绿色方法处理牛奶场废水：上流式厌氧污泥床-生物滤池系统在耐旱饲料灌木栽培中的应用与评估

为解决水资源短缺和农业用水需求问题，研究人员开展了一项关于利用上流式厌氧污泥床-生物滤池(UASB-Biofilter)系统处理牛奶场废水并用于耐旱饲料灌木(如金合欢和辣木)栽培的研究。结果表明，经UASB处理的废水显著提高了灌木生物量和土壤肥力，为废水农业回用提供了可持续解决方案。

　　

随着全球水资源短缺问题日益严峻，如何实现废水的高效回用成为农业可持续发展的重要课题。牛奶场废水富含有机物和营养盐，传统处理方式成本高且资源利用率低。与此同时，在干旱半干旱地区，耐旱饲料灌木的栽培面临土壤贫瘠和水资源匮乏的双重挑战。针对这些问题，苏伊士运河大学兽医学院实验农场的研究人员开展了一项创新性研究，探索将牛奶场废水经上流式厌氧污泥床(UASB)耦合生物滤池系统处理后用于耐旱饲料灌木栽培的可行性。该研究成果发表在《Environmental Technology》上，为解决农业用水短缺和实现废水资源化利用提供了新思路。

研究人员采用了多学科交叉的研究方法。首先构建了包含沉淀池、改良UASB(添加稻秆生物炭)和生物滤池的废水处理系统，监测了COD、BOD等关键水质参数。随后在沙壤土中开展了为期6个月的盆栽实验，比较了五种不同处理废水(包括沉淀池出水、UASB出水和生物滤池出水)对金合欢(Acacia saligna)和辣木(Moringa oleifera)生长的影响。通过测量灌木高度、直径、生物量等生长指标，以及土壤氮磷钾、有机质和有机碳含量，系统评估了废水灌溉的效果。此外，还利用VOSviewer和RStudio进行了文献计量分析，梳理了1999-2024年废水回用研究的发展趋势。

研究结果部分，在水质处理效率方面，改良UASB(T3)和传统UASB(T4)表现出优异的有机物去除能力，COD去除率分别达到93%和81%。生物滤池单元(T5)进一步提升了出水水质，实现了90%的COD和88%的BOD去除率。

在植物生长响应方面，UASB处理出水(T3和T4)显著促进了灌木生长。辣木表现出更强的适应性，其总生物量(2330.3 g)和土壤氮含量(62.02 mg kg^-1)均显著高于金合欢。特别值得注意的是，T3处理下的辣木叶片鲜重达到1565 g，比对照(T1)提高了56.5%。

土壤肥力变化结果显示，废水灌溉显著提高了土壤养分含量。沉淀池出水(T2)处理的土壤有机质和有机碳含量分别达到0.67%和0.39%，比实验前提高了8.6倍和8.8倍。UASB出水(T3和T4)则显著增加了土壤氮含量，其中T4处理的土壤氮含量达到64.35 mg kg^-1。

通过主成分分析(PCA)和聚类分析发现，不同处理对植物生长和土壤特性的影响呈现明显分组。改良UASB(T3)与植物生物量指标高度相关，而沉淀池出水(T2)则与土壤有机质指标密切关联。

文献计量分析揭示了废水回用研究的三个主要趋势：1)2014-2021年是发文量快速增长期；2)《Agricultural Water Management》是该领域最具影响力的期刊；3)美国、印度和中国是研究产出的主要国家。

这项研究证实了UASB-Biofilter系统处理牛奶场废水的有效性，为干旱地区饲料灌木栽培提供了可靠的水肥资源。改良UASB(添加稻秆生物炭)不仅提高了废水处理效率，还通过增加土壤养分促进了植物生长。研究结果对实现农业水资源可持续利用具有重要意义，特别是在埃及等面临严重水资源短缺的国家。未来研究可进一步优化生物炭特性，评估长期灌溉对土壤微生物群落的影响，并开展经济效益分析以促进技术推广。该成果为循环农业和绿色水资源管理提供了重要参考。