Long-Term Effects of Milking Centre Wastewater Application on Soil and Groundwater Quality

Abstract

If not managed properly, wastewater generated from milkroom cleaning activities on dairy farms may pose a risk to water resources. Vegetated infiltration areas have been recommended as a possible treatment/disposal method for milking centre wastewater. However, the long-term (> 20 years) ability of soil infiltration systems to treat milking centre wastewater constituents requires examination. In this study, groundwater and soil beneath a wastewater infiltration area that had received milking centre wastewater for approximately 30 years was characterized through the drilling and installation of shallow groundwater monitoring wells. The distribution of wastewater constituents within the soil profile was assessed through the collection and analysis of soil cores. Groundwater samples were collected over a six-month period from wells located within the treatment area and compared to background water quality data. The wastewater from the milkroom contained high concentrations of total phosphorus (TP > 100 mg L−1), chloride (Cl) and sulphate (SO4) and possessed a large biochemical oxygen demand (BOD5 > 1000 mg L−1). Compared to background conditions, a significant increase (p < 0.05) in groundwater concentrations of all major ions except phosphate was observed. However, the only wastewater constituent that had increased to levels exceeding aesthetic drinking water criteria was Cl. The majority of applied P was retained within the top 1 m of the soil profile. The Langmuir model was used to estimate P-adsorption maxima (Xmax) from batch experiments. Soils within the treatment area exhibited lower P-adsorption maxima than background soils that had not received wastewater, possibly due to competition with organic anions. Oxalate-extractable aluminum (Al) was a significant predictor of P-adsorption maxima (R2 = 0.804). Results from this study have indicated that soil infiltration systems have the ability to provide long-term treatment of milking centre wastewater.

À défaut d’une gestion appropriée, les eaux résiduaires provenant des activités de nettoyage des laiteries dans les fermes laitières peuvent poser un risque pour les ressources hydriques. Des zones d’infiltration végétalisées ont été recommandées comme méthode de traitement ou d’élimination possible pour les eaux résiduaires des centres de traite. Cependant, il est nécessaire d’examiner la capacité à long terme (> 20 ans) des systèmes d’infiltration d’eau dans le sol de traiter les composantes des eaux résiduaires des centres de traite. Dans la présente étude, les eaux souterraines et le sol qui se trouvent sous la zone d’infiltration des eaux résiduaires qui a absorbé les eaux résiduaires du centre de traite pendant environ 30 ans ont été caractérisés à l’aide du forage et de l’installation de puits de contrôle de la qualité des eaux souterraines peu profondes. La distribution des composantes des eaux résiduaires dans le profil pédologique a été évaluée au moyen de la collecte et de l’analyse des fragments du sol. Des échantillons d’eaux souterraines ont été prélevés sur une période de six mois dans les puits situés dans la zone de traitement et ont été comparés aux données de base sur la qualité de l’eau. Les eaux résiduaires de la laiterie contenaient des concentrations élevées de phosphore total (tP > 100 mg L−1), de chlorure (Cl) et de sulfate (SO4) et leur demande biochimique en oxygène était élevée (BOD5 > 1000 mg L−1). Comparativement aux conditions de base, on a observé une hausse considérable (p < 0,05) dans les concentrations des eaux souterraines de tous les ions majeurs, sauf le phosphate. Cependant, la seule composante des eaux résiduaires qui avait augmenté à des niveaux dépassant les critères esthétiques pour l’eau potable était le Cl. La majeure partie du P appliqué était retenue dans la partie supérieure de 1 m du profil pédologique. Le modèle de Langmuir a servi à estimer l’absorption maximale-P (Xmax) des essais portant sur les lots. Les sols dans la zone de traitement ont présenté une absorption maximale-P plus faible que les sols de base qui n’avaient pas reçu les eaux résiduaires, peut-être en raison de la concurrence avec les anions organiques. L’oxalate-aluminium extractible (Al) étant un important prédicteur de l’absorption maximale-P (R2 = 0,804). Les résultats de cette étude ont révélé que les systèmes d’infiltration du sol ont la capacité de permettre le traitement à long terme des eaux résiduaires des centres de traite.