畜禽养殖业废水处理方法.docx

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畜禽养殖业废水处理方法

畜禽养殖业废水处理方法

　　1畜禽养殖废水对环境的危害

　　规模化养殖场每天排放的废水量大、集中，并且废水中含有大量污染物，如重金属、残留的兽药和大量的病原体等，因此如不经过处理就排放于环境或直接农用，将会造成当地生态环境和农田的严重污染。

　　1.1对水体的污染

　　养殖业废水属于富含大量病原体的高浓度有机废水，直接排放进入水体或存放地点不合适，受雨水冲洗进入水体，将可能造成地表水或地下水水质的严重恶化。

由于畜禽粪尿的淋溶性很强，粪尿中的氮、磷及水溶性有机物等淋溶量很大，如不妥善处理，就会通过地表径流和渗滤进入地下水层污染地下水。

对地表水的影响则主要表现为，大量有机物质进入水体后，有机物的分解将大量消耗水中的溶解氧，使水体发臭；当水体中的溶解氧大幅度下降后，大量有机物质可在厌氧条件下继续分解，分解中将会产生甲烷、硫化氢等有毒气体，导致水生生物大量死亡；废水中的大量悬浮物可使水体浑浊，降低水中藻类的光合作用，限制水生生物的正常活动，使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡，从而进一步加剧水体底部缺氧，使水体同化能力降低；氮、磷可使水体富营养化，富营养化的结果会使水体中硝酸盐和亚硝酸盐浓度过高，人畜若长期饮用会引起中毒，而一些有毒藻类的生长与大量繁殖会排放大量毒素于水体中，导致水生动物的大量死亡，从而严重地破坏了水体生态平衡；粪尿中的一些病菌、病毒等随水流动可能导致某些流行病的传播等。

　　1.2对农田及作物的影响

　　畜禽养殖业废水中含有较多的氮、磷、钾等养分，如能做到合理施用可有效地提高土壤肥力，改良土壤的理化特性，促进农作物的生长。

但如果未经任何处理就直接、连续、过量的施用，则会给土壤和农作物的生长造成不良的影响，如引起作物徒长、返青、倒伏，使产量大大降低，推迟成熟期，影响后续作物的生产等。

废水中的大量有机物质在土壤中不断累积，虽然可为土壤中栖居的小动物、昆虫、真菌、细菌等提供营养物质和适宜的环境，但也可导致一些病原菌大量孳生引起病虫害的发生；此外，大量有机物的积累也会使土壤呈强还原性，而强还原性的条件不仅影响作物的根系生长，而且易使土壤中原本处于惰性状态的有害元素得到还原而释放；大量无机盐在土壤中的积聚则会引起作物的盐害。

　　1.3矿物元素和重金属污染

　　一方面，在畜禽饲料中大量添加的无机磷约75%为植酸磷，由于植酸磷不能被动物吸收利用而直接排出体外，引起污染。

另一方面，各饲料厂和养殖场均普遍采用高铜、高铁、高锌等微量元素添加剂，由于这些金属元素的吸收率和利用率都很低易随粪便排出体外进入环境，已成为我国的一大环境公害。

　　1.4残留兽药的污染

　　在畜禽养殖过程中，为了防治畜禽的多发性疾病，常在饲料中添加抗菌素和其他药物，这些药物随饲料进入动物消化道后，短时间内进入动物血液循环，最终绝大多数的药物经肾脏过滤随尿液排出体外，只有极少部分的药物和抗菌素残留在动物体内。

大量研究表明，大多数饲料用抗菌素都有残留，只是残留量大小不同。

随着科技水平的不断提高，人们发现抗生素作为饲料添加剂使用，对养殖环境已造成了严重的负面后果。

首先，使畜禽体内的耐药病原菌或变异病原菌不断产生并不断向环境中排放；其次，畜禽不断向环境中排泄这些抗生素或其代谢产物，使环境中的耐药病原菌与变异病原菌不断产生。

这两者反过来又刺激生产者增加用药剂量、更新药物品种，这就造成了“药物污染环境→耐药或变异病原菌产生→加大用药剂量→环境被进一步污染”的恶性循环。

另外，畜禽产品中药物残留进入环境后，可能转化为环境激素或环境激素的前体物，从而直接破坏生态平衡并威胁人类的身体健康。

　　1.5微生物污染

　　畜禽体内的微生物主要是通过消化道排出体外，通过养殖场废物的排放进入环境从而造成严重的微生物污染。

如果对这些粪污不进行无害化处理，大量的有害病菌一旦进入环境，不仅会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重危害人体健康。

　　2畜禽养殖业废水处理的基本方法与步骤

　　国内外对规模化畜禽场粪水的处理方法主要有综合利用和处理达标排放两大类。

综合利用是生物质能多层次利用、建设生态农业和保证农业可持续发展的好途径。

但是，目前由于我国畜禽场饲养管理方式落后，加上综合利用前厌氧处理的不到位，常使畜禽粪水在综合利用的过程中产生许多问题，如废水产生量大、成分复杂、处理后污染物浓度仍很高、所用稀释水量多和受季节灌溉影响等。

对于处理达标排放的来讲，虽然国内外所用的工艺流程大致相同，即固液分离-厌氧消化-好氧处理。

但是，对于我国处于微利经营的养殖行业来讲，建设该类粪污处理设施所需的投资太大、运行费用过高。

因此，探寻设施投资少、运行费用低和处理高效的养殖业粪污处理方法，已成为解决养殖业污染的关键所在。

　　2.1固液分离

　　无论畜禽养殖场废水采用什么系统或综合措施进行处理，都必须首先进行固液分离，这是一道必不可少的工艺环节，其重要性及意义主要在于：

首先，一般养殖场排放出来的废水中固体悬浮物含量很高，最高可达160000mg/L，相应的有机物含量也很高，通过固液分离可使液体部分的污染物负荷量大大降低；其次，通过固液分离可防止较大的固体物进入后续处理环节，防止设备的堵塞损坏等。

此外，在厌氧消化处理前进行固液分离也能增加厌氧消化运转的可靠性，减小厌氧反应器的尺寸及所需的停留时间，降低设施投资并提高COD的去除效率。

固液分离技术一般包括：

筛滤、离心、过滤、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序。

目前，我国已有成熟的固液分离技术和相应的设备，其设备类型主要有筛网式、卧式离心机、压滤机以及水力旋流器、旋转锥形筛和离心盘式分离机等。

　　2.2厌氧处理

　　由于养殖业废水属于高有机物浓度、高N、P含量和高有害微生物数量的“三高”废水。

因此厌氧技术成为畜禽养殖场粪污处理中不可缺少的关键技术。

对于养殖场这种高浓度的有机废水，采用厌氧消化工艺可在较低的运行成本下有效地去除大量的可溶性有机物，COD去除率达85%～90%，而且能杀死传染病菌，有利于养殖场的防疫。

如果直接采用好氧工艺处理固液分离后的养殖业废水，虽然一次性投资可节省20%，但由于其消耗的动力大，电力流水消耗是厌氧处理的10倍之多，因此长期的运行费用将给养殖场带来沉重的经济负担。

　　目前用于处理养殖场粪污的厌氧工艺很多，其中较为常用的有以下几种：

厌氧滤器（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、复合厌氧反应器（UASB＋AF）、两段厌氧消化法和升流式污泥床反应器（USR）等。

近年来，厌氧消化即沼气发酵技术已被广泛地应用于养殖场废物处理中，到2002年底我国畜禽养殖场大中型沼气工程数量已经达到2000余处，是世界上拥有沼气装置数量最多的国家之一。

虽然，在我国的沼气工程建设中也不乏失败的例子，工程建设成功率仅为85%，但这一技术不失为解决畜禽粪便污水的无害化和资源化问题的最有效的技术方案。

畜禽粪便和养殖场产生的废水是有价值的资源，经过厌氧消化处理既可以实现无害化，同时还可以回收沼气和有机肥料，因此建设沼气工程将是中小型养殖场粪便污水治理的最佳选择。

　　好氧处理是指利用好氧微生物处理养殖废水的一种工艺。

好氧生物处理法可分为天然好氧处理和人工好氧处理两大类。

　　天然好氧生物处理法是利用天然的水体和土壤中的微生物来净化废水的方法，亦称自然生物处理法，主要有水体净化和土壤净化两种。

前者主要有氧化塘（好氧塘、兼性塘、厌氧塘）和养殖塘等；后者主要有土地处理（慢速渗滤、快速法滤、地面漫流）和人工湿地等。

自然生物处理法不仅基建费用低，动力消耗少，该法对难生化降解的有机物、氮磷等营养物和细菌的去除率也高于常规的二级处理，部分可达到三级处理的效果。

此外，在一定条件下，该法配合污水灌溉可实现污水资源化利用。

该法的缺点主要是占地面积大和处理效果易受季节影响等。

但如果养殖场规模小且附近有废弃的沟塘和滩涂可供利用时，应尽量选择该方法以节约投资和处理费用。

人工好氧生物处理是采取人工强化供氧以提高好氧微生物活力的废水处理方法。

该方法主要有活性污泥法、

　　生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、序批式活性污泥法（SBR）、厌氧/好氧（A/O）及氧化沟法等。

就处理效果来讲，接触氧化法和生物转盘的处理效果要好于活性污泥法，虽然生物滤池的处理效果也很好，但易于出现滤池堵塞现象。

氧化沟、SBR和A/O工艺均属于改进的活性污泥法。

氧化沟出水水质好、产生泥量少，也可对污水进行脱氮处理，但其处理的BOD负荷小、占地面积大、运行费用高。

SBR法自动化控制程度高，能够对污水进行深度处理，但其缺点是BOD负荷较小，一次性投资也大。

A/O体是一种兼有去除BOD和脱氮双重作用的活性污泥处理工艺，其投资虽然偏大，但经该法处理后的水易于达标排放。

因此对于那些养殖规模大、废水产生量多且有较强经济能力的养殖场可选择A/O法，而对于中等规模的养殖场可选择接触氧化和生物转盘等好氧处理工艺。

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畜禽养殖废水处理的技术现状和发展趋势

养猪论文系列2

.cn畜禽养殖废水处理的技术现状和发展趋势刘俐媛1，宋英豪2，王焕生2，贾立敏2，何绪文1，薛晓艳11中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京（100083）2北京市环境保护科学研究院，北京（100037）E-mail：

摘要：

本文叙述了畜禽养殖废水处理的现状，目前畜禽养殖废水仍是污染水体的重要污染源。

按废水处理工艺的主体和组合方式可以分为以物化处理为主体、以生化处理为主体和物化与生化处理相结合的三类组合工艺，并分别比较了各类组合工艺的优势与不足。

根据现阶段畜禽养殖废水处理出现的矛盾和问题提出未来发展的趋势：

畜禽养殖业的污染防治将以大力发展资源回收、提倡能源回收与农业综合利用以及发展清洁生产，将末端治理与源头控制相结合为前提进行研究。

关键词：

废水处理；畜禽废水；组合工艺中图分类号：

X7031.引言随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，大批规模化畜禽养殖场相继建成，且主要分布在城市的近郊。

这些养殖场的发展一方面满足了城市居民对肉类、禽蛋类食物的大量需求，也成为污染水体的重要污染源。

我国每年畜禽养殖的废水排放量超过１００亿吨，远远超过全国工业废水与生活废水排放量总和。

同时畜禽废水水量波动大，含渣量、有机物和氮磷浓度高，处理技术不够成熟，管理运行成本高[1-2]。

目前我国有很多规模化养殖场开展了畜禽养殖废水的处理工作，可是规模化养殖场的废水处理出水水质绝大部分尚未达到国家一级排放标准，远不及工业废水处理达标率的一半[3]。

2.畜禽养殖废水处理的工艺现状国内外畜禽养殖场废水的处理技术多种多样，其中按工艺的主体和组合方式可以分为三种处理模式，分别是以物化处理为主体、以生化处理为主体和物化与生化处理相结合的组合工艺。

2.1以物化处理为主体的组合工艺日本的KazuyoshiSuzuki[4]等人提出了一个包括结晶、曝气、静沉三个单元的连续处理实际猪场污水的反应装置，该装置主要通过前期结晶预处理和后期沉淀相结合，主要以物化的方式去除水中的污染物。

之后KazuyoshiSuzuki等人[5]又进一步研究出通过曝气结晶和成型鸟粪石沉降从猪场废水中去除和回收磷的具有双重功能的简易装置，在沉降污泥之前进行包括鸟粪石、脱水、堆肥等多级处理，这种组合工艺污泥中不仅操作简单，而且针对畜禽废水高浊度高悬浮物的特点，解决了污泥中存在大量悬浮性固体的难题。

2.2以生化处理为主体的组合工艺传统的还田利用和自然处理模式[6]由于受土地的限制已不能满足城市近郊大量畜禽废水处理的要求，因此迫切需要找到一种经济、高效的工业化处理模式来处理土地受限地区的畜禽废水处理。

经过几十年的研究和应用，畜禽养殖废水厌氧处理工艺已经比较成熟，常用-1-.cn的工艺包括完全混合式厌氧反应器（CSTR）厌氧滤池，（AF）厌氧序批式反应器，（ASBR），厌氧挡板反应器（ABR），厌氧复合反应器（UBF），内循环厌氧反应器（IC），上流式厌氧污泥床（UASB）[7-14]。

等尽管厌氧生物处理能直接处理高浓度畜禽废水，并能回收能源[15-17]，但厌氧处理出水中污染物浓度仍然很高，特别是氨氮基本没有去除，排入水体后，对环境的影响仍然很大，需要进一步后处理。

同时由于好氧生物工艺直接处理高浓度畜禽废水能耗高，运行费用昂贵[18]。

相对于单一的厌氧或好氧工艺，厌氧一好氧的生化工艺组合具有处理效率高、抗冲击负荷能力强、剩余污泥量少和防止臭味的产生等优点。

因此采用厌氧-好氧联合处理工艺是目前公认的最经济方法。

目前我国大部分规模化猪场都采用厌氧-好氧工艺处理养殖场废水，由于SBR工艺可以在一个构筑物中完成生物降解和污泥沉淀两种作用，减少了全套二沉池和污泥回流设施，同时又能脱氮除磷，在厌氧一好氧工艺组合中得到了广泛的应用。

SBR工艺主要有两种组合方式，一种是将厌氧控制在水解阶段，后接SBR工艺，如具有占地面积小,处理效率好,运行费用低等特点的水解—SBR工艺[19-20]。

另一种是厌氧反应器后接SBR工艺，如沉淀-UASB-SBR工艺及“CSTR+SBR”工艺[21-23]。

两种处理工艺的组合均有各自的优点，水解处理相对厌氧处理工艺，能显著缩短处理时间，提高处理负荷，同时厌氧处理又有较高的去除效率，各有利弊。

邓良伟等[24]研究的厌氧-加原水-间隙曝气（Anarwia）工艺与SBR以及厌氧-SBR工艺相比，在处理猪场废水同等处理效果下的能耗最少，且产生的沼气用于发电能完全补偿消耗的能量，并有剩余。

近年来一种新型生物反应器——AOS污水处理系统[25]（厌氧区-好氧区-沉淀区）采用了一体化设置，节约了占地面积，减少了建设成本。

且通过实际操作和现场运行，出水质量能够达到香港环保署制定的直接排河标准。

国外也有类似的工艺组合，一个工业规模的猪场（300头）污染物处理系统[26]由厌氧处理单元和间歇曝气单元组成，间歇曝气单元用来处理未处理过的液体肥和厌氧处理过的浓缩肥。

这种组合处理系统减少了能耗成本，而且再利用和处理了废水，减少了环境质量的恶化。

2.3物化与生化处理相结合的组合工艺以去除水中高浓度氨氮为目的的高效前处理物化工艺与后段生化处理结合的组合工艺也是应用较多的一种工艺，通过物化的方法去除水中高浓度的氨氮，达到对畜禽废水预处理的目的。

预处理出水经过后段生化处理基本能达到国家三级排放标准，若要想达到国家一级排放标准，尚需增加好氧处理或缺氧脱氮处理单元。

孙群荣等人[27]介绍了氨吹脱-A2/O工艺处理高浓度养殖废水的工程实例，这种方法是在碱性介质条件下鼓入空气使NH4+转化为NH3释放出来，脱氮率高，操作灵活，占地小。

该工艺具有剩余污泥少，耐冲击符合能力强，难降解有机物去除效率高等优点。

但由于该法需不断鼓气、加碱，出水需再加酸调低pH。

因此，处理费用比较高。

R.Cintoli等[28]研究了以沸石滤床为预处理兼有UASB和UASB-AF的整套系统，这种组合工艺的优点在于设备构造简单、管理方便，具有综合治理污染废水的功能以及吸附材料无毒、无害、耐磨、耐蚀。

但同时也存在这一些问题：

由于树脂再生频繁而造成的操作困难，再生液仍为高浓度氨氮废水，需再处理以及费用昂贵等。

P.Y.Yang[29]在研究稀释后猪场废水的同时脱碳脱氮时将厌氧污泥与好氧污泥混合固定在同一个反应器中,采用氨结晶预处理-中间处理系统（同时脱碳脱氮）石灰石后处理的方法运行，由于占地面积小，该工艺可用于场地有限的猪场稀释废水的处理。

-2-.cn2.4畜禽养殖废水处理存在的问题由于养殖业是一个低利润行业，一般无法承受耗费较高的污水处理工艺。

以养猪业来说，目前一头200斤的生猪的销售收入大概在1400元左右，养猪成本却上涨到1310元左右，利润率只有10％左右。

以按工业化模式处理废水的万头规模的猪场[30]为例，5万头规模猪场排放的粪尿污水在每天500吨以上，投资在100-150万元，由于能耗较高，处理1吨污水约需耗电2-4千瓦时，处理1吨污水运转费在2.0元左右，由此可以推出每头生猪的污水处理费用约占利润的20%，因此对于猪场废水的处理只能采用投资少、运行和管理成本低且效果好的工艺。

为了适应规模化养殖的发展要求，近年来虽然有越来越多的规模化养猪场采用了一些新工艺，引进了新的技术设备，但还是存在一些问题，主要有以下几个方面：

1.某些技术设备及工艺在研究过程中忽略了养殖场的总体运行成本，致使运行管理成本高成为畜禽废水处理正常运行的制约因素。

2.养殖废水中丰富的氮磷都是不可再生的资源，这些放错位置的资源很容易被人忽视。

3.没有从源头上控制畜禽养殖废水的排放，增大了废水处理的难度和处理成本，不符合可持续发展社会的思想。

3.畜禽养殖废水处理的趋势3.1废水处理与能源回收、农业综合利用相结合尽管目前有很多处理畜禽养殖废水的先进技术，但是处理成本成为畜禽废水处理的制约因素，同时也不符合可持续发展的思路，为了解决这一矛盾，今后应该着力研究通过废水处理与回收能源和农业的综合利用（有机农业）相结合降低猪场的运行成本的组合工艺。

猪场废水等畜禽废水中含有大量丰富的营养物质，在处理过程中对这些有用的资源进行回收和再利用，可以充分利用在废水处理过程中所产生的可回收生物能源。

猪场废水中的有机物经过厌氧消化产生了大量的可燃气体，主要包括甲烷、氢气等，这些气体具有很高的热值，经过净化可以作为能源进行再利用，传统上被用作燃料，通常是用来加热和发电，减少了能耗成本和环境质量的恶化。

但由于沼气工程经济收益包括沼气燃料、沼液或沼渣制成的肥料和饲料收益，所以沼气工程需要对其综合利用进行深入研究。

在今后的研究中还可以尝试将冲洗废水与粪污结合起来，实现农业综合利用，发展废水处理的回收利用。

在处理畜禽冲洗废水时，将其与畜禽粪污结合起来，可以利用USR反应器这种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器，原料从底部得到快速消化。

未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出。

同时使用闷晒式太阳能热水池，可充分利用太阳能加热，提高反应温度，即使在在冬季也可保证较好的运行。

其次在能源再利用方面，污水和鲜粪进入USR反应器，经厌氧反应器出来的沼气（含有细小杂志以及硫化氢等腐蚀性气体）经脱水、脱硫净化塔进入贮气罐，进入用气单元使用。

沼渣和沼液进行深加工，生产多元复合肥，有利于植物的优质生长和某些病虫害防止。

这种采用USR反应池与沼气生产相结合的污水处理工艺处理畜禽污水，实现了养殖、沼气、供热及供电一体化的新型处理模式，可以达到物质、能源良性循环的目标，实现种植业、养殖业和加工业等环节的协调发展，具有广泛的应用价值。

3.2废水处理与资源回收相结合畜禽废水处理的组合工艺中常常忽略对废水的水质特征缺乏细致的了解，氮和磷是不可-3-.cn再生的资源，污水中排放的氮磷是氮磷消耗的重要途径。

如何有效利用并回收这些资源越来越多的引起了人们的关注。

特别是在畜禽废水中存在高浓度的氮磷，有利于资源高效回收。

目前，污水中氮磷的去除和回收主要通过化学和生物的方法。

其中对磷的去除和回收的方法中，普通的化学除磷方法回收率一般为90%以上，但添加药剂后还需调回pH值，且药剂成本较高。

目前鸟粪石工艺回收磷酸盐工艺有很好的市场前景，每1m3养猪场废水最多可以回收171g鸟粪石，回收的鸟粪石不需洗涤只需经过空气干化即可得到约95%纯度的鸟粪石[31]。

更有研究表明，污泥回收75%的磷可减少3%～3.8%的污泥干固体质量。

回收磷后，污泥焚烧后灰分的产量也将显著下降，可减少12%～48%。

而且鸟粪石除磷工艺产生的污泥体积很小，仅是化学除磷产生的污泥体积的49%。

同时较为关注的吹脱加药结晶的方法，主要是利用吹脱曝气提高水中的pH值以提高水溶液中磷酸盐的过饱和度，并利用水中的碱度或投加的钙镁等离子生成化学沉淀，投加少量药剂既可达到较高的回收率，较普通化学除磷方法节省了一定的药剂成本。

因此，如何更为强化并经济有效地回收利用废水中的氮磷资源成为今后研究的发展趋势。

3.3把末端治理与源头控制相结合目前畜禽废水处理的大部分工艺都是对已有的污染进行处理，并没有深入考虑从源头上减少企业对周围环境的污染。

末端治理与源头控制相结合可以从根本上减少废水处理量从而减少废水处理成本。

为了控制畜禽冲洗废水对水体的污染，应当大力发展清洁生产，从源头上减少畜禽废水的排放。

在污染引起多种环境问题的今天，畜禽养殖业将面临巨大的挑战，改革传统生产模式势在必行，已经越来越多的养殖企业走上了环境友好与资源节约之路。

大力推广干清粪工艺和合理设计规划养殖场内部结构与设施，有助于从源头上减少畜禽废水对受纳水体的污染，也减少了污水处理的难度和费用。

同时应着力宣传使用绿色饲料和添加剂，减少饲料中有毒有害或容易富集的添加剂如重金属等，不仅能从源头上减少污染物的产生，也有利于畜禽养殖工业的健康长效发展。

因此，开展清洁生产，把减少粪污产生和排放与污染物处理相结合才是养殖业污染防治的当务之急。

4.结论1）畜禽养殖业是一个低利润行业，一般无法承受耗费较高的污水处理工艺。

因此对于畜禽养殖废水的处理只能采用投资少、运行和管理成本低且效果好的工艺。

寻找高效节能的处理方法在资源与能源问题日益突出的今天尤为重要，开发具有高效节能处理畜禽废水的处理设备和组合工艺是实现可持续发展、建设和谐社会的重要途径，以物化和生化处理结合的组合工艺以其经济性和高效性将会受到越来越多的关注。

2）去除废水中污染物的同时有效回收和利用资源是未来畜禽废水处理的一个方向，不仅可以提高系统的去除率，回收利用的资源和能源还能大大减少系统的运行成本。

3）将末端治理与源头控制相结合，从根本上减少畜禽废水处理的运行和处理成本，推广清洁生产，改革企业的传统生产模式，是今后畜禽废水处理首要的发展趋势。

-4-.cn参考文献[1]韩巍.规模化养猪场废水处理的试验研究.华南热带农业大学硕士学位论文[D].2006.[2]王磊.SBR处理养猪场废水研究.西南交通大学研究生学位论文[D].2005.[3]崔理华,朱夕珍,陈智营等.国内外规模化猪场废水处理组合工艺进展[J].农业环境保护,2000,19（3）:

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