- 伏小勇,崔廣宇,陳學民,黃魁.蚯蚓處理對污泥中微生物碳量及脫氫酶活性的影響[J].環境科學學報,2015,35(1):252-256
蚯蚓處理對污泥中微生物碳量及脫氫酶活性的影響
- Effects of earthwormson the microbial biomass carbon and dehydrogenase activity in decomposition treatment of sewage sludge
- 關鍵詞：污泥 蚯蚓 微生物碳量 脫氫酶活性
- 基金項目：國家自然科學基金(No.51168029);甘肅省科技支撐計劃項目(No.1104FKCA157)
- 作者
- 單位
- 伏小勇
- 蘭州交通大學環境與市政工程學院, 蘭州 730070
- 崔廣宇
- 蘭州交通大學環境與市政工程學院, 蘭州 730070
- 陳學民
- 蘭州交通大學環境與市政工程學院, 蘭州 730070
- 黃魁
- 岐阜大學流域圈科學研究センター, 岐阜 501-1193
- 摘要：將含水率80.6%的脫水污泥制成5 mm的污泥顆粒,以添加蚯蚓(赤子愛勝蚓)為處理組,無蚯蚓為對照組,測定不同時期污泥的理化性質、微生物碳量(MBC)和脫氫酶活性(DHA)的變化,重點研究了蚯蚓對污泥降解過程中MBC和DHA變化的影響.結果表明,相比對照組,蚯蚓處理組pH變化幅度較小;實驗結束時,蚯蚓處理組的電導率(EC)和溶解性有機碳(DOC)顯著高于對照組,而有機質(OM)顯著低于對照組.實驗前30 d,蚯蚓處理組MBC顯著高于對照組,40 d至實驗結束,蚯蚓處理組MBC顯著低于對照組.DHA的結果表明,蚯蚓處理組和對照組在前30 d并沒有顯著性差異,40 d后蚯蚓處理組的DHA顯著低于對照組,DHA穩定在2.98~6.40 mg·g-1·h-1(以TPF計).相關分析表明,DHA、MBC和OM之間顯著正相關.研究表明,接種蚯蚓在實驗前期顯著提升了系統的微生物量,加快污泥有機質的降解,從而導致后期產物的微生物量及其活性較低,最終產物更穩定.
- 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
環 境 科 學 學 報
Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１
Ｊａｎ．， ２０１５
基金項目： 國家自然科學基金（Ｎｏ．５１１６８０２９）；甘肅省科技支撐計劃項目（Ｎｏ．１１０４ＦＫＣＡ１５７）
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （ Ｎｏ． ５１１６８０２９） ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ Ｎｏ．
１１０４ＦＫＣＡ１５７）
作者簡介： 伏小勇（１９５９—），男，教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｘｉａｏｙｏｎｇ７３６２＠ ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ； ∗通訊作者（責任作者）
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ： ＦＵ Ｘｉａｏｙｏｎｇ（１９５９—），ｍａｌｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ， Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｘｉａｏｙｏｎｇ７３６２＠ ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ； ∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ
ＤＯＩ：１０．１３６７１ ／ ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１４．０７２１
伏小勇，崔廣宇，陳學民，等．２０１５．蚯蚓處理對污泥中微生物碳量及脫氫酶活性的影響［Ｊ］．環境科學學報，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
蚯蚓處理對污泥中微生物碳量及脫氫酶活性的影響
伏小勇１，∗，崔廣宇１
，陳學民１
，黃魁２
１． 蘭州交通大學環境與市政工程學院，蘭州 ７３００７０
２． 岐阜大學流域圈科學研究センター，岐阜 ５０１⁃ １１９３
收稿日期：２０１４⁃ ０３⁃ １１ 修回日期：２０１４⁃ ０４⁃ ３０ 錄用日期：２０１４⁃ ０５⁃ ０１
摘要：將含水率８０．６％的脫水污泥制成 ５ ｍｍ 的污泥顆粒，以添加蚯蚓（赤子愛勝蚓）為處理組，無蚯蚓為對照組，測定不同時期污泥的理化性
質、微生物碳量（ＭＢＣ）和脫氫酶活性（ＤＨＡ）的變化，重點研究了蚯蚓對污泥降解過程中ＭＢＣ 和ＤＨＡ 變化的影響．結果表明，相比對照組，蚯蚓
處理組 ｐＨ 變化幅度較��；實驗結束時，蚯蚓處理組的電導率（ＥＣ）和溶解性有機碳（ＤＯＣ）顯著高于對照組，而有機質（ＯＭ）顯著低于對照組．
實驗前３０ ｄ，蚯蚓處理組 ＭＢＣ 顯著高于對照組，４０ ｄ 至實驗結束，蚯蚓處理組 ＭＢＣ 顯著低于對照組．ＤＨＡ 的結果表明，蚯蚓處理組和對照組在
前３０ ｄ 并沒有顯著性差異，４０ ｄ 后蚯蚓處理組的 ＤＨＡ 顯著低于對照組，ＤＨＡ 穩定在２．９８～ ６．４０ ｍｇ·ｇ－１
·ｈ－１
（以 ＴＰＦ 計）．相關分析表明，ＤＨＡ、
ＭＢＣ 和 ＯＭ 之間顯著正相關．研究表明，接種蚯蚓在實驗前期顯著提升了系統的微生物量，加快污泥有機質的降解，從而導致后期產物的微生
物量及其活性較低，最終產物更穩定．
關鍵詞：污泥；蚯蚓；微生物碳量；脫氫酶活性
文章編號：０２５３⁃２４６８（２０１５）０１⁃ ２５２⁃ ０５ 中圖分類號：Ｘ７０３ 文獻標識碼：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：蚯蚓處理對污泥中微生物碳量及脫氫酶活性的影響
１ 引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）
活性污泥中的有機成分主要是由棲息在活性
污泥上的微生物群體及被微生物吸附的有機物組
成，微生物則主要由細菌、真菌、原生動物和后生動
物構成．活性污泥中的微生物以異養好氧細菌為主，
增殖速率較高，具有較強的分解有機物并將其轉化
為無機物的功能（張自杰等，２０００）．但污泥脫水后微
生物生存環境發生了變化，外源營養物質中斷，微
生物處于內源呼吸狀態（尹軍等，２００１），代謝產物
擴散難度大，微生物種群及數量變化較大，導致污
泥穩定性差，在供氧不足時，極易腐化發臭，對環境
產生二次污染．如何保持脫水污泥好養狀態，加快微
生物代謝速率，是污泥處理處置關注的重點之一．
蚯蚓在自然界物質循環過程中的重要作用已
廣為人知，其能把不溶性有機物轉化為微生物可利
用的有機物，增加微生物活性和基質利用程度
（Ｈｉｃｋｍａｎ ｅｔ ａｌ．，２００８；Ｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９）．研究表明，
蚯蚓與微生物的協同作用可加速有機物的分解
（Ｄｏｍíｎｇｕｅｚ ｅｔ ａｌ．， ２０１３； Ｓｕｔｈａｒ， ２００９； Ｇｕｐｔａ ｅｔ ａｌ．，
２００８；Ｓａｎｇｗａｎ ｅｔ ａｌ．，２００８；Ａｉｒａ ｅｔ ａｌ．，２００２）．根據蚯
蚓的生活習性和生態位，結合污水處理工藝和污泥
特點，將蚯蚓引入污水處理工程領域，目前已成為
相關研究的熱點之一（ Ｚｈａｏ ｅｔ ａｌ．， ２０１０；吳敏等，
２００７；羅濤等，２０１３）．研究發現，蚯蚓參與污泥處理
過程，會顯著影響污泥理化性質，對穩定處理系統、
加快污泥降解具有促進作用（陳學民等， ２０１０ａ；
２０１０ｂ；２０１０ｃ）．雖然微生物是污泥降解的關鍵者，但
蚯蚓將直接或間接地改變微生物的活動，最終影響
系統的處理效果，因此，探索接種蚯蚓后污泥微生
物相的變化具有重要意義．基于以上考慮，本文主要
研究蚯蚓對污泥微生物量及其活性的影響，旨在為
探索該過程中微生物作用的機理和提高蚯蚓處理
污泥的效率提供理論依據．
２ 材料與方法（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ）
２．１ 實驗材料
實驗所用赤子愛勝蚓（Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｏｅｔｉｄａ）為實驗室
培養．污泥為取自蘭州市七里河污水處理廠的脫水
污泥，將此污泥制成５ ｍｍ 粒徑的顆粒污泥，作為實
驗用污泥．污泥含水率為８０．６２％±０．０１％，ｐＨ＝ ６．７７±
０．０１，電導率（ＥＣ）為（５７３．００±８．４９）μＳ·ｃｍ－１
，有機
質（ＯＭ）為 ７１．２％± ７．７％，溶解性有機碳（ＤＯＣ）為
（１６� ６９± ０． １６） ｍｇ·ｇ
－１
，總氮（ ＴＮ）為（ ５１． ７ ± １． ６）
ｍｇ·ｇ
－１
，Ｃ ／ Ｎ 為 ６． ２０ ± ０． ０３，微生物碳量（ＭＢＣ）為
（１０５． ６０ ± １� ６６ ） ｍｇ·ｇ
－１
，脫氫酶活性（ ＤＨＡ） 為
（３１４� ６０±１８� ４０）ｍｇ·ｇ
－１
·ｈ－１
（以 ＴＰＦ 計）．
實驗用 ６ 個反應器，尺寸為 ϕ３６ ｃｍ×１２ ｃｍ，每
個反應器中加４ ｋｇ 顆粒污泥．３ 個對照組不添加蚯
蚓，３ 個蚯蚓處理組中各放 １００ 條蚯蚓，每條重約
１� ０ ｇ．反應器上覆蓋塑料膜保濕，深色覆蓋物遮光，
每個反應器每天人工翻動 １ 次．實驗環境溫度為
（２５±１）℃．實驗共進行６０ ｄ，每 １０ ｄ 取樣進行測定．
一部分鮮樣直接用來測定 ＯＭ、ＭＢＣ 和 ＤＨＡ，另取
一部分陰干，研磨，過１００ 目篩，測其它理化指標．
２．２ 測定方法
ｐＨ、ＥＣ 按照水土比 ５０∶ １（ｍＬ ／ ｇ）溶解，磁力攪
拌０．５ ｈ，離心取上清液用 ｐＨ 酸度計、電導率儀測
定；ＯＭ 采用灼燒法（５５０ ℃，５ ｈ）測定；ＤＯＣ 采用硫
酸⁃重鉻酸鉀容量法（魯如坤，２０００）測定；ＭＢＣ 測定
時參考熏蒸提取⁃容量分析法（吳金水等，２００６），并
加以改進，在熏蒸處理前將污泥制成均一的細小顆
粒；ＤＨＡ 參考 ＴＴＣ 還原法（尹軍等，２００４）進行測定．
２．３ 數據處理
數據分析采用 ＳＰＳＳ １７．０ 統計軟件，通過 Ｔ 檢
驗分析不同處理間的差異性，并進行指標間的相關
性分析，顯著性定義為 ｐ＜０．０５．
３ 結果與討論 （Ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ）
３．１ 理化性質的變化
在整個實驗過程中，蚯蚓處理組與對照組的
ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 隨時間的變化如圖 １ 所示．實驗前
２０ ｄ，蚯蚓處理組與對照組的 ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ 均無顯著
差異（ｐ＞０．０５），２０ ｄ 后呈顯著差異（ ｐ＜０．０５）．由圖
１ａ 可看出，ｐＨ 穩定在７ 左右，蚯蚓處理組比對照組
ｐＨ 變化范圍小，表明蚯蚓處理組污泥平抑有機酸與
氨化作用的能力較強（李國學等， ２０００； Ｌａｚｃａｎｏ
ｅｔ ａｌ．，２００８；Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ ｅｔ ａｌ．，２０１０ｂ）．基質代
謝產物的積累會影響反應體系的 ｐＨ，ｐＨ 的變化又
會對微生物生長繁殖和酶活性產生顯著影響．反應
體系 ｐＨ 變化幅度越小，表明代謝產物的不良積累
越少，越有利于微生物分解代謝能力及其酶活性的
高效發揮．脫水污泥好氧消化過程通常只發生在污
泥表面水膜層的微環境中，因此，將實驗污泥造粒
（約５ ｍｍ）來增加污泥表面水膜層的面積，通過每
日翻混保證反應體系中氧的供給，使降解過程更近
３ ５ ２環 境 科 學 學 報 ３５ 卷
似于活性污泥法的延續，因此，代謝產物積累速率
緩慢，這可能是２０ ｄ 后ｐＨ 才發生變化的原因．圖１ｂ
中蚯蚓處理組較對照組的 ＥＣ 高，說明蚯蚓的參與
能提高污泥礦化速率（ Ｓｕｔｈａｒ ｅｔ ａｌ．，２００８）．圖 １ｃ 表
明，蚯蚓可加快 ＯＭ 的降解，蚯蚓與微生物協同作用
效果優于微生物單獨作用．由圖 １ｄ 可看出，前 ２０ ｄ
蚯蚓處理組 ＤＯＣ 小于對照組且呈顯著差異（ ｐ ＜
０� ０５），４０～６０ ｄ 蚯蚓處理組 ＤＯＣ 大于對照組且呈
顯著差異（ｐ＜０．０５）．由于 ＤＯＣ 表征微生物易利用的
有機碳，其含量與微生物量及活性有密切關系（衛
東等，２０１１）．前期蚯蚓處理組 ＤＯＣ 低可能是因為蚯
蚓的刺激作用促進了微生物量的增長（Ａｉｒａ ｅｔ ａｌ．，
２００７；Ｂｒｏｗｎ ｅｔ ａｌ．，２０００），從而加快了對 ＤＯＣ 的利
用．而后期蚯蚓處理組 ＤＯＣ 較高可能源自蚯蚓攝食
對微生物量的限制，減小了對 ＤＯＣ 的利用．
圖１ ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 隨時間的變化（∗表示在給定時間蚯蚓處理組和對照組之間有顯著差異（ｐ＜０．０５），下同）
Ｆｉｇ．１ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｐＨ，ＥＣ，ＯＭ ａｎｄ ＤＯＣ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
３．２ 蚯蚓對 ＭＢＣ 和 ＤＨＡ 的影響
ＭＢＣ 是反映微生物量大小的重要指標（張寶貴
等，２０００）．圖２ａ 中蚯蚓處理組和對照組 ＭＢＣ 均呈
大致相同的減小趨勢，前 １０ ｄ 變化劇烈，１０ ｄ 后相
對平緩．ＭＢＣ 持續降低表明微生物數量在不斷減
少，這是因為一方面，活性污泥經沉淀脫水后，微生
物處于內源呼吸期；另一方面，在脫水污泥顆粒表
面附著的水膜中，有機物的降解依然在繼續，但營
養物質持續減少，兩種因素均限制了微生物數量的
增長，造成 ＭＢＣ 不斷降低．
圖２ａ 顯示，前３０ ｄ 蚯蚓處理組 ＭＢＣ 顯著高于
對照組（ ｐ ＜ ０． ０５），之后又顯著低于對照組（ ｐ ＜
０� ０５），穩定在 ４．４５ ～ ６．４９ ｍｇ·ｇ
－１
之間．這可能是因
為前期蚯蚓黏液及排泄物對微生物的刺激作用促
進了微生物的增長（Ａｉｒａ ｅｔ ａｌ．，２００７）；而后期隨著
營養物質的不斷減少，蚯蚓取食微生物的作用導致
蚯蚓處理組 ＭＢＣ 顯著低于對照組（ Ｌａｚｃａｎｏ ｅｔ ａｌ．，
２００８）．
脫氫酶是一種胞內酶，參與有機物的氧化磷酸
化，其活性大小能表征活性微生物對基質降解能力
的強弱，可反映所有微生物的活性（Ｗｏｌｉńｓｋａ ｅｔ ａｌ．，
２０１２；Ｂａｒｒｅｎａ ｅｔ ａｌ．，２００８；周春生等，１９９１；嚴媛媛
等，２００７）．由圖 ２ｂ 可看出，蚯蚓處理組與對照組
ＤＨＡ 呈相同的減小趨勢，前 ２０ ｄ 下降明顯，２０ ｄ 后
趨于平緩，４０ ｄ 后基本穩定在較低水平，這表明污
泥降解 速 率 先 快 后 慢 （ Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ ｅｔ ａｌ．，
２０１０ｂ）； 而 ＤＨＡ 穩定在較低水平說明污泥中大部
分有機物已被降解．前 ３０ ｄ 蚯蚓處理組比對照組
ＤＨＡ 高，但無顯著性差異（ｐ＞０．０５），４０ ｄ 后蚯蚓處
理組 ＤＨＡ 顯著低于對照組（ｐ＜０．０５），穩定在 ２．９８ ～
６．４０ ｍｇ·ｇ
－１
·ｈ－１
（以 ＴＰＦ 計）之間．前期蚯蚓刺激作
用提高了微生物量，加速了 ＯＭ 的降解，導致后期
４ ５ ２１ 期 伏小勇等：蚯蚓處理對污泥中微生物碳量及脫氫酶活性的影響
ＯＭ 含量較低，又由于 ＤＨＡ 和 ＯＭ 存在顯著正相關
性（ｐ＜０．０１）（表 １），使得后期 ＤＨＡ 處于較低水平，
最終產物更加穩定（Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ ｅｔ ａｌ．，２０１０ａ）．
此外，也有研究認為ＤＨＡ 較低是由于蚯蚓對微生物
的攝食作用造成的（Ｓｕｔｈａｒ ｅｔ ａｌ．，２００８）．
圖２ ＭＢＣ 和 ＤＨＡ 隨時間的變化
Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＭＢＣ ａｎｄ ＤＨＡ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
３．３ ＭＢＣ、ＤＨＡ、ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 的相關關系
從表 １ 可以看出，蚯蚓處理組和對照組中
ＭＢＣ、ＤＨＡ 與 ＯＭ 呈顯著正相關，但與 ｐＨ 與 ＥＣ 之
間無顯著相關性，表明污泥 ＯＭ 是 ＭＢＣ 和 ＤＨＡ 的
主要限制因素．由蚯蚓處理組和對照組 ＭＢＣ、ＤＨＡ
及 ＯＭ 的變化曲線（圖１ｃ、圖２）推測，微生物對污泥
ＯＭ 的降解起主要作用，蚯蚓則加快了降解的進程，
這與 Ｓｅｎ 等（２００９）利用蚯蚓處理制糖工業廢棄物
的研究結果一致．ＤＯＣ 與 ＭＢＣ、ＤＨＡ 之間無相關關
系，可能與基質性質不同有關（ Ｆｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｇóｍｅｚ
ｅｔ ａｌ．，２０１０ｂ）．蚯蚓處理組與對照組中 ＭＢＣ 和 ＤＨＡ
均呈顯著正相關，表明污泥微生物量與其活性存在
密切關系（Ｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９；Ｌａｚｃａｎｏ ｅｔ ａｌ．，２００８）．
表 １ 對照組和蚯蚓處理組 ＭＢＣ、ＤＨＡ、ｐＨ、ＥＣ、ＯＭ、ＤＯＣ 相關矩陣
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｃｅｓ ｏｆ ＭＢＣ，ＤＨＡ，ｐＨ，ＥＣ，ＯＭ，ａｎｄ ＤＯＣ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
對照組
ＭＢＣ ＤＨＡ ｐＨ ＥＣ ＯＭ ＤＯＣ
蚯蚓處理組
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 水平上顯著相關，∗∗表示在０．０１ 水平上顯著相關．
４ 結論（Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）
脫水污泥的降解速率呈先快后慢的變化趨勢，
接種蚯蚓可減小體系 ｐＨ 的變化幅度，加速有機物
的礦化．相比對照組，蚯蚓處理污泥后，ＭＢＣ 和 ＤＨＡ
顯著降低．蚯蚓顯著提高了處理系統前期ＭＢＣ，加速
ＯＭ 的降解，從而導致后期 ＭＢＣ 與 ＤＨＡ 較低，處理
產物更加穩定．
責任作者簡介：伏小勇（ １９５９—），男，教授，碩導，研究方向
為污（廢）水處理與資源化、污泥資源化技術與工程應用．
Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｘｉａｏｙｏｎｇ７３６２＠ ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ．
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