重金属，原因是蚯蚓体内的黄色组织中的黄色细胞具有富集重金属的作用。在微生物的协同作用下，蚯蚓利用自身丰富的酶系统(蛋白酶、脂肪酶、纤维酶、淀粉酶等)将有机废弃物迅速分解、转化成易于利用的营养物质，加速了堆肥稳定化过程。大量研究表明，使用蚯蚓堆肥的污泥重金属含量普遍降低，营养物质含量有所上升，并且对pH，电导率等有所影响。蚯蚓处理污泥源于20世纪70年代，美国的研究者Hartenstein等人在纽约州立大学有目的用蚯蚓处理污泥，之后，其他国家也致力于这项研究中。我国在蚯蚓处理污泥研究方面起步比较晚，杨建采用蚯蚓生态滤池对生物膜污泥进行分解稳定性实验。 蚓粪是一种均一且有自然泥土味的细碎类物质,具有很好的通气性、排水性和高持水量,并具有良好的吸收和保持营养物质的能力,相对于较大的表面积而言,还有利于蚓粪中许多有益微生物的生存.尽管蚓粪中营养物质的种类和含量因所取食原料的不同而不同,但总体来说,蚯蚓所取食的各种有机质都转化成稳定的腐殖质类复合物,更有利于植物的吸收和利用.同时,蚓粪中还含有大量的细菌、放线菌和真菌,这些微生物的代谢作用还可以改变土壤的各种理化性质,使土壤成分更加复杂多样和更有利于植物的吸收利用,并会对其它微生物的活动产生一定的影响,如抑制植物的土传病害等。蚓粪中的生物和化学成分并不是互不相干的,蚓粪中含有的某些微生物种类,能通过正常的生命活动吸收、固定外源化学元素,增加蚓粪中N、P、K等元素的含量,提高蚓粪的营养价值。而蚓粪中本身所含有的某些化学物质,又会对在其中生活的微生物产生正向或负向的影响。因为蚓粪的这些特点，它常被作为高效的有机肥料和绿化土壤的改良剂。 本研究的内容是蚓粪接种对蚯蚓处理污泥重金属形态转化的影响，关于这方面的研究国内外都比较少。通过将污泥和蚓粪以不同比例混合，研究蚯蚓对污泥理化特性的影响和重金属形态转化的作用，以及接种蚓粪会对该研究产生的影响。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 基本思路 • 配制不同比例的蚓粪和污泥，通过蚯蚓堆制后，对土壤和蚯蚓进行优化处理； • 依据土壤优化处理结果，测定污泥和蚓粪不同配比混合样品中的全量Cu、Zn、Pb、Cd，有效态Cu、Zn、Pb、Cd和Cu、Zn、Pb、Cd形态分级，表明接种蚓粪对蚯蚓堆制污泥重金属变化的影响。 • 依据蚯蚓优化处理结果，测定其理化性质。
科学性、先进性及独特之处
- •研究的科学性在于模拟自然条件下蚯蚓污泥堆肥过程，得到的结论更加符合实际客观条件，操作可行性较大，对实际的应用有指导作用。 •研究的创新性主要在于蚓粪的接种和经过蚯蚓处理导致污泥理化特性的变化，分析出其中的原因，则在实际运用中可以很快速简便的实现，对蚯蚓堆肥污泥的运用有非常大的现实意义。
应用价值和现实意义
- ◇ 理论意义 探明在蚯蚓堆制污泥重金属的形态转化和理化特性变化的过程中，蚯蚓处理污泥的能力，特别是蚓粪在其中所起到的作用 ◇ 现实意义 寻求污泥处理更有效的新方法，降低污泥处理所需的成本。
学术论文摘要
- 本文研究了加入不同配比的蚓粪情况下，蚯蚓处理污泥后，重金属发生的形态转化以及对污泥理化特性的影响。结果表明：经过蚯蚓处理，Cu、Zn、Pb的含量增加，而对Cd没有明显影响；能增加有效态Cu、Pb 的含量，降低有效态Zn的含量，而对Cd影响不大；能降低交换态Cu、Zn的含量，能增加不可利用态Cu、Zn的含量；pH从酸性升高趋于中性，电导率高于原基质；有机质含量有所下降，全氮含量在蚯蚓的作用下有所下降，但是下降幅度有限，因此C/N比减小；全磷的含量下降，但是速效磷的含量上升且比较明显；全钾及速效钾均无明显变化。随着蚓粪的含量在配料中所占的比例增加，Cu、Zn的含量明显增加，Pb的含量变化不大，Cd的含量稍有下降；有效态Cu、Zn含量增加，但有效态Zn占总量的百分含量降低，有效态Pb含量降低，而有效态Cd不受影响；交换态和不可利用态Cu含量都增加，但不可利用态Cu的百分含量却降低，交换态Zn的含量逐渐增加，不可利用态Zn所占总量的百分含量有所增加；pH升高，电导率上升， C/N比同期下降，有效态N、P量同比上升，K仍无明显变化。
获奖情况
- 在校第十二届“挑战杯”赛获一等奖
鉴定结果
- 经鉴定，情况属实
参考文献
- [1] 孙海东.城市生活污泥的生物（蚯蚓）消解及其资源化利用研究[D].江苏:扬州大学,2008. [2] 刘昭兵.蚯蚓对城市污泥中镉、铅及养分生物有效性的影响[D].武汉:华中农业大学资源与环境学院,2007. [3] 华玉妹.污泥中Cu、Pb和Zn的生物沥滤研究[D].浙江:浙江大学环境与资源学院,2005. [4] 黄玉蛾.污水污泥中重金属去除方法研究[D].湖南:湖南大学环境科学与工程学院,2007. [5] Couillard D,Zhu S.Bacterial leaching of heavy metals from sewage sludge for application agricultural application[J].Water Air Soil Pollut,1992,63(1-2):67-83. [6] Richard B K,Steenhuis T.Effect of sludge Processing mode,soil texture and soil PH on metal mobility in undisturbed soil columns under accelerated loading.Environ Pollut, 2000,109:327-346. [7] 刘小丽.蚯蚓处理对城市污泥肥效及重金属生物有效性的影响[D].武汉:华中农业大学,2003.
同类课题研究水平概述
- 蚯蚓堆肥技术是基于蚯蚓在自然生态系统中所具有的促进有机物质分解转化功能以及固体废弃物堆肥处理的基础上，发展起来的一项针对城市生活垃圾、农业废弃物和城市生活污水污泥中的有机部分的生物处理技术。它是在污泥堆肥基础上引入蚯蚓，蚯蚓在堆肥处理污泥过程中，寻觅合适的营养物质作为食物，污泥进入蚯蚓体内到最后以蚯蚓粪的形式排出，相当于一套完整的污泥处理工艺，此间既有蚯蚓体内分泌物的化学作用以及蚯蚓体内肠道微生物的生化作用，还有研磨、消化等物理化学作用，其整个流程如图3.1所示。在整个过程中，不仅有蚯蚓的吞噬消化作用，而且由于蚯蚓在污泥中的活动再加上其特殊的生物学功能，加速了污泥中的微生物的活动，蚯蚓与微生物协同作用从而加速污泥中有机物质的分解转化。 与其它国内目前国内普遍使用的处理技术相比，它克服了污泥资源化最大的限制因素，避开了其它技术的缺点，充分体现了其优越性。与污泥农用技术相比，它解决重金属污染的难题；与填埋技术相比，它不仅不需要大量的土地，而且彻底解决了污泥的问题，而填埋并未最终避免环境污染，而只是延缓了污染发生的时间；与焚烧相比，它不需要巨额投资而且也不产生二次污染；与堆肥技术相比，它可以缩短污泥的堆肥周期，解决了重金属残留问题，提高了养分增加了肥料中的微生物。
