有机废弃物蚯蚓堆制处理的研究进展

摘要：我国每年有大量的废弃物产生，产生的这些废弃物中蕴含了大量的有机废弃物。常规的焚烧、填埋往往会造成其中可利用资源的大量浪费，自然堆制和高温堆制处理的速率较低，而且处理产物的理化性质及肥分较差，而赤子爱胜蚓多以半腐烂的有机物为食，可用于有机废弃物的无害化处理，通过蚯蚓的堆制处理有机废弃物将会成为无公害农业生产的生物肥料，减轻因大量施用化肥而带来的环境问题，这对保护生态环境，促进农业可持续发展具有重要意义。
关键词： 蚯蚓堆制；蚯蚓；有机废弃物

随着经济的发展和人们生活水平的提高，产生的垃圾越来越多，目前，对这些有机废弃物大多仍采用焚烧、填埋、自然堆制和快速高温堆制等手段来进行处理，这些方法不仅不能从根本上实现垃圾资源化，还会造成二次污染。但是垃圾是一种放错了位置的资源，城市垃圾中有机物含量相当高，一般超过50%，因而是极其宝贵的有机资源。
1 环境的恶化
随着地球上人口的增加，自然环境的恶化，各种生态系统分解功能的减弱，废弃物的产生量剧增。大量的废弃物释放到环境当中，又进一步加剧了环境污染和生态系统分解功能的丧失。2002年全国有机垃圾的排放总量达41.3～43.4亿t，其中蕴含粗有机质12.27亿t[1]。如何有效地处理日益增多的废弃物已经成为当代世界各国普遍关注的问题[2]。据统计[3]，2003年上海生活垃圾总量达645万t，北京年产400万t，广州年产248万t，全国663座城市生活垃圾年产量已超过1.4×104万t，并且正以每年8%～10%的速度增长。村镇垃圾和农业有机废弃物来源广、产量大、成分复杂，既包括秸秆树叶、果壳木屑、人畜粪便等农林和养殖废弃物，又包括厨余泔脚、食品废渣、下水污泥等生产和生活垃圾。事实上城市生活垃圾和农业有机废弃物无害化处理率很低，不足20%，大量生活垃圾由最初的裸露堆放转变为焚烧、填埋、自然堆制和高温堆制。常规的填埋和焚烧技术不仅无法有效地对其进行处理和处置，而且浪费了其中可利用的资源；自然堆肥法是利用废弃物中固有微生物的代谢活动完成堆肥材料的腐解过程，一般需时3～6个月以上，堆制速度缓慢[4]。而传统的大型堆肥装置、强制通风静态堆垛和条垛堆肥等系统不仅占地大、堆制周期长、成本高、恶臭污染严重，而且自然堆制和高温堆制由于处理的速率较低、产物的理化性质及肥分较差，又由于堆肥的腐熟程度不均匀，垃圾中的杂物如塑料、玻璃、金属等污染物易对农田造成破坏、妨碍了耕作，使植物减产30%左右，另外，堆肥不能去除垃圾中的重金属，而重金属会污染土壤，影响堆肥质量，不适合产业化生产，在市场上缺乏竞争力[5]。而蚯蚓的堆制处理固定投资、运行、维护费用相对较低；不需要复杂的装备以及处理过程，因此广大农村和城市郊区均尤其适用；并且堆制处理产物有较好的生物活性，有利于提高堆制后物料的品质。
鉴于资源能源日益匮乏、环境不断恶化，而有机垃圾产量却逐年递增的现状[5]，特别是在自然资源日趋短缺和废弃物数量剧增而造成生态环境问题愈加突出的今天，有机废弃物的无害化处理和资源化利用就受到格外重视。
2 蚯蚓适于处理有机废弃物的特点
蚯蚓是一种杂食性的环节动物，它在自然生态系统中具有促进物质分解转化的功能。大量的实验研究表明，蚯蚓在其新陈代谢过程中能吞食大量有机物质，并将其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道内的生物化学作用进行分解转化[6]，蚯蚓的消化能力极强，其消化道能分泌出蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、甲壳素酶及淀粉酶等，在这些酶和微生物的作用下有机物质就会被水解成简单的碳水化合物、脂肪、醇等低分子化合物，这些物质再与土壤中的矿物质结合成高度融合的有机——无机复合体，最终以蚯蚓粪的形式排出。同时，通过蚯蚓在有机物料中的运动还可以改进物料中的水汽循环，使得物料和其中的微生物得以运动、相互混合，从而加强蚯蚓和微生物对物料处理的协同作用。蚯蚓的吞食量很大，1亿条蚯蚓一天可吞食40~50t垃圾，排出20t蚯蚓粪。研究[7]还表明，蚯蚓是通过皮肤进行呼吸的，在氧含量很低的情况下也能维持生存，因此蚯蚓这种独特的生活方式和强大的消化能力为“粪便生态处理”提供了可行性，蚯蚓本身就是生物处理器。
赤子爱胜蚓多以半腐烂的有机物为食，可用于有机废弃物的无害化处理。由于蚯蚓具有以上特性，有机废弃物的蚯蚓堆制处理（vermicomposting）[8]就应运而生了，它是根据蚯蚓在自然生态系统中具有促进有机物质分解转化的功能而在垃圾发酵处理（composting）的基础上发展起来的一项主要针对城市有机混合垃圾和农业有机垃圾的生物处理技术。蚯蚓与微生物的相互作用是一个非常复杂的过程。研究显示，沿着蚯蚓消化道的前后，微生物区系发生了十分深刻的变化。利用蚯蚓堆制有机垃圾的一个根本原因就是通过蚯蚓与微生物的协同作用可以加速有机物质的分解转化。结果表明，加入蚯蚓以后比没加蚯蚓时垃圾中有机物质的发酵分解速度提高了3-4倍，并获得稳定的低C/N比（10-13）的产品[7]。
在这一过程中蚯蚓不仅能提高微生物的活性，而且以其独特的生态学功能，与环境中的微生物的协同作用加速了垃圾中有机物质的分解转化，达到垃圾的资源化、无害化和减量化，同时能有效除去或抑制堆制过程中产生的臭味[9-10]。蚯蚓的活动还可产生大量的生物活性物质，有利于提高堆制后物料的品质；同时副产物本身又是优质的饲料蛋白质和生物医药原材料[8-9]。因此，利用蚯蚓处理有机废弃物，一方面，废弃物转化成了较高质量有机肥；另一方面，有效降低了环境污染，达到消除二次污染、保护生态环境、促进农业生产中物质良性循环的目的[11]。