处理剩余污泥的方法及堆肥产品和应用
阅读：108发布：2020-05-20
专利汇可以提供处理剩余污泥的方法及堆肥产品和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种处理剩余 污泥 的方法及堆肥产品和应用，处理剩余污泥的方法包括：将剩余污泥调节浓度后，经处理得到蚓粪污泥；将蚓粪污泥与调理剂混合，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品，此产品在高效农肥或 土壤 改良剂 中应用。本发明制备的堆肥产品可以有效改善污泥的腐殖化程度，提高 腐殖酸 的分子量大小、缩聚程度和芳香化程度，从而使 蚯蚓堆肥 后的污泥转变为更为优良的农用 肥料 。另外，本发明的反应过程所需条件简单，常温常压下即可发生反应，流程简便易控制，运行管理和设备维修方便，工程造价和运行 费用 大幅降低，对于处理污泥产量小且分布广的农村污泥有着天然的优势。，下面是处理剩余污泥的方法及堆肥产品和应用专利的具体信息内容。
1.一种处理剩余污泥的方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、将剩余污泥调节浓度后，经处理，得到蚓粪污泥；
(2)、将所述蚓粪污泥与调理剂混合，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述蚓粪污泥与所述调理剂的干重比为1:
1；
优选地，所述调理剂为牛粪；
优选地，所述牛粪的含水率为21±3％，有机物含量为347±12g/kg，pH值为8.52±
0.23，电导率为832±22us/cm，C/N为25.7±0.9。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述剩余污泥调节后的浓度为395±20mg/L，水力负荷为4.0±0.1m3/(m2·d)，有机负荷为1.19±0.04kg·VSS/(m3·d)；或者，所述蚓粪污泥的含水率为90±1％，有机物含量为268±12g/kg，pH值为6.83±0.16，电导率为2150±39us/cm，C/N为7.5±0.6；或者，
所述堆肥的温度为25±1℃，含水率为75±5％；或者，
所述蚯蚓为赤子爱胜蚓。
4.一种处理剩余污泥的方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、将剩余污泥经调节池调节浓度后，泵入蚯蚓生物滤池，处理后滴滤进入沉淀池，沉淀池中的上清液回流至调节池，沉淀物经过浓缩，过滤和静置，得到蚓粪污泥；
(2)、将所述蚓粪污泥与调理剂在堆肥装置中混合，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述蚯蚓生物滤池包括至少两级蚯蚓生物滤池，所述蚯蚓生物滤池填充有陶粒填料并且接种了赤子爱胜蚓。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述陶粒填料的直径为10‐20mm，该陶粒填料的主要成分为二氧化硅、氧化铝或三氧化二铁；或者，
所述陶粒填料的固相密度为0.95±0.11g/cm3，堆积密度为0.484±0.021g/cm3，孔隙率为49±2％，比表面积为(1.15±0.09)×10‐3m3/g。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述蚯蚓生物滤池为圆柱体，共分为四节，每节蚯蚓生物滤池的高度为25±1cm，直径为20±1cm。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置包括：从上至下依次设置的盖子和敞口型容器，所述盖子和所述敞口型容器可拆卸连接，所述盖子和所述敞口型容器底部分布着通孔；或者，
所述通孔的密度为1.67±0.3个/cm2，孔径为6‐10目；或者，
所述敞口型容器为圆台形；或者，
所述敞口型容器的上口直径为20±3cm，下口直径为15±1cm，高度为15±5cm；或者，所述敞口型容器的底部穿孔后铺一层纱布。
9.一种堆肥产品，其特征在于：其由如权利要求1至8任一项所述的方法制备而成。
10.一种如权利要求9所述的堆肥产品在高效农肥或土壤改良剂中的应用。
处理剩余污泥的方法及堆肥产品和应用
技术领域
背景技术
[0002] 与城市污水和工业污水相比，农村生活污水中一般不含有毒物质，污泥中COD、氮、磷等营养物的含量较高。但农村污水的处理规模小、污泥产量少，添置专用装置进行污泥的处理不经济。因此，农村污泥的处理需结合农村当地自然环境特点和技术经济条件，利用污泥重金属元素含量远低于国家标准临界值的有利条件，构建污泥农用技术，为农林业生产增加肥源，避免城市污泥处理处置所导致的二次污染问题，从而实现经济效益、环境效益和社会效益的和谐统一。
[0003] 针对村农村剩余污泥的特点，农村剩余污泥处理有如下要求：处理成本低、运行管理维护少和生态化处理效果好。目前常见的污泥处理技术包括好氧消化、厌氧消化、热氧化法和好氧堆肥等。其中，好氧消化、厌氧消化和热氧化法对污泥性质的稳定有显著作用，但好氧消化、厌氧消化和热氧化法与污泥过于依赖相应的设备，其需要大量额外的运行、维护费用，一般只用于处理投资规模较大的污水处理厂的污泥。而污泥堆肥是一种生态化的处理方式，污泥堆肥系统中含有大量复杂的微生物群落，这些微生物以易降解的有机物为能源，能够促进固体废物中有机物降解及转化；另外，污泥堆肥不需要复杂的机械设施，日常的运行维护和管理工作量相比其他技术低，更适合小型城镇或村镇的剩余污泥的处理。
[0004] 近年来，国内许多专家对污泥农用资源化试验研究越来越广泛。陈同斌等人通过盆栽和大田试验，初步探讨了污泥复合肥种植小麦的肥效及其对小麦重金属吸收的影响。试验结果表明，污泥复合肥对小麦的增产效果和土壤的培肥效果明显优于化肥，等同于市售复合肥；污泥复合肥能促进植株生长发育，提高小麦产量，对土壤速效养分的积累有明显的促进作用。张学洪用污泥研制的复合肥进行水稻田间试验也表明，水稻施用有机复合肥后增产18‐19％，肥效略优于市售的复合肥。
[0006] 上述方法均不是理想的剩余污泥生物处理技术，但与厌氧消化、好氧消化和好氧堆肥相比，蚯蚓堆肥过程中的上述缺点导致蚯蚓功能发挥受限，堆肥稳定化效果不理想，致使蚯蚓堆肥不能长期高效进行。
发明内容
[0007] 本发明针对现有技术的不足，首要目的是提供一种处理剩余污泥的方法。
[0008] 本发明的第二个目的在于提供一种堆肥产品和应用。
[0009] 为达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0010] 一种处理剩余污泥的方法，其包括如下步骤：
[0011] (1)、将剩余污泥调节浓度后，经处理，得到蚓粪污泥；
[0012] (2)、将蚓粪污泥与调理剂混合，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品。
[0013] 优选地，蚓粪污泥与调理剂的干重比为1:1。
[0014] 优选地，调理剂为牛粪。
[0015] 优选地，牛粪的含水率为21±3％，有机物含量为347±12g/kg，pH值为8.52±0.23，电导率为832±22us/cm，C/N为25.7±0.9。
[0016] 优选地，剩余污泥调节后的浓度为395±20mg/L，水力负荷为4.0±0.1m3/(m2·d)，有机负荷为1.19±0.04kg·VSS/(m3·d)。
[0017] 优选地，蚓粪污泥的含水率为90±1％，有机物含量为268±12g/kg，pH值为6.83±0.16，电导率为2150±39us/cm，C/N为7.5±0.6。
[0018] 优选地，堆肥的温度为25±1℃，含水率为75±5％。
[0019] 优选地，蚯蚓为赤子爱胜蚓。
[0020] 一种处理剩余污泥的方法，其包括如下步骤：
[0022] (2)、将蚓粪污泥与调理剂在堆肥装置中混合，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品。
[0023] 优选地，蚯蚓生物滤池包括至少两级蚯蚓生物滤池，蚯蚓生物滤池填充有陶粒填料并且接种了赤子爱胜蚓。
[0024] 优选地，陶粒填料的直径为10‐20mm。
[0027] 优选地，蚯蚓生物滤池为圆柱体，总高度为100±4cm，直径为20±1cm。
[0028] 优选地，堆肥装置包括：从上至下依次设置的盖子和敞口型容器，盖子和敞口型容器可拆卸连接，盖子和敞口型容器底部分布着通孔。
[0029] 优选地，通孔的密度为1.67±0.3个/cm2，孔径为6‐10目。
[0030] 优选地，敞口型容器为圆台形。
[0031] 优选地，敞口型容器的上口直径为20±3cm，下口直径为15±1cm，高度为15±5cm。
[0032] 优选地，敞口型容器的底部穿孔后铺一层纱布。
[0033] 一种堆肥产品，其由如上述的方法制备而成。
[0035] 由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
[0036] 第一、本发明投加牛粪作为剩余污泥的调理剂，有利于改善污泥的腐殖化程度，进一步提高堆肥后基质的农用价值和化学安全性；另外，本发明利用牛粪等固体废弃物作为调理剂对蚯蚓生物滤池后的污泥进行堆肥处理，为污泥的处理提供了资源化途径，体现了“以废治废”的思想。
[0038] 第三、本发明经过蚯蚓堆肥处理后的污泥可实现就地利用，减少剩余污泥输送过程中的环境污染和资源消耗等问题，具有广阔的发展前景，除此之外，其还可以有效改善污泥的腐殖化程度，提高腐殖酸的分子量大小、缩聚程度和芳香化程度，使蚯蚓堆肥后的污泥转变为更为优良的农用肥料。
[0039] 第四、本发明的反应过程所需条件简单，常温常压下即可发生反应，运行管理和设备维修方便，工程造价和运行费用大幅降低，对于处理污泥产量小且分布广的农村污泥有着天然的优势，不需要聘请专业人员进行操作，流程简便易控制，其中，蚯蚓生物滤池囊括了多项污泥处理工艺，具有一定的资源利用率和能量转换率等特点。
[0040] 总之，本发明经蚯蚓堆肥(Vermicomposting)处理剩余污泥，主要利用的是蚯蚓的特殊生理生态功能(生态学和生物学特性)，发挥其新陈代谢功能，及其与堆肥系统中微生物群落的协同作用，是一种高效的降解污泥和其他有机固体废弃物的生物工艺。通过蚯蚓堆肥处理过的污泥可有效改善污泥的腐殖化程度，提高腐殖酸的分子量大小、缩聚程度和芳香化程度，使堆肥后的污泥转变为更为优良的农用肥料。当使用牛粪作为堆肥的调理剂时，不仅能为堆肥中蚯蚓的生长提供必需的营养物质，而且还能把污泥转化为较为理想的有机肥料，改善污泥的腐殖化程度，大大降低了污泥农用后对作物的毒害，提高了堆肥后基质的农用价值和化学安全性。附图说明
[0041] 图1为本发明处理剩余污泥的工艺流程图。
[0042] 图2为本发明中剩余污泥、普通陶粒生物滤池(BF)污泥和蚯蚓生物滤池(VF)污泥的红外光谱图。
[0043] 图3为本发明中蚯蚓堆肥前、蚯蚓堆肥后的腐殖酸的红外光谱图。
[0044] 图4为本发明中蚯蚓堆肥前、蚯蚓堆肥后可溶性有机物(DOC)的三维荧光光谱图(其中，(a)为初始物料，(b)为堆肥产品)。
[0045] 图5为本发明中蚯蚓堆肥前、蚯蚓堆肥后腐殖酸的三维荧光光谱图(其中，(a)为初始物料，(b)为堆肥产品)。
[0046] 图6为本发明中蚯蚓堆肥前、蚯蚓堆肥后可溶性有机物(DOC)的FRI分析图。
[0047] 图7为本发明中蚯蚓堆肥前、蚯蚓堆肥后腐殖酸的FRI分析图。
具体实施方式
[0048] 本发明提供了一种处理剩余污泥的方法及堆肥产品和应用。
[0049] <处理剩余污泥的方法>
[0050] 一种处理剩余污泥的方法，其包括如下步骤：
[0051] (1)、将剩余污泥调节浓度后，经处理，得到蚓粪污泥；
[0052] (2)、将蚓粪污泥经过简单干化后，与调理剂干重比1:1混合(共计400g)，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品。
[0054] 蚓粪污泥与调理剂的干重比可以为1:1。
[0055] 蚯蚓为赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)，购于江苏省句容市某蚯蚓养殖基地。
[0056] 调理剂为牛粪，其来自上海市浦东新区某养殖厂。
[0057] 牛粪的含水率可以为21±3％，优选为21％；有机物含量(TOC)可以为347±12g/kg，优选为347g/kg；pH值可以为8.52±0.23，优选为8.52；电导率(EC)可以为832±22us/cm，优选为832us/cm；C/N可以为25.7±0.9，优选为25.7。
[0058] 剩余污泥调节后的浓度可以为395±20mg/L，优选为395mg/L；水力负荷可以为4.0±0.1m3/(m2·d)，优选为4.0m3/(m2·d)；有机负荷可以为1.19±0.04kg·VSS/(m3·d)，优选为1.19kg·VSS/(m3·d)。
[0059] 蚓粪污泥的含水率可以为90±1％，优选为90％；有机物含量(TOC)可以为268±12g/kg，优选为268g/kg；pH值可以为6.83±0.16，优选为6.83；电导率(EC)可以为2150±
39us/cm，优选为2150us/cm；C/N可以为7.5±0.6，优选为7.5。
39us/cm，优选为2150us/cm；C/N可以为7.5±0.6，优选为7.5。
[0060] 堆肥的温度可以为25±1℃，优选为25℃；含水率可以为75±5％，优选为75％；堆肥的时间优选为56d。
[0061] <处理剩余污泥的方法>
[0062] 一种处理剩余污泥的方法，如图1所示，其包括如下步骤：
[0063] (1)、将剩余污泥经调节池调节浓度后，泵入蚯蚓生物滤池，处理后滴滤进入沉淀池，沉淀池中的上清液回流至调节池，沉淀物经过浓缩，过滤和静置，得到蚓粪污泥；
[0064] (2)、将蚓粪污泥与调理剂在堆肥装置中混合，投加蚯蚓以形成堆肥，等待56‐63d后，得到堆肥产品。
[0065] 其中，蚯蚓生物滤池包括至少两级蚯蚓生物滤池，蚯蚓生物滤池填充有陶粒填料并且接种了赤子爱胜蚓。
[0066] 陶粒填料的主要成分为二氧化硅、氧化铝或三氧化二铁。
[0067] 陶粒填料的固相密度为0.95±0.11g/cm3，堆积密度为0.484±0.021g/cm3，孔隙率为49±2％，比表面积为(1.15±0.09)×10‐3m3/g。
[0068] 蚯蚓的单体体重为0.3g，体长约为5cm，蚯蚓生物滤池中投加蚯蚓的密度为48g/L，每个堆肥装置中投加蚯蚓的数量为20条。
[0069] 其中，蚯蚓生物滤池为圆柱体，由4节相同的蚯蚓生物滤池组成，每节蚯蚓生物滤池的高度为25cm，直径为20cm，其内的陶粒填料的直径为10‐20mm。
[0070] 蚯蚓生物滤池(Vermifiltration,VF)具有过滤、吸附、好氧分解和污泥处理等功能，利用蚯蚓和微生物的拮抗作用，分解和利用污泥中的有机物和营养物质，促进含氮物质的硝化与反硝化作用，从而实现污泥的减量化和稳定化。
[0071] 本发明采用连续流蚯蚓生物滤池对常规活性污泥工艺的剩余污泥进行大幅度减量及一定程度的稳定化，然后对减量后的剩余污泥进行进一步的稳定化和资源化利用，将其和调理剂以一定比例混合，进行蚯蚓堆肥，控制一定的含水率，置于阴凉通风处，从而可对堆肥处理过的剩余污泥进行农用资源化。在此过程中，剩余污泥通过蚯蚓生物滤池处理后，污泥大幅度减量，含水率降低，污泥脱水性能和稳定性提高，利于后续的堆肥处理。堆肥过程中加入蚯蚓，可优化细菌和真菌的群落结构，提高堆肥效率，蚯蚓与微生物的协同作用有利于对有机物的分解和转化。而堆肥的副产物—蚓粪是性能良好的有机肥料，研究发现喷施蚓粪浸提液显著提高了叶面积、植物干物质量和果实单产，能够减少白化病、畸形果和灰霉病的发生，从而提高果实总产量与品质，具有良好的经济价值，同时蚓粪富含微生物，将有助于改善土壤微生物结构，促进有机物的降解。此外，蚯蚓能产生大量由糖蛋白和较小的葡萄苷和蛋白质分子组成的肠道粘液，进入蚯蚓肠道的微生物以粘液中的含氮化合物为营养物质，能大幅度提高微生物的活性。
[0072] 实际上，堆肥装置包括：从上至下依次设置的盖子和敞口型容器，盖子和敞口型容器可拆卸连接，盖子和敞口型容器底部均分布着通孔。
[0073] 其中，敞口型容器的形状为圆台形。
[0074] 敞口型容器的上口直径可以为20±3cm，优选为20cm；下口直径可以为15±1cm，优选为15cm；高度可以为15±5cm，优选为15cm。
[0075] 通孔的密度可以为1.67±0.3个/cm2，优选为1.67个/cm2；孔径可以为6‐10目，优选为6目。
[0076] 实际上，盖子可以均匀分布着6个通孔，敞口型容器底部可以均匀分布着4个通孔，盖子和敞口型容器底部均匀分布的通孔数目在此不作特别限制。
[0077] 敞口型容器的底部穿孔后铺一层纱布，目的是：一方面有利于敞口型容器底部通风，另一方面为了防止蚯蚓逃逸。
[0078] 其中，敞口型容器可以为聚乙烯塑料容器，也可以为其它材质的容器，在此不作特别限制。
[0079] <堆肥产品>
[0080] 一种堆肥产品，其可以由如上述的方法制备而成。
[0081] <堆肥产品的应用>
[0082] 一种如上述的堆肥产品可以在高效农肥或土壤改良剂中应用。
[0083] 进行资源化应用时，堆肥产品按照15％的比重与土壤混合。
[0084] 以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0085] 实施例1：一种处理剩余污泥的方法
[0086] 本实施例中处理剩余污泥的方法，其包括如下步骤：
[0087] (1)、将剩余污泥经调节池调节浓度后，剩余污泥的浓度为395mg/L，水力负荷为4.0m3/(m2·d)，有机负荷为1.19kg·VSS/(m3·d)，泵入蚯蚓生物滤池，处理后滴滤进入沉淀池，沉淀池中的上清液回流至调节池，沉淀物经过浓缩，过滤和静置，得到蚓粪污泥，其含水率为90％，有机物含量(TOC)为268g/kg，pH值为6.83，电导率(EC)为2150us/cm，C/N为
7.5；
7.5；
[0088] (2)、将蚓粪污泥与调理剂牛粪在堆肥装置中混合14d后，其中，牛粪的含水率为21％，有机物含量(TOC)为347g/kg，pH值为8.52，电导率(EC)为832us/cm，C/N为25.7，然后在每个敞口型容器内投加20条蚯蚓，每条蚯蚓的重量在0.3g左右，体长约为5cm，以形成堆肥，堆肥温度为25℃，含水率为75％，盖上盖子等待56d后，得到堆肥产品。
[0089] 其中，牛粪的含水率在21±3％之内，有机物含量(TOC)在347±12g/kg之内，pH值在8.52±0.23之内，电导率(EC)在832±22us/cm之内，C/N在25.7±0.9之内是可以的。
[0090] 剩余污泥调节后的浓度在395±20mg/L之内，水力负荷4.0±0.1m3/(m2·d)之内，有机负荷1.19±0.04kg·VSS/(m3·d)之内是可以的。
[0091] 蚓粪污泥的含水率在90±1％之内，有机物含量(TOC)268±12g/kg之内，pH值在6.83±0.16之内，电导率(EC)在2150±39us/cm之内，C/N 7.5±0.6之内都是可以的。
[0092] 堆肥的温度在25±1℃之内，含水率在75±5％之内，投加蚯蚓后的等待时间在56‐63d之内均是可以的。
[0093] 实施例2：堆肥装置
[0094] 本实施例的堆肥装置包括：从上至下依次设置的盖子和敞口型容器，盖子和敞口型容器可拆卸连接。其中，敞口型容器为聚乙烯塑料的圆台形容器，其上口直径为20cm，下口直径为15cm，高度为15cm；盖子均匀分布着6个通孔，敞口型容器底部均匀分布着4个通孔，通孔的密度为1.67个/cm2，孔径为6目；另外，在敞口型容器的底部穿孔后铺一层纱布。
[0095] 实际上，敞口型容器的上口直径在20±3cm之内，下口直径在15±1cm之内，高度在2
15±5cm之内，通孔的密度在1.67±0.3个/cm之内，孔径在6‐10目之内都是可以的。
15±5cm之内，通孔的密度在1.67±0.3个/cm之内，孔径在6‐10目之内都是可以的。
[0096] 本实施例中堆肥装置的尺寸或形状仅供说明之用，并不视为对本发明的产品的实际尺寸或实际形状的限制，本领域技术人员在获知本发明的具体内容后，可以根据实际情况更改各部件的具体尺寸或形状，以实现对本发明的产品的放大或缩小。
[0097] <实验>
[0098] 以实施例得到的产品作为材料分别进行如下实验。
[0099] <实验1>
[0100] 本实验用来验证蚯蚓生物滤池对剩余污泥的脱水性能、沉降性能及稳定化效果的影响。
[0101] 本实验采用相同尺寸的普通陶粒生物滤池作为空白对照实验，经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥的VSS/SS由剩余污泥的0.72下降到0.65，经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥的VSS/SS由剩余污泥的0.72下降到0.59，VSS减量率分别为29.4％和46.5％，与普通陶粒生物滤池(BF)相比，蚯蚓生物滤池(VF)对剩余污泥的稳定化和减量化效果明显。理由如下：
[0102] (1)污泥的脱水性能：
[0103] 1)污泥比阻(SRF)和滤饼含固率
[0104] 滤饼含固率是反映污泥脱水效果最直观的指标，滤饼含固率越高，产生的滤饼体积越小，更易于对污泥进行后续处理。
[0105] 表1剩余污泥、普通陶粒生物滤池(BF)污泥和蚯蚓生物滤池(VF)污泥的性质参数[0106]
[0107] 由表1可知，经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥比阻(SRF)相对于剩余污泥的污泥比阻(SRF)下降了32.6％，经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥比阻相对于剩余污泥的污泥比阻(SRF)下降了56.9％，说明了经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥比阻比经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥比阻降低得更加显著；蚯蚓生物滤池(VF)中蚯蚓通过吞噬消化作用，能够释放出污泥中一部分毛细水和结合水，有助于污泥脱除更多的水分，即：经蚯蚓生物滤池(VF)的滤饼含固率相对于剩余污泥的滤饼含固率增加了33.6％，经普通陶粒生物滤池(BF)的滤饼含固率相对于剩余污泥的滤饼含固率增加了15.7％，因此，经蚯蚓生物滤池(VF)的滤饼含固率越高，产生的滤饼体积越小，更易于对污泥进行后续处理。
[0108] 2)污泥毛细吸水时间(CST)
[0109] 表2剩余污泥、BF污泥和VF污泥的特定吸收峰的相对吸收强度
[0110]
[0111] 由表2可知，通过蚯蚓生物滤池(VF)和普通陶粒生物滤池(BF)处理剩余污泥后，剩余污泥的毛细吸水时间均有了明显的下降，经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥毛细吸水时间相对于剩余污泥的毛细吸水时间下降了32.0％，经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥毛细吸水时间相对于剩余污泥的毛细吸水时间下降了18.2％，而蚯蚓生物滤池(VF)中由于蚯蚓的存在，降低了污泥与水之间的作用力，使污泥中的间隙水更加容易与污泥颗粒分离，从而大大降低了污泥脱水的难度，因此，表明了经过蚯蚓生物滤池(VF)处理后的污泥，其脱水性能均有了不同程度的改善。
[0112] (2)污泥的沉降性能：
[0113] 污泥体积指数(SVI)能够反映污泥的松散程度及凝聚沉降性能，当SVI较低时，污泥颗粒较大，结构紧密，无机物比例越高，吸附能力越差，污泥的沉降性能越好；SVI过高则表明污泥将要或已经发生膨胀，较难沉淀。由表1可知，经普通陶粒生物滤池(BF)的SVI值比剩余污泥的SVI值降低了6.8％，经蚯蚓生物滤池(VF)的SVI值比剩余污泥的SVI值降低了31.3％，因此，说明了经蚯蚓生物滤池(VF)处理后，污泥的沉降性能有了更大的提升，不仅沉降速率变快，固体颗粒从悬浊液自然分离所需的时间缩短，而且污泥的可压缩性提高，便于后续污泥的处理。
[0114] (3)污泥的稳定化程度：
[0115] 1)有机元素分析
[0116] 污泥的稳定化程度对沉降脱水性能的影响可以通过测定滤池系统的C、H和N的含量来分析，由表1可知，经普通陶粒生物滤池(BF)处理后的污泥的总C、H和N平均百分含量为38.45％，经蚯蚓生物滤池(VF)处理后的污泥的总C、H和N平均百分含量为35.15％，比剩余污泥总C、H和N平均百分含量(42.86％)均有大幅度的降低，说明了剩余污泥经过蚯蚓生物滤池(VF)处理后，有机物的比例明显下降，稳定化程度得到提高。
[0117] C/H值表征的是芳香族特征，C/H值越低表明污泥的芳香化程度越高，经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥的C/H值比剩余污泥的C/H值略有降低，经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥的C/H值比剩余污泥的C/H值下降幅度更大，表明了在蚯蚓生物滤池(VF)中，在蚯蚓和微生物的共同作用下，其污泥的芳香化程度更高，更加稳定，这与C、H和N总含量所得结论一致。
[0119] 由表1可知，经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥的TOC含量和经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥的TOC含量比剩余污泥的TOC含量均有下降，其中，经普通陶粒生物滤池(BF)的污泥的TOC含量下降了9.3％，经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥的TOC含量下降了29.5％，说明了污泥的稳定性得到大幅度提高，经蚯蚓生物滤池(VF)处理后的污泥的稳定性更加显著。
[0120] 实际上，经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥的TOC含量显著降低的原因是：蚯蚓摄食以及蚯蚓和微生物之间的协同作用造成的，蚯蚓能够对污泥施加一定的调节作用，比如吞食作用，其可以磨碎污泥，增加污泥与微生物的接触；其分泌的肠道消化酶也能加快污泥的降解，改变微生物的群落结构等，这些都有助于微生物对有机物的进一步降解；另外，蚯蚓自身的生长和繁殖也需要能量，其摄食活动也会导致污泥中的TOC含量减少。
[0121] 3)红外光谱分析
[0122] 由图2可知，剩余污泥、普通陶粒生物滤池(BF)的污泥和蚯蚓生物滤池(VF)的污泥在不同的区域均出现了多种特征峰，为了相对定量比较各类物质的变化情况，通过计算各个特征吸收峰的相对吸收强度来观察剩余污泥、普通陶粒生物滤池(BF)的污泥和蚯蚓生物滤池(VF)的污泥中各类有机化合物的变化情况，其计算方法如下：
[0123] rAi＝Ai/(A2925+A2860+A1650+A1535+A1460+A1240+A1060)×100％[0124] (rAi：相对吸收强度；Ai：波数icm‐1处经基线校正的吸光度)
[0125] 由表2可知，剩余污泥、普通陶粒生物滤池(BF)的污泥和蚯蚓生物滤池(VF)的污泥各区域特定吸收峰的相对吸收强度都有变化，在2925cm‐1和2860cm‐1处，普通陶粒生物滤池(BF)污泥和蚯蚓生物滤池(VF)污泥的相对吸收强度均低于剩余污泥的相对吸收强度，表明普通陶粒生物滤池(BF)污泥和蚯蚓生物滤池(VF)污泥中的脂肪酸均被降解，其中，蚯蚓生物滤池(VF)污泥比普通陶粒生物滤池(BF)污泥下降地更加明显；1650cm‐1、1535cm‐1和1460cm‐1处均表征蛋白质类物质，该区域内剩余污泥、普通陶粒生物滤池(BF)污泥和蚯蚓生物滤池(VF)污泥的相对吸收强度分别为50.45％、48.54％和44.71％，说明经过蚯蚓生物滤池(VF)处理后，蛋白质类物质得到了大幅度的降解；在1240cm‐1处，普通陶粒生物滤池(BF)污泥和蚯蚓生物滤池(VF)污泥的相对吸收强度均呈下降的趋势，该处表征的是DNA和RNA，表明了蚯蚓生物滤池(VF)污泥中的微生物含量较普通陶粒生物滤池(BF)污泥的微生物含量更少，污泥的活性降低而稳定性则相对提高；而在1060cm‐1处呈现出了上升的趋势，该处表征的是多糖，这是由于滤池系统在处理剩余污泥过程中，对蛋白质与脂肪酸的降解率较高，而对多糖的降解并不明显，这就导致了经滤池系统后的污泥中多糖所占的比例有所上升。
[0126] 通过以上分析对比发现，与普通陶粒生物滤池(BF)相比，蚯蚓生物滤池(VF)不仅能提高污泥的脱水性能和沉降性能，增强污泥的稳定化程度，而且经蚯蚓生物滤池(VF)的污泥絮体的粘度小，结构紧密，含水率低，更利于后续的堆肥处理，使堆肥效果显著提高。
[0127] <实验2>
[0128] 本实验的目的在于验证投加调理剂牛粪的堆肥产品的稳定化效果。
[0129] 将蚯蚓生物滤池(VF)污泥(含水率为85％)自然风干后，与调理剂牛粪以干重比1:1混合作为实验组，设置不投加调理剂牛粪的实验作为对照组。两者均放置于实验室阴凉通风处，每隔24h人工翻动1次，用以消除异味物质对蚯蚓的不利影响。3天后，往堆肥装置内均加入20条蚯蚓。堆肥时间为56天，实验过程中每隔3天取少量样品检测含水率，控制含水率在75％左右，每隔14天取样测量并统计蚯蚓的数量和平均重量。56天后，实验组的情况为：
蚯蚓为18条，平均体重增加57.94％，蚓茧数为24个，TOC(g/kg)去除率为12.3‐22.4％，DOC(g/kg)去除率为49.3％；与之相对应的对照组TOC(g/kg)去除率为9.78‐9.98％，DOC(g/kg)去除率为32.6％。因此，实验组的TOC和DOC去除率越高，说明实验组的污泥稳定化效果越好。理由如下：
蚯蚓为18条，平均体重增加57.94％，蚓茧数为24个，TOC(g/kg)去除率为12.3‐22.4％，DOC(g/kg)去除率为49.3％；与之相对应的对照组TOC(g/kg)去除率为9.78‐9.98％，DOC(g/kg)去除率为32.6％。因此，实验组的TOC和DOC去除率越高，说明实验组的污泥稳定化效果越好。理由如下：
[0130] (1)红外光谱分析：
[0131] 各堆肥物料腐殖酸红外光谱波动位点类似，其相对振动强度却存在一定的差异(如图3所示)。随着堆肥时间的延长，主要变化如下：投加调理剂牛粪堆肥后脂肪亚甲基吸收出现在2956～2850cm‐1处，强度不断降低；调理剂牛粪堆肥在1080cm‐1区域附近(多糖或‐1类多糖物质)的相对峰度呈现明显下降趋势；从红外光谱数据变化来看，1640cm 附近吸收峰反映出的物质类别比较复杂，堆肥中本身存在的酰胺类物质对1640cm‐1峰强度的贡献不够清楚，当堆肥中某物质的降解速度超过其合成速度时，在相应区域内的吸收强度就会减弱，但含量非常丰富的某些化合物如木质素和芳香化合物等，在1640cm‐1附近也存在吸收，则会导致该区域吸收强度增强。这些变化表明，调理剂牛粪在蛋白质、糖类降解和羧酸类物质增加方面具有其特殊的优势，禽畜粪便类调理剂有助于小分子向复杂大分子有机质的转化，加快了堆肥物料腐殖化的程度，而羧酸类基团的增加亦可以为重金属提供更多的络合吸附位点，有利于蚯蚓生物滤池污泥的农用资源化。
[0132] (2)三维荧光光谱检测：
[0133] 1)溶解性有机碳(DOC)
[0134] 蚯蚓堆肥过程中溶解性有机碳(DOC)的荧光光谱，如图4所示。其中，初始样品中主要包括4个荧光峰。Peak(峰)1区域主要表征芳香类蛋白质，包括色氨酸和BOD5，Peak(峰)2区域主要包含溶解性的微生物副产物和酪氨酸，Peak(峰)4区域与富里酸的含量有关，而Peak(峰)3区域则属于典型的腐殖酸。
[0135] 蚯蚓堆肥过程中，Peak(峰)1区域和Peak(峰)2区域的荧光强度明显降低，而Peak(峰)3区域和Peak(峰)4区域的荧光强度则显著增加，表明蚯蚓堆肥会导致水溶性有机物中类蛋白物质含量减少，而类富里酸和腐殖酸物质含量增加。经蚯蚓生物滤池的污泥(即蚓粪污泥)与添加了调理剂牛粪的混合物料相比，Peak(峰)3区域和Peak(峰)4区域的强度较高，这与经蚯蚓生物滤池处理后，其腐殖化程度略有提高有关。
[0136] 投加调理剂牛粪进行蚯蚓堆肥后，Peak(峰)3区域与Peak(峰)4区域的强度较蚓粪污泥堆肥产品有很明显的增强，这表明富里酸和腐殖酸类物质含量较高，生物稳定性得到提高，这与富含纤维素类物质的牛粪发酵后的产物稳定性较高有关。
[0137] 2)腐殖酸
[0138] 本实验采取了典型的腐殖酸提取方法，并着重去除了样品中的蛋白质干扰，去除蛋白质步骤重复三次，从初始混合物料的样品荧光光谱(如图5所示)中可看出，Ex/Em在区域1和区域2(Ex：200‐250nm，Em：280‐380nm)几乎没有蛋白质峰出现，保证了腐殖酸荧光光谱的可靠性。
[0139] 蚓粪污泥堆肥和投加调理剂牛粪堆肥初始及堆肥结束后的样品荧光光谱中主要出现两个荧光峰，其中荧光峰A位于Ex/Em＝330/450nm，其为典型的腐殖酸类物质，荧光峰B位于Ex/Em＝270/436nm，其为典型的富里酸类物质，两者都是腐殖质的主要成分。
[0140] 蚓粪污泥堆肥过程中，污泥峰A的峰值由初始的161.1升高至179.8，峰B的峰值由初始的111.3升高至127.3。
[0141] 投加调理剂牛粪后，进行污泥堆肥过程中，堆肥物料的峰A的峰值由初始的229.5升高至316.0，这是由于在蚯蚓及微生物的作用下，初始物料中的蛋白质等易降解有机物含量降低的同时，部分有机物转化合成为更稳定的腐殖酸和富里酸物质；峰B的峰值由初始的179.8升高至233.5，这是由于调理剂牛粪富含大量的纤维素或木质素等，在堆肥过程中，蚯蚓和微生物的降解作用，导致富里酸类物质的增加。
[0142] 此外，堆肥结束后，蚓粪污泥堆肥产品和投加调理剂牛粪的堆肥产品峰A的位置基本都有向长波长方向发生迁移，尤其是投加调理剂牛粪的堆肥产品，从435/335迁移到435/350，这是由于剩余污泥和牛粪的腐殖酸具有分子结构简单、分子变异大、分子量小、共轭键级别低、芳香化缩聚和腐殖化程度低等特点，而经蚯蚓堆肥后污泥和牛粪的腐殖酸成分则具有分子量大、芳香化缩聚和腐殖化程度增加的特征。
[0143] (3)荧光区域一体化分析(FRI)：
[0144] 腐殖酸荧光光谱可以划分为5部分，区域1为络氨酸类有机物，区域2为色氨酸类有机物，区域3为富里酸类物质，区域4为溶解性的微生物产物，区域5为腐殖酸类物质。具体划分方法见表3。去除瑞利散射和拉曼散射等后，将各区域的荧光强度相加求和，并根据各区域面积将荧光强度标准化后，即可得到各荧光区域的百分比Pi,n。对不同调理剂牛粪堆肥前、堆肥后腐殖酸荧光光谱进行FRI分析。
[0145] 表3荧光光谱FRI的区域划分及代表性物质
[0146]
[0147] 1)溶解性有机物(DOC)
[0148] 由图6可知，初始物料中，区域5的Pi,n值就达到了0.28‐0.38，蚓粪污泥的区域5所占比例也略高于投加调理剂牛粪的混合物料，这表明蚓粪污泥(蚯蚓生物滤池污泥)相对调理剂牛粪初始混合物料就具有一定的腐殖化程度，这与蚯蚓生物滤池具有一定稳定化效果的结论一致。随着蚯蚓堆肥的进行，蚓粪污泥堆肥和调理剂牛粪堆肥区域1和区域2的Pi,n值之和开始降低，分别从最开始的0.25和0.31降低至0.14和0.12，这部分主要是蛋白质类，包括色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸，其易降解和转化的特性为蚯蚓和微生物的生长和繁殖提供了营养物质。另一方面，区域3和区域5所占的比例不断升高，蚯蚓堆肥过程中富里酸和腐殖酸类物质增多。因此，蚯蚓堆肥的腐殖化是腐殖酸中所包含的易降解成分如色氨酸和酪氨酸类蛋白质逐渐减少，而富里酸和腐殖酸类物质不断增加的一个过程。另外，调理剂牛粪堆肥过程中区域4所占的比例亦逐渐降低，由0.27下降至0.23，即溶解性微生物产物减少，意味着蚯蚓堆肥过程中微生物活性有所降低，即堆肥的生物稳定性增强。
[0149] Ph/Pp是类腐植酸区(区域3和区域5)的Pi,n的和与类蛋白区(区域1、区域2及区域3)Pi,n的和的比值，其值越大，污泥稳定性越高。投加调理剂牛粪的堆肥产品的Ph/Pp达到了2.35，其稳定化效果明显，与三维荧光光谱检测结果相符。
[0150] 2)腐殖酸
[0151] 与水溶性有机物FRI不同的是，腐殖酸提取物中区域1和区域2代表的蛋白质类物质明显降低，甚至基本可以忽略，这与腐殖酸提取之前对蛋白质进行去除的预处理结果一致，表明提取的腐殖酸纯度较高，具有代表性，堆肥后蛋白质类两个区域所占的比例进一步降低，原因是蚯蚓和微生物的协同作用，从而降解蛋白质等易降解有机物。
[0152] 随着堆肥的完成，如图7所示，调理剂区域5所占的比例明显升高，这表示相同物料单位重量内腐殖酸类物质含量增多，蚯蚓堆肥降解有机质的同时有效地将部分有机质向大分子复杂的腐殖类物质进行了转化。此外，调理剂牛粪区域4所占比例亦有所降低，即溶解性微生物产物减少，这意味着蚯蚓堆肥后微生物活性降低，即堆肥的生物稳定性有所加强，原因可能是堆肥中前期，有机质的快速且大量的降解导致后期营养物质的匮乏，此外蚯蚓堆肥过程中pH不断降低和电导率的显著升高都对环境中的微生物起到了一定的胁迫作用。
[0153] 值得注意的是，投加调理剂牛粪的堆肥产品区域5的比例明显高于剩余污泥堆肥产品，表明投加调理剂牛粪后，蚯蚓堆肥处理的腐殖化进程更为明显，经显示，牛粪中的纤维素类比其它调理剂(锯末和麦麸等)成分更容易成为腐殖酸的骨架，且牛粪等禽畜粪便类调理剂在堆肥过程中容易产生羧基、酯类和羟基等官能团，从而加快腐殖酸的生成，与三维荧光光谱检测结果相符。
[0154] <实验3>
[0155] 本实验的目的在于验证投加调理剂牛粪后污泥的农用肥效。
[0156] 本实验中的土壤购买于淮安市某农业发展公司普通菜园，其中，牛粪的性质是：有机质为177g/kg，速效氮含量为5.0g/kg，速效磷含量为2.5g/kg，pH值为6.83，电导率(EC)为1760us/cm。
[0157] 取投加调理剂牛粪进行蚯蚓堆肥后的污泥按比重15％的比例与土壤充分混合，混合后泥土总重40g。将混合的泥土放于培养皿中，加入蒸馏水至淹没泥土，搅拌均匀之后静置。在泥水混合物上敷设一张滤纸，将挑选好的50粒小白菜种子均匀放置于滤纸上，使种子刚好浸入液体中。实验设置三个平行样，并分别在3d和5d的时候检测小白菜的种子发芽势和种子发芽率。
[0158] 取新鲜堆肥样品与蒸馏水按固液比1:10混合，于离心机中200r/min离心1h后，4000r/min再离心10min，取5ml上清液放入洁净的培养皿中，取一张大小合适的滤纸敷设于液面上，均匀放入10粒小白菜种子，同时以蒸馏水作为空白对照实验，4℃恒温培养24h后取出，观察发芽情况及种子根长，计算发芽指数。发芽指数的计算公式如下：
[0159] 发芽指数(GI)＝(样品发芽数×根长)/(空白对照发芽数×根长)
[0160] 实验测得：3d后种子发芽势为82.3％，5d后种子发芽率为81.5％，种子发芽指数为0.83。一般认为，发芽指数(GI)>50％时堆肥已达成熟，投加调理剂牛粪的堆肥产品的种子发芽指数达到83％，表明投加调理剂牛粪的堆肥物料经过56天后，达到腐熟要求，可有效促进小白菜种子的根系生长，有利于小白菜后续成长中的营养吸收，并最终促进小白菜种子发育成正常植株。
[0161] <实验4>
[0162] 本实验的目的在于验证投加调理剂牛粪后污泥的农用价值。
[0163] 本实验选取小白菜为实验种子，采用条垛状盆为容器，进行盆栽实验。其中蚯蚓堆肥产品分别按照15％的比重与土壤混合，总重共计约3.5kg，同时，设置不添加堆肥物料的空白组进行对照。每个容器内均匀栽种50颗小白菜种子，控制合理间距，平均一周洒水3次，每次喷洒50mL左右，栽种第一周用遮光布进行遮盖，避免强光照射。实验结果如表4所示。
[0164] 表4蚯蚓堆肥物料施用下对小白菜的成长情况
[0165]
[0166] 由表4可知，与空白组相比，施用了蚯蚓堆肥物料组40d后，种子的成活率、株高、茎粗、叶片数都有不同程度的提高，其中尤以茎粗的增加比例最大。这说明经过蚯蚓生物滤池和投加调理剂牛粪堆肥处理后的剩余污泥肥效显著增加，农用价值提高，资源化效果明显，能极大地促进植物的生长，其作为植物生长基质或肥料具有巨大发展潜力。
[0167] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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