規模化奶牛場污水鹽分特征分析

李月英，李同

1.成都農業科學職業學院，成都 611130；2.中國農業科學院都市農業研究所，成都 610200

目前，我國奶牛飼養規模呈現出日益集約化、規模化、主流化的發展趨勢，而養殖產生的大量糞污不僅嚴重制約養殖業的綠色可持續發展，而且更對食品安全和生態環境構成威脅[1]。奶牛場糞污主要來源于牛糞尿、擠奶廳消毒水、沖洗水等，含有大量的有機碳、氨氮、氮、磷等有機物以及鹽分和重金屬等污染物[2-3]；其次，奶牛糞便、污水中存在的無機鈉鹽、鉀鹽，若直接灌溉還田會通過鹽基離子的反聚作用引起土壤電導率升高、微孔阻塞、透水氣性下降，繼而導致土壤次鹽漬化風險驟增[1,4]。由于不同養殖生態區的飼養管理方式多樣化、畜禽品種和生長習性差異化、糞污處理技術集成化，糞污中鹽分殘留情況存在諸多差異。綜上，掌握奶牛糞污中鹽分含量變化特征與分布規律對畜禽糞污資源化利用至關重要。目前，有關奶牛場糞污中鹽分遷移積累規律的研究仍較少。因此，本試驗選擇典型奶牛養殖生態區河北省的規模化奶牛場作為研究對象，測定并分析不同糞污處理階段前后污水的主要鹽分指標的變化，旨在為有效開展奶牛場污水減排與無害化處理提供科學的理論參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

本試驗于2022 年6—7 月進行采樣，在河北省挑選17家規模化奶牛養殖場開展糞污采集，主要采集的樣品為不同生產與處理階段（擠奶廳、鮮尿液、固液分離后）污水。樣品體積1 L，共獲取51個污水樣品，采樣后樣品置于4 ℃下冷藏密封保存，備用。

擠奶廳污水、尿液和固液分離后污水樣品分別在各自的污水收集池中采集，攪拌泵充分攪拌均勻后用水質采集器采集水面以下0.5 m處多點混合采樣。

1.2 測定指標及方法

電導率（EC）采用多功能電導率測定儀FiveEasy Plus FE38（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）測定；全鹽量采用重量法HJ/T 51—1999《水質 全鹽量的測定》測定；Na+、K+和Ca2+采用ICP-AES 法測定；Cl-、SO42-采用DR 6000 型紫外可見光分光光度計（美國HACH公司，波長分辨率0.1 nm）測定。

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2016、Origin 9.0 軟件整理數據，采用SPSS 23.0 軟件進行方差分析，利用最小顯著差異法（LSD）處理顯著性差異，以P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 奶牛場污水中無機鹽分含量變化規律

由圖1 可知，常規的無機鹽離子含量變化規律為：尿液＞固液分離后＞擠奶廳。在尿液的5 種鹽離子中，K+含量極顯著地高于其他4種，為7 320 mg/L，Ca2+含量最低（46 mg/L）。在固液分離后污水中，K+離子含量最高（1 418 mg/L），Ca2+含量最低（371 mg/L），但其顯著高于擠奶廳和尿液中的Ca2+含量。在擠奶廳污水中，無機鹽離子整體上含量偏低，僅Cl-含量略高（436 mg/L）。

圖1 奶牛場污水中無機鹽離子含量

2.2 奶牛場污水中全鹽量和電導率差異分析

污水中各階段的全鹽量和電導率存在顯著差異（圖2），可以發現尿液中的全鹽量和電導率均顯著高于擠奶廳和固液分離后的全鹽量和電導率，分別為52.2 g/L、23.3 mS/cm；而擠奶廳的全鹽量和電導率整體上較低，分別為1.8 g/L、3.2 mS/cm，這與無機鹽分含量變化規律一致。另外，發現由污水前端到后期處理階段（原水尿液到固液分離后）的全鹽量與電導率均減少，降幅分別為79.1%、48.5%。

圖2 奶牛場污水中全鹽量和電導率

2.3 奶牛場污水主要鹽分指標的相關性分析

通過對污水中主要鹽分指標與全鹽量、電導率進行相關性分析（表1），結果表明全鹽量與電導率、Cl-、SO42-、Na+、K+均呈極顯著正相關，而與Ca2+存在顯著負相關，Pearson 相關系數為－0.385。另外，電導率與無機鹽離子的相關性規律與全鹽量基本一致，而Ca2+除外。

表1 奶牛場污水主要鹽分指標的相關系數

3 討論

3.1 奶牛場污水中無機鹽分的特征

規模化奶牛場在養殖過程中需投入大量無機鹽飼料補充日糧需求，而飼料添加劑包含高劑量的鈉、氯、鈣、鉀及微量元素銅、鋅等，部分營養元素被動物吸收轉化后通過糞便與尿液排泄到環境中[5]。若直接排放于地表，污水可導致土壤鹽分積聚阻塞孔隙，引發土壤板結而惡化土質[4]。生態環境部發布的GB 5084—2021《農田灌溉水質標準》中，氯化物含量限值≤350 mg/L，而在本研究中擠奶廳、尿液和固液分離后污水中Cl-含量分別達到436、1 596、1 056 mg/L，若未加以深度處理直接排放，易超出灌溉水質限值。

在奶牛日常生產中，擠奶廳通常加入適量的次氯溶液作為消毒劑，致使有效Cl-濃度偏高[6]。而尿液是污水產生的源頭，其整體上無機鹽濃度偏高，尤其是Cl-、SO42-、Na+、K+，需進行深度處理完成初步脫鹽，這在固液分離后階段得以體現。固液分離后污水中部分無機鹽分被去除，鹽分負荷量大大降低，主要由于固液分離去除不溶性物質，達到濃縮減量進入后續處理環節[7]。綜上，畜禽污水中鹽分含量較高，鹽分特征規律在工藝階段之間差異顯著，應從源頭上加大減量化、環境友好型處理模式的開發應用。

3.2 奶牛場污水中全鹽量、電導率的差異性分析

全鹽量一般用于農田灌溉用水水質檢測，是含鹽污水的重要控制指標[8]。在本研究中，尿液的全鹽量分別是擠奶廳、固液分離污水的29.2、4.8倍，屬于排污系數偏高類型。電導率可直接反映混合鹽的含量，已有文獻研究表明電導率與含水率呈線性函數正相關關系，可衡量鹽漬化程度[9-10]。同樣，奶牛場污水中電導率變化差異與全鹽量一致，尿液的電導率分別是擠奶廳、固液分離污水的7.4、1.9 倍。另外，相關性分析表明，全鹽量與電導率、Cl-、SO42-、Na+、K+均呈極顯著正相關，對電導率的直接影響大。針對污水電導率的測定，能及時有效地掌握污水鹽分濃度、水分狀況等多種性質，及時診斷糞污生產問題。

4 結論

河北省作為主要的奶牛養殖生態區，本研究選取17 家規模化奶牛養殖場，從糞污處理的收集、輸送、處置工序入手，從污水分類整體結構上進行鹽分特征分析，發現尿液污水中無機鹽濃度偏高，而固液分離后、擠奶廳次之；且尿液中全鹽量、電導率及陰陽鹽離子均處于較高水平。另外，污水電導率與全鹽量極具正相關性，可直接真實反映鹽分積聚程度。針對不同處理工序下的污水全鹽量和電導率，可為糞污還田提供科學的理論支撐。