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文檔簡介

1、離子交換離子交換1離子交換原理離子交換原理2一級除鹽系統(tǒng)一級除鹽系統(tǒng)3混合型離子交換器混合型離子交換器4影響離子交換器運行的因素影響離子交換器運行的因素樹脂的離子交換是一種可逆反應(yīng),反應(yīng)式可表示為:樹脂的離子交換是一種可逆反應(yīng),反應(yīng)式可表示為:RA+B RA+B RB+ARB+A與任何化學(xué)平衡一樣,上述反應(yīng)遵循質(zhì)量作用定律,它的逆反應(yīng)就是與任何化學(xué)平衡一樣,上述反應(yīng)遵循質(zhì)量作用定律,它的逆反應(yīng)就是A A型樹脂的型樹脂的再生。平衡常數(shù)表達式:再生。平衡常數(shù)表達式: K KB BA A=RB=RBA/A/(RARABB)K KB BA A11樹脂對樹脂對B B的親和力大于對的親和力大于對A A的親

2、和力,的親和力,圖中曲線圖中曲線c c;K KB BA A1A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ 排水裝置排水裝置壓脂層壓脂層200mm進水裝置進水裝置反洗空間反洗空間中間排液裝置中間排液裝置樹脂樹脂層層1600mm逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖進水裝置的作用進水裝置的作用是均勻分布進水于是均勻分布進水于交換器的進水截面上。另一個作用交換器的進水截面上。另一個作用是均勻收集反洗排水是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用排水裝置的作用是均勻收集處理好是均勻收集處理好的水;另一個作用是均勻分配反洗的水;另一個作用是均勻分配反洗進水。進水。中間排液裝置的作用中間排液裝置的作用

3、:中間排液裝:中間排液裝置對逆流再生離子交換器運行效果置對逆流再生離子交換器運行效果有較大影響,其作用是均勻排出再有較大影響,其作用是均勻排出再生液,防止樹脂亂層、流失外,還生液,防止樹脂亂層、流失外,還應(yīng)有足夠的強度,安裝時應(yīng)保證在應(yīng)有足夠的強度,安裝時應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài),交換器內(nèi)呈水平狀態(tài),陽離子交換器結(jié)構(gòu)陽離子交換器結(jié)構(gòu)壓脂層的作用壓脂層的作用過濾掉水中的懸浮物過濾掉水中的懸浮物及機械雜質(zhì);使進水通過壓脂層均及機械雜質(zhì);使進水通過壓脂層均勻作用于樹脂層表面;防止樹脂在勻作用于樹脂層表面;防止樹脂在逆流再生中亂層。逆流再生中亂層。 圖圖4 4 交換器中離子分布情況交換器中離子分布情

4、況 (a)(a)開始進水時開始進水時 (b)(b)交換器失效時交換器失效時當交換器不斷進水,隨離子交換的不斷進行,由于當交換器不斷進水,隨離子交換的不斷進行,由于水中的水中的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+與樹脂的親合力更大,更與樹脂的親合力更大,更易被樹脂吸收,所以水中的易被樹脂吸收,所以水中的CaCa2+2+ 離子可和已吸收了離子可和已吸收了MgMg2+2+的樹脂進行交換反應(yīng),使的樹脂進行交換反應(yīng),使CaCa型樹脂層向下擴展,型樹脂層向下擴展,而被置換下來的而被置換下來的MgMg2+2+一起與一起與NaNa+ +型樹脂發(fā)生交換,型樹脂發(fā)生交換,使使MgMg2+2+型樹

5、脂層下移而型樹脂層下移而NaNa+ +的交換區(qū)域也逐漸下移。的交換區(qū)域也逐漸下移。在運行過程中,這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在在運行過程中,這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在不斷地向下擴展,如圖不斷地向下擴展,如圖4 4所示。所示。陽床整個制水周期陽床整個制水周期( (運行開始到交換器失效這段時間運行開始到交換器失效這段時間) )中中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖5 5表示。表示。開始通水正洗時隨水的不斷通入,水質(zhì)越來越好。因開始通水正洗時隨水的不斷通入,水質(zhì)越來越好。因而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降(而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降(a a點前)。在點前)。在

6、abab為為穩(wěn)定制水過程,穩(wěn)定制水過程,b b點后樹脂開始失效。此時水中鈉增加點后樹脂開始失效。此時水中鈉增加,氫離子減少而氫氧根增加,使酸度下降,電導(dǎo)率下,氫離子減少而氫氧根增加,使酸度下降,電導(dǎo)率下降。降。圖圖5 5 強酸強酸H H型陽離子交型陽離子交 換換 器典型出水曲線器典型出水曲線ab運行時的交換情況運行時的交換情況無頂壓逆流再生的操作步驟:無頂壓逆流再生的操作步驟:1 1)小反洗。小反洗。只對壓脂層進行反洗,沖洗掉積聚在壓脂層上的只對壓脂層進行反洗,沖洗掉積聚在壓脂層上的污染物。用水為該級交換器的進口水,流速樹脂不亂層為宜,污染物。用水為該級交換器的進口水,流速樹脂不亂層為宜,一直

7、反洗至出水清澈為為止。一直反洗至出水清澈為為止。2 2)放水放水。待樹脂顆粒下沉后,放掉中間排液裝置以上的水。待樹脂顆粒下沉后,放掉中間排液裝置以上的水。3 3)進再生液進再生液。將再生液從底部充入交換器內(nèi),嚴格控制其流。將再生液從底部充入交換器內(nèi),嚴格控制其流速和濃度。速和濃度。4 4)置換置換。進完再生液,關(guān)閉再生液計量箱出口閥,按再生液。進完再生液,關(guān)閉再生液計量箱出口閥,按再生液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進行置換,直至出水的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進行置換,直至出水指標合格為止。關(guān)閉進水閥。指標合格為止。關(guān)閉進水閥。5 5)小正洗小正洗。水從上部進入,控制適當?shù)牧魉?/p>

8、,洗去再生后壓。水從上部進入,控制適當?shù)牧魉伲慈ピ偕髩褐瑢又袣埩舻脑偕鷱U液和雜質(zhì)。脂層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。 6 6)正洗正洗。用水自上而下進行正洗,直到出水水質(zhì)合格,即可。用水自上而下進行正洗,直到出水水質(zhì)合格,即可投入運行。投入運行。樹脂的再生樹脂的再生壓脂層壓脂層進進水水再再生生液液出出水水逆流固定床制水和再逆流固定床制水和再 生流向圖生流向圖再生廢液再生廢液進進水水再再生生液液出出水水 交換器經(jīng)過多周期運行后,下部樹脂層也會受到一定程度的污染,必須定期對交換器經(jīng)過多周期運行后,下部樹脂層也會受到一定程度的污染,必須定期對整個樹脂層進行大反洗,大反洗前先進行小反洗,在大反洗時流量應(yīng)

9、由小到大,逐整個樹脂層進行大反洗,大反洗前先進行小反洗,在大反洗時流量應(yīng)由小到大,逐步增大。步增大。離子交換器的運行中技術(shù)經(jīng)濟指標有交換器的出水水質(zhì),工作交換容量和相應(yīng)的離子交換器的運行中技術(shù)經(jīng)濟指標有交換器的出水水質(zhì),工作交換容量和相應(yīng)的再生劑再生劑 比耗,周期制水量及再生過程中消耗水量。比耗,周期制水量及再生過程中消耗水量。工作交換容量工作交換容量(q(qi i) ):在一個制水運行周期中,平均單位體積樹脂進行交換所放出的離子在一個制水運行周期中,平均單位體積樹脂進行交換所放出的離子量(量(mmolmmol/ /)。計算式:)。計算式: q qi i=(A+S)V/V=(A+S)V/Vi

10、i。式中,。式中,A A為平均進水堿度為平均進水堿度,mmol,mmol;為平均出水酸度為平均出水酸度,mmol,mmol;為從正洗合格開始制水到失效一周期內(nèi)的總制水量,;為從正洗合格開始制水到失效一周期內(nèi)的總制水量,mm3 3;V;Vi i交換器內(nèi)的樹脂體積,交換器內(nèi)的樹脂體積, mm3 3。酸耗:酸耗:使交換劑恢復(fù)使交換劑恢復(fù)molmol的離子交換能力,所消耗的酸的的克數(shù)。的離子交換能力,所消耗的酸的的克數(shù)。酸耗(酸耗(g gmolmol)酸的克數(shù))酸的克數(shù)周期制水量周期制水量(L)(L)(陽床出口平均酸度陽床進口平均(陽床出口平均酸度陽床進口平均堿度)堿度)(mol(mol) )。比耗:

11、比耗:再生劑的實際酸耗與理論酸耗(酸的摩爾質(zhì)量)的比值。在實際中常用平均比再生劑的實際酸耗與理論酸耗(酸的摩爾質(zhì)量)的比值。在實際中常用平均比耗來表示。耗來表示。水耗:水耗:每次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。每次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。出水水質(zhì):出水水質(zhì):是監(jiān)督陽床出水的含鈉量。是監(jiān)督陽床出水的含鈉量。運行時的技術(shù)經(jīng)濟指標運行時的技術(shù)經(jīng)濟指標2 . 2 . 除碳器除碳器 除碳原理除碳原理水通過陽離子交換器,水中的水通過陽離子交換器,水中的HCOHCO3 3- -與從樹脂上交與從樹脂上交換下來的換下來的H H+ +結(jié)合,形成結(jié)合,形成HH2 2COCO3 3極不穩(wěn)定,隨即分解生極不

12、穩(wěn)定,隨即分解生成的成的COCO2 2:HH2 2COCO3 3 H H2 2O+COO+CO2 2水中的水中的COCO2 2,可以看作是溶解在水中的氣體,它的溶,可以看作是溶解在水中的氣體,它的溶解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律,即在一定的溫解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律,即在一定的溫度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。只要降低水面上成正比。只要降低水面上COCO2 2的分壓力,溶于水中的的分壓力,溶于水中的游離游離COCO2 2就能解吸出來。就能解吸出來。降低液面降低液面COCO2 2氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩氣體分

13、壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩種種。 圖圖6 6 除碳器結(jié)構(gòu)除碳器結(jié)構(gòu)除碳器工作時水中上部布水扳扳淋下,通過除碳器工作時水中上部布水扳扳淋下,通過填料層后,從下部排入水箱??諝鈴南虏坑商盍蠈雍螅瑥南虏颗湃胨?。空氣從下部由風(fēng)機引入,通過填料層后由頂部排出。風(fēng)機引入,通過填料層后由頂部排出。在除碳器中因填料的阻擋作用,從上面流下在除碳器中因填料的阻擋作用,從上面流下來的水被分散成許多小股水流、微小滴或水來的水被分散成許多小股水流、微小滴或水膜,增大了空氣與水的接觸面積。膜,增大了空氣與水的接觸面積。因空氣中因空氣中COCO2 2含量很小(約含量很?。s0.03%0.03%),在水),在水中溶解達平

14、衡時不到中溶解達平衡時不到0.45mg/L0.45mg/L,這樣水與,這樣水與空氣接觸時,水中的空氣接觸時,水中的COCO2 2便會析出。便會析出。真空除碳真空除碳真空除碳通過真空泵或噴射器,從除碳器的真空除碳通過真空泵或噴射器,從除碳器的不同部位抽真空而達到除碳的目的。不同部位抽真空而達到除碳的目的。排水口排水口進氣口進氣口進水口進水口 o o o o o o o o 排氣口排氣口填料支撐填料支撐 扳扳填料層填料層布水扳布水扳鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu)鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu) 它的工作原理除了同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是:在真空除碳過程中,它的工作原理除了同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是:在真空除碳過程中,水中其它溶

15、解氣體水中其它溶解氣體(如氧氣如氧氣)也同時被除去,這是鼓風(fēng)除碳所不能做到的。也同時被除去,這是鼓風(fēng)除碳所不能做到的。 3. 陰離子交換器陰離子交換器(陰床陰床)1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROH R 1/2CO +ROH R 1/2CO3 3 + + 2H2H2 2OO HCl HCl CI CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3陰離子交換實質(zhì)上是陰樹脂中的陰離子交換實質(zhì)上是陰樹脂中的OH與酸性水與酸性水(經(jīng)過陽離子交換及除碳經(jīng)過陽離子交換及除

16、碳)中的負離子進行交換。所以在強堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為:中的負離子進行交換。所以在強堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為: 圖圖7 7 強堿性強堿性O(shè)HOH型離子型離子 交換器出水水質(zhì)變化交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強堿陰樹脂的交換規(guī)律,根據(jù)強堿陰樹脂的交換規(guī)律,HSiOHSiO3 3- -集中集中在交換器中樹脂的底部。所以當強堿性在交換器中樹脂的底部。所以當強堿性O(shè)HOH型陰離子交換器失效時,型陰離子交換器失效時,HSiOHSiO3 3- -先漏出來,先漏出來,致使出水的硅含量升高致使出水的硅含量升高。因強堿因強堿陰樹脂的選擇性順序為:陰樹脂的選擇性順序為:SOSO4 42 2NONO3 3Cl

17、ClOHOHFFHCOHCO3 3HSiOHSiO3 3壓脂層壓脂層進水裝置進水裝置反洗空間反洗空間中間排液裝置中間排液裝置樹脂樹脂層層2500mm排水裝置排水裝置逆流再生陰離子交換器示意圖逆流再生陰離子交換器示意圖陰離子交換器與陽離子交換陰離子交換器與陽離子交換器一樣是逆流再生工藝,其器一樣是逆流再生工藝,其操作步驟與陽離子交換器相操作步驟與陽離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽離子交換器也相同。陽離子交換器也相同。 進入離子交換器的水,應(yīng)注意水中濁度、有機物、余氯和鐵的含量。進入離子交換器的水,應(yīng)注意水中濁度、有機物、余氯和鐵的含量。1. 因為余氯在水中可以氧化強

18、酸陽樹脂,所以進入離子交換器前的余氯應(yīng)因為余氯在水中可以氧化強酸陽樹脂,所以進入離子交換器前的余氯應(yīng)小于小于0.1mg/l;2. 離子交換器進水濁度,對其運行有較大的影響,濁度大,會使污泥等被離子交換器進水濁度,對其運行有較大的影響,濁度大,會使污泥等被截留在樹脂層表面,有時污泥會進入樹脂層深處,影響出水和再生效果,截留在樹脂層表面,有時污泥會進入樹脂層深處,影響出水和再生效果,尤其是對流再生設(shè)備,會造成大反洗次數(shù)增多,降低或失去了對流再生尤其是對流再生設(shè)備,會造成大反洗次數(shù)增多,降低或失去了對流再生的優(yōu)點。因此順流再生設(shè)備,進水濁度小于的優(yōu)點。因此順流再生設(shè)備,進水濁度小于5NTU,逆流再生

19、設(shè)備進水,逆流再生設(shè)備進水濁度小于濁度小于2NTU。3. 有機物對強堿陰樹脂的污染,不但造成交換容量明顯下降,還會使出水有機物對強堿陰樹脂的污染,不但造成交換容量明顯下降,還會使出水電導(dǎo)率升高,漏硅量增大,電導(dǎo)率升高,漏硅量增大,pH值降低。若進入勢力系統(tǒng)還會引起腐蝕,值降低。若進入勢力系統(tǒng)還會引起腐蝕,所以進入離子交換器原水化學(xué)耗氧量應(yīng)小于所以進入離子交換器原水化學(xué)耗氧量應(yīng)小于2mg/l.4. 鐵含量超標會污染陽、陰樹脂,所以一級除鹽進水鐵含量應(yīng)小于鐵含量超標會污染陽、陰樹脂,所以一級除鹽進水鐵含量應(yīng)小于0.3mg/l,混床進水鐵含量小于混床進水鐵含量小于0.1mg/l。一級除鹽系統(tǒng)進水水質(zhì)

20、要求一級除鹽系統(tǒng)進水水質(zhì)要求三三 混合型離子交換器混合型離子交換器 1/2Ca1/2Ca2+2+、1/2Mg1/2Mg2+2+、NaNa+ +RH +RRH +R,OH +OH + 1/2SO 1/2SO4 42 2、CICI、HCOHCO3 3、HSiOHSiO3 3 Na 1/2SO Na 1/2SO4 4 R 1/2Ca + R R 1/2Ca + R, CI + HCI + H2 2O O HCO HCO3 3 1/2Mg 1/2Mg HSiOHSiO3 3 由于陽、陰樹脂混合均勻,所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時進行由于陽、陰樹脂混合均勻,所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時進行的,置換

21、出的的,置換出的H+和和OH-立即生成水,都不會積累,消除了反離子作用,立即生成水,都不會積累,消除了反離子作用,交換反應(yīng)進行得十分徹底,出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下:交換反應(yīng)進行得十分徹底,出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下: 混合床結(jié)構(gòu)示意圖混合床結(jié)構(gòu)示意圖進水裝置進水裝置中間排液裝置中間排液裝置排水裝置排水裝置進堿裝置進堿裝置反洗空間反洗空間樹脂樹脂層層混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進水裝置、排水裝置、中部有再生時排再水裝置、排水裝置、中部有再生時排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、陰樹脂分層,混合床中陽樹脂與陰樹脂陰樹脂

22、分層,混合床中陽樹脂與陰樹脂的濕真密度差應(yīng)大于的濕真密度差應(yīng)大于0.150.20gcm3。國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比為為1:2。經(jīng)過一級復(fù)床處理后的水質(zhì),一般電導(dǎo)經(jīng)過一級復(fù)床處理后的水質(zhì),一般電導(dǎo)率小于率小于0.2S0.2Scmcm,pHpH接近中性,含接近中性,含硅量硅量( (以以SiOSiO2 2計計) )在在20g20gL L以下。以下?;旌洗步Y(jié)構(gòu)混合床結(jié)構(gòu)1.失效終點的控制失效終點的控制 失效終點控制越嚴格,則出水越好。但同時樹脂的工作交換容量降低,失效終點控制越嚴格,則出水越好。但同時樹脂的工作交換容量降低,運行周期短,周期制水量少,制水成本

23、高。因此,失效終點的控制應(yīng)按運行周期短,周期制水量少,制水成本高。因此,失效終點的控制應(yīng)按實際需要,不要過低,也不能要求過高。實際需要,不要過低,也不能要求過高。2.進水總離子含量的影響進水總離子含量的影響 一般說來,進水總離子含量少許增加時,由于樹脂失效度提高,故樹脂一般說來,進水總離子含量少許增加時,由于樹脂失效度提高,故樹脂的工作交換容量會有少量增加。但進水總離子含量若大量增加,則由于的工作交換容量會有少量增加。但進水總離子含量若大量增加,則由于樹脂的工作層加厚,將會造成成樹脂的工作交換容量降低。周期制水量樹脂的工作層加厚,將會造成成樹脂的工作交換容量降低。周期制水量減少,運行周期短。在

24、樹脂層增高不能適應(yīng)時,將會影響出水水質(zhì)。減少,運行周期短。在樹脂層增高不能適應(yīng)時,將會影響出水水質(zhì)。3.運行流速的影響運行流速的影響 流速過低時,樹脂表面液膜較厚,水流呈滯流狀態(tài),水中離子不易交換,流速過低時,樹脂表面液膜較厚,水流呈滯流狀態(tài),水中離子不易交換,使出水水質(zhì)較差。適當提高流速,加快了離子擴散速度,增加了離子交使出水水質(zhì)較差。適當提高流速,加快了離子擴散速度,增加了離子交換的可能性,出水水質(zhì)也相應(yīng)地得到了提高;但是,流速過高,接觸時換的可能性,出水水質(zhì)也相應(yīng)地得到了提高;但是,流速過高,接觸時間短,交換反應(yīng)進行不完全。同時工作層厚度增加,將造成出水水質(zhì)惡間短,交換反應(yīng)進行不完全。同

25、時工作層厚度增加,將造成出水水質(zhì)惡化和樹脂工作交換容量降低。因此,一般運行流速在化和樹脂工作交換容量降低。因此,一般運行流速在1030m/h范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。四四 影響離子交換器運行的因素影響離子交換器運行的因素(4)樹脂層高度的影響)樹脂層高度的影響 首先影響出水的水質(zhì),一般當流速在首先影響出水的水質(zhì),一般當流速在1030m/h范圍內(nèi)時,出水水質(zhì)隨著范圍內(nèi)時,出水水質(zhì)隨著樹脂高度增加而提高。其次,樹脂層高度影響樹脂的工作交換容量,從樹脂高度增加而提高。其次,樹脂層高度影響樹脂的工作交換容量,從交換器分層失效的原理可以看出,在進水雜質(zhì)濃度、出水水質(zhì)及流速一交換器分層失效的原理可以看出,在進水雜質(zhì)

26、濃度、出水水質(zhì)及流速一定的條件下,一般保護層高度是不變的。因此,適當?shù)卦黾訕渲瑢痈叨榷ǖ臈l件下,一般保護層高度是不變的。因此,適當?shù)卦黾訕渲瑢痈叨仁怯泻锰幍摹5^高會增加交換器阻力。是有好處的。但過高會增加交換器阻力。(5)運行方式的影響)運行方式的影響 交換器是連續(xù)運行還是間斷運行,對出水水質(zhì)和運行的經(jīng)濟性有很大的交換器是連續(xù)運行還是間斷運行,對出水水質(zhì)和運行的經(jīng)濟性有很大的影響,陰床間斷運行的缺點更加明顯,當陰床中斷運行,重新投運時,影響,陰床間斷運行的缺點更加明顯,當陰床中斷運行,重新投運時,出水水質(zhì)很差,必須經(jīng)過清洗才能投入運行。出水水質(zhì)很差,必須經(jīng)過清洗才能投入運行。(6)水溫的影響)水溫的影響 再生液溫度的提高,會增加擴散速度,對各種類型的樹脂及其不同的失再生液溫度的提高,會增加擴散速度,對各種類型的樹脂及其不同的失效型態(tài)的影響是不同的,強酸樹脂的再生液一般不需加熱。若將鹽酸加效型態(tài)的影響是不同的,強酸樹脂的再生液一般不需加熱。若將鹽酸加熱到熱到40,再生,再生H型離子交換樹脂,能大大改善樹脂中鐵及氧化物的清除型離子交換樹脂,能大大改善樹脂中鐵及氧化物的清除效果。強堿型樹脂的再生時提高再生液的溫度,對氯型、硫酸型

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