權(quán)利要求
1.用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:以功能化聚氨酯泡沫為載體,通過固定化菌群反硝化作用實現(xiàn)對低濃度硝酸鹽氮廢水的處理;其中,所述低濃度硝酸鹽氮廢水是指初始NO3--N濃度低于15mg/L。
2.如權(quán)利要求1所述的用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于,所述生物處理方法包括以下步驟:
(1)配制馴化營養(yǎng)液:所述馴化營養(yǎng)液的碳氮磷元素比為C:N:P=100:10:1,并調(diào)控營養(yǎng)液pH在[7.0,7.5]之間;
(2)裝填厭氧瓶:將25-35mg/L的菌制劑和預(yù)處理后的功能化聚氨酯泡沫載體投入裝有營養(yǎng)液的厭氧瓶中,充入氮氣使營養(yǎng)液中的溶解氧濃度控制在0.5-1.0mg/L;
(3)培養(yǎng)生物膜:將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng);每間隔設(shè)定時間后更換部分營養(yǎng)液,營養(yǎng)液按照步驟(1)方式得到,同時按照步驟(2)控制溶解氧濃度;當載體上明顯長有生物膜且水質(zhì)穩(wěn)定時,進入步驟(4);
其中,恒溫培養(yǎng)箱中的溫度設(shè)定為25-28℃。
(4)預(yù)調(diào)節(jié)廢水:對于低濃度硝酸鹽氮廢水,按照預(yù)定碳氮比加入乙酸鈉,同時調(diào)整該低濃度硝酸鹽氮廢水pH值為7.2±0.1;
其中,預(yù)調(diào)節(jié)后的低濃度硝酸鹽氮廢水加入量為容器容積的80-90%;
(5)廢水生物處理:將已調(diào)節(jié)好的低濃度硝酸鹽氮廢水和已馴化好生物膜的載體以設(shè)定的填充率置于厭氧瓶中,充入氮氣以維持缺氧環(huán)境,然后將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),即開始對廢水進行生物反硝化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于反硝化處理硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
所述馴化營養(yǎng)液還包括20-22mg/L MgCl2·6H2O、0.5-1.5mg/L CaCl2和0.5-1.5mL/L的微量元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于反硝化處理硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
營養(yǎng)液中微量元素包括:0.02-0.04g/L NiCl2·6H2O、0.1-0.3g/L FeSO4·7H2O、0.02-0.04g/L CuSO4·5H2O、0.05-0.15g/L CoCl2·6H2O、0.05-0.15g/L MnSO4·H2O、0.02-0.06g/L Na2MoO4·2H2O、0.01-0.05g/L H3BO3。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟1中,利用0.5-1mol/L鹽酸和0.5-1mol/L氫氧化鈉調(diào)控營養(yǎng)液pH。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于反硝化處理硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟2中,所述菌制劑是含假黃單胞菌屬(Pseudoxanthomonas sp.)、動膠菌屬(Zoogloea sp.)、脫氯單胞菌屬(Dechloromonas sp.)、噬胞菌屬(Haliscomenobactersp.)、柄桿菌屬(Caulobacter sp.)、norank_f_Cytophagaceae sp.和norank_c_OM190 sp.等優(yōu)勢菌屬的復(fù)合型微生物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟2中,功能化聚氨酯載體在使用前先將其浸泡在5%鹽酸和5%氫氧化鈉溶液中各24小時,并清洗至中性,60℃真空干燥處理后再利用。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟3中,每間隔設(shè)定時間更換部分營養(yǎng)液是指每24小時后緩慢倒出80%原液并補充配好的新營養(yǎng)液。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于反硝化處理硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟4中,所述預(yù)定碳氮比是指COD和NO3--N濃度比為[5.0-5.8:1]。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟4中,還進一步加入MgCl2·6H2O、CaCl2和微量元素;其中,MgCl2·6H2O為20-22mg/L;CaCl2為0.5-1.5mg/L;微量元素為0.5-1.5mL/L。
營養(yǎng)液中微量元素配制如下:0.02-0.04g/L NiCl2·6H2O、0.1-0.3g/L FeSO4·7H2O、0.02-0.04g/L CuSO4·5H2O、0.05-0.15g/L CoCl2·6H2O、0.05-0.15g/L MnSO4·H2O、0.02-0.06g/L Na2MoO4·2H2O、0.01-0.05g/L H3BO3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:
在步驟4中,將已調(diào)節(jié)好的低濃度硝酸鹽氮廢水和已馴化好生物膜的載體以20-30%填充率置于厭氧瓶中,充入氮氣以維持溶解氧濃度為0.5-1.0mg/L,之后將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),即開始對廢水進行生物反硝化處理;其中所述恒溫培養(yǎng)箱的溫度為25-28℃,轉(zhuǎn)速設(shè)定為80-100轉(zhuǎn)/分鐘。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法。
背景技術(shù)
[0002]通常,城鎮(zhèn)污水處理廠出水中含有一些含氮化合物(如硝酸鹽氮),排放到地表水和地下水中會造成水體富營養(yǎng)化,以及間接地對人體健康安全帶來一定威脅。目前,中國城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準的一級A標準中,總氮(TN)限值為15mg/L。隨著更加嚴格標準的制定,有必要開發(fā)深度脫氮技術(shù)來處理二級出水中的硝酸鹽氮污染物。
[0003]微生物法相比其他物理化學(xué)方法體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢性,能將硝酸鹽氮降解為氣態(tài)氮而不產(chǎn)生其他含氮雜質(zhì),具有經(jīng)濟高效、環(huán)境友好的特點。然而,利用微生物法對低濃度硝酸鹽氮進行處理的研究還需進一步探索。通常,生物脫氮可以分為活性污泥法和生物膜法。與游離細胞相比,固定化生物膜可以展現(xiàn)出更加穩(wěn)定高效的運行效果。固定化微生物技術(shù)是一種常用的生物膜法,它可以將單一菌屬或混合菌群固定于相應(yīng)載體上,具有可以在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)保持高生物密度、耐毒害能力強、反應(yīng)系統(tǒng)啟動快等優(yōu)點。其中,固定化載體扮演著非常重要的角色。它不僅對微生物起到支撐和提供充足空間以使其生長增殖的作用,還可以對其形成一種保護機制,使得微生物不易從系統(tǒng)中流失。營養(yǎng)物質(zhì)會先吸附在載體表面然后穿透基質(zhì)被細胞吸收,從而提高微生物抗沖擊性,加快反應(yīng)系統(tǒng)的掛膜、啟動和穩(wěn)定過程,達到高效處理硝酸鹽氮污水。另外,載體內(nèi)部還會形成溶解氧濃度梯度,以供不同菌群生長發(fā)育。功能化聚氨酯泡沫載體是一種具有高強度和較強環(huán)境適應(yīng)能力的有機聚合物固定化材料,在微生物固定化方面展現(xiàn)出優(yōu)異性能。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處,提供一種切實有效的低濃度硝酸鹽氮廢水生物處理工藝。
[0005]本發(fā)明的目的可通過下述方式來實現(xiàn):
[0006]一種用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法,其特征在于:以功能化聚氨酯泡沫為載體,通過固定化微生物菌群的反硝化作用實現(xiàn)對低濃度硝酸鹽氮廢水的處理。
[0007]所述生物處理方法包括以下步驟:
[0008](1)配制馴化營養(yǎng)液:所述馴化營養(yǎng)液的碳氮磷元素比為C:N:P=100:10:1,并調(diào)控營養(yǎng)液pH在[7.0,7.5]之間;
[0009](2)裝填厭氧瓶:將25-35mg/L的菌制劑和預(yù)處理后的功能化聚氨酯泡沫載體投入裝有營養(yǎng)液的厭氧瓶中,充入氮氣使營養(yǎng)液中的溶解氧濃度控制在0.5-1.0mg/L;
[0010](3)培養(yǎng)生物膜:將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng);每間隔設(shè)定時間后更換部分營養(yǎng)液,營養(yǎng)液按照步驟(1)方式得到,同時按照步驟(2)控制溶解氧濃度;當載體上明顯長有生物膜且水質(zhì)穩(wěn)定時,進入步驟(4);
[0011]其中,恒溫培養(yǎng)箱中的溫度設(shè)定為25-28℃。
[0012](4)預(yù)調(diào)節(jié)廢水:對于低濃度硝酸鹽氮廢水,按照預(yù)定碳氮比加入乙酸鈉,同時調(diào)整該低濃度硝酸鹽氮廢水pH值為7.2±0.1;
[0013]其中,所述低濃度硝酸鹽氮廢水是指初始NO3--N濃度低于15mg/L,預(yù)調(diào)節(jié)后的低濃度硝酸鹽氮廢水加入量為容器容積的80-90%。
[0014](5)廢水生物處理:將已調(diào)節(jié)好的低濃度硝酸鹽氮廢水和已馴化好生物膜的載體以設(shè)定的填充率置于厭氧瓶中,充入氮氣以維持缺氧環(huán)境,然后將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),即開始對廢水進行生物反硝化處理。
[0015]本發(fā)明進一步包括以下優(yōu)選方案:
[0016]所述馴化營養(yǎng)液還包括20-22mg/L MgCl2·6H2O、0.5-1.5mg/L CaCl2和0.5-1.5mL/L的微量元素。
[0017]營養(yǎng)液中微量元素包括:0.02-0.04g/L NiCl2·6H2O、0.1-0.3g/L FeSO4·7H2O、0.02-0.04g/L CuSO4·5H2O、0.05-0.15g/L CoCl2·6H2O、0.05-0.15g/L MnSO4·H2O、0.02-0.06g/L Na2MoO4·2H2O、0.01-0.05g/L H3BO3。
[0018]在步驟1中,利用1mol/L鹽酸和1mol/L氫氧化鈉調(diào)控營養(yǎng)液pH。
[0019]在步驟2中,所述菌制劑是含假黃單胞菌屬(Pseudoxanthomonas sp.)、動膠菌屬(Zoogloea sp.)、脫氯單胞菌屬(Dechloromonas sp.)、噬胞菌屬(Haliscomenobactersp.)、柄桿菌屬(Caulobacter sp.)、norank_f_Cytophagaceae sp.和norank_c_OM190 sp.等優(yōu)勢菌屬的復(fù)合型微生物。
[0020]在步驟2中,功能化聚氨酯載體在使用前先將其浸泡在5%鹽酸和5%氫氧化鈉溶液中各24小時,并清洗至中性,60℃真空干燥處理后再利用。
[0021]在步驟3中,每間隔設(shè)定時間更換部分營養(yǎng)液是指每24小時后緩慢倒出80%原液并補充配好的新營養(yǎng)液。
[0022]在步驟4中,所述預(yù)定碳氮比是指COD和NO3--N濃度比為[5.0-5.8:1]。
[0023]在步驟4中,還進一步加入MgCl2·6H2O、CaCl2和微量元素;其中,MgCl2·6H2O為20-22mg/L;CaCl2為0.5-1.5mg/L;微量元素為0.5-1.5mL/L。
[0024]營養(yǎng)液中微量元素配制如下:0.02-0.04g/L NiCl2·6H2O、0.1-0.3g/LFeSO4·7H2O、0.02-0.04g/L CuSO4·5H2O、0.05-0.15g/L CoCl2·6H2O、0.05-0.15g/LMnSO4·H2O、0.02-0.06g/L Na2MoO4·2H2O、0.01-0.05g/L H3BO3。
[0025]在步驟4中,將已調(diào)節(jié)好的低濃度硝酸鹽氮廢水和已馴化好生物膜的載體以20-30%填充率置于厭氧瓶中,充入氮氣以維持溶解氧濃度為0.5-1.0mg/L,之后將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),即開始對廢水進行生物反硝化處理;其中所述恒溫培養(yǎng)箱的溫度為25-28℃,轉(zhuǎn)速設(shè)定為每分鐘80-100轉(zhuǎn)/分鐘。
[0026]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有下列優(yōu)點:
[0027](1)采用功能化聚氨酯材料作為固定化反硝化技術(shù)中的載體,基于載體表面活性化學(xué)基團和生物膜官能團的結(jié)合,可促進微生物的附著,提高微生物的抗沖擊能力和代謝作用。同時功能化聚氨酯材料具有較大孔徑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能有效防止反應(yīng)器堵塞,減少反沖洗次數(shù)。
[0028](2))固定化微生物體系中的功能化聚氨酯泡沫載體內(nèi)部和表面區(qū)域菌群多樣性和豐富度具有一定差異性,反硝化過程主要發(fā)生在以假黃單胞菌屬(Pseudoxanthomonassp.)為優(yōu)勢菌屬的載體內(nèi)部空間,可提高微生物的抗沖擊性,有利于微生物穩(wěn)定降解低濃度硝酸鹽氮廢水。
[0029](3)本方法可以使低濃度硝酸鹽氮廢水(初始NO3--N濃度低于15mg/L)中的NO3--N在5h內(nèi)降至0.1mg/L以下,幾乎被完全去除,且最終無亞硝酸鹽氮積累,可降低水體排放后對生物和人體的危害。
[0030](3)采用生物處理法可大幅降低廢水處理成本,避免物化法處理引起的二次污染問題,同時可以達到較好的深度處理效果。
[0031](4)修復(fù)過程簡單易行,通過一定程度的放大,可以處理各種規(guī)模的低濃度硝酸鹽氮廢水。
附圖說明
[0032]圖1是本發(fā)明的生物處理低濃度硝酸鹽氮廢水的流程圖。
具體實施方式
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。本申請所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分的實施例,而不是全部實施例?;诒景l(fā)明精神,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例,都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034]如圖1所示,本發(fā)明公開了一種用于反硝化深度處理低濃度硝酸鹽氮的固定化微生物工藝流程,具體包括以下步驟:
[0035](1)配制馴化營養(yǎng)液:
[0036]所述馴化營養(yǎng)液的碳氮磷元素比為C:N:P=100:10:1,并調(diào)控營養(yǎng)液pH在[7.0,7.5]之間。所述馴化營養(yǎng)液還包括20-22mg/L MgCl2·6H2O、0.5-1.5mg/L CaCl2和0.5-1.5mg/L的微量元素。
[0037]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中,配制硝酸鹽濃度為20mg/L的馴化營養(yǎng)液,其中含有144.28mg/L的硝酸鉀、256.25mg/L的乙酸鈉、8.77mg/L的磷酸二氫鉀、20.3mg/L的MgCl2·6H2O、1mg/L CaCl2和1mL/L的微量元素。
[0038]營養(yǎng)液中微量元素配制如下:0.03g/L NiCl2·6H2O、0.2g/L FeSO4·7H2O、0.03g/L CuSO4·5H2O、0.1g/L CoCl2·6H2O、0.1g/L MnSO4·H2O、0.04g/LNa2MoO4·2H2O、0.03g/LH3BO3。用1mol/L鹽酸和1mol/L氫氧化鈉調(diào)控營養(yǎng)液pH為7.0-7.5。
[0039](2)裝填厭氧瓶:
[0040]將25-35mg/L的菌制劑和預(yù)處理后的功能化聚氨酯泡沫載體投入裝有營養(yǎng)液的厭氧瓶中,充入氮氣營養(yǎng)液中的溶解氧濃度控制在0.5-1.0mg/L。
[0041]所述菌制劑是含假黃單胞菌屬(Pseudoxanthomonas sp.)、動膠菌屬(Zoogloeasp.)、脫氯單胞菌屬(Dechloromonas sp.)、噬胞菌屬(Haliscomenobacter sp.)、柄桿菌屬(Caulobacter sp.)、norank_f_Cytophagaceae sp.和norank_c_OM190 sp.等優(yōu)勢菌屬的復(fù)合型微生物。
[0042]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中,菌制劑是一種購買于北京豐澤綠源環(huán)境技術(shù)有限公司的名叫FZ-B-2的高效微生物復(fù)合制劑。將30mg/L的菌制劑和預(yù)處理后的功能化聚氨酯泡沫載體投入裝有500mL營養(yǎng)液的厭氧瓶中,充入氮氣使營養(yǎng)液中的溶解氧濃度控制在0.5-1.0mg/L。
[0043]進一步優(yōu)選,功能化聚氨酯載體在使用前將其浸泡在5%鹽酸和5%氫氧化鈉溶液中各24小時,并清洗至中性,60℃真空干燥處理后再利用。
[0044](3)培養(yǎng)生物膜:
[0045]將厭氧瓶放置在恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng);每間隔設(shè)定時間后更換部分營養(yǎng)液,營養(yǎng)液按照步驟(1)方式得到,同時按照步驟(2)控制溶解氧濃度;當載體上明顯長有生物膜且水質(zhì)穩(wěn)定時,進入步驟(4);
[0046]將厭氧瓶放置在25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),轉(zhuǎn)速設(shè)定為90轉(zhuǎn)/分鐘。每24小時后緩慢倒出80%原液并補充配好的新營養(yǎng)液。當載體上明顯長有生物膜且水質(zhì)穩(wěn)定時,可進行下一階段實驗研究。8天內(nèi)可建立完全有效的固定化微生物體系,每24小時反硝化效率可達99%以上。
[0047](4)預(yù)調(diào)節(jié)廢水:
[0048]對于低濃度硝酸鹽氮廢水(初始NO3--N濃度低于15mg/L),按照碳氮比(COD和NO3--N濃度比)為5.0-5.8:1,加入一定量的乙酸鈉,同時加入20.3mg/L的MgCl2·6H2O、1mg/LCaCl2和1mL/L的微量元素溶液,利用1mol/L鹽酸和1mol/L氫氧化鈉調(diào)控廢水pH為7.2±0.1。
[0049](5)廢水生物處理:
[0050]將已調(diào)節(jié)好的低濃度硝酸鹽氮廢水和已馴化好生物膜的載體以25%填充率置于500mL厭氧瓶厭氧瓶中,充入氮氣以維持缺氧環(huán)境(溶解氧濃度為0.5-1.0mg/L),之后將厭氧瓶放置在25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),轉(zhuǎn)速設(shè)定為90轉(zhuǎn)/分鐘。
[0051]為了使讀者更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案,下面列舉1個實例,對本發(fā)明加一進一步說明,但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚,本發(fā)明不只限于這個實例。
[0052]采用本發(fā)明處理某河道低污染水,具體實施方式如下:
[0053](1)配制硝酸鹽濃度為20mg/L的馴化營養(yǎng)液,其中含有144.28mg/L的硝酸鉀、256.25mg/L的乙酸鈉、8.77mg/L的磷酸二氫鉀、20.3mg/L的MgCl2·6H2O、1mg/L CaCl2和1mL/L的微量元素。用1mol/L鹽酸和1mol/L氫氧化鈉調(diào)控營養(yǎng)液pH為7.0-7.5。
[0054](2)將30mg/L的菌制劑FZ-B-2和預(yù)處理后的功能化聚氨酯泡沫載體投入裝有500mL營養(yǎng)液的厭氧瓶中,充入氮氣使營養(yǎng)液中的溶解氧濃度控制在0.5-1.0mg/L。
[0055](3)將厭氧瓶放置在25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),轉(zhuǎn)速設(shè)定為90轉(zhuǎn)/分鐘,每24小時后緩慢倒出80%原液并補充配好的新營養(yǎng)液。當載體上明顯長有生物膜且水質(zhì)穩(wěn)定時,可進行下一階段實驗研究。8天內(nèi)可建立完全有效的固定化微生物體系,每24小時反硝化效率可達99%以上。
[0056](4)對于低濃度硝酸鹽氮廢水(初始NO3--N濃度低于15mg/L),按照碳氮比(COD和NO3--N濃度比)為5.4:1,加入一定量的乙酸鈉,同時加入20.3mg/L的MgCl2·6H2O、1mg/LCaCl2和1mL/L的微量元素溶液,利用1mol/L鹽酸和氫氧化鈉調(diào)控廢水pH為7.2±0.1。
[0057](5)將已調(diào)節(jié)好的低濃度硝酸鹽氮廢水和已馴化好生物膜的載體以25%填充率置于500mL厭氧瓶中,充入氮氣以維持缺氧環(huán)境(溶解氧濃度為0.5-1.0mg/L),之后將厭氧瓶放置在25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),轉(zhuǎn)速設(shè)定為90轉(zhuǎn)/分鐘。
[0058](6)低濃度硝酸鹽氮廢水(初始NO3--N濃度低于15mg/L)能在5h內(nèi)幾乎被完全去除,NO3--N濃度小于0.1mg/L,且最終無亞硝酸鹽氮積累。
[0059]最后應(yīng)當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制,盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換,而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
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用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法.pdf
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“用于反硝化處理低濃度硝酸鹽氮廢水的生物處理方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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