水污染控制工程课程设计

50000m3/d城市生活污水SBR工艺设计

目录

第一章 绪论 ...................................................................................... 1 1.1设计资料： ............................................................................ 1 1.2基本设计原则： ..................................................................... 1 第二章 工艺流程确定........................................................................ 2 2.1水质分析 ................................................................................ 2 2.2 工艺流程比较 ........................................................................ 2 2.3工艺流程确定 ......................................................................... 6 第三章 工艺说明 ............................................................................... 6 3.1主处理工艺说明 ..................................................................... 6 3.2工艺流程图 ............................................................................ 7 第四章设计计算 ................................................................................ 8 4.1主题构筑物的设计计算 ........................................................... 8 第五章 结论 ..................................................................................... 11 5.1 SBR工艺特点 ....................................................................... 11 5.2主要存在的问题 .................................................................... 11 5.3主要的改进措施 ................................................................... 12 5.4小结 ..................................................................................... 12 参考文献 ......................................................................................... 12

第一章 绪论

要处理的污水是城市生活污水，经过预处理和生物处理后排放，避免了排放污水对自然水体的污染。污水处理流程要达到降低污水有机质和氮磷含量，通过SBR工艺与CASS工艺和氧化沟比较,选用SBR法比较，选择SBR主体处理构筑物，即序批式活性污泥法。SBR处理工艺通过限制性曝气可以达到很好的脱氮除磷效果。处理流程为粗格栅间→细格栅间→沉砂池→初沉池→SBR池→消毒池。通过对主体处理构筑物的设计计算，使出水水质良好，经过处理后的水达到国家一级排放标准。

关键词：生物处理、生活污水、SBR、工艺流程

1.1设计资料：

本设计所处理的原水是某城市生活污水，日平均流量为50000m3，水质如下。 进水水质：单位（mg/l) BOD5 COD5 SS TN TP 300 350 180 12 2.5 出水水质：（mg/l) BOD5 COD5 SS TN TP 20 60 20 5 0.05 污染BOD5 COD5 SS TN TP 物指标 去除93.3% 82.9% 88.9% 58.3% 98% 率 达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002)一级标准要求。 该城市位于南方地区某市，多年主导风向为东南风，属于亚热带大陆性气候年平均气温为25℃，极端最高气温为38.9℃，极端最低气温为-9℃。年平均降雨量为1562.6mm,平均降雨日为223天，历年最大降雨量为1026mm,最小为157.3。地势较为平坦。污水量主要来自居民及办公场所的生活用水、超市商店用水等。

1.2基本设计原则：

1、工艺可靠，确保出水达到排放标准。 2、设备简单，处理效果稳定。

3、投资省，操作简单，运行费用底。

4、必须考虑污水中细菌和蠕虫卵和数量，应采取相应消毒措施。

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第二章 工艺流程确定

2.1水质分析

2.1.1城市生活污水来源

生活污水是人们日常生活过程中排出的污水。城市生活污水是从住户、公共设施（饭店、宾馆、影剧院、体育馆、机关、学校、商店等）和工厂的厨房、卫生间、浴室及洗衣房等生活设施中排出的水。

2.1.2城市生活污水水质特点

城市生活污水有机质含量高，主要成分为糖类、蛋白质、脂肪等有机物，氮、磷、硫等无机盐类及泥沙等物质，还含有各种微生物及病原体。

生活污水中的主要污染物有动植物油、悬浮物、碳水化合物、蛋白质、表面活性剂、氮和磷的化合物、微生物和无机盐等。生活污水中的有机污染物一般都是比较容易生物降解，而且污水的BOD/COD的值达到0.5~0.6。污水中含有氮磷等营养物质，因此典型的生活污水的可生化性比较好。

2.1.3所处理城市生活污水水质特点

污水量主要来自居民及办公场所的生活用水、超市商店用水等。其中混有果皮、塑料制品、等大小不同的杂物，

还含有相当量的泥沙等无机颗粒，BOD5/COD=0.85，可生化性好，生物处理效果良好。

2.2 工艺流程比较

2.2.1 三种工艺比较

1、SBR工艺 （1）、工艺原理

SBR工艺是通过时间上的交替运行实现传统活性污泥法的运行全过程。SBR工艺由进水、曝气、沉淀、排水、待机五个工序组成，基本运行方式分为限制曝气进水和非限制曝气进水两种。图1 为限制曝气进水，图2 为非限制曝气进水

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图1 普通SBR 工艺流程——限制曝气进水

图2 普通SBR 工艺流程——非限制曝气进水

该工艺只有一个SBR池，但同时具有调节池、曝气池和沉淀池的功能。运行过程分为进水曝气沉淀滗水闲置五阶段。一个运行周期内，各阶段的运行时间反应器混合液体积变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质出水水质及运行功能要求等灵活掌握。 （2）、工艺特点

与传统活性污泥法相比，SBR工艺优点有：工艺简单，调节池体积小或不设，无二沉池和污泥回流，运行方式灵活；结构紧凑，占地少，基建运行费用低；反应过程浓度梯度大，不易发生活性污泥膨胀；抗负荷冲击能力强，处理效果好，厌氧（缺氧）和好氧交替发生，同时脱氮除磷而不需要额外增加反应器；曝气系统多采用鼓风曝气；自动化程度较高，对自控系统有较高的要求。 （3）、生物降解能力

SBR工艺在反应阶段，基质浓度随时间由高到低变化，微生物经历了对数生长期、减速生长期和衰亡期，其降解有机物的速率也相应地由零级反应向一级反应过度。由于SBR系统的非稳态运行，反应器中生物相十分复杂，微生物的种类繁多，各种微生物交互作用，强化了工艺的处理效能；采用改法的处理COD浓度可达几百到几千毫克每升，其去除率均比传统活性污泥法高，而且可去除一些理论上难以生物降解的有机物质。 （4）、脱氮除磷

废水的脱氮除磷要求经历厌氧—缺氧—好氧这个过程，而SBR工艺在时间上的灵活控制，不仅可以很容易的实现好氧、缺氧和厌氧，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、延长曝气时间和增加污泥龄来强化硝化反应及聚磷菌过量摄磷；还可以在厌氧条件下通过搅拌促进聚磷菌充分的释磷。 （5）、经济性

基建投资：根据Ketchum 等人的统计结果表明，采用SBR 工艺处理小城镇污水要比普通活性污泥法节省基建投资30%以上。SBR 是合建式，一般情况下征地费和土建费较氧化沟低，而设备费较氧化沟高，总造价的高低要视具体情况决定。

CASS工艺

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（1）、工艺原理

CASS 工艺由进水/曝气、沉淀、滗水、闲置/排泥四个基本过程组成，图3 为CASS 工艺流程

图3 CASS 工艺流程

不同的运行阶段，根据需要调整运行方式。CASS工艺共分为三个反应区：生物选择区（DO<0.2mg/L）、缺氧区（DO>0.5mg/L）和好氧区（DO=(2~3)mg/L）。生物选择器为CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。有机污染物通过三个区的连续降解，可以达到很好的处理效果，同时能够实现脱氮除磷。 （2）、工艺特点

CASS工艺特点有：CASS池的变容运行提高系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性；选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用，增加了系统运行的稳定性；周期内反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的方式运行，有比较理想的脱氮除磷效果。 （3）、生物降解能力

CASS工艺从污染物的降解过程来看，污水以相对较低的流量连续进入反应池，被混合液稀释到相对较低的浓度。从空间上看CASS工艺为完全混合式，而在时间上则为推流式，基质浓度逐渐降低，浓度梯度从大到小，在曝气阶段有机物得到完全降解。 （4）、脱氮除磷

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CASS工艺的脱氮除磷效果则更加明显。生物选择器的设置为除磷创造了有利条件。来自主反应区高浓度污泥和废水充分混合，污泥中的反硝化菌以污水中的有机物为碳源,还原硝态氮（污泥中的硝态氮一般为2mg/L）为氮气，实现脱氮。聚磷菌在厌氧条件下分解体内的聚磷酸盐释放到水中，获得能量用于吸收废水中的有机酸合成聚β—羟基丁酸（PHB）并储存于细胞内，这是一个过量的释放磷的过程，为好氧条件下的过量摄磷创造先决条件。由于废水的进入，在此区域还发生比较明显的反硝化，其去除的氮占总去除率的20%左右。在缺氧区，微量曝气可以强化反硝化功能，也可以不曝气进行除磷。对主反应区的曝气强度进行控制，使溶液处于好氧而活性污泥内部则基本处于缺氧状态，从而可以实现同步硝化和反硝化。 （5）、经济性

具有一定的经济优势。首先，建设费用低，比普通曝气法省25%，无初沉池、二沉池；其次，占地面积少，比普通曝气法省20%~30%；另外，运行费用低，自动化程度高，管理方便，脱氮除磷不需要另加药剂，运行费用省25%左右。

氧化沟工艺 （1）、工艺原理

氧化沟是沟中的活性污泥以废水中的有机物作为食料，使之无机化。在氧化沟系统中，通过转刷（或转盘和其他机械曝气设备），使废水和混合液在环状的渠内循环流动，依靠转刷推动废水和混合液流动并曝气。混合液通过转刷厚，溶解氧浓度提高，随后在渠内流动过程中又逐渐降低。通过设置进水和出水位置、污泥回流位置、曝气设备位置、可以使氧化沟完成硝化和反硝化功能。

氧化沟处理工艺宜采用以下流程：

（2）、工艺特点

氧化沟工艺结合了推流和完全混合两种流态，在短时间内呈现推流式，而在长时间内呈现完全混合特征，两者的结合可减少短流，使进水被数十倍甚至百倍的循环水所稀释，提高氧化沟系统的缓冲能力；具有明显的溶解氧浓度梯度；整体体积功率密度低；工艺处理流程简单运行操作灵活性比较强；处理效果稳定，出水水质好；基建费用省，运行费用低。 （3）、经济性

基建投资：同时去除有机物及脱氮除磷的氧化沟的基建费用比常规活性污泥法要低40%-60%，运行费用低30%-50% 。

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2.3工艺流程确定

2.3.1主处理构筑物的确定

经过工艺比较采用SBR主体处理构筑物比较经济，处理效果良好，还有同步脱氮除磷的效果。，有效抵抗水量和有机污物的冲击，可以维持较高的污泥浓度，并且具有很强的抗冲击负荷能力。运行过程中适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。中污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高。而且不需二沉池和污泥回流设备，结构紧凑。而生活污水中氮磷含量高，选择SBR法处理污水比较经济，而且效果良好稳定。

第三章 工艺说明

3.1主处理工艺说明

序批反应池属于“注水—反应—排水”类型的反应器，在流态上属于完全混合，但有机反应物是随着反映时间的推移而被降解的。其操作流程由进水、反应、沉淀、出水、和闲置五个基本操作组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，所有处理流程都是在同一个设有曝气或搅拌装置的反应器内进行，混合液始终留在池中，不需单独设初沉池和二沉池及污泥回流设备等设施。进水期间，进水的水质、水量的变化，对处理后的水质的变化影响不大，故亦不需设置水量调节池。整个工艺显得简洁紧凑。

进水过程 当污水进入反应池内，池内水位逐渐上升，到最高水位停止。为防止在充水期间污染物的积累对反应过程产生抑制作用，还可考虑在此期间对污水进行曝气，根据开始曝气的时间与充水过程时序的不同，分为非限量曝气（边充水边曝气）、限量曝气（待冲水结束后开始曝气）、 半限量曝气（再充水阶段的中后期开始曝气)。

采用非限量曝气时，在充水的同时进行曝气，是逐步向反应器投入的污染物能及时得到有效地吸附、吸收和生物降解，从而限制了混合液中污染物的积累，并能在较短的时间内得到较高的处理效果。采用限量曝气时，由于在充水前SBR反应器有一个沉淀、排水、闲置的过程，混合液中的溶解氧几乎为零，所投入的污染物仅能在厌氧条件下得到降解，而这种降解速率是缓慢的，从而会形成污染物的大量污染物的积累。

反应过程 如果进行曝气则工况处于好氧情况下，有好氧反应发生；如果进行搅拌，则处于缺氧情况下；如果既不搅拌也不曝气，则处于厌氧情况下，保证磷的充分释放。根据净化要求，统筹考虑三种状态，进行生物脱氮除磷时要进行限制性曝气，除磷时，进水后不搅拌也不曝气，厌氧释磷。在曝气结束后，为保证良好的脱氮效果，，增加一道停曝/搅拌阶段，在此阶段进行反硝化作用。

沉淀过程 停止曝气，也停止搅拌，混合液中污泥通过重力沉降实现固液分离，澄清的上层净化水待排除。由于静置沉淀，受外界的干扰甚小，因此沉底效率高、沉淀时间短。

出水过程 沉淀过程结束后将上清液外排，池内水位逐渐下降，带水位达最小水位时停止。对所沉降下来的污泥将剩余部分外排，以便进一步进行污泥浓缩和脱水。

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闲置过程 为维持污泥的活性，必须进行曝气或搅拌使之再生；考虑节能或在厌氧状态下释出磷，也可不进行曝气或搅拌。

3.2工艺流程图

3.2.1工艺说明

格栅：格栅作为水处理的预处理方法，可以有效地去除污水中较粗大的悬浮物漂浮物，防止水泵、处理构筑物的机械设备和管道被磨损或堵塞，是后续流程顺利进行。由于城市污水中混有果皮、塑料制品、和纸张等大小不同的杂物，所以本设两道格栅以去除污水中大部分的悬浮物和漂浮物。格栅倾斜安装在污水渠道或泵房集水井的前端。

沉砂池：由于城市污水中含有相当数量的泥沙等无机颗粒，为避免SBR主体处理构筑物和机械设备的磨损，在主体处理构筑物前设置沉砂池。

SBR池：对城市生活污水经过预处理后，有机物的浓度有所降低，但仍达不到排放标准，所以需经过生物处理的方法以降低有机物含量。经过工艺比较采用SBR主体处理构筑物比较经济，处理效果良好，还有同步脱氮除磷的效果。而且不需二沉池和污泥回流设备，结构紧凑。

污泥浓缩池：从主体处理构筑物中排出的污泥含水率在97.5%以上，需浓缩减小其体积，污泥浓缩的对象是颗粒见的孔隙水，浓缩的目的是在于缩小污泥的体积，便于后续污泥处理。

曝气设备：污水中有机物负荷高，需进行曝气充氧，采用微孔曝气方式进行充氧，具有氧利用率高，鼓风机效率低的特点。

滗水器：在不扰动沉淀后的污泥层、挡住水面的浮渣不外溢，将上清液从水面撇除。

消毒池：从主体构筑物中排出的水中含有微生物及病原体，排放到水体容易造成污染，所以要进行消毒。

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第四章设计计算

4.1主题构筑物的设计计算

4.1.1设计参数

污染物指标 去除率 BOD5 93.3% COD5 82.9% SS 88.9% TN 58.3% TP 98% 8个SBR反应池 污泥负荷L取0.3KgBOD5/KgMLVSS·d 微生物浓度X=3000mg/l

根据每日处理水量计算得到流量变动系数为1.4

4.1.2设计计算

S0?Se300?20反应池有效容积：VR?Q?k()?50000?1.4?()?27222m3

1000?Ls?X1000?2.4?0.3S0?Se300?20反应池有效反应时间：TER?24?()?2.4?()?9.5h

1000?Ls?X1000?2.4?0.3V?Q?k(ts?td?tbS0?Se?)24m1000?Ls?X1?1?0.1300?20?)?42535m324?0.41000?2.4?0.3反应池的总容积：

?50000?1.4?(取 t S =1h； t D =1h； t b =0.1h； m =0.4

27222?64%?60% 有效反应容积比=

42535t?t?tV非?Q?sdb?15313m3

24m

3容积负荷：LV?LS?X?2.4?0.3?0.72kgBOD5/m?d

污泥负荷核验：LS?符合要求

Q?S070000?3000??0.35kgBOD5/kgMLVSS?d

e?X?V0.46?2400?425358

周期时间：

t?24mv24?0.4?42535??6h Q?k700002424??4，t?tR?ts?tD?tb t6一天内周期：nz?充水时间;tF?tn?0.8h 取1h 选择限制曝气

反应时间：tR?mTER?0.4?9.5h?3.8h 曝气时间：tQ?tR?tF?3.8?1?2.8h，e?tQt?0.46

剩余污泥：?XV?Y(S0?Se)Q?k?Kd?XV?V

?0.6?(300?20)?70000?0.06?2.4?42535

?11754kg/d污泥龄;?c?需氧量: O2?Q?k?空气量：

OS?K0?O2?XV?V2.4?42535??9d ?XV11754S0?Se300?20?1.42?XV?70000?1.42?11754?12133kg/d 0.680.68?(?CSWCS?O29.2?12133??23544kg/d T?2025?20?C0)?1.0240.85?(0.9?9.2?2)?1.024OS23544??420429m3/d，取EA?0.2

0.28EA0.28?0.2鼓风曝气量:QS?曝气管布置：曝气管安装在距池底0.3m处，其压力为

pb?p?9.8?103H?1.013?103?0.098?105?4.7?1.47?105Pa 气泡离开水面含氧量:Ot?21?(1?EA)?100%?17%

79?21?(1?EA)取曝气池长 50m，宽21.5m，水深5.0m，超高0.5m共8座，每座体积为5317m3 每座需氧量:??OS23544??2943m3 n8m2 反应池平面面积：A?50?21.5?1075取扩散器数量为1500个,曝气管30个

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扩散器服务面积 校核:

h?f?A1075??0.7?0.75n11500，符合要求。

滗水器布置高度:

H?Q?k5?50000?1.4??3.5mnZ?V4?42535

日处理量最大为70000m3/d，池数为8个，一周期数为4个，排水时间td?1h 最大排水负荷为QD?Q?k70000??36.5m3/min

nz?n?tD8?4?1?60设每个池有一个滗水器，所以最大排负荷为36.5m3/min 所以每周期每个池子的最大排水量为2190m3/h

V —— 反应池的有效反应容积； Q —— 设计污水流量；

S 0—— 反应池进水五日生化需氧量； Se —— 反应池出水五日生化需氧量；

L S —— 反应池的五日生化需氧量污泥负荷； X —— 反应池内混合液悬浮固体平均浓度； TER —— 去除污水中污染物的有效反应时间； V —— 反应池的总容积； t S—— 反应池的沉淀时间； t D—— 反应池的排水时间； t b —— 反应池的待机时间；

HRT —— 反应池的水力停留时间；

L V —— 反应池的五日生化需氧量容积负荷； V非 —— 反应池的非反应容积； H —— 反应池的总有效水深； t —— 周期时间； t R —— 反应时间；

n z—— 一天内的周期数； t F—— 进水时间；

n —— 反应池个（格）数； t —— 曝气时间； θc —— 污泥泥龄；

ΔXvss —— 剩余污泥量； O 2 —— 污水需氧量；

O s—— 标准状态下污水需氧量； K0 —— 需氧量修正系数；

C S —— 标准条件下清水中饱和溶解氧浓度；

C SW —— 清水在ToC、实际压力时的饱和溶解氧浓度；经计算得9.2mg/l C 0—— 混合液剩余溶解氧；

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T —— 操作温度；

C S —— 标准状态下的供气量；

E A—— 曝气设备的氧利用率；取20%

Ot —— 曝气后反应池水面逸出气体中氧的体积百分比； Y —— 污泥产率系数；

Kd—— 内源呼吸代谢系数 取0.06

X —— 反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度； m——反应池充水比 取0.4

第五章 结论

5.1 SBR工艺特点

(1)、有利工况调整，污泥不会膨胀，克服传统活性污泥法常易发生的污泥膨胀的弊病。

(2)、对污水中的有机污染物的去除十分稳定。 (3)、不需设置二沉池和初沉池。

(4)、去除BOD5的同时，可同时进行生物脱氮除磷。 (5)、不需设置污泥回流设备。 (6)、作为主体处理构筑物的SBR反应池，既能做储水池，同时也是生物反应池（进行生物去除BOD5、COD、N和P),也是二沉池（去除SS），是个具有多功能的构筑物。

(7)、工艺过程能改善活性污泥的沉降性能，在静置状态下进行固液分离，高效，出水澄清质优，易于达到排放标准规定的水质要求。

(8)、反应池容积比传统活性污泥法曝气池要小。整个工艺流程紧凑，基建投资省，占地面积小。

(9)、承受冲击负荷能力强，可通过调控进水稀释倍数、运行周期、反应池容积，达到缓冲进水水量与水质高峰负荷的目的，故对高浓度废水的处理也能充分应付。

(10)、该工艺可通过计算机进行自动控制，易于维护管理。

5.2主要存在的问题

要达到脱氮除磷的效果，对曝气时间和反应时间的掌握要求高，本次所处理污水磷的处理效率要求高，开始池内要保持厌氧状态，DO维持在0.2mg/l以下。聚磷菌好氧超量吸磷，混合液DO维持在2.0mg/l以上，HRT也不宜太长，防止含氮化合物的硝化反应。沉淀过程也要保持一定的溶解氧，防止聚磷菌厌氧释磷和反硝化反应发生产生气泡使污泥上浮。

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5.3主要的改进措施

及时和适当调整循环周期数、每个循环周期内各工序的时间安排、反应池内的水深、一次排出的处理水量与反应池进水结束后的混合液容积之比、一个周期内的曝气时间等。

为了使反应池高效运行，需定时监测反应池内MLSS和溶解氧水平。

定期掌握反应池内MLSS浓度及活性污泥界面的沉降速度，保持稳定的固液分离。 及时掌握进水流量、水质、负荷变化情况，调整运行周期的时间设定，是净化过程稳定。

5.4小结

本次设计采用的是SBR法处理城镇生活污水，出水水质达到国家一级B标准。 首先污水经过格栅和初沉池与处理后，再进入SBR主体构筑物进行生物处理，之后污水进行消毒后直接排放到收纳水体。产生的污泥经过浓缩和脱水，处理后的污泥基本对环境没有污染，再进行最终处置。

通过本次课程设计使我们对污水的处理流程有了更深刻的了解，对SBR法处理污水的过程和条件控制有了更多的了解。也了解了一半的设计要求及设计过程。对水污染控制工程这门课程有了更全面的了解和认识。也增强了我们搜集有用资料的能力。增长了我们的知识和见识。

这次课程设计是以小组合作的形式进行的，使我们学会了团队合作，增强了我们的责任心。

参考文献

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高俊发、王社平.《污水处理厂工艺设计手册》.北京.化学工业出版社.2003.10 希旦利.《环境监测》.北京.高等教育出版社.2004.08 张自杰.《排水工程》.北京.中国建筑工业出版社.2000.06

孙力平.《污水处理新工艺与设计计算实例》.北京.科学出版社.2002.04 吴婉娥.《废水生物处理新技术》.北京.清华大学出版社.2004.02

崔玉川等.《城市污水厂处理设施设计计算》.北京.化学工业出版社.2008.08 郑铭.《环保设备—原理·设计·应用》.北京.化学工业出版社.2007.01 《城市污水处理技术及工程实例》 李海等编 化学工业出版社 2002.3 《污水处理厂设计与运行》 曾科等编 化学工业出版社 2001.5 《环境工程设计手册》 魏先勋 编 湖南科学技术出版社2002.6

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ull7.html