李和华，崔欣格，贺文星，田建军，吴 坤，徐淑霞
（河南农业大学 生命科学学院）
（重庆师范大学 生命科学学院）
（郑州市城市排水监测站有限公司）
蜡样芽孢杆菌C3协同蚯蚓处理污泥的条件优化
李和华1 ， 崔欣格1,2 ， 贺文星1 ， 田建军3 ， 吴 坤1 ， 徐淑霞1
（1. 河南农业大学 生命科学学院，河南 郑州 450046；2. 重庆师范大学 生命科学学院，
重庆 401331；3. 郑州市城市排水监测站有限公司，河南 郑州 450000）
摘 要： 城镇污泥成分复杂，在处理前期蚯蚓存活率较低，为提高蚯蚓的存活率、提高污泥处
理效率、缩短处理时间，原位筛选与蚯蚓具有高效协同作用的菌株，通过单因素与响应面试验对菌
株与蚯蚓的协同处理条件进行了优化。经处理，筛选到了一株Bacillus cereus C3，该菌株能够显著促
进蚯蚓的生长。同时，确定了Bacillus cereus C3协同蚯蚓处理城镇污泥的最优工艺条件，即蚯蚓投加
量为 22 g/kg、菌株 C3接种量为 3%、污泥含水率为 74%。最优条件下的城镇污泥处理时间为 18.60
d，比优化前缩短38%。
关键词： 城镇污泥； 协同处理； 蚯蚓； 蜡样芽孢杆菌； 最优条件
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1000 - 4602（2025）17 - 0152 - 06
Optimization of Operational Parameters for Synergistic Treatment of Urban
Sludge Using Bacillus cereus C3 and Earthworms
LI He‑hua
1
， CUI Xin‑ge
1，2
， HE Wen‑xing
1
， TIAN Jian‑jun
3
， WU Kun
1
， XU Shu‑xia
1
（1. College of Life Sciences， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450046， China；
2. College of Life Sciences， Chongqing Normal University， Chongqing 401331， China；
3. Zhengzhou Urban Drainage Monitoring Station Co. Ltd.， Zhengzhou 450000， China）
Abstract： The composition of urban sludge is highly complex, resulting in a relatively low survival
rate of earthworms during the initial stage of treatment. To improve both the survival rate of earthworms
and the overall efficiency of sludge treatment, while simultaneously reducing the required treatment time,
in‑situ screening was carried out to identify bacterial strains that exhibited a strong synergistic effect with
earthworms. The synergistic treatment conditions between the selected strains and earthworms were
subsequently optimized using single‑factor experiments combined with response surface methodology.
After processing, a strain of Bacillus cereus C3 was isolated and identified. This strain was found to
significantly enhance the growth of earthworms. The optimal parameters for the synergistic treatment of
urban sludge using Bacillus cereus C3 and earthworms were determined as follows: earthworm dosage of 22
g/kg, inoculation mass fraction of strain C3 of 3%, and sludge moisture content of 74%. Under these
optimized conditions, the required treatment time for urban sludge was 18.60 days, representing a 38%
reduction compared to the treatment time prior to optimization.
Key words： urban sludge; synergistic treatment; earthworm; Bacillus cereus; optimal
DOI：10. 19853/j. zgjsps. 1000-4602. 2025. 17. 022
基金项目：河南省科技攻关项目（222102110120）；河南省重点研发专项（221111112300）；河南农业大学高层次人才专
项支持基金资助项目（30501469）
通信作者：徐淑霞 E-mail：shuxiaxu@henau.edu.cn
·152·李和华，等：蜡样芽孢杆菌C3协同蚯蚓处理污泥的条件优化
第 41 卷 第 17 期
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condition
污泥是污水处理的必然产物，近年来其产量呈
现加速增长的趋势。目前我国的污泥处理技术主
要有卫生填埋、厌氧发酵、堆肥、焚烧、热解及气化
等［1］ 。但是卫生填埋、厌氧发酵、焚烧、热解及气化
等技术存在环评要求高、消化效率低、投资运营要
求高、运营效率差等缺点［2］ 。Liu 等［3］ 证明，污泥堆
肥具有温室气体产量少、固碳性能好等优点。利用
蚯蚓处理污泥是污泥堆肥的一种特殊方式，其是一
种绿色环保、简单、经济的污泥资源化技术［4］ 。在蚯
蚓处理污泥过程中，由于污泥成分复杂，堆置过程
中会产生渗透液，形成缺氧环境，常导致蚯蚓死
亡［5］ 。因此，如何提高污泥处理过程中蚯蚓的存活
率和处理效率成为亟待解决的关键问题。据报
道［6］ ，在蚯蚓利用畜禽粪便、农业废弃物过程中添加
EM 菌剂能够提高处理效果。如 Sierra 等［7］ 报道，在
蚯蚓对牛粪的利用过程中添加 EM 菌剂，腐熟料的
肥效较高、稳定性好、重金属含量明显降低。但是，
在蚯蚓处理城镇污泥中添加外源功能微生物能否
提高堆肥效率，相关报道却较少。
笔者从蚯蚓堆肥体系中筛选到一株与蚯蚓具
有高效协同作用的菌株，通过单因素与响应面试验
优化了该菌株与蚯蚓的协同处理条件，大大缩短了
处理时间，可显著提高城镇污泥资源化利用效率和
经济效益。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
供试城镇污泥取自郑州某污水处理厂，其 pH
为7. 41，总氮（TN）、总磷（TP）和有机质（OM）含量分
别为3 533、1 538、0. 387 2 mg/kg，总钾（TK）、有机碳
（TOC）含量分别为 1. 86% 和 22. 44%，Cd、Hg、As、
Pb 和 Cr 含量分别为 0. 18、3. 40、15. 30、27. 40、121
mg/kg。
供试蚯蚓购自山东枣庄蚯蚓养殖基地，选用品
种为大平 2 号的赤子爱胜蚓（Eisenia foetida），单体
蚓质量约为0. 30 g，单体蚓长为5 cm，有环带。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 城镇污泥理化性质测定方法
城镇污泥理化性质的测定参照《土壤农业化学
分析方法》。pH 采用 pH 计测定，固液比为 1∶2. 5。
有机质与有机碳含量采用重铬酸钾容量法测定。
总氮、总磷和总钾的含量分别采用凯氏定氮法、钼
锑抗比色法和三酸消解法测定。重金属采用火焰
原子吸收分光光度法测定。
1. 2. 2 高效协同蚯蚓处理污泥的菌株筛选方法
取蚯蚓堆肥体系第30天的堆肥样品，采用常规
富集分离法筛选优势菌株。将具有显著优势的3株
细菌（命名为 C1、C2 和 C3），分别在 LB 培养基中培
养至 OD
600
=1. 0，制备菌悬液。3 个优势菌株分别以
5%（体积分数）的接种量喷洒至城镇污泥中，搅拌均
匀，构建菌株-蚯蚓协同处理体系，用以高效协同菌
株的筛选。试验设置4 组：CK1（40 g蚯蚓+1 kg城镇
污泥）、T
C
（1 40 g蚯蚓+5% C1+1 kg城镇污泥）、T
C
（2 40
g 蚯蚓+5% C2+1 kg 城镇污泥）、T
C3
（40 g 蚯蚓+5%
C3+1 kg 城镇污泥）。根据蚯蚓与细菌生长所需温
度，试验在 30 ℃培养箱中进行，每 3 d 翻堆一次，试
验周期为 30 d。处理结束后，测定蚯蚓生长繁殖情
况，确定目的筛选菌株。
1. 2. 3 筛选菌株的鉴定
对菌株进行形态学观察、生理生化和分子生物
学鉴定。分子生物学鉴定方法：提取筛选菌株的总
DNA，设计引物 PCR 扩增 16S rDNA，扩增产物交由
北京擎科生物科技有限公司进行测序，在 NCBI 上
进行BLAST序列比对分析，选取同源性较高的菌株
并利用软件MEGA 7. 0构建系统发育树。
1. 2. 4 单因素优化设计
通过单因素试验对影响城镇污泥处理时间的
主要因素（蚯蚓投加量、污泥含水率、温度和筛选菌
株接种量）进行优化，蚯蚓粪总质量（以干质量计）
占比在 95% 以上时视为处理结束。设置蚯蚓投加
量分别为 0、20、30、40 g/kg，处理时间最短的为最佳
蚯蚓投加量。在最佳蚯蚓投加量下，设置污泥含水
率分别为 60%、70%、80%，确定最佳污泥含水率。
在最佳蚯蚓投加量和污泥含水率下，设置温度分别
为20、25、30 ℃，确定最佳温度。在以上最佳条件下
对筛选菌株的接种量（3%、5%、10%）进行优化。
[1]李和华,崔欣格,贺文星,等.蜡样芽孢杆菌C3协同蚯蚓处理污泥的条件优化[J].中国给水排水,2025,41(17):152-157.
LIHe-hua,CUIXin-ge,HEWen-xing,et al.Optimization of Operational Parameters for Synergistic Treatment of Urban Sludge Using Bacillus cereus C3 and Earthworms[J].China Water & Wastewater,2025,41(17):152-157.
蜡样芽孢杆菌C3协同蚯蚓处理污泥的条件优化
中国给水排水[ISSN:1000-4062/CN:12-1073/TU] 卷: 第41卷 期数: 2025年第17期 页码: 152-157 栏目: 出版日期: 2025-09-01
- Title:
- Optimization of Operational Parameters for Synergistic Treatment of Urban Sludge Using Bacillus cereus C3 and Earthworms
- 作者:
- 李和华1， 崔欣格1,2， 贺文星1， 田建军3， 吴坤1， 徐淑霞1
- （1.河南农业大学 生命科学学院，河南 郑州 450046；2.重庆师范大学 生命科学学院，重庆 401331；3.郑州市城市排水监测站有限公司，河南 郑州 450000）
- Author(s):
- LI He-hua1， CUI Xin-ge1，2， HE Wen-xing1， TIAN Jian-jun3， WU Kun1， XU Shu-xia1
- （1. College of Life Sciences， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450046， China； 2. College of Life Sciences， Chongqing Normal University， Chongqing 401331， China； 3. Zhengzhou Urban Drainage Monitoring Station Co. Ltd.， Zhengzhou 450000， China）
- 摘要:
- 城镇污泥成分复杂，在处理前期蚯蚓存活率较低，为提高蚯蚓的存活率、提高污泥处理效率、缩短处理时间，原位筛选与蚯蚓具有高效协同作用的菌株，通过单因素与响应面试验对菌株与蚯蚓的协同处理条件进行了优化。经处理，筛选到了一株Bacillus cereus C3，该菌株能够显著促进蚯蚓的生长。同时，确定了Bacillus cereus C3协同蚯蚓处理城镇污泥的最优工艺条件，即蚯蚓投加量为22 g/kg、菌株C3接种量为3%、污泥含水率为74%。最优条件下的城镇污泥处理时间为18.60 d，比优化前缩短38%。
- Abstract:
- The composition of urban sludge is highly complex, resulting in a relatively low survival rate of earthworms during the initial stage of treatment. To improve both the survival rate of earthworms and the overall efficiency of sludge treatment, while simultaneously reducing the required treatment time, in-situ screening was carried out to identify bacterial strains that exhibited a strong synergistic effect with earthworms. The synergistic treatment conditions between the selected strains and earthworms were subsequently optimized using single-factor experiments combined with response surface methodology. After processing, a strain of Bacillus cereus C3 was isolated and identified. This strain was found to significantly enhance the growth of earthworms. The optimal parameters for the synergistic treatment of urban sludge using Bacillus cereus C3 and earthworms were determined as follows: earthworm dosage of 22 g/kg, inoculation mass fraction of strain C3 of 3%, and sludge moisture content of 74%. Under these optimized conditions, the required treatment time for urban sludge was 18.60 days, representing a 38% reduction compared to the treatment time prior to optimization.
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更新日期/Last Update: 2025-09-01
