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摘要：蚯蚓生態(tài)濾池具有流程簡(jiǎn)單、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在保證出水水質(zhì)的前提下，能有效減少系統(tǒng)污泥產(chǎn)量。但其除磷或除磷脫氮的能力還有待提高。工藝上還存在布水不均勻、局部積水和污泥堵塞等問(wèn)題。蚯蚓生態(tài)濾池的污水污泥降解機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。選擇更適宜的填料,優(yōu)化濾池的污染物負(fù)荷、水力負(fù)荷和溫度等條件,有利于提高濾池污泥減量效率。
論文關(guān)鍵詞：蚯蚓生態(tài)濾池,污泥減量技術(shù),研究進(jìn)展

　　截止2009年年底，全國(guó)年污水排放量已達(dá)到589.2億噸[1]，城鎮(zhèn)污水處理廠已超過(guò)1817個(gè)[2]。伴隨我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，每天將產(chǎn)生大量的剩余污泥，如何處理這些剩余污泥已成為制約我國(guó)污水處理工程持續(xù)發(fā)展的障礙[3]。污泥濃縮、脫水、焚燒和污泥農(nóng)用等處理處置綜合利用技術(shù)，因能耗大、成本高和二次污染等問(wèn)題而難以廣泛推廣[4]。開發(fā)低碳環(huán)保污泥減量技術(shù)是解決我國(guó)污泥難題的首選。

　　污泥減量是指利用物理、化學(xué)和生物學(xué)原理減少污水處理系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量，同時(shí)保證污水處理效果。近年來(lái)，蚯蚓生態(tài)濾池以其工藝簡(jiǎn)單、操作方便、污泥少和成本低等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注[5]。本文對(duì)蚯蚓生態(tài)濾池污泥減量技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析總結(jié)。

　　1 蚯蚓生態(tài)濾池概述

　　蚯蚓生態(tài)濾池是在常規(guī)生物濾池中接種蚯蚓后構(gòu)成的人工生態(tài)系統(tǒng)。濾池常設(shè)3層濾料，上層為蚯蚓分解處理層，由富含有機(jī)物質(zhì)的松軟無(wú)定型、吸水力強(qiáng)的物質(zhì)構(gòu)成;中間為補(bǔ)充層，主要由木屑、谷殼和樹皮等材料構(gòu)成；底層為承托層，由粗、細(xì)2種石英砂構(gòu)成，污水或污泥由上部進(jìn)入，從下部排出。

　　蚯蚓生態(tài)濾池污泥減量機(jī)理：濾池中的微生物降解水中膠體態(tài)和有機(jī)物，并在填料表面形成生物膜。蚯蚓捕食分解生物膜，使生物污泥減量和穩(wěn)定[6]。另外，蚯蚓和微生物之間存在協(xié)同共生作用：①細(xì)菌廣泛分布于蚯蚓體消化道內(nèi)[7]，在腸道內(nèi)由前向后移動(dòng)，部分種群數(shù)量成倍上升[8]。蚓糞中的細(xì)菌進(jìn)入環(huán)境后，數(shù)量隨時(shí)間的延長(zhǎng)和有機(jī)物質(zhì)增多而增加，有機(jī)物質(zhì)分解速率越大[9]。②蚯蚓殺死微生物釋放養(yǎng)分，使微生物群落年輕化，提高了微生物活性，加快微生物代謝[10]。③蚯蚓在覓食過(guò)程中上下鉆動(dòng),疏松填料，有利于微生物遷移和對(duì)污染物的降解。

　　2 蚯蚓生態(tài)濾池處理污水

　　蚯蚓生態(tài)濾池處理生活污水基本上不外排剩余污泥，污泥產(chǎn)率遠(yuǎn)低于普通活性污泥法[11]。當(dāng)水力負(fù)荷大于6.7 m3/(m2.d)時(shí),出水的COD、氨氮和TP濃度明顯增大，蚯蚓出現(xiàn)嚴(yán)重不適現(xiàn)象；水力負(fù)荷為4.8 m3/(m2.d)時(shí),蚯蚓相對(duì)攝食

　　基金項(xiàng)目:北京市教委勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生科技創(chuàng)新平臺(tái)資助（PXM2009-014205-074352）.

　　作者簡(jiǎn)介:李洪枚,首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院，副教授

　　聯(lián)系方式: hongmeili123@yahoo.com.cn

　　能力最大,有機(jī)物去除效果良好[12]；一定水力負(fù)荷下，用陶粒做濾池濾料，蚯蚓生長(zhǎng)好，污泥減量率高，但過(guò)高水力負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致蚯蚓死亡[13，14]。

　　蚯蚓生物濾池濾床溫度過(guò)低不利于硝化過(guò)程。溫度為16.6～29.5℃時(shí),濾池硝化速率為0.2～0.5mgNH4+-N/(g.h);當(dāng)濾床溫度為10℃時(shí)，硝化速率為0.1mgNH4+-N/(g.h),最小值僅為0.0456mgNH4+-N/(g.h)。蚯蚓密度與硝化菌數(shù)量呈線性正相關(guān)，蚯蚓與硝化菌之間存在協(xié)同生長(zhǎng)效應(yīng)[15]。

　　向蚯蚓生物濾池投加聚合氯化鋁（PAC）可提高TP去除率,但出水氨氮增加, TN基本沒(méi)有變化[16]。 PAC對(duì)蚯蚓有一定的毒害作用,導(dǎo)致生物量和攝食消化能力有所下降,適應(yīng)一段時(shí)間后，蚯蚓抵御PAC脅迫的能力增強(qiáng)。

　　蚯蚓生物濾池使用粗濾料（粗木屑、泥炭、石英砂、谷殼）處理城市生活污水的效果要好于使用細(xì)濾料[17]。

　　一定水力負(fù)荷條件下，蚯蚓生物濾池處理城市生活污水，出水CODCr和BOD5平均去除率高，但NH3-N、TN和TP的平均去除率較低[18]。

　　單級(jí)蚯蚓生態(tài)濾池處理某農(nóng)村生活污水，COD、總氮、氨氮和總磷的去除率分別在81%、66%、82%和89%左右[19]。江蘇宜興16座塔式蚯蚓生態(tài)濾池處理農(nóng)村生活污水試驗(yàn)好，COD、氨氮、總氮和總磷的平均去除率分別為86.7%、91.3%、72.4%和96.2%。處理規(guī)模為10 m3/d的濾池系統(tǒng)建設(shè)成本(不含管網(wǎng)費(fèi))為1656.1元/m3,總運(yùn)行成本為0.671元/m3[20]。

　　戴一琦等[21]設(shè)計(jì)了一種新型的分層式蚯蚓生物濾池,在水力負(fù)荷為1.0m3/m2·d、高有機(jī)負(fù)荷條件下,系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、SS和總磷的平均去除率分別達(dá)到86%、70%、67%、91%。濾池系統(tǒng)各層中蚯蚓數(shù)量呈現(xiàn)一個(gè)上升過(guò)程直至平衡,并與有機(jī)物的去除率表現(xiàn)出一定相關(guān)性。

　　方彩霞等[22]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓生態(tài)濾池系統(tǒng)硝態(tài)氮大量積累,亞硝態(tài)氮少量積累，表明系統(tǒng)硝化作用強(qiáng),反硝化作用受到抑制,總體脫氮能力較差。方彩霞等[23]以土壤、砂、碎青石、鵝卵石為濾料,在一定的工藝條件下,用單級(jí)蚯蚓生態(tài)濾池處理生活污水，COD、氨氮和TP的平均去除率分別為83.1%、85.8%和 78.1%。系統(tǒng)具有工藝簡(jiǎn)單、處理效果好、操作方便、無(wú)剩余污泥產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)。

　　控制適宜的水力負(fù)荷，蚯蚓生態(tài)濾池中的蚯蚓攝食能力強(qiáng),污泥減量效率高，污染物去除效果良好（氮、磷除外）[11，12，18-23]。濾料的粗細(xì)和性質(zhì)對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)活性有明顯影響[13，16，17]。蚯蚓與硝化菌之間存在協(xié)同生長(zhǎng)效應(yīng)[14]。蚯蚓生態(tài)濾池具有工藝簡(jiǎn)單、處理效果好、操作方便、成本低和污泥少等優(yōu)點(diǎn)[19，20，22]。

　　3 影響濾池中蚯蚓生長(zhǎng)因素

　　蚯蚓生物濾池的水力沖刷和濾料對(duì)蚯蚓體壁組織結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定程度的損傷,可能是濾料的物理磨損作用造成的。陶粒濾料對(duì)蚯蚓體壁組織結(jié)構(gòu)的損傷較小[24]。

　　蚯蚓生物濾池在啟動(dòng)馴化階段蚯蚓的數(shù)量和生物量先逐漸下降，后逐漸增加，說(shuō)明蚯蚓接種到濾池后有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程。蚯蚓密度和濾池含水率之間存在著極顯著負(fù)相關(guān)。濾池溫度低于15℃時(shí),蚯蚓呼吸率大幅度下降,不利于蚯蚓捕食污泥。提高濾池內(nèi)蚯蚓密度，并使蚯蚓分布均勻，能提高污泥處理效率[25]。

　　楊健[26，27 ]水力負(fù)荷大于6.7m3.m-2.d-1時(shí),濾池蚯蚓的數(shù)量和生物量均大幅度減少,池中蚯蚓呼吸水平顯著下降,降低了捕食污泥的能力。進(jìn)一步考察蚯蚓體內(nèi)抗氧化酶和消化酶活性對(duì)水力負(fù)荷脅迫的響應(yīng)情況發(fā)現(xiàn)，水力負(fù)荷為4.8 m3/(m2.d)時(shí),蚯蚓具有較高的堿性磷酸酶(AKP)和纖維素酶(FP)活性,消化率、污泥減量率和污泥有機(jī)質(zhì)分解率均達(dá)到最高值；水力負(fù)荷≥6.0 m3/(m2.d)時(shí)， AKP、FP活性受到明顯抑制,污泥減量率和有機(jī)質(zhì)分解率均有一定程度的下降。蚯蚓生物濾池運(yùn)行水力負(fù)荷不宜超過(guò)6.0 m3/(m2.d)。

　　可見(jiàn)，蚯蚓接種到濾池后經(jīng)歷了一個(gè)適應(yīng)新環(huán)境的過(guò)程，環(huán)境條件適宜時(shí)，濾池中蚯蚓數(shù)量和生物量會(huì)不斷增加。填料的性質(zhì)[24]、水力負(fù)荷[25，26]和溫度[27]等工藝條件和環(huán)境條件都影響蚯蚓生理生態(tài)狀態(tài)，從而影響濾池的污泥減量率。 工藝條件和環(huán)境條件對(duì)蚯蚓生態(tài)濾池總體的影響還有待進(jìn)一步研究。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　綜上可知：蚯蚓生態(tài)濾池在工程上已得到了應(yīng)用，能夠在保證系統(tǒng)出水水質(zhì)的前提下減少污泥產(chǎn)量，工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低和二次污染小等優(yōu)點(diǎn)。筆者認(rèn)為，進(jìn)一步解決以下問(wèn)題，將有利于蚯蚓生態(tài)濾池污泥減量技術(shù)的廣泛推廣。

　�。�1）蚯蚓生態(tài)濾池工程應(yīng)用中出現(xiàn)的布水不均勻、局部積水和污泥堵塞（包括堵塞水管）[5]，以及磷釋放等問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。

　�。�2）蚯蚓生態(tài)濾池處理系統(tǒng)中蚯蚓等微型動(dòng)物捕食污泥減量機(jī)理，尤其是食物鏈動(dòng)態(tài)平衡代謝機(jī)理和食物鏈生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)有待深入研究。選擇更適宜的填料,優(yōu)化蚯蚓生態(tài)濾池的污染物負(fù)荷、水力負(fù)荷和溫度等工藝條件和環(huán)境條件,有利于強(qiáng)化微蚯蚓生態(tài)濾池污泥減量過(guò)程，提高污泥減量效率。
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