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(guān)鍵因素和蚯蚓分解各種垃圾的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，環(huán)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(dá)20％以上。

關(guān)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(wú)疑是解決我國(guó)生活垃圾以日俱增、而填埋與焚燒等現(xiàn)行處理方法引發(fā)的大氣和地下水污染等問(wèn)題的良好方案[1]。其不僅能有效降解城市垃圾中的有機(jī)物，而且還能通過(guò)蚯糞等形式，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)城市垃圾的資源化。

20世紀(jì)50年代未，美國(guó)就已培育出專門(mén)分解生活垃圾的雜種蚯蚓——紅色蚯蚓，之后在全國(guó)推行“后院蚯蚓堆肥法”，并使之工業(yè)化[2]。1978年日本建成了月處理生活垃圾0.3萬(wàn)t的蚯蚓養(yǎng)殖場(chǎng)。2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)利用4 000萬(wàn)條蚯蚓使垃圾能夠就地消化[3-5]。相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，我國(guó)開(kāi)展生活垃圾生物處理的工作相對(duì)落后。這是由于技術(shù)未夠成熟、處理成本高、國(guó)人的環(huán)保意識(shí)不夠強(qiáng)等諸多原因使其未能廣泛推廣應(yīng)用。鑒于紅色蚯蚓等雜交蚯蚓在我國(guó)還較難獲得，筆者采用普通的、容易獲得的環(huán)毛蚯蚓進(jìn)行了蚯蚓分解生活垃圾的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)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(chǔ)量豐富的生物資源之一，種類多達(dá)3000多鐘。常見(jiàn)的環(huán)毛蚯蚓隸屬于無(wú)脊椎動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén) [6]。蚯蚓活動(dòng)主要是掘洞，吞食有機(jī)物和泥土。生活垃圾有機(jī)物含量高，可作為蚯蚓繁殖的營(yíng)養(yǎng)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(jī)物被水解成簡(jiǎn)單的碳水化合物、脂肪、醇等低分子化合物，這些物質(zhì)再與土壤中的礦物質(zhì)結(jié)合成高度融合的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，最終以蚯蚓糞的形式排出。同時(shí)，通過(guò)蚯蚓在垃圾中的運(yùn)動(dòng)還可以改進(jìn)垃圾中的水汽交換和循環(huán)，改善垃圾中微生物的繁殖環(huán)境，從而加強(qiáng)蚯蚓和微生物對(duì)垃圾處理的協(xié)同作用。蚯蚓的消化能力很強(qiáng)，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(guò)皮膚進(jìn)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(dú)特的生活方式和強(qiáng)大的消化能力為“生態(tài)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(tài)處理實(shí)驗(yàn)流程

2.1  實(shí)驗(yàn)室蚯蚓養(yǎng)殖條件

（1）培養(yǎng)箱尺寸：10～20 L。

（2）培養(yǎng)箱基質(zhì)：采用陶土容器，內(nèi)置一定比例的土壤與生活垃圾的混合物。

（3）通風(fēng)、攪拌：蚯蚓喜歡空氣，所以在培養(yǎng)箱底、側(cè)留有通風(fēng)孔，以便空氣通過(guò)養(yǎng)殖床。定期進(jìn)行表面攪拌，以避免過(guò)度壓實(shí)。

（4）濕度：蚯蚓喜歡潮濕的環(huán)境，所以每天平均噴水兩次，環(huán)毛蚯蚓沒(méi)有腮只能通過(guò)皮膚進(jìn)行呼吸，水分過(guò)高將會(huì)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(yīng)作隔水處理，防止螞蟻爬入。

生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際蚯蚓處理池的蚯蚓養(yǎng)殖條件參照培養(yǎng)箱適當(dāng)擴(kuò)大規(guī)模進(jìn)行。

2.2  生活垃圾蚯蚓生態(tài)處理流程

利用蚯蚓處理生活垃圾投資少、見(jiàn)效快、無(wú)二次污染， 是一種生態(tài)處理法，其與好氧堆肥法相結(jié)合而形成的綜合生態(tài)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(tài)處理流程示意圖

在第一步的好氧堆肥（第一次發(fā)酵）過(guò)程中，溫度達(dá)到55～70 ℃，持續(xù)3 d左右，垃圾中大部分致病微生物、寄生蟲(chóng)卵和蒼蠅幼蟲(chóng)就會(huì)被殺死，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的無(wú)害化處理。然后，此半成品出倉(cāng)、翻堆使溫度降到30 ℃以下，送入蚯蚓處理池繼續(xù)進(jìn)行處理（相當(dāng)于延續(xù)好氧堆肥中的后發(fā)酵）。在堆肥發(fā)酵工序中尚未分解的有機(jī)物在蚯蚓處理池中，通過(guò)蚯蚓和微生物的協(xié)同作用充分分解。一般情況下，單純堆肥法的二次發(fā)酵需20～30 d，但利用蚯蚓處理等重的半堆肥產(chǎn)品只需2～7 d，因此整個(gè)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(guò)程中存在的弊端。
 

圖2  蚯蚓放養(yǎng)時(shí)間與蚯蚓土含氮量增加率的關(guān)系

在生活垃圾內(nèi)放養(yǎng)蚯蚓使其分解，其分解效果可用蚓糞土(為蚯蚓糞與內(nèi)置土壤的混合體)含氮量增加率來(lái)衡量。由圖2可見(jiàn)，蚓糞土含氮量增加率與蚯蚓的放養(yǎng)時(shí)間呈正相關(guān)?？梢?jiàn)，通過(guò)蚯蚓處理，生活垃圾資源化的效果是明顯的。

蚯蚓與微生物的相互作用是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)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(jī)垃圾的一個(gè)最根本的原因就是通過(guò)蚯蚓與微生物的協(xié)同作用可以加速有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化。研究結(jié)果表明，加入蚯蚓以后比沒(méi)加蚯蚓垃圾中有機(jī)物的發(fā)酵分解速度提高了3～4 倍，并獲得穩(wěn)定的低C/N比(10～13) 的產(chǎn)品。應(yīng)該注意的是，蚯蚓與微生物的協(xié)同作用僅限于耗氧細(xì)菌。厭氧發(fā)酵對(duì)蚯蚓有害無(wú)利。

3  影響生活垃圾蚯蚓資源化處理的關(guān)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(jiàn)，溫度對(duì)蚯蚓存活率的影響很大，最佳溫度為23～27 ℃，此時(shí)其繁殖極快，實(shí)驗(yàn)期內(nèi)年增量50倍，當(dāng)溫度小于0 ℃ 或大于35 ℃時(shí)，蚯蚓基本無(wú)法存活。

圖3   溫度對(duì)蚯蚓繁殖的影響

3.2  蚯蚓處理池基質(zhì)的pH

調(diào)節(jié)蚯蚓處理池內(nèi)土壤和生活垃圾混合物的pH，考察其對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1  蚯蚓處理池基質(zhì)pH對(duì)蚯蚓繁殖的影響 pH 觀察結(jié)果 2.0～3.0 蚯蚓有鉆出土壤逃逸跡象，1.0 h后全部死亡。 4.0～5.0 蚯蚓能吞食垃圾，但數(shù)日后體重和數(shù)量下降，蚓身變透明。 6.0～8.0 蚯蚓肥壯，垃圾分解良好。 9.0～10.0 蚯蚓生長(zhǎng)緩慢，數(shù)日后數(shù)量、體重下降，蚓體變透明 11.0～12.0 蚯蚓生存困難，0.5 h后已無(wú)活體。

試驗(yàn)表明，蚯蚓生存的pH范圍為6.0～8.0，當(dāng)pH＜5.0或pH＞8.0時(shí)，蚯蚓生長(zhǎng)受抑，且逃逸現(xiàn)象明顯，易致死。可見(jiàn)，pH對(duì)蚯蚓活動(dòng)能力的影響很大[8]，往往是蚯蚓分解垃圾效果的關(guān)鍵。實(shí)際操作中應(yīng)及時(shí)用水淋洗或添加石灰調(diào)節(jié)蚯蚓處理池基質(zhì)pH至最佳范圍。

3.3  料土比

蚯蚓生長(zhǎng)對(duì)土壤存在著相當(dāng)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(duì)蚯蚓生長(zhǎng)的影響。由圖4可知，當(dāng)垃圾質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞50％，蚯蚓存活率急劇下降，無(wú)土?xí)r難以成活。其原因?yàn)?，無(wú)土?xí)r環(huán)境缺氧，垃圾中微生物以厭氧菌為主，其厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的甲烷、乙醇和氨等對(duì)蚯蚓有害。其中氨的產(chǎn)生量最大，對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)影響也最強(qiáng)烈。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，料土比對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)影響顯著的根源在于引起物料氮轉(zhuǎn)化情形的不同（詳見(jiàn)表2）。
 

圖4  料土比對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)的影響

表2  物料1）氮轉(zhuǎn)化情形與蚯蚓存活率 堆腐天數(shù)/d 14 24 30 34 1# 2# 1# 2# 1# 2# 1# 2# NO3－-N/(mg•L－1) 0 0 0 40 0 113 113 113 NH4+-N/(mg•L－1) 243 240 170 33 105 10 30 10 蚯蚓存活率/% 0 0 0 ＜10 0 ＞40 ＞10 ＞70

注： 1）物料為陰溝淤泥∶鮮牛糞∶蔬菜下腳料∶木屑混合物的質(zhì)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(jiàn)，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(jié)果。在其他適宜環(huán)境下，限制蚯蚓成活的物料氮轉(zhuǎn)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(guò)高而影響蚯蚓的生長(zhǎng)。

此外，蚯蚓處理池的透氣性與濕度的影響也很重要。因?yàn)轵球静贿m宜在缺氧環(huán)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(gè)較為潮濕的生存環(huán)境，蚯蚓處理池應(yīng)避免過(guò)干，但積水過(guò)濕也會(huì)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(píng)價(jià)

蚯蚓分解垃圾過(guò)程形成的蚓糞土團(tuán)粒互相堆疊，有許多毛細(xì)空隙，促進(jìn)游離氣體和水分、肥料深入土壤，滋長(zhǎng)微生物，中和土壤pH，改善了土壤結(jié)構(gòu)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(zhǔn)，考察土壤中肥力之變化。用凱氏定氮儀測(cè)定經(jīng)環(huán)毛蚯蚓處理垃圾1周蚓糞土含氮量[10]，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可見(jiàn)，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(dá)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。