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文檔簡(jiǎn)介

1、陶氏抗污染反滲透膜回收廢水裕廊島經(jīng)驗(yàn)Eu Hong Gay,C. Ravi,Kai-Uwe Hoehn慧聰網(wǎng)2005年9月5日15時(shí)38分信息來源:陶氏化學(xué)(中國)投資有限公司 簡(jiǎn)介:利用RO技術(shù)及30,000m3/d的容量帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng),SUT通過新加坡公用事業(yè)署不僅能將回收水出售給裕廊島用戶,而且其價(jià)格比目前的飲用水更便宜。SUT生產(chǎn)的高級(jí)工業(yè)給水,可進(jìn)一步節(jié)省除鹽費(fèi)用,因?yàn)槠渲械慕^大多數(shù)溶解固體已通過反滲透膜除掉。 關(guān)鍵字:反滲透膜,回收廢水,裕廊島經(jīng)驗(yàn)概述 新加坡作為島國自然資源匱乏,水成為它的一項(xiàng)戰(zhàn)略資源。目前新加坡的飲用水有一半來自鄰國馬來西亞,但是它與馬來西亞僅有的兩個(gè)供水協(xié)

2、議將分別于 2011年和2061年失效。隨著工業(yè)的繁榮,該國對(duì)水的需求也不斷增長。這種情況促使新加坡政府及其工業(yè)界不斷尋求創(chuàng)造性的供水辦法,使該國的水資源更 多地自給自足。 新加坡目前已建立起一個(gè)大型的反滲透工廠處理三級(jí)生化廢水,并將其轉(zhuǎn)化成適于蓬勃發(fā)展的石化工業(yè) 使用的高級(jí)工業(yè)給水(HGIW)。該反滲透系統(tǒng)由美國Aquatech國際公司(AIC)供貨,并裝備了2184支陶氏化學(xué)公司的抗污染膜元件 FILMTECBW30-365FR2。該系統(tǒng)由SUT Seraya (SUT)公司-SembCorp公用事業(yè)公司的子公司-負(fù)責(zé)運(yùn)營管理。整個(gè)系統(tǒng)為單級(jí)RO,共6列,單列產(chǎn)水量5000m3/d,總產(chǎn)水

3、量 30,000m3/d。每列分3段,按28:16:8排列,使用52個(gè)壓力容器(7元件的容器),配置BW30-365FR2元件364支。系統(tǒng)平均設(shè)計(jì)通量10GFD(17l/m2.h),設(shè)計(jì)給水TDS為1300 mg/l。 利用RO技術(shù)及30,000m3/d的容量帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng),SUT通過新加坡公用事業(yè)署不僅能將回收水出售給裕廊島用戶,而且其價(jià)格比目前的飲用水更便宜。SUT生產(chǎn)的高級(jí)工業(yè)給水,可進(jìn)一步節(jié)省除鹽費(fèi)用,因?yàn)槠渲械慕^大多數(shù)溶解固體已通過反滲透膜除掉。 為了使該工程經(jīng)濟(jì)上更加合算,這要求系統(tǒng)回收率設(shè)計(jì)突破常規(guī)。所以,SUT對(duì)三級(jí)廢水以高達(dá)85%(常規(guī)為75%)的設(shè)計(jì)回收率,將其轉(zhuǎn)化成

4、可回用的高 級(jí)工業(yè)用水。其中,Aquatech獨(dú)特的常規(guī)預(yù)處理工藝可以將生物活性廢水的SDI值降到正常值4以下。并且,SUT和Aquatech的工程師還發(fā) 現(xiàn):FILMTEC的抗污染膜非常容易清洗,常規(guī)化學(xué)藥品就足以滿足清洗的要求,這樣能夠保持清洗成本低廉。 目 錄: 1. 工程概況 2. 項(xiàng)目規(guī)劃及發(fā)展歷程 3. 中型試驗(yàn)及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4. 系統(tǒng)布局及運(yùn)行性能 5. 結(jié)論及展望 保護(hù)稀缺的水資源 1. 工程概況: 1.1 裕廊島的形成 1994年,當(dāng)新加坡開始實(shí)施其雄心勃勃的計(jì)劃,準(zhǔn)備在亞太地區(qū)建立世界級(jí)的化工中心時(shí),它將其南部的7個(gè)小島通過填筑水域的辦法合并形成一個(gè)面積2650公頃的大島。這

5、就是裕廊島(JI)。 在裕廊島規(guī)劃和發(fā)展的同時(shí),SembCorp公用事業(yè)公司-通過它的子公司SUT Sakra 公司和 SUT Seraya公司-實(shí)施了一項(xiàng)“公用事業(yè)設(shè)施集中化”的概念方案。該方 案可向預(yù)定建于裕廊島的眾多石化公司、化學(xué)公司及精煉公司提供一系列的公用設(shè)施,諸如蒸汽供應(yīng)、廢水處理、除鹽水供應(yīng)、冷卻水供應(yīng)、產(chǎn)品貯存設(shè)施及終端設(shè) 施,等等。 1.2 水-戰(zhàn)略資源 新加坡地域狹小,只有660平方公里,相對(duì)而言,人口則高達(dá)400萬,僅僅靠新加坡島的集水量遠(yuǎn)不能滿足對(duì)水的全部需求。所以,新加坡有一半的給水需通過兩個(gè)供水協(xié)議(分別于2011年和2061年失效)從鄰國馬來西亞購買。 基于戰(zhàn)略重

6、要性,早在20世紀(jì)70年代,新加坡已經(jīng)向裕廊島工業(yè)區(qū)提供工業(yè)用水(IW)作為替代性的工業(yè)水源。這種工業(yè)用水主要是從 Ulu Pandan 廢水回收廠排放的 的經(jīng)過三級(jí)處理的廢水(新加坡的污水需 處理到符合標(biāo)準(zhǔn)20ppm BOD, 30ppm SS)。 工業(yè)用水(IW)的典型水質(zhì)為 BOD 3 ppm, SS 5 ppm and TDS 1300ppm,為了鼓 勵(lì)回用它,其出售價(jià)格比飲用水便宜很多,因此,無論對(duì)直接的工業(yè)回用還是進(jìn)一步深度處理均有很大的吸引力。 由于化學(xué)和石化部門的用水主要是非飲用目的(占新加坡整個(gè)飲用水量的5),所以這促使SUT和政府開發(fā)創(chuàng)造性的水源以替代現(xiàn)有的飲用水源。2.

7、項(xiàng)目規(guī)劃及發(fā)展歷程 2.1 為裕廊島規(guī)劃替代水源 早在裕廊島規(guī)劃階段,人們就已經(jīng)設(shè)想將位于裕廊工業(yè)區(qū)的工業(yè)水網(wǎng)加以延伸,以滿足整個(gè)裕廊島的工業(yè)需要。利用供給裕廊島的工業(yè)用水,采用RO/EDR技術(shù)或相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步可將工業(yè)用水處理成高級(jí)工業(yè)用水(HGIW),這被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上是可行的。 為了使廢水的回用對(duì)工業(yè)界更具吸引力,人們認(rèn)為高級(jí)工業(yè)用水(HGIW)應(yīng)該比公共事業(yè)署(PUB)提供的飲用水水質(zhì)稍好一點(diǎn)。其目標(biāo)電導(dǎo)率將控制小于250S/cm,相比而言,PUB提供給裕廊地區(qū)的飲用水水質(zhì)電導(dǎo)率為350-650S/cm 。 1996年和1997年,通過對(duì)擬投資于新加坡裕廊島的石化公司、化學(xué)工司及精煉公司展

8、開調(diào)查,預(yù)計(jì)飲用水級(jí)的工業(yè)用水消耗量將達(dá)到 50,000m3/d。因此,我們規(guī)劃了一個(gè)日產(chǎn)30,000m3高級(jí)工業(yè)用水的工廠。在投產(chǎn)后,如果產(chǎn)品水以稍低一些的價(jià)格出售,那么將很容易取代 PUB的飲用水。 接下來,在1997年和1998年,SUT開始著手發(fā)展用工業(yè)用水(IW)作原料的替代水源。人們預(yù)計(jì)工業(yè)用水(IW)能夠進(jìn)一步處理并制得可與飲用水 相比的產(chǎn)品水,但只用于工業(yè)目的。這種水即被命名為高級(jí)工業(yè)用水(HGIW),以與工業(yè)用水(IW)相區(qū)別,并通過單獨(dú)的給水系統(tǒng)賣給裕廊島的工業(yè)用戶。 2.2 工業(yè)用水(IW)規(guī)范 設(shè)計(jì)HGIW水廠的起點(diǎn)是工業(yè)用水水質(zhì)。到目前為止,新加坡公用事業(yè)署(PUB)

9、經(jīng)營裕廊工業(yè)水網(wǎng)(JIWW-處理來自Ula Pandan 廢水回收廠排放的三級(jí)廢水處理廠)已 長達(dá)20年,并積累了豐富的工業(yè)用水(IW)水質(zhì)數(shù)據(jù)。 然而,就象其他許多下水道陳舊、地下水位高的海岸城市一樣,海水倒灌現(xiàn)象導(dǎo)致工業(yè)用水組分隨著潮位而急劇變化。氯化物水平從100mg/l可變化到500mg/l,但正常的范圍為250+100ppm。 在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi),我們觀察到工業(yè)用水(IW)的電導(dǎo)率從低達(dá)800mS/cm可波動(dòng)到高達(dá)1800mS/cm,有時(shí)甚至高達(dá)2000mS/cm。因 此,為謹(jǐn)慎起見,應(yīng)該提供安全設(shè)計(jì)裕度。在設(shè)計(jì)RO時(shí),原水規(guī)范采用相當(dāng)于TDS1300mg/l的最大電導(dǎo)率。另外,考慮到

10、RO膜的逐漸污堵和鹽通量隨 時(shí)間的增加,我們也提供了很高的安全設(shè)計(jì)裕度。 2.3 技術(shù)招標(biāo)及評(píng)估 建設(shè)30,000m3/d的工業(yè)用水深度處理廠的項(xiàng)目在1997年初舉行招標(biāo),有10多家國際著名的水公司參與組織的投標(biāo)。評(píng)標(biāo)則基于每份標(biāo)書的實(shí)際凈值進(jìn)行(結(jié)合資金和長期運(yùn)行成本的影響),同時(shí)考慮采用當(dāng)時(shí)最可靠的先進(jìn)技術(shù)。 提交的各種標(biāo)書大概可以歸類成三種基本不同的工藝: a) EDR 技術(shù) b) 用微濾(MF)作預(yù)處理的反滲透(RO)技術(shù) c) 用傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾(DMF)作預(yù)處理的反滲透(RO)技術(shù) EDR技術(shù)和RO相比由于其達(dá)不到高脫鹽率而未被采納。 MF膜作預(yù)處理工藝與傳統(tǒng)介質(zhì)過濾相比經(jīng)濟(jì)性上有兩

11、個(gè)不足。其一,每隔5年MF組件必須更換;其二,MF膜只能提供90-95的系統(tǒng)回收率。相比而 言,傳統(tǒng)雙介 質(zhì)過濾(DMF)不需要昂貴的介質(zhì)更換費(fèi)用(砂子和無煙煤相對(duì)便宜),更重要的是,DMF由于使用RO的濃水作反洗水而可將其回收率提高到99%。 令SUT感到欣慰的是,位于印度Chennai的馬德拉斯肥料有限公司(MFL),成功地將傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾和標(biāo)準(zhǔn)陶氏RO膜結(jié)合使用多年,日產(chǎn)12,250m3產(chǎn)品水。 因此,用傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾(DMF)作預(yù)處理的反滲透(RO)方案被確定下來。 2.4 系統(tǒng)回收率及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性 由于公用事業(yè)署(PUB)對(duì)新加坡使用的每噸工業(yè)用水征收水費(fèi)0.43新元,所以廢水回收廠只

12、有采用最高的可行的回收率,方能使該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)上可行。同 時(shí),消費(fèi)者也盼望有一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)性的水價(jià)。因此,篩選剩下的標(biāo)書必須采用介質(zhì)過濾作為RO的預(yù)處理,而且RO裝置的回收率高達(dá)86,結(jié)合預(yù)處理部分 99的回收率,最后整個(gè)系統(tǒng)的回收率達(dá)到85。3. 中型試驗(yàn)及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)和建設(shè)污水回 用廠的合同最后被美國Aquatech國際公司(AIC)中標(biāo)。在設(shè)計(jì)的最初階段,為了使SDI值達(dá)到RO膜要求的目標(biāo)值(5),基于初級(jí)過濾器的最小泥沙帶出量,二級(jí)過濾器采用了細(xì)砂以增加SDI值的穩(wěn)定性。(SDI的設(shè)計(jì)目標(biāo)為4) 人們進(jìn)行了聚合物帶出試驗(yàn),并發(fā)現(xiàn)帶出結(jié)果為零。 確定化學(xué)藥品及過濾介質(zhì)的優(yōu)化配置之后,建立了一

13、套單獨(dú)的閉合循環(huán)的中試系統(tǒng),以模擬RO系統(tǒng)的第3段的最后一支元件。該系統(tǒng)由單支陶氏 FILMTEC BW30-365FR2抗污染元件組成,運(yùn)行回收率86。該系統(tǒng)運(yùn)行將近一月之后證明沒有任何污堵。接下來,回收率提高到90,強(qiáng)制產(chǎn)生了一些污堵。 但是,即使這樣也沒有產(chǎn)生嚴(yán)重的污堵。因此,證明預(yù)處理是充分的。這些試驗(yàn)也有助于減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試所需的時(shí)間。 SUT選擇FILMTEC的BW30-365FR2抗污染膜,既是基于該膜在凈化生物活性水方 面的卓越性能得到實(shí)踐證明,也是基于陶氏可靠的技術(shù)服務(wù)和支持。陶氏在Chennai的馬德拉斯化肥廠的跟蹤記錄使SUT更加放心。在將近10年中,陶氏 標(biāo)準(zhǔn)膜成功地用于印

14、度Chennai廠,以凈化有機(jī)物含量高的生物活性水。過去,膜技術(shù)因其污堵速度快而被認(rèn)為不適合這種惡劣水質(zhì)。 FILMTEC BW30-365FR2是卷式復(fù)合膜,具有很強(qiáng)的抗污染性能。 FILMTEC FR抗 污染元件有著諸多性能優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì):先進(jìn)的自動(dòng)卷膜技術(shù)使精度達(dá)到手工卷制望塵莫及的水平;增加膜片數(shù)縮短膜片長顯著減小了產(chǎn)水側(cè)的壓力損失,這樣效率 更高,驅(qū)動(dòng)壓更均勻,產(chǎn)水通量分布也更均勻。元件的給水通道寬34mil,比其他品牌產(chǎn)品寬10-20,這使得清洗更容易。FILMTEC FR抗污染膜證明抗細(xì)菌吸附 ,因而可大大延長清洗周期。FILMTEC FR元件的生物累積和生物污堵的速率很低 ,這

15、樣平均給水壓力很低,從而顯著降了低能耗。 3.2 AIC提供的獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 為維持SDI值,過濾器設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn): a) 雙室過濾器設(shè)計(jì)。通過將濾層分成兩室可提高空氣擦洗及反洗的效果。 這種設(shè)計(jì)使我們可更好地控制整個(gè)過濾流通面上的通量。并增加過濾器的高度,以進(jìn)一步增強(qiáng)流量分配的均勻性。初級(jí)過濾器主要為顆粒和污泥堆積提供空間,次 級(jí)過濾器則作為精濾器。初級(jí)和次級(jí)過濾器始終有一個(gè)以上保持在線運(yùn)行。這樣SDI值的穩(wěn)定性更好,因?yàn)槿魏螘r(shí)候過濾系統(tǒng)都沒有運(yùn)行在新反洗的狀態(tài)。 b) 初級(jí)過濾和次級(jí)過濾交錯(cuò)反洗 設(shè)計(jì)上,初級(jí)和次級(jí)過濾器交錯(cuò)反洗,避免同步。由于初級(jí)過濾器的壓差超標(biāo)比次級(jí)過濾器更為頻繁

16、,故而其反洗頻率也更高。交錯(cuò)的概念有助于確保過濾過程一直在壓實(shí)的濾床上進(jìn)行。這一點(diǎn)有助于穩(wěn)定SDI值。 節(jié)能 為達(dá)到86的系統(tǒng)回收率,RO的第一、二段設(shè)一臺(tái)高壓泵,第三段設(shè)一臺(tái)段間升壓泵,并在第一段的產(chǎn)品水管上設(shè)節(jié)流孔板以控制第二段的給水流量。這種設(shè)計(jì)允許第一、二段運(yùn)行的同時(shí),沖洗第三段。 由于待處理水的本性及系統(tǒng)回收率高的特點(diǎn),第三段RO濃水達(dá)到的飽和水平極高,極易導(dǎo)致污堵和結(jié)垢。由于產(chǎn)品水具有溶解性能,第三段用產(chǎn)品水定期進(jìn)行污 染物和沉淀物的沖洗,防止板結(jié)。每一運(yùn)行班都要對(duì)第三段進(jìn)行隔離,用產(chǎn)品水沖洗,同時(shí)前兩段保持75的回收率繼續(xù)制水。每次啟停系統(tǒng)都遵循上述沖洗規(guī) 程。 AIC公司在該系

17、統(tǒng)中采用變頻驅(qū)動(dòng)裝置(VFD)作為節(jié)能設(shè)施。高壓泵設(shè)計(jì)的揚(yáng)程很高,足以滿足膜污堵所需的高壓力,使膜元件充分達(dá)到其使用壽命。 通過采用變頻驅(qū)動(dòng),高壓泵正好運(yùn)行在使膜不產(chǎn)生污堵所需的壓頭下。因此,不必在泵的出口設(shè)置節(jié)流閥以控制多余的壓頭。這樣在最初幾年就能節(jié)省大量能源。 VFD使軟啟停成為可能。這樣,馬達(dá)可以在較長的時(shí)間內(nèi)逐漸加速或減速到期望值。這可防止水錘作用對(duì)膜的破壞,而水錘會(huì)使膜孔壓實(shí),進(jìn)而導(dǎo)致通量損失。同時(shí),因元件在壓力容器內(nèi)的移動(dòng)導(dǎo)致的望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)象也可避免。 AIC公司采用了下述方法減少水的損失,提高回收率: a) 回收排污水 過濾器反洗之前的排污水通過再循環(huán)管線送回入口回用。這個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)約

18、了相當(dāng)可觀的水,否則這部分水將被浪費(fèi)。 b) 用氯化消毒的RO濃水反洗雙介質(zhì)過濾器 將RO濃水用于反洗過濾器也取得了顯著的節(jié)水效果。反洗水箱由于濃水的不斷流過而始終處于攪拌狀態(tài),這樣水箱就能夠保持滿水位,而且新鮮的濃水不斷更換原有的濃水。每次反洗工藝開始之前,對(duì)反洗用的濃水先進(jìn)行氯化消毒,以避免過濾器的底部發(fā)生任何污染。 c) 過濾器正洗水循環(huán)使用正洗步驟需消耗相當(dāng)可觀的水量。在正洗階段,先將過濾器底部的濃水置換排放,而后的所有正洗排水全部再循環(huán),送回入口水箱回用。這樣,可以延長正洗步驟,更好地壓實(shí)濾床,從而控制SDI值。4.系統(tǒng)布局及運(yùn)行性能 4.1.SUT設(shè)計(jì)的整個(gè)水處理廠的布局概況 三級(jí)

19、廢水(原工業(yè)用水IW)作為給水如圖1所示通過預(yù)處理工藝步驟進(jìn)行深度處理。 在系統(tǒng)中加入NaClO以盡可能控制生物及藻類的滋長處于低水平。在整個(gè)預(yù)處理階段,游離余氯和化合氯維持一定的水平。在給水進(jìn)入RO膜之前,加入亞硫 酸氫鈉(SBS),確保沒有游離余氯接觸膜元件。為防止難溶鹽類結(jié)垢,RO的給水往往需要加入阻垢劑。對(duì)進(jìn)入RO元件的經(jīng)過預(yù)處理的給水,在線監(jiān)測(cè)其氧化 還原電位(ORP)。在RO元件的上游,每周一次加入非氧化性的殺生劑,以防止RO系統(tǒng)滋長微生物。給水中氯胺的水平為0.5mg/l。RO的給水壓力 980kPa(9.8 bar,140PSI)。圖1中稱作“MEMBRANE 1-6”的RO裝

20、置,共6列,規(guī)格一樣。新加坡SUT水處理工廠概圖 4.2. RO系統(tǒng)的布局 每列RO由3段組成,其布局如圖2所示。新加坡SUT水處理工廠單列RO的配置概圖4.3.RO運(yùn)行的注意事項(xiàng)、清洗及膜分析 RO產(chǎn)品水水質(zhì)始終符合高級(jí)工業(yè)用水(HGIW)的技術(shù)規(guī)范。見下表“工業(yè)用水(IW)和高級(jí)工業(yè)用水(HGIW)的實(shí)際值及規(guī)范值的比較”。 裕廊工業(yè)用水(IW)和高級(jí)工業(yè)用水(HGIW)的實(shí)際值和設(shè)計(jì)規(guī)范值的比較參數(shù) 如無特別說明 單位為mg/lIW 規(guī)范IW實(shí)際值 (min.-max.) 運(yùn)行范圍HGIW 規(guī)范HGIW實(shí)際值 (min.-max.) 運(yùn)行范圍pH6.57.07.56.8

21、7.2電導(dǎo)率(mS/cm)7002200700220025066133總?cè)芙夤腆w(TDS)3501,30050013001503370濁度(NTU)0.52.00.10.4TSS-總懸浮固體3.06.5383540.50.070.13色度(HazenUnit)5151355總硬度(asCaCO3)1002501001606013總堿度(asCaCO3)30804080451622鈉65300150200501012氯10050015050055621硫酸根(asSO4)80145120160307二氧化硅(asSiO2)1-106102.00.10.4氨-N(asN)3185

22、1530.11.0磷酸鹽(asP)1-4240.50.040.10嗅味U.O.U.O.U.O.U.O.BOD55531COD306020301024細(xì)菌CFU/100ml0100010001氟0.2-1.00.2-2鍶N.M0.21N.M.N.M.鋇N.M0.010.1N.M.N.M.鋁0.090.031.00.1鐵0.090.020.090.040.020.04錳0.060.050.050.05銅0.020.050.020.05鋅0.060.050.050.02As,Cd,Cr,Pb,Hg,Se0.0250ppbmax.eachN.D.0.0001氰化物&H2S0.02N.

23、D.N.D.CN-6)及TSS(6-6.5ppm)很高,這偶爾導(dǎo)致RO給水的SDI值超過 4 。 當(dāng)RO給水的SDI值長期超過4時(shí),要求系統(tǒng)的回收率從86降到75。而且在2000年元月啟動(dòng)及其后的幾個(gè)月中,該系統(tǒng)的回收率謹(jǐn)慎地控制在75,而后在半年期間緩慢增加到86。清洗周期預(yù)計(jì),在86的回收率下,每月一次。在4周的清洗間隔中,產(chǎn)品水流量標(biāo)準(zhǔn)化后會(huì)典型地下降15-20%。清洗后,標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)水量能恢 復(fù)到原有水平。 FILMTEC膜允許在很高的pH值(30C時(shí)最高可到pH12,35C時(shí)最高可到pH11.5)下進(jìn)行清洗,而不會(huì)對(duì)膜性能造成負(fù)面影響。這比市場(chǎng) 上其他品牌的膜都要高得多。正常地,清洗就使用常用化學(xué)藥品 (NaOH, Na-EDTA, HCl)即可。酸洗可用HCl在 pH1-2下進(jìn)行。 運(yùn)行1年后,進(jìn)行了一次例行的膜解剖和膜分析,以測(cè)試結(jié)垢物和污堵物的成分,并檢查標(biāo)準(zhǔn)條件下

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