張薈杰　張潤(rùn)澤　王?！±顦s旗　王剛　馬文林

摘? 要：近年來(lái)，我國(guó)生活垃圾年產(chǎn)生量達(dá)上千萬(wàn)噸，如何將有機(jī)生活垃圾資源化利用已經(jīng)成為一個(gè)重要的議題。文章主要研究了家庭果蔬廢棄物蚯蚓處理箱的蚯蚓適宜接種量和蚯蚓對(duì)垃圾的減量化效果。通過(guò)三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出，蚯蚓箱啟動(dòng)時(shí)適合的蚯蚓接入量為60-70g。在本實(shí)驗(yàn)條件下，以鋸末和白菜分別作為基質(zhì)和處理物料，每克蚯蚓最高的處理效率為每天處理白菜干物質(zhì)量0.066g。經(jīng)估算，采用原位蚯蚓堆肥處理，比集中處理的溫室氣體減排率最高達(dá)89.70%。

關(guān)鍵詞：蚯蚓;果蔬廢棄物;有機(jī)質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：X799.3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）34-0040-04

Abstract： In recent years， the annual output of kitchen waste in China reaches tens of millions of tons. It is an important issue to use organic domestic garbage which was conducted the present study. This experiment mainly studied the performance of earthworm treatment box for domestic fruit and vegetable waste and the quality suitable for inserting into earthworms. Through measuring the quality of earthworms in each earthworm box after 60 days and comparing with the initial data， it is concluded that the quantity of earthworms should be added in the earthworm box between 60-70g.

Keywords： earthworm; fruit and vegetable waste; organic matter

引言

利用蚯蚓處理生活垃圾，因其不需要復(fù)雜的工藝和昂貴的設(shè)備，而且處理過(guò)程的最終產(chǎn)物——蚓糞可用作優(yōu)質(zhì)的肥料，受到人們的廣泛關(guān)注。國(guó)外對(duì)蚯蚓的研究起步于上個(gè)世紀(jì)。1974年，Graft在其實(shí)驗(yàn)研究中率先發(fā)現(xiàn)蚯蚓對(duì)有機(jī)廢物具有巨大的處理潛力[1]。日本學(xué)者前田古顏培育出赤子愛(ài)勝蚓（Eisenia foetida）“太平二號(hào)”，這種蚯蚓繁殖倍數(shù)極高且適合人工養(yǎng)殖，極大地推動(dòng)了有機(jī)廢棄物蚯蚓處理技術(shù)的發(fā)展[1]。之后的學(xué)者們進(jìn)一步對(duì)蚯蚓處理污泥[2]、牲畜糞便[3]、生活垃圾[4]等的技術(shù)進(jìn)行了深入研究。美國(guó)洛杉磯一個(gè)垃圾處理場(chǎng)地養(yǎng)殖1000萬(wàn)條蚯蚓，每個(gè)月可處理垃圾7.5噸[5]。日本建成占地1.65萬(wàn)平方米的蚯蚓養(yǎng)殖場(chǎng)，每月處理有機(jī)廢物3000噸[5]。我國(guó)清華大學(xué)環(huán)境工程研究所從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始對(duì)生活垃圾蚯蚓處理技術(shù)的可行性進(jìn)行研究，并于1989年通過(guò)成果鑒定，肯定了這個(gè)方法的可行性與優(yōu)越性[6]。2000年，我國(guó)在北京市海淀區(qū)三星莊垃圾處理廠建立了1座生活垃圾蚯蚓處理中試實(shí)驗(yàn)示范場(chǎng)地，并配套以蚯蚓糞為基質(zhì)籌建生物有機(jī)肥廠[6]?？傮w而言，采用蚯蚓對(duì)有機(jī)垃圾進(jìn)行集中處理的實(shí)踐應(yīng)用取得了較好的處理效果，表明采用蚯蚓處理有機(jī)垃圾具有良好可行性。

2015年我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于全面推進(jìn)農(nóng)村垃圾治理的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)中提出到2020年全國(guó)90%以上村莊的生活垃圾得到有效治理。當(dāng)前，我國(guó)加速推行垃圾分類(lèi)制度，全國(guó)垃圾分類(lèi)工作由點(diǎn)到面、逐步啟動(dòng)。然而，我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)家用蚯蚓垃圾處理箱的研究很不系統(tǒng)，本文以白菜為處理對(duì)象，研究家用蚯蚓處理箱的蚯蚓適宜接種量和蚯蚓對(duì)垃圾的減量化效果。研究成果可為家庭果蔬廢棄物蚯蚓處理箱的設(shè)計(jì)和推廣提供數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和裝置

實(shí)驗(yàn)所采用的白菜為超市購(gòu)買(mǎi)的新鮮白菜，蚓箱、酵素、鋸末和蚯蚓均為北京市科潤(rùn)維德生物技術(shù)有限公司提供（圖1），蚯蚓箱為塑料材質(zhì)，分為上箱和下箱，各箱尺寸為40cm*30cm*20cm，上箱底部遍布6mm*6mm的小孔，蚯蚓可從這些孔進(jìn)入底箱。每個(gè)蚓箱側(cè)面也有小圓孔，供空氣流動(dòng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年8月31日至10月29日，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)研究。共使用9套蚯蚓箱，分為三組，每組三個(gè)重復(fù)，第Ⅰ組（1-3號(hào)箱）、第Ⅱ組（4-6號(hào)箱）、第Ⅲ組（7-9號(hào)箱）的設(shè)計(jì)初始蚯蚓接種量分別為200g/箱、100g/箱、50g/箱。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（8月31日），向每套蚯蚓箱的上箱內(nèi)加入1000g用水浸濕的鋸末、800g切碎的白菜葉以及上述種量的蚯蚓，向下箱內(nèi)加入1000g干鋸末，即蚯蚓箱初始蚯蚓接種量與上箱鋸末、白菜質(zhì)量之和的比值為1/9、1/18、1/36。實(shí)驗(yàn)期間，分別于9月16日和10月2日向各套蚯蚓箱添加白菜，每次每套蚓箱補(bǔ)充500g新鮮白菜。

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，測(cè)定鋸末和白菜的有機(jī)質(zhì)含量;實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)稱量每個(gè)蚓箱內(nèi)生存蚯蚓的質(zhì)量，并測(cè)定蚓箱內(nèi)混合產(chǎn)物的濕重、含水率和灰分。實(shí)驗(yàn)期間，每2-3天測(cè)量一次蚓箱內(nèi)的物料堆體內(nèi)部溫度。實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel計(jì)算組內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差，originpro 8進(jìn)行圖形處理。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

采用NY/T 304-1995的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)白菜、鋸末和蚯蚓處理產(chǎn)物的含水率、總固體、灰分進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)測(cè)定結(jié)果得出各種物料的有機(jī)質(zhì)含量。

采用重量法，對(duì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前后的蚯蚓、蚓箱、白菜、鋸末等進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算得出相應(yīng)質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 原料有機(jī)質(zhì)含量

按照NY/T 304標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定實(shí)驗(yàn)原料（白菜和鋸末）中的初始有機(jī)質(zhì)含量。結(jié)果如表1所示。

2.2 蚯蚓箱內(nèi)物料溫度的變化

蚯蚓箱放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，未采取保溫措施，蚯蚓箱的溫度受室溫影響。從8月31日開(kāi)始一直到10月29日實(shí)驗(yàn)結(jié)束，每隔兩天測(cè)量蚓箱內(nèi)物料的溫度，結(jié)果如圖2所示，實(shí)驗(yàn)期間溫度變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)室溫度變化保持相同趨勢(shì)。

2.3 蚯蚓生長(zhǎng)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，向三組實(shí)驗(yàn)組中分別加入蚯蚓200g、100g、50g，經(jīng)過(guò)60天的處理實(shí)驗(yàn)后，將每套蚯蚓箱中的蚯蚓挑出，稱重。對(duì)每組三個(gè)蚯蚓箱中的蚯蚓質(zhì)量進(jìn)行平均，結(jié)果列于圖3中。

2.4 蚯蚓箱總固體減重情況

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)測(cè)定空蚓箱質(zhì)量（M0）、加入到蚯蚓箱中干鋸末含水率（ρ1）、濕鋸末含水率（ρ2）、新鮮白菜的含水率（ρ3），分別在9月16日和10月2日向各蚓箱分別補(bǔ)充加入500g白菜，共補(bǔ)充1000g。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將蚯蚓挑出，稱量各蚯蚓箱質(zhì)量（M末期箱重），包括空蚓箱箱體質(zhì)量、殘余白菜質(zhì)量（M1）及其含水率（ρ4）、鋸末和蚯蚓排泄物，并求出三個(gè)蚓箱的平均質(zhì)量。依據(jù)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)和結(jié)束后的各組蚯蚓箱中的物料的總質(zhì)量平均值，按照公式（1）計(jì)算出各組蚯蚓箱的總質(zhì)量減重比率（D%），結(jié)果列于表2中。

2.5 蚯蚓分解白菜的性能

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入蚓箱中的白菜、鋸末的質(zhì)量以及表1中所示白菜、鋸末的干物質(zhì)含量，按照公式（2）計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中加入到蚯蚓箱中的白菜和鋸末的干物質(zhì)總量（M初始干重）;根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)蚯蚓箱質(zhì)量（M末期箱重）、箱體質(zhì)量（M0）、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)混合物料含水率（ρ5）、殘余白菜質(zhì)量以及殘余白菜含水率，按照公式（3）計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)處理產(chǎn)物的干物質(zhì)量（M末期干重）。綜合上述計(jì)算結(jié)果，按照公式（4）計(jì)算每克蚯蚓每天降解干物質(zhì)的質(zhì)量（DM分解），計(jì)算結(jié)果列于表3中。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 蚓箱中適宜的蚯蚓接種量

實(shí)驗(yàn)初始，三組蚯蚓箱的蚯蚓接種質(zhì)量比（蚯蚓接種量：底物投加量）分別為1/9、1/18、1/36。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，第Ⅰ、Ⅱ組蚯蚓箱中的存活蚯蚓質(zhì)量分別減小了50.3%、20.4%，第Ⅲ組的則增加了29.9%。Ⅰ、Ⅱ組中蚯蚓質(zhì)量減少的原因可能是由于蚯蚓的接種密度過(guò)大，導(dǎo)致出現(xiàn)了食物與空間之間的爭(zhēng)奪，不利于生存[7]。按照第Ⅲ組蚯蚓箱實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)存活的蚯蚓質(zhì)量計(jì)算出的最佳蚯蚓接種質(zhì)量比為1/14.7。因此，當(dāng)本實(shí)驗(yàn)所用蚯蚓箱內(nèi)放入1000g鋸末作為載體時(shí)，平均每日投加30g白菜，初期接種60-70g蚯蚓較為適宜。

3.2 不同接種量下蚯蚓箱減重效率

蚯蚓在將有機(jī)物降解為無(wú)機(jī)物的過(guò)程中起主要作用。本次實(shí)驗(yàn)中各組蚓箱濕重分別減少了26%、26%、18%。比較而言，第Ⅰ組和第Ⅱ組的減重率相近，第Ⅲ組較少。第Ⅰ組和第Ⅱ組減重率高、第Ⅲ組減重率最低的原因是前兩組接種的蚯蚓量多，參與有機(jī)物降解的蚯蚓數(shù)量大。

3.3 不同接種量下蚯蚓對(duì)垃圾的降解能力

在本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)蚯蚓箱中干物質(zhì)總量均為1226 g（不計(jì)蚯蚓的重量）。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算出每克蚯蚓每天分解白菜的量，作為評(píng)價(jià)蚯蚓處理能力的指標(biāo)，結(jié)果為三組蚯蚓箱中蚯蚓處理垃圾干物質(zhì)的能力分別為0.026、0.029、0.066（g/（g·d）），表明第Ⅲ組蚯蚓箱對(duì)垃圾的效率最高。分析原因，第三組蚯蚓箱蚯蚓接種密度最接近蚯蚓的適宜接種密度，蚯蚓的存活率最高，且有增長(zhǎng)，增加率為29.9%。而第Ⅰ組和第Ⅱ組的蚯蚓在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的生存量低于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的接種量，死亡率分別為50.3%和20.4%。因此，從提高蚯蚓利用效率角度，蚯蚓箱啟動(dòng)時(shí)的蚯蚓接種量以接近蚯蚓適宜生存密度為宜，這種情況下單位蚯蚓處理垃圾的效率最高。

3.4 減排效果評(píng)估

生活垃圾的常用處理方式有填埋、堆肥和焚燒三種。環(huán)衛(wèi)工人將居民垃圾投放點(diǎn)的生活垃圾收集到垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，再送到垃圾處理場(chǎng)。

垃圾進(jìn)入垃圾處理場(chǎng)，填埋過(guò)程主要排放CH4氣體，堆肥過(guò)程同時(shí)排放CH4和N2O，焚燒過(guò)程只排放N2O。經(jīng)計(jì)算，每噸垃圾經(jīng)填埋、堆肥和焚燒處理的溫室氣體排放量分別為0.39、0.038、0.0030 t CO2e。從源頭上推行垃圾分類(lèi)處理，對(duì)廚余垃圾采用原位蚯蚓箱堆肥處理，每處理1噸廚余垃圾的溫室氣體排放量為0.038 t CO2e

各類(lèi)垃圾收運(yùn)車(chē)輛在收運(yùn)垃圾過(guò)程中消耗燃油，排放CO2。假定垃圾從居民投放點(diǎn)送到垃圾處理場(chǎng)的平均里程是90km，每天收運(yùn)1次，則一年的收運(yùn)總里程為32850km。收運(yùn)垃圾使用載重量為3t的車(chē)輛，每百公里油耗11L[8]。經(jīng)計(jì)算每噸垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)的溫室氣體排放為0.018 t CO2。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京市平均每填埋1t 垃圾用電0.5～5kWh，平均每堆肥1t 垃圾用電20～30kWh，平均每焚燒1t 垃圾用電不超過(guò)100kWh，按照1kWh 用電排放0.997kgCO2 計(jì)算用電消耗的CO2排放量[8]。經(jīng)計(jì)算，每填埋、堆肥和焚燒1t垃圾的電力消耗CO2排放量分別為0.0027、0.025、0.10 t CO2。

依據(jù)溫室氣體排放量，按照由高到低的順序?qū)Σ煌幚矸椒ǖ呐判驗(yàn)椋杭刑盥瘢?.41）>集中焚燒（0.12）>集中堆肥（0.081）>原位蚯蚓箱堆肥（0.038）。采用原位蚯蚓堆肥處理的溫室氣體排放量比采用集中垃圾處理技術(shù)分別減少的溫室氣體排放情況，減排率在11.26%-89.70%。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析和討論，本實(shí)驗(yàn)可以歸納得出以下三項(xiàng)結(jié)論：

（1）為了避免蚯蚓箱內(nèi)蚯蚓因投放密度過(guò)大而出現(xiàn)食物和空間的爭(zhēng)奪，在使用時(shí)加入的蚯蚓量應(yīng)在60-70g。

（2）在本蚯蚓垃圾處理箱中，蚯蚓接種量越接近蚯蚓的適宜生長(zhǎng)密度，處理垃圾的效率就越高。在本實(shí)驗(yàn)中，蚯蚓處理垃圾的最高速率為0.066g白菜/（g蚯蚓·d）。

（3）對(duì)比不同垃圾處理方式的溫室氣體排放情況，原位蚯蚓堆肥處理的溫室氣體排放量比采用集中填埋、焚燒和堆肥處理技術(shù)分別減少89.70%、54.12%和11.26%的溫室氣體排放量，主要是減少了垃圾收運(yùn)過(guò)程的燃油排放和集中處理設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)的化石能源和電力排放。

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