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农业污水处理

农业污水处理（英语：Agricultural wastewater treatment）是项农业科学议题，用于控制集约动物饲养（英语：Intensive animal farming）作业和地表径流造成的污染，其中的污染物中可能包含有肥料、杀虫剂、动物粪便浆液、作物残留或灌溉水中的化学物质。像生产乳品和鸡蛋的集约化作业就需进行此类污水处理，这类处理厂的作业方式与工业污水处理类似。如果有足够的土地兴建池塘、沉淀池（英语：settling basin）和兼性池（英语：facultative lagoon），在动物繁殖或收获周期的季节中使用，可能会达到较低的运作成本。[1]:6–8动物粪浆通常会先滞留在厌氧池（英语：anaerobic lagoon）中处理，然后才喷洒或滴流到草地上。动物粪便有时会先置入人工湿地作处理。

含有沉积物、养分和杀虫剂的地表径流会造成所谓的非点源污染（英语：Nonpoint source pollution）。单独由动物粪便、青贮饲料液、挤奶场（奶牛场）废弃物、屠宰场废弃物、蔬菜洗涤用水和消防用水（英语：Firewater (fire fighting)）造成的污染则是所谓的点源污染。许多农场中未经处理过的污水透过地表径流携带流向四处，就会造成非点源污染。

农民可设置侵蚀控制设施以阻挡径流，避免田地里的土壤流失。[2][3]:pp. 4-95–4-96常用的控制法有顺势犁田（英语：contour plowing）、地面铺设覆盖物、作物轮作、种植多年生作物和河岸缓冲植物（英语：riparian buffer）[4][3]:pp. 4-95–4-96农民还可制定和实施养分管理（英语：nutrient management）计划，降低过量施用肥料[4][3]:pp. 4-37–4-38以降低|营养污染（英语：Nutrient pollution）的可能性。为减少农药的影响，农民可采用综合害虫管理（英语：Integrated Pest Management） (IPM) 技术（包括生物防治）既减少依赖化学农药，又能保护水质。[5]

非点源污染

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位于美国爱奥华州一处小溪两岸种植的河岸缓冲植物。

农场的非点源污染是暴雨期间由地表径流所造成。农业径流是许多流域的主要污染源，在某些情况下也是唯一的污染源。[6]

沉积物径流

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位于爱奥华州极易受到侵蚀的土壤。

美国最大的农业污染源是被径流冲走的土壤。过多的沉积物导致水体混浊（具有高浊度），会抑制水生植物生长，堵塞鱼鳃和闷死水生动物的幼虫。 [6]

常用的控制土壤侵蚀做法有：

  • 顺势犁田[7]
  • 铺设土壤覆盖物[8]
  • 轮作
  • 种植多年生作物
  • 种植河岸缓冲植物。[3]:pp. 4-95–4-96

养分径流

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主条目：营养污染（英语：Nutrient pollution）
 
动物粪便散播车。

氮和磷是农业径流中常存在的污染物，两者经不同方式进入农田，例如肥料、动物粪便或市政或工业废污水（流出物（英语：effluent））或是污水淤泥。这些物质还会进入包含作物残留、灌溉用水、野生动物和大气沉降的径流中。[3]:p. 2–9

农民可制定和实施养分管理计划，通过以下方式减缓水质受到影响：

  • 对田地、作物种类、土壤类型、水体绘制地图，做纪录
  • 制定合乎实际的作物产量预测
  • 进行土壤测试（英语：soil test），及对施用的粪肥和/或淤泥作营养分析
  • 确定其他重要的营养来源（例如灌溉用水）
  • 评估重要的土地特征，例如易受侵蚀的土壤、地层下排水和浅含水层
  • 根据现实的产量目标和使用精准农业技术以施肥。[3]:pp. 4-37–4-38[9]

杀虫剂

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在美国，于大豆田喷洒杀虫剂的农业航空用飞机。

农民广泛使用杀虫剂来控制害虫和提高作物产量，但药剂中的化学成分也会造成水质问题。杀虫剂由于以下原因会进入地表水：

  • 直接施用（例如空中喷洒或在水体上撒播）
  • 暴雨造成的径流
  • 空中漂移（由相邻的田地而来）。[3]:p.2–22

有时也可在地下水中检测到杀虫剂。[3]:p.2–24

农民为减少依赖化学农药，可用综合害虫管理 (IPM) 技术，除能控制虫害之外，也能保护水质。[10][11]

点源污染及处理步骤

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大型集约化动物农场（英语：intensive animal farm）有可能成为点源污水的重要来源。这类设施在美国被称为集中动物饲养作业（英语：concentrated animal feeding operation）（或称为confined animal feeding operations ），已开始受到越来越多的政府监管。[12]

动物废弃物

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参见：粪便管理（英语：Manure management）
 
于美国的一处集约化乳牛场。

畜养动物而产生的污水，其成分通常包含有：[13][14]

牛的粪便可制成固体或半固体有机肥或液体浆液。把圈养乳牛的粪便制成浆液的做法尤为常见。

处理

堆积于室外的固体粪便有产生污水径流的机会，但此类型的粪便可透过简易的围堵和/或覆盖来防范。动物粪浆需要特殊的处理方式，通常先在浆池中处理，然后再到草地上喷洒或滴灌。有时会利用人工湿地作处理，与厌氧池的作用相同。过度施用，或施用到已经潮湿的土地，或施用土地的面积不足，会有被径流直接带入水道，而造成严重污染的机会。将粪浆施用含水层之上的土地，会产生直接污染，或更常见的是含水层因亚硝酸盐或硝酸盐而造成氮含量升高。

在饮用水取水口的上游弃置任何含有动物粪便的污水都会造成严重的健康问题，因为污水中存在高度抗性孢子，能让饮用者发生严重的疾病。这种风险甚至会因浅排水口或是降雨径流所产生甚低水平的渗漏而发生。

一些动物粪浆透过与稻草混合，经高温堆肥处理，可产生无菌和易碎的肥料，用于土壤改良。[15]

猪圈粪便

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猪圈（养猪场）内的猪只。

猪圈废弃物与其他动物废弃物相当，其处理方式相同，只是许多猪圈废弃物含有高含量的铜，在自然环境中可能会有毒性。废弃物的液体部分经常被分离出来，并在猪舍中重新使用，以避免处理富铜液体的高昂成本。废弃物中常有蛔虫及虫卵，如果污水处理无效果，有感染人类的可能。[15]

青贮饲料液

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新鲜或枯萎的草，或是其他绿色作物可制成半发酵产品，称为青贮饲料，可储存作牛羊冬季饲料之用。处理青贮饲料时，通常会使用如硫酸或甲酸的调节剂。这类饲料的制作过程中经常会产生一种黄褐色、有强烈气味的液体，其中富含单糖、酒精、短链有机酸和饲料调节剂。这种液体是已知最严重的有机污染物质之一。产生的青贮饲料液的数量一般与材料的水分含量成正比。

处理

最好在制作青贮饲料之前先让作物枯萎来预防产生液体。产生的饲料液可添入猪饲料作补充用。最有效的处理方法是将其置入粪浆池中，并加入大量粪浆将其稀释，之后在陆地上喷洒。由于青贮饲料液的酸性腐蚀作用，久而久之会导致存放的混凝土坑出现结构问题。[16]

挤奶场（乳牛场）废弃物

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牛乳是种重要的食品，但由于其有机强度，含有它的污水具有高度污染性，会导致接收水域迅速脱氧。挤奶场产生的废弃物中含有大量冲洗用水、一些动物粪便以及清洁和消毒化学品。

处理

挤奶场废弃物通常在当地污水处理厂与人类生活污水混合处理，可确保消毒剂和清洁剂得到充分稀释，以利处理。将挤奶场污水排入农场粪浆池是种选择，但往往会很快消耗粪浆池的容量。喷洒到土地上也是种处理选择。[16]

参见：工业废水处理

屠宰场废弃物

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屠宰场产生的污水类似于挤奶场废弃物，但其有机成分会更强，因此会造成更大的污染。

处理

与处理挤奶场废弃物相同。[16]

蔬菜洗涤用水

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清洗蔬菜的用水含有大量的土壤和蔬菜碎片。也可能含有低水平杀虫剂与中等水平的消毒剂（如氯）。

处理

大多数洗涤用水都会被回收，其中的固体经沉降和过滤去除。回收的土壤可回归土地。[16]

消防用水

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少有农场会制定计划应对火灾，但农场的火灾比许多工业场所更常见。农场内储存的杀虫剂、除草剂、农用机械燃料油和化肥都可能助长火势，而且在农场救火过程所用的消防用水，其中前述物质的含量都可能达到对环境有害的程度。

处理

所有农场环境管理计划都应建有容纳大量消防用水的空间，并让专业处理公司对其进行后续回收和处理。[17]农场通常不具备处理这类水中污染物的能力。即使是在土地喷洒这种液体也曾给下游供水公司带来严重的味道和气味问题。[16]:384-385

参见

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参考文献

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  1. ^ Reed, Sherwood C. Natural systems for waste management and treatment. E. Joe Middlebrooks, Ronald W. Crites. New York: McGraw-Hill. 1988. ISBN 0-07-051521-2. OCLC 16087827. 
  2. ^ Erosion. Washington, DC: US Natural Resources Conservation Service. [2020-11-19]. （原始内容存档于2021-04-14）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 National Management Measures to Control Nonpoint Source Pollution from Agriculture (报告). EPA. July 2003 [2023-09-11]. EPA 841-B-03-004. （原始内容存档于2023-03-09）. 
  4. ^ 4.0 4.1 U.S. Natural Resources Conservation Service (NRCS). Washington, DC. "National Conservation Practice Standards." （页面存档备份，存于互联网档案馆） National Handbook of Conservation Practices. Accessed 2015-10-02.
  5. ^ Integrated Pest Management Principles. Pest Control and Pesticide Safety for Consumers. EPA. 2017-06-27 [2023-09-11]. （原始内容存档于2017-07-29）. 
  6. ^ 6.0 6.1 U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Washington, DC. "Protecting Water Quality from Agricultural Runoff." （页面存档备份，存于互联网档案馆） March 2005. Document No. EPA 841-F-05-001.
  7. ^ U.S. Natural Resources Conservation Service (NRCS). Fort Worth, TX. National Conservation Practice Standard: Contour Farming."[永久失效链接] Code 330. June 2007.
  8. ^ NRCS. National Conservation Practice Standard: Mulching."[永久失效链接] Code 484. September 2008.
  9. ^ NRCS. "National Conservation Practice Standard: Nutrient Management."[永久失效链接] Code 590. August 2006.
  10. ^ NRCS. National Conservation Practice Standard: Pest Management."[永久失效链接] Code 595. July 2008.
  11. ^ EPA. "Integrated Pest Management Principles." （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2008-03-13.
  12. ^ Animal Feeding Operations. National Pollutant Discharge Elimination System. EPA. 2017-01-17 [2023-09-11]. （原始内容存档于2017-08-01）. 
  13. ^ Dairy Waste Anaerobic Digestion Handbook 互联网档案馆的存档，存档日期2013-10-15.
  14. ^ Agricultural Waste. usatanksales.com. [2013-10-15]. （原始内容存档于2013-12-10）. 
  15. ^ 15.0 15.1 Chambers, Phoenix. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. CRC Press. : 33 [2023-03-09]. （原始内容存档于2023-03-09）. 
  16. ^ 16.0 16.1 16.2 16.3 16.4 William J. Rea, William J.; Patel, Kalpana D. Reversibility of Chronic Disease and Hypersensitivity, Volume 5: Treatment Options of Chemical Sensitivity. CRC Press. [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-09）. 
  17. ^ Managing Fire water and major spillages - Environment Agency Guidance note PPG18 ( retrieved 2009-04-19) (PDF). （原始内容 (PDF)存档于2007-12-19）. 

外部链接

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