- 伏小勇,崔广宇,陈学民,黄魁.蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响[J].环境科学学报,2015,35(1):252-256
蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响
- Effects of earthwormson the microbial biomass carbon and dehydrogenase activity in decomposition treatment of sewage sludge
- 关键词：污泥 蚯蚓 微生物碳量 脱氢酶活性
- 基金项目：国家自然科学基金(No.51168029);甘肃省科技支撑计划项目(No.1104FKCA157)
- 作者
- 单位
- 伏小勇
- 兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
- 崔广宇
- 兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
- 陈学民
- 兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
- 黄魁
- 岐阜大学流域圈科学研究センター, 岐阜 501-1193
- 摘要：将含水率80.6%的脱水污泥制成5 mm的污泥颗粒,以添加蚯蚓(赤子爱胜蚓)为处理组,无蚯蚓为对照组,测定不同时期污泥的理化性质、微生物碳量(MBC)和脱氢酶活性(DHA)的变化,重点研究了蚯蚓对污泥降解过程中MBC和DHA变化的影响.结果表明,相比对照组,蚯蚓处理组pH变化幅度较小;实验结束时,蚯蚓处理组的电导率(EC)和溶解性有机碳(DOC)显著高于对照组,而有机质(OM)显著低于对照组.实验前30 d,蚯蚓处理组MBC显著高于对照组,40 d至实验结束,蚯蚓处理组MBC显著低于对照组.DHA的结果表明,蚯蚓处理组和对照组在前30 d并没有显著性差异,40 d后蚯蚓处理组的DHA显著低于对照组,DHA稳定在2.98~6.40 mg·g-1·h-1(以TPF计).相关分析表明,DHA、MBC和OM之间显著正相关.研究表明,接种蚯蚓在实验前期显著提升了系统的微生物量,加快污泥有机质的降解,从而导致后期产物的微生物量及其活性较低,最终产物更稳定.
- Abstract：This study investigated the effects of earthworms on changes of microbial biomass carbon(MBC)and dehydrogenase activity(DHA)in the sewage sludge at the different stages during the 60-day decomposition experiments through analyzing physicochemical properties,especially changes of MBC and DHA in the comparison between two groups of sludge-with and without addition of earthworms. The dewatering sludge with 80.6% water content was regulated into 5 mm particles for the study while the species of earthworms Eisenia foetida were chosen for the experiments. The results indicated that the sludge with earthworms showed less variation of pH values, significantly higher electrical conductivity(EC) and dissolved organic carbon (DOC)at the end of experiments, but only organic matter(OM)was apparently lower than the compared sludge without earthworms. However, higher values of MBC were found in sludge with earthworms during the first 30 days, then much less than in sludge without earthworms from 40 days until finishing the experiments. The analytical results of DHA proved that there was no big difference between the two groups of sludge during the first 30 days. Nevertheless, DHA value in sludge with earthworms appeared to be stable with 2.98~6.40 mg (TPF)·g-1·h-1 after 40 day treatment, which was obviously lower than in sludge without earthworms. In addition,the correlation analysis evidenced that significantly positive relationships existed for DHA,MBC and OM in the decomposition treatment. This study verified that the presence of earthworms could stimulate the microbial numbers at the beginning of vermicomposting and accelerate the degradation of organic materials in sewage sludge treatment. As a result, the final products became more stable with relatively lower values of both MBC and DHA.
- Key words：sewage sludge earthworm microbial biomass carbon dehydrogenase activity
第 ３５ 卷第 １ 期
２０１５ 年 １ 月
环 境 科 学 学 报
Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１
Ｊａｎ．， ２０１５
基金项目： 国家自然科学基金（Ｎｏ．５１１６８０２９）；甘肃省科技支撑计划项目（Ｎｏ．１１０４ＦＫＣＡ１５７）
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （ Ｎｏ． ５１１６８０２９） ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ Ｎｏ．
１１０４ＦＫＣＡ１５７）
作者简介： 伏小勇（１９５９—），男，教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｘｉａｏｙｏｎｇ７３６２＠ ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ； ∗通讯作者（责任作者）
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ： ＦＵ Ｘｉａｏｙｏｎｇ（１９５９—），ｍａｌｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ， Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｘｉａｏｙｏｎｇ７３６２＠ ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ； ∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ
ＤＯＩ：１０．１３６７１ ／ ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１４．０７２１
伏小勇，崔广宇，陈学民，等．２０１５．蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响［Ｊ］．环境科学学报，３５（１）：２５２⁃ ２５６
Ｆｕ Ｘ Ｙ，Ｃｕｉ Ｇ Ｙ，Ｃｈｅｎ Ｘ Ｍ， ｅｔ ａｌ． ２０１５．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ
ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３５（１）：２５２⁃ ２５６
蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响
伏小勇１，∗，崔广宇１
，陈学民１
，黄魁２
１． 兰州交通大学环境与市政工程学院，兰州 ７３００７０
２． 岐阜大学流域圈科学研究センター，岐阜 ５０１⁃ １１９３
收稿日期：２０１４⁃ ０３⁃ １１ 修回日期：２０１４⁃ ０４⁃ ３０ 录用日期：２０１４⁃ ０５⁃ ０１
摘要：将含水率８０．６％的脱水污泥制成 ５ ｍｍ 的污泥颗粒，以添加蚯蚓（赤子爱胜蚓）为处理组，无蚯蚓为对照组，测定不同时期污泥的理化性
质、微生物碳量（ＭＢＣ）和脱氢酶活性（ＤＨＡ）的变化，重点研究了蚯蚓对污泥降解过程中ＭＢＣ 和ＤＨＡ 变化的影响．结果表明，相比对照组，蚯蚓
处理组 ｐＨ 变化幅度较小；实验结束时，蚯蚓处理组的电导率（ＥＣ）和溶解性有机碳（ＤＯＣ）显著高于对照组，而有机质（ＯＭ）显著低于对照组．
实验前３０ ｄ，蚯蚓处理组 ＭＢＣ 显著高于对照组，４０ ｄ 至实验结束，蚯蚓处理组 ＭＢＣ 显著低于对照组．ＤＨＡ 的结果表明，蚯蚓处理组和对照组在
前３０ ｄ 并没有显著性差异，４０ ｄ 后蚯蚓处理组的 ＤＨＡ 显著低于对照组，ＤＨＡ 稳定在２．９８～ ６．４０ ｍｇ·ｇ－１
·ｈ－１
（以 ＴＰＦ 计）．相关分析表明，ＤＨＡ、
ＭＢＣ 和 ＯＭ 之间显著正相关．研究表明，接种蚯蚓在实验前期显著提升了系统的微生物量，加快污泥有机质的降解，从而导致后期产物的微生
物量及其活性较低，最终产物更稳定．
关键词：污泥；蚯蚓；微生物碳量；脱氢酶活性
文章编号：０２５３⁃２４６８（２０１５）０１⁃ ２５２⁃ ０５ 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ
ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ
ＦＵ Ｘｉａｏｙｏｎｇ
１，∗，ＣＵＩ Ｇｕａｎｇｙｕ１
，ＣＨＥＮ Ｘｕｅｍｉｎ １
，ＨＵＡＮＧ Ｋｕｉ
２
１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０
２． Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｉｆｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｉｆｕ ５０１⁃ １１９３，Ｊａｐａｎ
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ １１ Ｍａｒｃｈ ２０１４； ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ３０ Ａｐｒｉｌ ２０１４； ａｃｃｅｐｔｅｄ １ Ｍａｙ ２０１４
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ（ＭＢＣ） ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ（ ＤＨＡ） ｉｎ ｔｈｅ
ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｇｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ６０⁃ｄａｙ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＭＢＣ
ａｎｄ ＤＨＡ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ⁃ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ． Ｔｈｅ ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈ ８０．６％ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ
ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｉｎｔｏ ５ ｍｍ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ ｗｅｒｅ ｃｈｏｓｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｓｈｏｗｅｄ ｌｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐＨ ｖａｌｕｅｓ， ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＥＣ） ａｎｄ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ （ＤＯＣ） ａｔ ｔｈｅ
ｅｎｄ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ， ｂｕｔ ｏｎｌｙ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ（ＯＭ） ｗａｓ ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｈｉｇｈｅｒ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ＭＢＣ
ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ３０ ｄａｙｓ， ｔｈｅｎ ｍｕｃｈ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｉｎ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｆｒｏｍ ４０ ｄａｙｓ ｕｎｔｉｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＤＨＡ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｂｉｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ３０ ｄａｙｓ． Ｎｅｖｅｒｔｈｅｌｅｓｓ，
ＤＨＡ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ａｐｐｅａｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ ｗｉｔｈ ２．９８～ ６．４０ ｍｇ （ＴＰＦ） ·ｇ－１
·ｈ－１
ａｆｔｅｒ ４０ ｄａｙ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ
ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｅｖｉｄｅｎｃｅｄ ｔｈａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｆｏｒ ＤＨＡ，ＭＢＣ ａｎｄ ＯＭ ｉｎ ｔｈｅ
ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍｓ ｃｏｕｌｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｎｕｍｂｅｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ
ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ， ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｂｅｃａｍｅ ｍｏｒｅ ｓｔａｂｌｅ ｗｉｔｈ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｅｒ
ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ＭＢＣ ａｎｄ ＤＨＡ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ；ｅａｒｔｈｗｏｒｍ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ；ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ１ 期 伏小勇等：蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响
１ 引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）
活性污泥中的有机成分主要是由栖息在活性
污泥上的微生物群体及被微生物吸附的有机物组
成，微生物则主要由细菌、真菌、原生动物和后生动
物构成．活性污泥中的微生物以异养好氧细菌为主，
增殖速率较高，具有较强的分解有机物并将其转化
为无机物的功能（张自杰等，２０００）．但污泥脱水后微
生物生存环境发生了变化，外源营养物质中断，微
生物处于内源呼吸状态（尹军等，２００１），代谢产物
扩散难度大，微生物种群及数量变化较大，导致污
泥稳定性差，在供氧不足时，极易腐化发臭，对环境
产生二次污染．如何保持脱水污泥好养状态，加快微
生物代谢速率，是污泥处理处置关注的重点之一．
蚯蚓在自然界物质循环过程中的重要作用已
广为人知，其能把不溶性有机物转化为微生物可利
用的有机物，增加微生物活性和基质利用程度
（Ｈｉｃｋｍａｎ ｅｔ ａｌ．，２００８；Ｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９）．研究表明，
蚯蚓与微生物的协同作用可加速有机物的分解
（Ｄｏｍíｎｇｕｅｚ ｅｔ ａｌ．， ２０１３； Ｓｕｔｈａｒ， ２００９； Ｇｕｐｔａ ｅｔ ａｌ．，
２００８；Ｓａｎｇｗａｎ ｅｔ ａｌ．，２００８；Ａｉｒａ ｅｔ ａｌ．，２００２）．根据蚯
蚓的生活习性和生态位，结合污水处理工艺和污泥
特点，将蚯蚓引入污水处理工程领域，目前已成为
相关研究的热点之一（ Ｚｈａｏ ｅｔ ａｌ．， ２０１０；吴敏等，
２００７；罗涛等，２０１３）．研究发现，蚯蚓参与污泥处理
过程，会显著影响污泥理化性质，对稳定处理系统、
加快污泥降解具有促进作用（陈学民等， ２０１０ａ；
２０１０ｂ；２０１０ｃ）．虽然微生物是污泥降解的关键者，但
蚯蚓将直接或间接地改变微生物的活动，最终影响
系统的处理效果，因此，探索接种蚯蚓后污泥微生
物相的变化具有重要意义．基于以上考虑，本文主要
研究蚯蚓对污泥微生物量及其活性的影响，旨在为
探索该过程中微生物作用的机理和提高蚯蚓处理
污泥的效率提供理论依据．
２ 材料与方法（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ）
２．１ 实验材料
实验所用赤子爱胜蚓（Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ）为实验室
培养．污泥为取自兰州市七里河污水处理厂的脱水
污泥，将此污泥制成５ ｍｍ 粒径的颗粒污泥，作为实
验用污泥．污泥含水率为８０．６２％±０．０１％，ｐＨ＝ ６．７７±
０．０１，电导率（ＥＣ）为（５７３．００±８．４９）μＳ·ｃｍ－１
，有机
质（ＯＭ）为 ７１．２％± ７．７％，溶解性有机碳（ＤＯＣ）为
（１６� ６９± ０． １６） ｍｇ·ｇ
－１
，总氮（ ＴＮ）为（ ５１． ７ ± １． ６）
ｍｇ·ｇ
－１
，Ｃ ／ Ｎ 为 ６． ２０ ± ０． ０３，微生物碳量（ＭＢＣ）为
（１０５． ６０ ± １� ６６ ） ｍｇ·ｇ
－１
，脱氢酶活性（ ＤＨＡ） 为
（３１４� ６０±１８� ４０）ｍｇ·ｇ
－１
·ｈ－１
（以 ＴＰＦ 计）．
实验用 ６ 个反应器，尺寸为 ϕ３６ ｃｍ×１２ ｃｍ，每
个反应器中加４ ｋｇ 颗粒污泥．３ 个对照组不添加蚯
蚓，３ 个蚯蚓处理组中各放 １００ 条蚯蚓，每条重约
１� ０ ｇ．反应器上覆盖塑料膜保湿，深色覆盖物遮光，
每个反应器每天人工翻动 １ 次．实验环境温度为
（２５±１）℃．实验共进行６０ ｄ，每 １０ ｄ 取样进行测定．
一部分鲜样直接用来测定 ＯＭ、ＭＢＣ 和 ＤＨＡ，另取
一部分阴干，研磨，过１００ 目筛，测其它理化指标．
２．２ 测定方法
ｐＨ、ＥＣ 按照水土比 ５０∶ １（ｍＬ ／ ｇ）溶解，磁力搅
拌０．５ ｈ，离心取上清液用 ｐＨ 酸度计、电导率仪测
定；ＯＭ 采用灼烧法（５５０ ℃，５ ｈ）测定；ＤＯＣ 采用硫
酸⁃重铬酸钾容量法（鲁如坤，２０００）测定；ＭＢＣ 测定
时参考熏蒸提取⁃容量分析法（吴金水等，２００６），并
加以改进，在熏蒸处理前将污泥制成均一的细小颗
粒；ＤＨＡ 参考 ＴＴＣ 还原法（尹军等，２００４）进行测定．
２．３ 数据处理
数据分析采用 ＳＰＳＳ １７．０ 统计软件，通过 Ｔ 检
验分析不同处理间的差异性，并进行指标间的相关
性分析，显著性定义为 ｐ＜０．０５．
３ 结果与讨论 （Ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ）
３．１ 理化性质的变化
在整个实验过程中，蚯蚓处理组与对照组的
ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 随时间的变化如图 １ 所示．实验前
２０ ｄ，蚯蚓处理组与对照组的 ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ 均无显著
差异（ｐ＞０．０５），２０ ｄ 后呈显著差异（ ｐ＜０．０５）．由图
１ａ 可看出，ｐＨ 稳定在７ 左右，蚯蚓处理组比对照组
ｐＨ 变化范围小，表明蚯蚓处理组污泥平抑有机酸与
氨化作用的能力较强（李国学等， ２０００； Ｌａｚｃａｎｏ
ｅｔ ａｌ．，２００８；Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ ｅｔ ａｌ．，２０１０ｂ）．基质代
谢产物的积累会影响反应体系的 ｐＨ，ｐＨ 的变化又
会对微生物生长繁殖和酶活性产生显著影响．反应
体系 ｐＨ 变化幅度越小，表明代谢产物的不良积累
越少，越有利于微生物分解代谢能力及其酶活性的
高效发挥．脱水污泥好氧消化过程通常只发生在污
泥表面水膜层的微环境中，因此，将实验污泥造粒
（约５ ｍｍ）来增加污泥表面水膜层的面积，通过每
日翻混保证反应体系中氧的供给，使降解过程更近
３ ５ ２环 境 科 学 学 报 ３５ 卷
似于活性污泥法的延续，因此，代谢产物积累速率
缓慢，这可能是２０ ｄ 后ｐＨ 才发生变化的原因．图１ｂ
中蚯蚓处理组较对照组的 ＥＣ 高，说明蚯蚓的参与
能提高污泥矿化速率（ Ｓｕｔｈａｒ ｅｔ ａｌ．，２００８）．图 １ｃ 表
明，蚯蚓可加快 ＯＭ 的降解，蚯蚓与微生物协同作用
效果优于微生物单独作用．由图 １ｄ 可看出，前 ２０ ｄ
蚯蚓处理组 ＤＯＣ 小于对照组且呈显著差异（ ｐ ＜
０� ０５），４０～６０ ｄ 蚯蚓处理组 ＤＯＣ 大于对照组且呈
显著差异（ｐ＜０．０５）．由于 ＤＯＣ 表征微生物易利用的
有机碳，其含量与微生物量及活性有密切关系（卫
东等，２０１１）．前期蚯蚓处理组 ＤＯＣ 低可能是因为蚯
蚓的刺激作用促进了微生物量的增长（Ａｉｒａ ｅｔ ａｌ．，
２００７；Ｂｒｏｗｎ ｅｔ ａｌ．，２０００），从而加快了对 ＤＯＣ 的利
用．而后期蚯蚓处理组 ＤＯＣ 较高可能源自蚯蚓摄食
对微生物量的限制，减小了对 ＤＯＣ 的利用．
图１ ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 随时间的变化（∗表示在给定时间蚯蚓处理组和对照组之间有显著差异（ｐ＜０．０５），下同）
Ｆｉｇ．１ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｐＨ，ＥＣ，ＯＭ ａｎｄ ＤＯＣ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
３．２ 蚯蚓对 ＭＢＣ 和 ＤＨＡ 的影响
ＭＢＣ 是反映微生物量大小的重要指标（张宝贵
等，２０００）．图２ａ 中蚯蚓处理组和对照组 ＭＢＣ 均呈
大致相同的减小趋势，前 １０ ｄ 变化剧烈，１０ ｄ 后相
对平缓．ＭＢＣ 持续降低表明微生物数量在不断减
少，这是因为一方面，活性污泥经沉淀脱水后，微生
物处于内源呼吸期；另一方面，在脱水污泥颗粒表
面附着的水膜中，有机物的降解依然在继续，但营
养物质持续减少，两种因素均限制了微生物数量的
增长，造成 ＭＢＣ 不断降低．
图２ａ 显示，前３０ ｄ 蚯蚓处理组 ＭＢＣ 显著高于
对照组（ ｐ ＜ ０． ０５），之后又显著低于对照组（ ｐ ＜
０� ０５），稳定在 ４．４５ ～ ６．４９ ｍｇ·ｇ
－１
之间．这可能是因
为前期蚯蚓黏液及排泄物对微生物的刺激作用促
进了微生物的增长（Ａｉｒａ ｅｔ ａｌ．，２００７）；而后期随着
营养物质的不断减少，蚯蚓取食微生物的作用导致
蚯蚓处理组 ＭＢＣ 显著低于对照组（ Ｌａｚｃａｎｏ ｅｔ ａｌ．，
２００８）．
脱氢酶是一种胞内酶，参与有机物的氧化磷酸
化，其活性大小能表征活性微生物对基质降解能力
的强弱，可反映所有微生物的活性（Ｗｏｌｉńｓｋａ ｅｔ ａｌ．，
２０１２；Ｂａｒｒｅｎａ ｅｔ ａｌ．，２００８；周春生等，１９９１；严媛媛
等，２００７）．由图 ２ｂ 可看出，蚯蚓处理组与对照组
ＤＨＡ 呈相同的减小趋势，前 ２０ ｄ 下降明显，２０ ｄ 后
趋于平缓，４０ ｄ 后基本稳定在较低水平，这表明污
泥降解 速 率 先 快 后 慢 （ Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ ｅｔ ａｌ．，
２０１０ｂ）； 而 ＤＨＡ 稳定在较低水平说明污泥中大部
分有机物已被降解．前 ３０ ｄ 蚯蚓处理组比对照组
ＤＨＡ 高，但无显著性差异（ｐ＞０．０５），４０ ｄ 后蚯蚓处
理组 ＤＨＡ 显著低于对照组（ｐ＜０．０５），稳定在 ２．９８ ～
６．４０ ｍｇ·ｇ
－１
·ｈ－１
（以 ＴＰＦ 计）之间．前期蚯蚓刺激作
用提高了微生物量，加速了 ＯＭ 的降解，导致后期
４ ５ ２１ 期 伏小勇等：蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响
ＯＭ 含量较低，又由于 ＤＨＡ 和 ＯＭ 存在显著正相关
性（ｐ＜０．０１）（表 １），使得后期 ＤＨＡ 处于较低水平，
最终产物更加稳定（Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ ｅｔ ａｌ．，２０１０ａ）．
此外，也有研究认为ＤＨＡ 较低是由于蚯蚓对微生物
的摄食作用造成的（Ｓｕｔｈａｒ ｅｔ ａｌ．，２００８）．
图２ ＭＢＣ 和 ＤＨＡ 随时间的变化
Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＭＢＣ ａｎｄ ＤＨＡ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
３．３ ＭＢＣ、ＤＨＡ、ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 的相关关系
从表 １ 可以看出，蚯蚓处理组和对照组中
ＭＢＣ、ＤＨＡ 与 ＯＭ 呈显著正相关，但与 ｐＨ 与 ＥＣ 之
间无显著相关性，表明污泥 ＯＭ 是 ＭＢＣ 和 ＤＨＡ 的
主要限制因素．由蚯蚓处理组和对照组 ＭＢＣ、ＤＨＡ
及 ＯＭ 的变化曲线（图１ｃ、图２）推测，微生物对污泥
ＯＭ 的降解起主要作用，蚯蚓则加快了降解的进程，
这与 Ｓｅｎ 等（２００９）利用蚯蚓处理制糖工业废弃物
的研究结果一致．ＤＯＣ 与 ＭＢＣ、ＤＨＡ 之间无相关关
系，可能与基质性质不同有关（ Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ
ｅｔ ａｌ．，２０１０ｂ）．蚯蚓处理组与对照组中 ＭＢＣ 和 ＤＨＡ
均呈显著正相关，表明污泥微生物量与其活性存在
密切关系（Ｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９；Ｌａｚｃａｎｏ ｅｔ ａｌ．，２００８）．
表 １ 对照组和蚯蚓处理组 ＭＢＣ、ＤＨＡ、ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 相关矩阵
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｃｅｓ ｏｆ ＭＢＣ，ＤＨＡ，ｐＨ，ＥＣ，ＯＭ，ａｎｄ ＤＯＣ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
对照组
ＭＢＣ ＤＨＡ ｐＨ ＥＣ ＯＭ ＤＯＣ
蚯蚓处理组
ＭＢＣ ＤＨＡ ｐＨ ＥＣ ＯＭ ＤＯＣ
ＭＢＣ ０．９６０∗ ∗ ０．１９６ ０．４６３ ０．７９４∗ ０．２２３ ０．９９８∗ ∗ ０．３６８ ０．５４４ ０．８９１∗ ∗ ０．３５２
ＤＨＡ ０．９６０∗ ∗ ０．０３０ ０．５６１ ０．９０６∗ ∗ ０．３８９ ０．９９８∗ ∗ ０．３７２ ０．５６９ ０．８９６∗ ∗ ０．３８３
ｐＨ ０．１９６ ０．０３０ ０．６７１ ０．２８１ ０．７４２ ０．３６８ ０．３７２ ０．８６８∗ ０．５１７ ０．６２９
ＥＣ ０．４６３ ０．５６１ ０．６７１ －０．８０２∗ －０．９３４∗ ∗ ０．５４４ ０．５６９ ０．８６８∗ －０．７５７∗ －０．８１２∗
ＯＭ ０．７９４∗ ０．９０６∗ ∗ ０．２１８ －０．８０２∗ ０．６９２ ０．８９１∗ ∗ ０．８９６∗ ∗ ０．５１７ －０．７５７∗ ０．４２５
ＤＯＣ ０．２３３ ０．３８９ ０．７４２ －０．９３４∗ ∗ ０．６９２ ０．３５２ ０．３８３ ０．６２９ －０．８１２∗ ０．４２５
注：ｎ ＝ ３，∗表示在 ０．０５ 水平上显著相关，∗∗表示在０．０１ 水平上显著相关．
４ 结论（Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）
脱水污泥的降解速率呈先快后慢的变化趋势，
接种蚯蚓可减小体系 ｐＨ 的变化幅度，加速有机物
的矿化．相比对照组，蚯蚓处理污泥后，ＭＢＣ 和 ＤＨＡ
显著降低．蚯蚓显著提高了处理系统前期ＭＢＣ，加速
ＯＭ 的降解，从而导致后期 ＭＢＣ 与 ＤＨＡ 较低，处理
产物更加稳定．
责任作者简介：伏小勇（ １９５９—），男，教授，硕导，研究方向
为污（废）水处理与资源化、污泥资源化技术与工程应用．
Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｘｉａｏｙｏｎｇ７３６２＠ ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ．
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