《工業(yè)水處理知識(shí)》PPT課件.ppt

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1、(1)(定義)生物化學(xué)需(耗)氧量(biochemical oxygen demand簡(jiǎn)稱BOD) 表示在一定條件下(20C),單位體積污水中所含的有機(jī)污染物被好氧微生物分解所需的氧量。單位為mg(氧)/L(污水)。 有BOD5和BOD20 之分,BOD5最常用。 特點(diǎn):準(zhǔn)確反映污染的程度,但測(cè)定所需時(shí)間長(zhǎng),不利于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)和自動(dòng)控制。,以氫氧化鐵為例,氫氧化鐵是由三氯化鐵水解形成,故水中的主要電解質(zhì)為H和Cl-。,FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl,一、膠體的結(jié)構(gòu),2.混凝機(jī)理,脫穩(wěn)膠粒因電位降低或消除,從而失去穩(wěn)定性的過(guò)程。 凝聚脫穩(wěn)膠粒相互聚合為較大顆粒的過(guò)程稱為凝聚。 絮凝

2、未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒,這種現(xiàn)象稱為絮凝。 混凝的機(jī)理:壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種機(jī)理。,溶液中離子濃度與擴(kuò)散層厚度的關(guān)系,,,,溶液中離子濃度低,溶液中離子濃度高,B,A,,,溶液中離子濃度低時(shí),擴(kuò)散層厚度為OA,溶液中離子濃度高時(shí),擴(kuò)散層厚度減小為OB,(1)壓縮雙電層機(jī)理,(1)壓縮雙電層機(jī)理,雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關(guān)。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì),使溶液中離子濃度增高時(shí),則擴(kuò)散層的厚度將減小。 該過(guò)程的實(shí)質(zhì)是加入的反離子與擴(kuò)散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中,從而使擴(kuò)散層厚度減小。,(1)壓縮雙電層機(jī)理,由于擴(kuò)散層的減小,電動(dòng)

3、電位相應(yīng)降低,因此膠粒間的相互排斥力也減少,另一方面,由于擴(kuò)散層減薄,它們相撞時(shí)的距離也減少,因此相互間的吸引力相應(yīng)變大。從而其排斥力與吸引力的合力由排斥力為主變成以引力為主,膠粒得以迅速凝聚。,(2)吸附電中和機(jī)理,膠粒表面對(duì)異號(hào)離子、異號(hào)膠粒、鏈狀離子或分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用,由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷,降低了電位,使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。,(3)吸附架橋(橋連)機(jī)理,吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下,與膠粒和細(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋連的過(guò)程。 本機(jī)理能解釋當(dāng)廢水濁度很低時(shí)有些混凝劑效果不好的現(xiàn)象。因?yàn)閺U水中膠粒少,當(dāng)聚合

4、物伸展部分一端吸附一個(gè)膠粒后,另一端因粘連不著第二個(gè)膠粒,只能與原先的膠粒粘連,就不能起架橋作用,從而達(dá)不到混凝的效果。,高分子聚合物對(duì)膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖,,,,,,,,,吸附,絮凝,絮凝劑,顆粒,吸附顆粒,吸附顆粒,絮凝體,(4)沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理,當(dāng)鐵、鋁鹽等高價(jià)金屬鹽類作混凝劑,而且其投加量和介質(zhì)足以使它們迅速生成難溶金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)時(shí),水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可被這些沉淀物在形成時(shí)作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。 以上介紹的混凝的四種機(jī)理,在水處理中往往可能是同時(shí)或交叉發(fā)揮作用的,只是在一定情況下以某種機(jī)理為主而已。,,一、混凝劑,一、過(guò)濾概述,過(guò)濾:水體

5、流過(guò)有一定厚度(一般為700mm左右)且多孔 的粒狀物質(zhì)的過(guò)濾床,雜質(zhì)被截留在這些介質(zhì)的孔 隙里和介質(zhì)上,從而使水得到進(jìn)一步凈化。(定義) 過(guò)濾能去除的雜質(zhì):(理解) 水中的懸浮物和膠體物質(zhì) 細(xì)菌、藻類、病毒 油類 鐵和錳的氧化物 放射性顆粒 預(yù)處理中加入的化學(xué)藥品 重金屬,過(guò)濾過(guò)程分為過(guò)濾(filtration)和反洗(backwash)兩個(gè)過(guò)程。,過(guò)濾過(guò)程是廢水由上到下通過(guò)一定厚度的由一定粒度的粒狀介質(zhì)組成的床層,由于粒狀介質(zhì)之間存在大小不同的孔隙,廢水中的懸浮物被這些孔隙截留而除去。,過(guò)濾水,三、過(guò)濾的基本過(guò)程,引起吸附的原因:

6、,范德華力 化學(xué)鍵力 靜電引力,根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力的不同,吸附可分為 物理吸附(physical adsorption)、 化學(xué)吸附(chemical adsorption)和 離子交換吸附(ion exchange adsorption),吸附的分類:,電滲析過(guò)程示意圖,,,,,濃水,陽(yáng)膜,只允許陽(yáng)離子通過(guò),,陰膜,只允許陰離子通過(guò),,電極,,,,,,,,濃水室,淡水室,離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團(tuán)的薄膜,其所以具有選擇透過(guò)性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團(tuán)的作用。 膜上孔隙的作用是,在膜的高分子鍵之間有一足夠大的孔隙,以容納離子的進(jìn)出和通過(guò)。是離子通過(guò)膜的大

7、門和通道。 膜上離子基團(tuán)的作用是,在膜的高分子鏈上,連接著一些可以發(fā)生解離作用的活性基團(tuán)。在水溶液中,膜上的活性基t團(tuán)會(huì)發(fā)生解離作用,解離所產(chǎn)生的離子(或稱反離子)進(jìn)入溶液。于是,在膜上就留下了帶有一定電荷的固定基團(tuán)。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團(tuán),好比在一條狹長(zhǎng)的通道中設(shè)立的一個(gè)個(gè)關(guān)卡或“警衛(wèi)”,以鑒別和選擇通過(guò)的離子。,離子交換膜為什么具有選擇透過(guò)性呢?(大題),注意:離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用,而是起離子選擇透過(guò)性作用。,GB1631-79離子交換樹(shù)脂產(chǎn)品分類、命名及型號(hào)制定。,0017 凝膠型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂,交聯(lián)度為7%,離子交換樹(shù)脂的命名和型號(hào),好氧呼

8、吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后,通過(guò)一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過(guò)程。 有分子氧參與的生物氧化, 反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。 底物中的氫被脫氫酶活化,并從底物中脫出交給輔酶(遞氫體),同時(shí)放出電子,氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧,活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)合成水。 好氧呼吸過(guò)程實(shí)質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)合的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,同時(shí)放出能量。 依好氧微生物的類型不同,被其氧化的底物不同,氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸有異養(yǎng)型微生物呼吸和自養(yǎng)型微生物呼吸兩種 。,1.好 氧 呼 吸(理解),厭氧呼吸是在無(wú)分子氧(O2)的情況下進(jìn)行的生物氧化。 厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng),沒(méi)有氧化酶系統(tǒng)。在呼吸過(guò)程中,

9、底物中的氫被脫氫酶活化,從底物中脫下來(lái)的氫經(jīng)輔酶?jìng)鬟f給除氧以外的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物,使其還原。 厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。在厭氧呼吸過(guò)程中,底物氧化不徹底,最終產(chǎn)物不是二氧化碳和水,而是一些較原來(lái)底物簡(jiǎn)單的化合物。這種化合物還含有相當(dāng)?shù)哪芰?,故釋放能量較少。 如有機(jī)污泥的厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷,是含有相當(dāng)能量的可燃?xì)怏w。 厭氧呼吸按反應(yīng)過(guò)程中的最終受氫體的不同,可分為發(fā)酵和無(wú)氧呼吸。,2.厭 氧 呼 吸,一、微生物的生長(zhǎng)規(guī)律,微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲線來(lái)反映。,按微生物生長(zhǎng)速率,其生長(zhǎng)可分為四個(gè)生長(zhǎng)期,第二節(jié) 微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境,二.生物膜的構(gòu)造和物質(zhì)遷移(不畫(huà)圖,內(nèi)容答全),生

10、物膜由里至外主要是由厭氧層、好氧層、附著水層、流動(dòng)水層構(gòu)成,空氣中的氧溶解于流動(dòng)水層從那里通過(guò)附著水層傳遞給生物膜,供微生物用于呼吸,污水中的有機(jī)污染物則由流動(dòng)水層傳遞給附著水層然后進(jìn)入生物膜,并通過(guò)細(xì)菌的代謝活動(dòng)而被降解,微生物的代謝產(chǎn)物如H2O等則通過(guò)附著水層進(jìn)入流動(dòng)水層隨其排出,而CO2及厭氧層分解產(chǎn)物如H2S、NH3以及CH4則從水層逸出進(jìn)入空氣。,什么是活性污泥?(定義),由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。,(3)污泥沉降比(settling volume, sludge sedimen

11、tation ratio, SV) 污泥沉降比是指曝氣池混合液在l00mL量筒中,靜置沉降30min后,沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分?jǐn)?shù)。所以也常稱為30 min沉降比。 正常的活性污泥在沉降30min后,可以接近它的最大密度,故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運(yùn)行時(shí)的污泥量??捎糜诳刂剖S辔勰嗟呐欧拧?四、 活性污泥的評(píng)價(jià)指標(biāo),(4)污泥體積指數(shù) (sludge volume index, SVI) 污泥體積指數(shù)也稱污泥容積指數(shù),是指曝氣池出口處混合液,經(jīng)30min靜置沉降后,沉降污泥體積中1g干污泥所占的容積的毫升數(shù),單位為mL/g,但一般不標(biāo)出。 它與污泥沉降比有如下關(guān)系: SV

12、I=(SV10)/X 式中:X的單位為g/L,四、 活性污泥的評(píng)價(jià)指標(biāo),測(cè)定污泥體積指數(shù)的意義:(理解,) 污泥指數(shù)反映出活性污泥的疏散程度和凝聚、沉降的性能。如污泥指數(shù)過(guò)低,說(shuō)明泥粒細(xì)小緊密,無(wú)機(jī)物多,缺乏活性和吸附的能力;指數(shù)過(guò)高,說(shuō)明污泥將要膨脹,或已經(jīng)膨脹,污泥不易沉淀,這時(shí),污泥中的微生物往往主要是絲狀細(xì)菌。 對(duì)于一般城市污水,在正常情況下,污泥指數(shù)以在50150之間為宜。 污泥濃度可以反映污泥數(shù)量;污泥指數(shù)則能較全面地反映污泥凝聚和沉降的性能,四、 活性污泥的評(píng)價(jià)指標(biāo)(判斷,理解),四階段: 水解階段、酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段,厭氧消化原理(自己總結(jié)大題),1046廢水

13、的營(yíng)養(yǎng)比(理解,記清比值),厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。 工程上主要控制進(jìn)料的碳、氮、磷比例,因?yàn)槠渌麪I(yíng)養(yǎng)元素不足的情況較少見(jiàn)。 厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。 好氧法為100:5:1 在碳、氮、磷比例中,碳氮比例對(duì)厭氧消化的影響更為重要。研究表明,合適的C/N為10-18:1。,氣?。ǘx,答全),氣浮是利用廢水中的顆粒的疏水性,通過(guò)在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡,使廢水中的污染物吸附在氣泡上,隨氣泡的上浮,污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層,收集泡沫層即可把污染物與水分離。,懸浮物與氣泡附著涉及到

14、氣、液、固(液)三相介質(zhì)的問(wèn)題。 當(dāng)氣泡和顆粒共存于水中,即液、氣、顆粒三相介質(zhì)共存的情況下,每?jī)上嘀g的界面上都存在著各自的界面張力和界面能,界面能和表面能一樣,可用下式表示: E=S 式中:界面張力,N/cm2; S 界面面積,cm2。 界面能和界面張力一樣也有降低到最小的趨勢(shì)。當(dāng)廢水中有氣泡存在時(shí),懸浮顆粒就力圖粘附在氣泡上而降低其界面能。,11.1懸浮物與氣泡附著機(jī)理(大題),,當(dāng)廢水中有氣泡存在時(shí),并非所有的顆粒都能粘附上去,它們能否與氣泡粘附取決于水對(duì)該顆粒的表面性質(zhì)(即顆粒的潤(rùn)濕性)。 一般規(guī)律:疏水性顆粒易與氣泡粘附,而親水性顆粒難以與氣泡粘附。 容易被水潤(rùn)濕的物質(zhì)稱為

15、親水性物質(zhì). 難于被水潤(rùn)濕的物質(zhì)稱為疏水性物質(zhì)。,顆粒的潤(rùn)濕程度常用氣、液、固三相間互相接觸時(shí)所形成的接觸角的大小來(lái)解釋。 在靜止?fàn)顟B(tài)下,當(dāng)氣、液、固三相接觸時(shí),在氣-液界面張力線和固-液界面張力線之間的夾角(對(duì)著液相的),稱為平衡接觸角,用表示。 (圖示),,接觸角示意圖,平衡時(shí)有:LSLGcosGS (1),,,從圖中物質(zhì)與水接觸面積的大小清楚地看出,不論物質(zhì)的潤(rùn)濕性如何,在三相接觸點(diǎn)上,三個(gè)界面的張力總是處于平衡狀態(tài),即:,當(dāng)氣泡與顆粒共存于水中時(shí): 在氣泡與顆粒附著前,單位界面面積上的界面能之和為:E1=LS + LG, 附著后,單位附著面積上的界面能E2

16、=GS ,其界面能降低的數(shù)值為: E=E1-E2=LS+ LG-GS (2), 能量E 為擠開(kāi)氣泡與顆粒間的水膜所做的功,E越大,氣泡與顆粒粘附得越牢固。 將式(1)代入式(2),整理得: E=LG(1-cos) (3),平衡時(shí)有:LSLGcosGS (1),E=LG(1-cos) (3) 由式(3)可見(jiàn): E越大,越有利于顆粒與氣泡粘附。 討論: 當(dāng)顆粒完全被水潤(rùn)濕時(shí),0,cos1,E0,顆粒不能與氣泡相粘附,因此也就不能用氣浮法分離; 當(dāng)顆粒完全不被水潤(rùn)濕時(shí),180,cos-1,E2LG,顆粒與氣泡粘附緊密,最易于用氣浮法去除;,當(dāng)90時(shí),cos為負(fù)值,在此范圍

17、內(nèi),顆粒表面疏水性占優(yōu)勢(shì),粘附容易且穩(wěn)定,容易氣浮分離; (對(duì)于親水性表面可加入表面活性物質(zhì),使其變?yōu)槭杷员砻?,達(dá)到與氣泡粘附的目的) 對(duì)LG值很小的體系,E很小,不利于氣泡與顆粒的粘附。,E=LG(1-cos) (3),12.1.2 污泥的性質(zhì),1、污泥含水率 (計(jì)算,公式寫(xiě)全,指代寫(xiě)全) 污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分?jǐn)?shù)稱為污泥含水率。 P1,V1,W1,C1污泥含水率為p2時(shí)的污泥體積、重量與固體物濃度; P2,V2,W2,C2污泥含水率變?yōu)閜2時(shí)的污泥體積、重量與團(tuán)體物濃度;,,,第二節(jié) 除油,一、自然除油 1、基本原理 物理法除油,根據(jù)油水密度不同,達(dá)到油水

18、分離。 該種方法: 忽略了進(jìn)出配水口水流的不均勻性 忽略油珠顆粒上浮中的絮凝等因素的影響,認(rèn)為油珠顆粒是在理想狀態(tài)下進(jìn)行重力分離 a、假定過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水流速度相等,且油珠顆粒上浮時(shí)的水平分速度等于水流速度; b、油珠顆粒以等速上??; c、油珠顆粒上浮到水面即被去除。,含油污水在重力分離池中的分離效率(除油效率)為: 式中:E 油珠顆粒的分離效率;u 油珠顆粒上浮速度; Q/A 表面負(fù)荷率;Q 處理流量;A 除油設(shè)備水平工作面積。 表面負(fù)荷率Q/A是一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)Q一定時(shí),加大表面積 A,可以減小油珠顆粒最小上浮速度u0,意味著更小直徑的油珠顆粒被分離出來(lái),從而

19、提高除油效率或增加設(shè)備的處理能力。,,Stokes公式,式中: u顆粒的浮升速度,m/s; w、o分別表示顆粒及水的 密度,kg/m3; g重力加速度,m/s2; 污水的粘度,Pas; d顆粒的粒徑,m。,,浮升速度u用Stokes公式計(jì)算。,Stokes公式說(shuō)明的問(wèn)題,(1)水與顆粒的密度差(w-o)愈大,它的浮升速度愈大,成正比關(guān)系。當(dāng)wo時(shí),u0,顆粒上??;當(dāng)w

20、,成平方關(guān)系。因此隨粒度的下降,顆粒的浮升速度會(huì)迅速降低。,,二、斜板(管)除油(2選擇)(公式必須記住,整體理解) 斜板(管)除油是目前最常用的高效除油方法之一,是一種物理法除油。,1、基本原理 淺池理論原理 設(shè)斜管除油池池長(zhǎng)為L(zhǎng),池中水平流速為,顆粒上浮為u0,在理想狀態(tài)下,L/H/ u0??梢?jiàn)L與值不變時(shí),池身越淺,可被去除的懸浮物顆粒越小。若用水平隔板,將H分成3層,每層層深為H/3,在u0與不變的條件下,只需L/3,就可以將u0的顆粒去除。也即總?cè)莘e可減少到原來(lái)的1/3。如果池長(zhǎng)不變,由于池深為H/3,則水平流速可增加的3,仍能將沉速為u0的顆粒除去,也即處理能力提高3倍。將沉淀池

21、分成n層就可以把處理能力提高n倍。為便于浮升到斜板(管)上部油珠的流動(dòng)和和沉下泥渣排除,把淺的分離池傾斜一定角度(一般為 45-60)。,除油效率: 假設(shè)除油設(shè)備高度為H,油珠顆粒分離時(shí)間為t ,則 表面負(fù)荷率表示為Q/AH/t,則分離效率為 公式表明:重力分離除油設(shè)備的除油效率是分離高度的函數(shù)。 H減小,E增大。,,,H越小,油珠顆粒上浮至表面的時(shí)間越短。加設(shè)斜板,增加分離設(shè)備的工作表面積,縮小分離高度,提高油珠顆粒的去除效率。,,三、粗?;ň劢Y(jié))除油(非重點(diǎn)) 粗?;汉臀鬯鹘?jīng)裝有填充物(粗粒化材料)的 裝置后,使油珠由小變大的過(guò)程。這樣,更容易用重力分 離法將油除去

22、。 粗粒化處理的對(duì)象:水中的分散油。 1、理論依據(jù) 對(duì)于溫度一定的特定污水,油珠上浮速度與油珠粒徑平方 成正比。若在污水沉降前設(shè)法使油珠粒徑增大,可加大油珠上 浮速度,便可提高除油效率。粗?;ǎň劢Y(jié))可達(dá)到增大油珠粒徑的目的。,2、粗?;臋C(jī)理(填空,選擇,) 有兩種觀點(diǎn):潤(rùn)濕聚結(jié);碰撞聚結(jié) 潤(rùn)濕聚結(jié)理論 建立在“親油性”粗?;牧系幕A(chǔ)上。 當(dāng)含油污水流經(jīng)親油性材料組成的粗?;矔r(shí),分散油珠 在材料表面潤(rùn)濕吸附,材料表面幾乎全被油包住,再流來(lái)的 油珠更容易潤(rùn)濕附著在上面,油珠不斷聚結(jié)擴(kuò)大并形成油膜, 在浮力和反向水流沖擊作用下,油膜開(kāi)始脫落,在水相中仍形 成油珠,但比聚結(jié)前的油珠

23、粒徑大,從而達(dá)到粗?;哪康摹? 具有該種特性的聚結(jié)材料:聚丙烯塑料球,無(wú)煙煤等,碰撞聚結(jié)理論 建立在疏油材料基礎(chǔ)上。 由粒狀的或纖維狀的粗?;牧辖M成的粗?;?,其空 隙均構(gòu)成互相連續(xù)的通道,如無(wú)數(shù)根直徑很小交錯(cuò)的微管。 當(dāng)含油污水流經(jīng)該床時(shí),由于粗?;牧鲜鞘栌偷?,兩個(gè)或 多個(gè)油珠有可能同時(shí)與管壁碰撞或互相碰撞,其沖量足可以 將它們合并為一個(gè)較大的油珠,達(dá)到粗?;康摹? 具有該種特性的聚結(jié)材料:蛇紋石,陶粒等。,需澄清的問(wèn)題 無(wú)論是親油的或是疏油的材料,兩種聚結(jié)同時(shí)存在。 親油材料以“潤(rùn)濕聚結(jié)”為主,也有碰撞聚結(jié)。原因是 污水流經(jīng)粗?;?,油滴之間也存在碰撞。 疏油材料以“碰撞

24、聚結(jié)”為主,也有潤(rùn)濕聚結(jié)。原因是 當(dāng)疏油材料表面沉積油泥時(shí),該材料便有親油性。 無(wú)論是親油性材料還是疏油性材料,只要粒徑合適, 都有較好的粗粒化效果。,,3、粗?;牧希ň劢Y(jié)板材)的選擇(大題) 分類: 形狀:粒狀(重復(fù)使用);纖維狀(一次性使用) 材質(zhì):天然的(無(wú)煙煤、蛇紋石、石英砂等) 人造的(聚丙烯塑料球、陶粒等) 選用原則: 耐油性好,不能被油溶解或溶脹; 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度,且不易磨損; 不易板結(jié),沖洗方便; 一般主張用親油性材料; 盡量采用相對(duì)密度大于1的材料; 粒徑35mm為宜; 貨源充足,加工運(yùn)輸方便,價(jià)格便宜。,,

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