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基本信息

項目名稱:
新型酶類制劑強(qiáng)化生物膜法治理河道排污口污水的試驗研究
小類:
能源化工
簡介:
該項目通過新型復(fù)合酶對河道排污口污水處理,經(jīng)實驗室研究,取得良好效果。
詳細(xì)介紹:
新型酶類制劑強(qiáng)化生物膜法治理河道排污口污水的試驗研究 一、 研究意義和內(nèi)容 1、研究目的和意義 本試驗在小試規(guī)模下模擬生物膜法處理河道無序排放污水,希望通過小試試驗,判斷新型復(fù)合酶制劑對生物膜法模擬治理無序排放污水的促進(jìn)作用,為復(fù)合酶制劑今后能實際投入使用提供依據(jù)。從全國范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)河道修復(fù)狀況來看,河道無序排放污水的高效、經(jīng)濟(jì)治理對于河流修復(fù)乃至整個河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)都具有積極的意義。本試驗正是基于這一目的,初步研究生物促進(jìn)劑-生物膜法對河流無序排放污水的處理,從而為復(fù)合酶制劑的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。 2、研究內(nèi)容 本研究采用生物膜法,在小試規(guī)模下模擬處理河道無序排放污水,本試驗以杭州中萃集團(tuán)污水處理初沉池出水蓄水井中的污水及其生產(chǎn)廢水的混合流來模擬目標(biāo)廢水。本研究使用的新型酶類制劑是從國外引進(jìn)的復(fù)合酶生物促進(jìn)劑。復(fù)合酶生物促進(jìn)劑是一種含有多種生物酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 試驗內(nèi)容包括: (1)在生物膜反應(yīng)器內(nèi)掛膜,B反應(yīng)器內(nèi)添加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑,A反應(yīng)器作為對照,直到掛膜成功。 (2)測定對照反應(yīng)器A和投加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑的反應(yīng)器B中CODCr和氨氮的去除效果,通過對比考察生物促進(jìn)劑對系統(tǒng)的促進(jìn)作用。 二、試驗裝置與方法 1、試驗裝置 生物膜試驗裝置如圖1所示,生物膜反應(yīng)器A和B分別為一個有機(jī)玻璃反應(yīng)器,體積為44 L,反應(yīng)器中填料為組合纖維填料,型號為ZV-150-80。在反應(yīng)器B中每天投加0.7mg/L復(fù)合酶生物促進(jìn)劑,A中不投加任何生物促進(jìn)劑,作為對照組。 圖1 生物膜反應(yīng)器 本試驗采用的填料是上海石化環(huán)保器材廠生產(chǎn)的組合纖維填料,其型號為ZV-150-80,示意圖見圖2。該填料由軟性纖維束、高分子聚合環(huán)片、支撐套管、中心繩組成。軟性纖維束用獨特的穿孔固定方式均勻分布在塑料環(huán)片的周邊,絲束不會脫落,同時避免了填料中心結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象,改善了中心供氧,塑料環(huán)片中間雪花狀針刺樣結(jié)構(gòu)又能起良好的布水、布?xì)庾饔?,使該填料具有傳質(zhì)效果好、氧利用率高,不堵塞、耐沖擊、處理穩(wěn)定等優(yōu)點。 圖2 組合纖維填料示意圖 2、試驗方法 本試驗以杭州中萃集團(tuán)污水處理初沉池出水蓄水井中的污水及其生產(chǎn)廢水的混合流來模擬目標(biāo)廢水。污水CODCr平均值為234mg/L,氨氮平均值為35mg/L,溶解氧平均值為2.0mg/L,pH平均值為6.7。試驗時同時運行兩個相同的生物膜反應(yīng)器,一個作為對照,另外一個投加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑,掛膜成功后考察兩個反應(yīng)器的處理效果及生物促進(jìn)劑的促進(jìn)效果。 3、試驗藥品及儀器 (1)試驗儀器及設(shè)備 722型分光光度計,上海第三分析儀器廠; 752型紫外分光光度儀,上海第三分析儀器廠; 81-2型恒溫磁力攪拌器,上海司樂儀器廠; Model-6010便攜式pH計,上海宇策電子有限公司; Model-9010便攜式溶氧儀,上海宇策電子有限公司; TF-1A型生化培養(yǎng)箱,江蘇姜堰市分析儀器廠; 電熱烘干箱202-1型,上海第二五金廠; 電熱手提壓力蒸汽消毒器,上海醫(yī)用核子儀器廠。 (2)主要試劑 重鉻酸鉀,AR,上海菲達(dá)工貿(mào)有限公司; 硫酸亞鐵胺,AR,浙江湖州化學(xué)試劑廠; 硫酸汞,AR,泰興市化學(xué)試劑廠; 硫酸,AR,宜興市化工廠; 硫酸銀,AR,上海振興化工廠; 鄰菲羅啉,AR,上海試劑三廠; 抗壞血酸,AR,上?;瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)站; 鉬酸銨,AR,上?;瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)站; 酒石酸銻氧鉀,AR,上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)站; 復(fù)合酶生物促進(jìn)劑,美國國際酶素公司。 4、檢測項目與方法 (1)水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測分析 1)氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法; 2)DO采用JYD-1A型溶氧測定儀測定; 3)pH值采用PHB-8型筆式pH計測定; 4)CODcr的測定采用重鉻酸鉀法。 (2)生物量 填料上的生物膜絕大部分是微生物和各種有機(jī)質(zhì),所以用單位質(zhì)量填料上的COD的質(zhì)量表示生物膜的生物量。 測定方法: 1)將填料置于50ml燒杯中,加入40ml左右1mol L-1 NaOH溶液,60~70℃水浴30分鐘。 2)將裝有填料的燒杯置于超聲波清洗器中,清洗13分鐘。 3) 取出燒杯用玻璃棒攪拌填料5分鐘,使生物膜脫落,將液體轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中,然后加入蒸餾水再次攪拌填料,將液體移至容量瓶中,不斷重復(fù)上述操作,直至填料上生物膜完全脫落,所有包含生物膜的液體均轉(zhuǎn)移至容量瓶中,然后定容至100ml,搖勻。將清洗后的填料烘干稱重。 4)用重鉻酸鉀法測定100ml容量瓶中的COD。 生物量計算方法:生物量 = 測得COD/填料重(單位mg COD/g填料)。 三、結(jié)果與討論 反應(yīng)器采用自然掛膜法,停留時間為24小時,溫度20℃-22℃,連續(xù)進(jìn)水,間歇曝氣,保持進(jìn)水DO為1.9~2.1mg/L。從掛膜15天后開始記錄監(jiān)測數(shù)據(jù),主要由于一開始掛膜的時候生物量較少,對污染指標(biāo)的去除效果一般。本試驗?zāi)康氖菫榱吮容^投加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑反應(yīng)器B與對照反應(yīng)器A掛膜進(jìn)程的優(yōu)劣。 1、掛膜階段各指標(biāo)的變化情況 掛膜期間兩反應(yīng)器內(nèi)生物膜量的變化如圖3所示。經(jīng)過15天反應(yīng)器B就開始有生物膜附著,而反應(yīng)器A在第20天的時候表面稍有變化,取出填料在顯微鏡下觀察到有少量的微生物吸附在表面??梢?,填料在B反應(yīng)器中比在對照反應(yīng)器A中表面生物膜形成快。生物膜的形成速率主要依賴于二個因素:一是微生物與載體表面的接觸頻度,兩個反應(yīng)器的水力停留時間、進(jìn)水濃度均相同,接觸頻度接近;二是懸浮微生物的活性,酶制劑可以有效地促進(jìn)污水中微生物的新陳代謝能力。生物膜在載體表面形成的第一步是微生物在載體表面的附著,隨著后來的微生物在給定的環(huán)境下繁殖、增長,最終發(fā)展成為具有一定厚度及密度的生物膜。而微生物的附著過程通常是由微生物分泌一些粘性代謝物質(zhì)所造成的,如多聚糖等,這些體外多聚糖類物質(zhì)起到了生物粘合劑的作用,附著是形成生物膜群落的基礎(chǔ)。投加酶制劑可以使反應(yīng)器中懸浮以及附著微生物的生理活性提高,可分泌體外多聚糖的能力增強(qiáng),并且懸浮微生物活性增強(qiáng)有利于細(xì)菌在載體表面附著固定。 第35天時A和B兩個反應(yīng)器內(nèi)生物膜量分別為125.8 mgCODcr.g纖維-1和612.2 mgCODcr.g纖維-1,第45天時分別上升到324.9 mgCODcr.g纖維-1和735.6 mgCODcr.g纖維-1,第55天時兩個反應(yīng)器生物膜量基本都達(dá)到穩(wěn)定,分別為498.9 mgCODcr.g纖維-1和782.3 mgCODcr.g纖維-1。因此,添加酶制劑的反應(yīng)器B掛膜速度比對照反應(yīng)器A更快,生物膜量更大。 圖3 兩個反應(yīng)器中生物膜量變化 A反應(yīng)器30天(100倍) A反應(yīng)器在55天(100倍) B反應(yīng)器30天(100倍) B反應(yīng)器55天(400倍) 圖4 兩個反應(yīng)器中生物膜生長過程照片 圖4為兩個反應(yīng)器在各階段的生物膜照片。掛膜期間,填料表面開始無微生物附著,隨時間推移和原水中原有微生物的附著,在填料表面逐漸有淡黃色微生物絮體出現(xiàn),水體也變得渾濁;通過觀察填料表面菌膠團(tuán)逐漸增多,直至覆蓋填料表面,形成生物膜,此時生物膜成黃褐色,水體清澈;隨著時間推移,生物膜內(nèi)逐漸出現(xiàn)許多較高等的微生物,如游泳型纖毛蟲、鐘蟲等,處理效率高,出水清澈。污染物去除率也逐漸穩(wěn)定。 圖5和圖6分別為兩個反應(yīng)器掛膜期間CODCr、氨氮去除率隨時間的變化。從圖中可以看出,掛膜開始35天時兩個反應(yīng)器中各個指標(biāo)的去除率都很低,B反應(yīng)器CODCr為54.2%,氨氮為27.9%;對照反應(yīng)器A的CODCr去除率為22.3%,氨氮為10.7%。隨著時間的推移,微生物種類和數(shù)量不斷的增多,使得各指標(biāo)的去除率不斷的上升,到了55天以后B反應(yīng)器CODCr去除率為78.8%,氨氮為46.5%;對照反應(yīng)器A的CODCr去除率為70.0%,氨氮為37.0%。此時反應(yīng)器運行已經(jīng)穩(wěn)定,CODCr和氨氮去除率都達(dá)到了一個相對穩(wěn)定的階段,反應(yīng)器已經(jīng)基本上掛膜成功。 圖5 兩個反應(yīng)器中CODCr去除率的變化 圖6 兩個反應(yīng)器中氨氮去除率的變化 2、掛膜成功后兩個反應(yīng)器污染指標(biāo)平均去除率比較 圖7為掛膜成功后兩個反應(yīng)器掛膜量的比較。在掛膜成功后,A、B兩個反應(yīng)器生物膜量分別為550.2 mgCODcr.g纖維-1和790.6mgCODcr.g纖維-1,即B反應(yīng)器掛膜量明顯多于對照反應(yīng)器A。投加酶制劑可以使反應(yīng)器中懸浮以及附著微生物的生理活性提高,分泌體外多聚糖的能力增強(qiáng),有利于細(xì)菌在載體表面附著固定,所以反應(yīng)器B的生物量比對照反應(yīng)器A大。 圖7 掛膜成功后生物量比較 圖8和圖9為掛膜成功后兩個反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率的比較。掛膜成功后,A和B反應(yīng)器CODCr平均去除率分別為70.5%和78.4%;氨氮平均去除率分別為38.2%和48.6%。說明酶制劑對系統(tǒng)有機(jī)物和氨氮的去除都有促進(jìn)作用,復(fù)合酶的促進(jìn)效果較好。生物促進(jìn)劑中含有多種水解酶,有利于大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì),強(qiáng)化了微生物降解有機(jī)污染物的能力。 圖8 CODCr平均去除率比較 圖9 氨氮平均去除率比較 四、結(jié)論 河流為城鎮(zhèn)提供了飲用水源和農(nóng)業(yè)灌溉用水,對城鎮(zhèn)的社會形態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。然而,隨著工業(yè)化和城市化的迅猛發(fā)展,作為城鎮(zhèn)賴以生存的河流,卻成為城鎮(zhèn)的排污管道,遭到日益嚴(yán)重的污染,危及人類的健康和生態(tài)環(huán)境。我國城鎮(zhèn)河流污染主要特征是污染物類型齊全、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜、污染源數(shù)量多、污染危害嚴(yán)重,針對我國國情,總結(jié)國內(nèi)外河流治理的技術(shù)和經(jīng)驗,對我國城鎮(zhèn)河流治理工作,具有重要借鑒意義。 本試驗初步研究了生物促進(jìn)劑-生物膜法對河流無序排放污水的處理效果。結(jié)果表明,添加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑的B反應(yīng)器在掛膜階段單位填料上生物膜的生長在相同時間內(nèi)明顯優(yōu)于對照反應(yīng)器A。掛膜成熟后A、B反應(yīng)器內(nèi)的生物量分別為550.2 mgCODCr.g纖維-1和790.6 mgCODCr.g纖維-1。同時,掛膜成功后B反應(yīng)器(加入復(fù)合酶生物促進(jìn)劑)比A反應(yīng)器(對照)對污染指標(biāo)去除效果更好,去除率更穩(wěn)定。其中,B反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為78.4%和48.6%;A反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為70.5%和38.2%。由此可見,生物膜法在生物促進(jìn)劑的強(qiáng)化作用下,對河道排污口污水的處理效果較好,能有效減少污水對河道水體的沖擊,該項技術(shù)作為水體修復(fù)的輔助手段具有良好的應(yīng)用前景。 附錄:試驗數(shù)據(jù)表 表1 兩個反應(yīng)器掛膜期的生物量(mgCODCr/g纖維) 時間(d) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A 8.2 10.4 50.5 80.7 125.8 250.2 324.9 443.5 498.9 B 121.0 200.7 300.6 521.0 612.2 720.2 735.6 747.2 782.3 表2 兩個反應(yīng)器掛膜期的CODCr去除率(%) 時間(d) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A 14.4 20.4 18.6 25.3 22.3 38.5 47.6 61.4 70.0 B 19.2 26.1 34.3 38.2 54.2 58.0 62.3 73.9 78.8 表3 兩個反應(yīng)器掛膜期的氨氮去除率(%) 時間(d) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A 0.5 2.5 5.5 9.0 10.7 20.3 27.0 30.8 37.0 B 2.3 8.1 10.2 19.7 27.9 33.9 36.0 40.1 46.5 表4 掛膜成功后兩個反應(yīng)器去除效果 生物量 (mgCODCr/g纖維) CODCr去除率 (%) 氨氮去除率(%) A 550.3 70.5 38.2 B 790.6 78.4 48.6

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  • 新型酶類制劑強(qiáng)化生物膜法治理河道排污口污水的試驗研究

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計的目的:河道無序排放污水的高效、經(jīng)濟(jì)治理對于河流修復(fù)乃至整個河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)都具有積極的意義。正是基于這一目的,本試驗在小試規(guī)模下模擬生物膜法處理河道無序排放污水,希望通過小試試驗,判斷新型復(fù)合酶制劑對生物膜法模擬治理無序排放污水的促進(jìn)作用,為復(fù)合酶制劑今后能實際投入使用提供依據(jù)。 基本思路:同時運行兩個相同的生物膜反應(yīng)器,一個作為對照,另外一個投加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑,掛膜成功后考察兩個反應(yīng)器的處理效果及生物促進(jìn)劑的促進(jìn)效果。 創(chuàng)新點:本試驗使用的新型酶類制劑是從國外引進(jìn)的復(fù)合酶生物促進(jìn)劑。復(fù)合酶生物促進(jìn)劑是一種含有多種生物酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 關(guān)鍵技術(shù):在生物膜反應(yīng)器內(nèi)掛膜,直至掛膜成功。 主要技術(shù)指標(biāo):CODCr去除率;氨氮去除率

科學(xué)性、先進(jìn)性

本試驗在傳統(tǒng)的單純生物膜法基礎(chǔ)上,將生物促進(jìn)劑和生物膜法進(jìn)行有效結(jié)合。由于生物促進(jìn)劑中含有多種水解酶,有利于大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì),因而強(qiáng)化了微生物降解有機(jī)污染物的能力。同時,生物促進(jìn)劑可以使反應(yīng)器中懸浮以及附著微生物的生理活性提高,可分泌體外多聚糖的能力增強(qiáng),并且懸浮微生物活性增強(qiáng)有利于細(xì)菌在載體表面附著固定,使反應(yīng)器中生物膜掛膜速度更快且生物膜量更大。試驗結(jié)果表明,添加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑的B反應(yīng)器在掛膜階段單位填料上生物膜的生長在相同時間內(nèi)明顯優(yōu)于反應(yīng)器A(不添加復(fù)合酶生物促進(jìn)劑)。掛膜成熟后,A、B反應(yīng)器內(nèi)的生物膜量分別為550.2 mgCODCr.g纖維-1和790.6 mgCODCr.g纖維-1。同時,掛膜成功后B反應(yīng)器比A反應(yīng)器對污染指標(biāo)去除效果更好,去除率更穩(wěn)定。其中,B反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為78.4%和48.6%;A反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為70.5%和38.2%,說明生物促進(jìn)劑對系統(tǒng)有機(jī)物和氨氮的去除都有很好的促進(jìn)作用。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

使用說明及作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢:本試驗在傳統(tǒng)的單純生物膜法基礎(chǔ)上,將生物促進(jìn)劑和生物膜法結(jié)合起來,有效地提高了污染物的去除率,從而改善了污水處理效果。本試驗使用的生物促進(jìn)劑是從國外引進(jìn)的復(fù)合酶生物促進(jìn)劑。復(fù)合酶生物促進(jìn)劑是一種含有多種生物酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 試驗結(jié)果表明:與單純的生物膜法相比,反應(yīng)器中添加生物促進(jìn)劑后, 污水CODCr和氨氮平均去除率分別提高了11.3%和27.2%,說明生物促進(jìn)劑對系統(tǒng)有機(jī)物和氨氮的去除都有很好的促進(jìn)作用。由此可見,生物膜法在生物促進(jìn)劑的強(qiáng)化作用下,對河道排污口污水的處理效果較好,能有效減少污水對河道水體的沖擊,該項技術(shù)作為水體修復(fù)的輔助手段具有良好的應(yīng)用前景。 我國河流水體的修復(fù)存在以下幾方面的缺陷:第一,治理成本加大;第二,河道生態(tài)環(huán)境遭破壞;第三,嚴(yán)重影響生活環(huán)境質(zhì)量和城市美觀。針對這種現(xiàn)狀,通過采用合理的工藝方法對已被污染的水體進(jìn)行原位治理,實現(xiàn)污染在產(chǎn)生地或在小范圍污染中得到及時的控制和消除。水污染原位控制技術(shù)體現(xiàn)了污染最小化和資源利用最大化的先進(jìn)理念,是水污染最根本的解決方案。

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

作品可展示的形式

圖片

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 試驗結(jié)果表明:與單純的生物膜法相比,反應(yīng)器中添加生物促進(jìn)劑后, 污水CODCr和氨氮平均去除率分別提高了11.3%和27.2%,說明生物促進(jìn)劑對系統(tǒng)有機(jī)物和氨氮的去除都有很好的促進(jìn)作用。由此可見,生物膜法在生物促進(jìn)劑的強(qiáng)化作用下,對河道排污口污水的處理效果較好,能有效減少污水對河道水體的沖擊,該項技術(shù)作為水體修復(fù)的輔助手段具有良好的應(yīng)用前景。 我國河流水體的修復(fù)存在以下幾方面的缺陷:第一,治理成本加大;第二,河道生態(tài)環(huán)境遭破壞;第三,嚴(yán)重影響生活環(huán)境質(zhì)量和城市美觀。針對這種現(xiàn)狀,通過采用合理的工藝方法對已被污染的水體進(jìn)行原位治理,實現(xiàn)污染在產(chǎn)生地或在小范圍污染中得到及時的控制和消除。水污染原位控制技術(shù)體現(xiàn)了污染最小化和資源利用最大化的先進(jìn)理念,是水污染最根本的解決方案。

同類課題研究水平概述

向水體中投加菌種是從清除海洋石油污染開始的。受石油污染水體中可分離出高效除油菌株,這些菌株經(jīng)馴化、富集、篩選、培養(yǎng)后可制成生物制劑用于海洋及淡水有機(jī)污染的生物修復(fù)。如從海洋中可分離出降解多環(huán)芳烴的假單胞菌屬(Pseudomonas)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、莫拉氏菌屬(Moraxella)、弧菌屬(Virbria)、海桿菌屬(Marinobacter)、解環(huán)菌屬(Cycloclasticus)等多種微生物[1]。 水生動物修復(fù)技術(shù)在湖泊水庫生態(tài)系統(tǒng)中,水體中的藻類除受營養(yǎng)物質(zhì)的控制外,作為食物鏈中的一環(huán),也受到浮游動物和魚類的控制。因此,可以通過調(diào)控食物鏈的環(huán)節(jié)來達(dá)到改善湖泊水庫水質(zhì)的目的。 1.6 生物膜技術(shù) 生物膜技術(shù)是人們根據(jù)自然界水體自凈現(xiàn)象發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)。生物膜法凈化河流的實質(zhì)是對天然河流中所發(fā)生的生物過程的一種強(qiáng)化,把天然過程改變成為天然與人工過程的結(jié)合體。它根據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化作用和過濾作用,人工填充濾料或載體,供細(xì)菌生長,形成生物膜。當(dāng)污染的河水經(jīng)過生物膜時,污水和濾料或載體上附著生長的菌膠團(tuán)接觸。菌膠團(tuán)表面由于細(xì)菌和胞外聚合物的作用,絮凝或吸附了水中的有機(jī)物,與污水中的有機(jī)物濃度形成一種動態(tài)的平衡,這使菌膠團(tuán)表面既附有大量的活性細(xì)菌,又有適宜細(xì)菌繁殖的較高濃度的有機(jī)物。由于這種有利條件,菌膠團(tuán)表層的細(xì)菌迅速繁殖,很快消耗水中有機(jī)物,這時污染河水中的有機(jī)物大部分被去除,水質(zhì)也得到了改善。
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