蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

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蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

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环境因子作用

环境因子中 pH 值、温度、湿度、含氧量、食物量、光照、碳氮比等是影响蚯蚓堆肥中重金属变化的重要因素,合适的蚯蚓堆肥环境条件为: 湿度 60-80%,pH 值 5.5-8.5,温度 12-28 ℃, 充足的含氧量,食物量(100-300 mg/(g· d ))、 无光照,C∶N 25~20∶1。在堆肥过程中,外在环境因子会影响蚯蚓对污泥中重金属的稳定化效果。

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

Hait 和 Tare发现温度(10-30 ℃)、湿度 (50-90%) 均会对重金属的形态和迁移转化发生影响,陈学民等发现适宜温度能改变蚯蚓堆肥的稳定化效率,但并不改变重金属稳定化路径。丁平天等发现 10 cm 的污泥厚度下蚯蚓对城市污泥中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd 和 Cr) 去除效率较高。

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生物因子的作用

蚯蚓堆肥过程中重金属浓度降低可能归因于蚯蚓本身吸收污泥中重金属元素(表皮和消化道途径吸收)。徐轶群等和 Liu 等均发现,蚯蚓堆肥后,蚯蚓中重金属(Cr、Zn、Pb、Cd、Cu和 Ni)浓度增大,污泥中重金属浓度降低13.85-32.81%。

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

蚯蚓对污泥中重金属的影响也存在种间差异:陈学民等发现微小双胸蚓使污泥中重金属含量降低次序为 Zn>Cu>Pb>Cr,赤子爱胜蚓使重金属含量降低次序为 Cu>Zn>Pb>Cr。Khwaira-kpam 和 Bhargava发现三种蚯蚓(赤子爱胜蚓、掘穴环爪蚓和印度蓝蚯蚓)单独和联合使用均会导致重金属浓度降低,且联合使用效果更好。

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

蚯蚓导致污泥中重金属有效性发生变化,更多是由于其改变了污泥养分、理化性质和微生物活性等。Domínguez 等发现蚯蚓堆肥过程中pH值变化,导致 Zn 和 Cu 可利用形态降低Carrasquero Duran和 Pereira 和 Arruda发现蚯蚓堆肥基质中的 CEC、孔隙率、金属螯合物增加, 使得 Cd 的吸附能力增大(pH 值=5.0),Cd 有效性降低。

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

周波等发现蚯蚓堆肥过程中可能会通过降低污泥中还原性物质的量,改变氧化还原状态,促进重金属活化,同时,蚯蚓可通过改变过氧化氢酶、代谢熵等显著增加微生物的活性,从而促进重金属活化(水溶态重金属增加)。然而,也有研究发现蚯蚓可以通过分泌胞体蛋白、金属巯基基团、重金属螯合蛋白等降低堆肥中 Cu 和 Zn 的有效性。由此,蚯蚓通过自身的生命活动,一方面通过自身对重金属的选择性吸收,另一方面蚯蚓活动改变了基质的各类理化、生化等环境因子,进而改变了重金属活性。

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

调理剂在蚯蚓堆肥中的作用

由于调理剂能通过吸附、络合、沉淀、离子交换、改变氧化还原环境等降低重金属活性,近年来,更多研究利用调理剂与蚯蚓协同改变污泥中重金属浓度和活性。李国学等利用污泥和稻草进行高温堆肥,加入粉煤灰、磷矿粉、沸石和草炭,发现草炭、粉煤灰、磷矿粉可有效降低 Cu、Zn、Mn 交换态重金属,25%粉煤灰和 20% 磷矿粉的经济性及钝化效果更好。

蚯蚓堆肥对污泥中重金属的影响因素

李明等在蚯蚓堆肥过程中添加锯末、粉煤灰或磷矿粉等,降低污泥中交换态 Cu、Pb、Zn、Cd 和 As 含量, 朱欣洁等在蚯蚓堆肥中加入药渣,使得重金属含量有不同程度下降,Wang 等在蚯蚓堆肥赤子爱胜蚓过程中加入飞灰和磷矿粉使得重金属浓度降低,Suthar在蚯蚓堆肥过程中加入甘蔗渣显著降低了 DTPA 提取态的重金属浓度。

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类似研究也包括采用牛粪、果壳和牛粪混合物、家禽粪和牛粪的混合物等降低蚯蚓堆肥的污泥中重金属浓度/活性。然而,调理剂加入也存在其他问题, 如:飞灰和磷酸盐矿石与蚯蚓联合堆肥虽然能降低 Pb、Cd 和 As 浓度,但却增加了污泥中 Cu 和 Zn 有效态含量,使污泥中 Cu 和 Zn 生物活性增大,蘑菇渣和蚯蚓联合堆肥降低了污泥中 Cr、 Cd和Pb浓度,却增加了污泥中 Cu和Zn浓度。

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