甜菜制糖废水处理方案1.docx

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甜菜制糖废水处理方案1

一、总论

1.1设计依据

(1)某地区某糖业公司提供的废水水质水量数据;

(2)综合污水排放标准(GB8978-1996)及某地区、环保局对某糖业公司废水处理的有关要求;

(3)给排水设计手册及规范;

1.2设计范围

某公司外排废水有三个单独出口,一是包括压粕水、其它废水、酒精废水在内的1#排水口,二是排放锅炉除尘水的3#排水口,三是排放流洗水的3#排水口,总废水排放量627m3/h。

本设计范围为从三部分废水汇合处的沉淀调节池开始,到废水处理后达标排放为止的废水处理站范围内的土建工程、工艺设备及工艺管路、动力配电及照明、测量控制仪表、给排水及污泥脱水工程的设计。

主要包括:

(1)从三部分生产废水汇合开始,至混凝脱色池达标水排放为止的废水处理工程范围内所需的土建、工艺、动力配电及仪表的设计、站区给水排水设计。

工程范围内与外界相连的管道计算到站界外1m。

(2)污泥脱水工程的设计。

包括污泥浓缩池、污泥调质槽、污泥脱水机、污泥脱水机房的设计。

使工程排放的污泥经浓缩脱水后,泥饼外运。

(3)工程配套用房的设计。

包括操作控制、配电、分析、办公用房和泵房、空压机房的设计。

(4)废水处理工程范围内的给水排水管路的设计。

废水处理工程所需的动力及照明用电、自来水、取暖用蒸气等由厂方接至废水处理工程的指定位置。

生产所排废水由厂方负责送至废水汇合处,处理后达标处理水由厂方接入总排水管网。

1.3设计原则

(1)废水处理工程按日处理制糖废水量为15050m3,平均CODCr为5439mg/l的规模设计,其中制糖废水14400m3/d,酒精废液650m3/d在平面布置上按一次建成投入使用布置,除适当留有余地外,不再考虑工程扩建问题。

(2)某地区某糖业公司生产基本是连续进行的,多数废水是均匀连续排放,废水水质水量经沉淀调节池调节、预处理后变化幅度较小。

因此废水处理工程直接从沉淀调节池后的集水池取水,不再考虑废水水质水量的调节和悬浮物的预沉淀。

(3)目前,某公司生产废水分别由1#、2#和3#排水管线排至土沉淀池内,本工程将对其进行修整改造做为沉淀调节池。

废水在沉淀调节池内混合。

为提高沉淀调节池处理效果,将部分剩余污泥也排入沉淀调节池,引人菌种。

废水在沉淀调节池沉淀除去SS、酸化水解降解大分子有机物。

(4)由于废水的BOD/COD值较高,可生化性较很好,废水处理工艺以生化法处理为主,物化法处理为辅。

厌氧处理设备采用帕克公司先进的IC厌氧反应器,好氧法处理选用快速高效的深层曝气,以保证废水处理效果,使处理水稳定达标排放。

(5)工艺设备选用质量上乘、价格适中的优质设备,具有使用寿命长、效率高、维修工作量少、噪声低等优点。

(6)废水处理工艺在高程布置上采用废水经水泵一次提升后,靠重力流完成全工艺处理,避免废水的反复提升,以节约动力消耗,方便操作管理。

(7)土建构筑物适当合壁共建,以节约工程占地,减少工程投资。

(8)设计中尽量选用低噪声的动力设备,并适当采取消声、减震等措施,污泥即时脱水外运,以防止二次污染产生。

(9)为节约工程投资,便於操作管理,工程工艺控制适当采用仪表测量、显示。

以人工控制为主,自动控制为辅;集中控制与分散就地控制相结合。

1.4排放标准

根据某地区某糖业公司及环保主管部门的有关要求,该公司废水处理后应达到国家综合污水排放标准(GB8978-1996)中制糖行业二级排放标准。

 

表1某糖业公司废水处理排放标准(GB8978-1996)

污染物指标

单位

标准值

CODCr

mg/L

≤200

BOD5

mg/L

≤100

SS

mg/L

≤150

PH

6.0-9.0

NH3-N

mg/L

≤25

色度

≤80

二、废水处理工艺流程

2.1废水来源及水质水量

(1)甜菜生产概况

某地区某糖业公司以甜菜为原料来生产食用糖、酒精、甜菜颗粒粕等产品。

甜菜制糖生产工艺流程如下:

甜菜

 

 

图1甜菜制糖工艺流程图

从甜菜制糖工艺流程中可看出:

废水主要来自压粕水、清洗滤布水、经沉降后的甜菜的流洗水等,以及地面及设备冲洗水、生活污水等。

食用酒精的生产是以废糖蜜为原料,经发酵、粗馏、脱醛、精馏等工艺生产食用酒精。

生产工艺流程如下:

 

图2酒精生产工艺流程图

从酒精生产工艺流程中可看出:

酒精废液主要来自废糖蜜经发酵提取酒精的粗馏、精馏后残液。

根据某地区某糖业公司污水处理工程招标邀请书提供的制糖废水、酒精废液排放数据如表2所示。

表2.某糖业公司生产废水水质水量情况一览表

废水来源

水量m3/h

CODCrmg/l

BOD5mg/l

SSmg/l

SO42-mg/l

温度℃

pH

锅炉除尘水

120

140

71.6

12492

0.01

40

9.2

酒精车间排水

27

70000

45000

5000

6000

95

4

流洗水

160

3310

2200

65000

0.01

20

10.2

压粕水

140

6700

2780

4809

0.01

50

7.7

其它种类水(冷却水、生活用水等)

180

200

100

150

0.01

15

7

总排废水

5439

3164

20311

258

30

8.5

(2)设计水质水量

预测经沉淀调节池预处理后的混合废水水质水量如表3所示。

表3某糖业公司废水处理设计水质水量

污染物指标

单位

设计值

CODCr

mg/L

6000

BOD5

mg/L

3600

SS

mg/L

1000

SO42-

mg/L

200

PH

9

温度

30

水量

m3/d

15050

每日废水总量为15050m3;每日需处理的CODCr总量为87.29t,每日需处理的BOD5总量为52.67t;废水的BOD/COD值0.5以上。

可生化性较好,废水采用以生化法为主的处理工艺处理,可获得较佳的处理效果。

2.2厌氧工艺的选择

由于在酒精废醪液中含有大量的硫酸盐(SO42-5500mg/L),在厌氧处理过程中由于硫酸盐还原菌(SRB)的作用,最终产物为硫化物、水和二氧化碳。

而硫酸盐的还原和硫化物的产生会引起以下问题:

①由于出水中存在硫化物,二硫化物能表现为COD,使得COD的去除效率下降;

②部分硫化物以H2S的形式存在于沼气中,沼气在被利用前需要除去H2S。

③废水中和沼气中的硫化物产生腐臭味,为此需增大投资和维修费用;

④硫酸盐转化为硫化物后,对包括产甲烷菌和产酸菌在内的厌氧菌有毒,其毒性如表4所示。

表4无机硫化合物对甲烷菌的毒性

化合物

50%IC

SO42-

3300

SO32-

50

总硫化物

500

50%IC:

使厌氧过程污泥产甲烷活性降低50%的有毒物质的浓度。

由此可见,如果选择不当,厌氧系统的处理效率将会大打折扣,而厌氧系统运行是否成功是制糖废水处理的关键,因此,制糖行业的废水治理也大多围绕酒精废醪液的厌氧治理技术做文章。

A糖厂投资约2300万元,采用PSB(光合细菌法)处理酒精废水,对硫酸盐采用稀释法处理,结合接触氧化工艺处理全厂废水,由于种种原因,运行结果也不理想。

西域和昌吉糖厂各投资500余万元,采用UASB(上流式厌氧污泥床)处理酒精废水,由于硫酸盐的问题解决得不好,处理系统的运行很不稳定。

D糖业(某糖厂)采用EGSB(悬浮颗粒污泥床)工艺,投资近400万元处理酒精废水,对硫酸盐采用稀释法处理,由于种种原因工程至今未调试完成,尚无法肯定该工艺的好与坏。

(B糖业)C糖厂投资约2400万元,对硫酸盐采用稀释法处理,采用深井曝气工艺,结合深层曝气+接触氧化工艺处理全厂废水,经两年运行效果尚可。

但施工难度大,受工程地质条件的影响大,推广受局限。

综上所述,厌氧工艺选择成功与否是制糖废水处理成功的关键,而是否能消除废水中硫酸盐的影响是厌氧工艺成功的关键。

因此,①在本工程中我们采用稀释法,将酒精废醪液与其它废水混合,在处理负荷不变的情况下,将废水中的硫酸盐控制在400mg/L以下;②采用荷兰的专利技术IC(内循环厌氧反应器)工艺进行处理,由于其内循环强烈的搅拌作用使污泥与废水达到良好的混合而将硫酸盐的影响降至最低,以保证厌氧工艺的正常运行。

有资料表明,硫酸盐在厌氧消化中浓度不大于4000mg/L,运行中控制COD/SO42-大于10g/g,这时所产生的沼气可将还原出的H2S气提出消化液,使消化液中的H2S维持在100mg/L以下水平,以保证运行安全。

2.3废水处理工艺流程

根据某地区某糖业公司污水处理工程招标邀请书提供的废水水质水量、废水处理后要达到的排放要求;以及我们对甜菜制糖废水处理工艺研究结果、工程实践经验为依据,确定此废水的处理工艺流程如图3所示。

 

 

图3某糖业公司废水处理工艺流程图

某地区某糖业公司每天排放的制糖废水、酒精废水等工业废水和生活污水均排入沉淀调节池。

废水在沉淀调节池内沉淀除去废水中的SS、进行废水水质的调节,并在缺氧情况下,兼氧微生物对废水中有机物进行酸化水解处理,把大分子有机物分解生成小分子有机物,提高废水的可生化性。

然后废水流入集水池,通过齿距为3mm的回转式除渣机除去废水中直径大于3mm的固型物;然后用污水泵将流入集水池的废水提升入厌氧循环罐,与厌氧出水、厌氧污泥混合,并调节废水的PH、温度、碱度、补充营养盐后,再用污水泵将调节罐内废水提升入IC厌氧反应器,在底部与培养、驯化好的颗粒厌氧污泥混合,在厌氧条件下,厌氧微生物中的产酸菌将有机物首先分解生成有机酸,厌氧微生物中的产甲烷菌进一步把有机酸降解为CH4、CO2、H2O。

由于厌氧污泥浓度高、活性好、可快速高效地去除废水中的有机物,最后在反应器中经三相分离器分离后,沼气入沼气稳压柜,然后在沼气燃烧器中烧掉或利用;污泥自动回入厌氧反应器,剩余污泥排入污泥池脱水后外运;废水经厌氧处理,其COD去除率大于70%。

经厌氧处理后的废水,进入混凝沉淀池,在投加金属盐混凝剂后,废水中的硫化物与金属盐生成硫化物沉淀,去除硫化物和悬浮物后,废水自流进入深层曝气池进行好氧生物处理。

由于深层曝气池的深度大、静水压力高、溶解氧浓度大、氧化能力强,因此,厌氧处理后的废水中残留可生化有机物在此被快速、高效地降解,生成CO2、H2O。

在深层曝气处理后设置中间沉淀池,将生物污泥回流至深层曝气池,以提高生化处理负荷。

因此,深层曝气池的出水进入混凝沉淀池,加药去除部分COD,以改善废水的B/C比;经混凝沉淀池处理后的废水进入接触氧化池,继续进行好氧生化处理,以进一步降低废水中的有机物,接触氧化池出水再进行混凝沉淀脱色处理,去除废水中的色度,保证废水达标排放。

各工序产生的污泥经浓缩脱水后外运。

三、工艺特点

某地区某糖业公司制糖废水、酒精废水具有水量大、有机物浓度高、色度深、处理技术难度大等特点。

此废水处理工程将帕克公司的高效IC内循环厌氧反应器处理技术与低耗、高效的深层曝气技术有效组合成新型废水处理工艺,以取得较为理想的经济技术效果。

现将其特点分别简介如下:

3.1IC内循环厌氧反应器的特点

BIOOPAQICIC内循环厌氧反应器是荷兰帕克公司专利技术。

已成功应用于包括甜菜糖厂废水在内的高浓度有机废水的厌氧处理,取得很好的经济技术效果。

是目前世界上较先进的厌氧工艺技术和厌氧处理设备。

BIOPAQIC工艺与其他厌氧工艺性能比较如表5所示。

表5厌氧工艺的比较表

指标

BIOPAQIC

UASB

接触工艺

厌氧滤器

容积负荷

(kgCOD/m3/d)

当今容积负荷最高的厌氧反应器,是UASB的3-5倍。

处理标的废水预计

5-7kgCOD/m3/d。

处理标的废水预计

1-2kgCOD/m3/d

不稳定,最佳效果不高于5kgCOD/m3/d

占地面积

最小

出水溢流堰截面III)

最小

毒性抑制的耐受力I)

一般

耐负荷冲击II)

最强

很弱

维修

最少

极多

副产品可用性

厌氧颗粒污泥和沼气

厌氧颗粒污泥和沼气

只有沼气

只有沼气

进水分布器赌塞IV)

不会

不会

上流速度V)

8m/h

<1m/h

<0.4m/h

滤料堵塞VI)

严重

滤料老化VII)

严重

由表7可以看出,IC反应器相对于其他厌氧工艺具有较高的容积负荷,并较好地解决了因较高的上升流速而造成的污泥流失。

对于各种化学品(如SO4-2还原产生的H2S)可能导致对生物处理的毒性,IC工艺由于其内循环强烈的搅拌作用时污泥达到良好的混合而将影响降至最低。

IC反应器的内循环依靠沼气气提作用,反应器内没有任何转动部件,从而几乎无需维修。

由于在IC反应器内具有较高的上升流速,固体杂质可以被冲出反应器而不至于在反应器内停留和积累,因此其长期运行的稳定性得到保证。

由于采用厌氧颗粒泥源进行接种,同时依靠专业人员丰富的专业经验,IC反应器可以在4-8周内迅速完成新反应器的生物启动,而对于季节性停机后的二次启动,只需要2-3天就能完成。

同时帕克公司IC反应器使用了高度抗腐蚀材料制作。

因此比一般厌氧反应器具有高得多的使用寿命。

IC反应器在处理高浓度有机污水时具有以下优点:

1)占地面积小;

2)处理高悬浮污水不堵塞,不积累;

3)抗冲击负荷能力强;

4)项目建设快,生物启动快:

整个生物启动可在2-4周内完成;

5)维修成本少,使用寿命长;

6)运行成本更低,碱耗量少;

7)颗粒污泥抗毒性强。

3.2深层曝气技术的优点

深层曝气工艺的主要特征就在于其深度大、静水压力高、池内液体循环速度快、溶解氧浓度大、氧转移能力强,因此处理废水快速、高效。

该工艺具有以下优点:

1)占地少

深层曝气池占地是普通曝气池占地的1/20-1/50,深层曝气工艺与常规处理工艺相比较,可节约用地50%以上;

2)费用低

氧利用率高达60-90%,处理废水所需功率消耗比普通曝气法可降低40%以上;

3)造价低、投资省

动力部分及需用高价测量仪表少;

能直接处理高浓有机废水,耐水力和有机冲击负荷能力强;

深层曝气池中平均溶解氧可达40-60mg/l,因此可直接处理易被生物降解的高浓度废水,而且耐水力和有机负荷冲击,比普通曝气法和纯氧法处理费用低得多。

4)污泥处置费用低

深井曝气法污泥产量是普通曝气法的1/2-1/3,污泥产量低,污泥消化设备及污泥脱水设备少;优於延时曝气法。

5)受气温变化的影响小

由于深层曝气池大部分池体位于地下,使处理水不暴露在冬季或夏季极端寒冷和酷热的温度中,一年四季均可保持良好的运行条件和处理效果。

6)无丝状菌造成的污泥膨胀问题

常规生物法处理有机废水会发生因丝状菌大量繁殖造成的污泥膨胀,无法正常运行,而深层曝气工艺改变了丝状菌的形态,不会产生丝状菌大量繁殖造成的污泥膨胀,便於污泥的固液分离。

四、主要设计技术参数

根据某地区某糖业公司提出的废水水质水量,废水处理后要达到的排放要求,以及我们对此类废水处理工艺研究结果,确定此废水处理设计主要技术参数如表6表所示:

表6处理过程中废水水质变化

指标

沉淀调节池

IC反应器

混凝沉淀

深层曝气

接触氧化池

混凝脱色

COD(进)(mg/l)

≥6000

6000

1800

1260

378

95

COD(出)(mg/l)

6000

1800

1260

378

95

76

去除率(%)

10

70

30

70

75

20

BOD(进)(mg/l)

3600

2520

504

403

81

16

BOD(出)(mg/l)

2520

504

403

81

16

15

去除率(%)

30

80

20

80

80

10

色度(进)倍

≥1000

1000

800

400

200

160

色度(出)倍

1000

800

400

200

160

80

色度去除率(%)

20

50

50

20

50

SS(进)(mg/l)

>1000

500

500

150

200

400

SS(出)(mg/l)

500

500

150

400

400

60

SS去除率(%)

70

70

85

五、主要建(构)筑物

5.1厌氧处理部分

(1)沉淀调节池

用于沉淀废水中大量的SS及泥沙,同时兼有调节水量和预酸化的功能,设计原则为:

出水的SS<500mg/L。

共两座,每池的池容为12000m3。

待停产后予以清理沉淀物,以便来年使用。

(2)集水池

为矩形钢筋混凝土结构的地下水池。

用于收经集预沉池预处理后的废水。

集水池配备3mm间距的机械格栅除渣机,去除进水中的大颗固型物质,如甜菜渣、泥沙等,池内废水用泵提升进入循环池。

有效容积约为200m3,约可储存20min的废水量。

池有效尺寸为长×宽×深=10×5×4.5m,总容积为225m3。

在池内安装有一台液位计以连续监测其液位,并可产生高位报警。

以保护后续运转部件的安全。

池旁建有半地下泵房,安装污水泵3台,并安装2t电动葫芦1只,用于安装,检修水泵。

(3)蒸汽喷射器

中温厌氧菌的适宜的工作温度在30℃-38℃。

如果废水进入循环池的水温达不到30℃的要求,则需要增加蒸汽喷射器,对废水加温。

(4)循环池

集水池废水被泵提升入循环池,循环池的有效容积约为500m3,水深4.0m,总容积为550m3。

在循环池内,原废水和部分IC反应器出水进行混合。

循环池能对IC反应器内的生物过程起到非常稳定的作用,让预酸化废水与IC反应器出水进行混合,不仅能大大降低碱用量,而且,即便在水量不足(生产试车阶段)时,依旧能保证启动的顺利。

通过投加NaOH,对循环混合罐内的pH值进行再一次的调整,以使进入IC的废水pH值达到厌氧处理要求。

在循环池中也配有潜水搅拌器,使循环池废水和加入药品充分混和,并防止固体颗粒的沉淀。

一台测量循环泵用于精确测量循环池内液体的pH和温度的循环流的维持。

(5)IC内循环厌氧反应器

废水自循环池输入IC内循环厌氧反应器(直径11m,高度24m,1座)。

电磁流量计和控制阀自动控制IC反应器的进流,以保持一个恒定的输入流量。

IC反应器的出水依靠重力作用溢流到循环池,在保证恒定的进水流量的条件下,一部分出水经循环池立管分配进入循环池与进水混合,余下出水溢流进入深层曝气池处理。

IC反应器出水的pH和温度连续监测。

IC反应器顶部脱气罐装有液位开关,若其液位过高则产生高位报警。

整个厌氧反应器内部没有运转部件,不消耗额外的电能。

(6)厌氧污泥池

在IC反应器内2%的COD转化为厌氧颗粒污泥。

也就是说,每日的产量约1100kg(绝干量),该污泥可定时通过厌氧污泥泵取出IC反应器,这部分颗粒污泥可被回购用于其他厌氧反应器的启动。

污泥池有效容积为800m3,储存的污泥足以启动一台IC反应器。

(7)沼气处理

IC反应器中产生沼气量取决于施加于IC的COD负荷。

COD负荷越高,产气越多。

沼气在IC反应器顶部的气液分离器收集以进一步处理。

IC反应器和沼气处理设施皆为封闭系统,沼气在沼气处理设施中燃烧而不会散发进入周围环境中。

沼气具由较大的经济价值,可以替代天然气进行利用。

沼气处理部分由沼气流量监测、沼气稳压柜、沼气燃烧器和冷结水收集罐等几部分组成。

①沼气流量

沼气流量连续监测。

沼气流量不但是IC反应器内部生物反应过程的良好的指征,同时也帮助IC反应器COD负荷的自动控制。

IC反应器负荷增加时,沼气流量增加。

如果在事故发生的情形下,COD负荷超过某个极限,可以被沼气流量检测到。

如果沼气流量超过某个极限值。

从调节预酸化池流向IC反应器的废水会自动调整到较低水平。

这样IC反应器负荷可实现自动调节。

正常情况下沼气产量预计为13000m3/d。

②沼气稳压柜

IC反应器顶部的气液分离器收集的沼气流入容积为40m3沼气稳压柜,它由一个涂防腐涂料的钢罐和一个浮顶组成。

浮顶顶部的水泥重物对气体系统产生一个25-30mbar的表压,浮顶和罐体通过一个可伸缩的PVC膜相连,从而浮顶可上下移动。

这样沼气稳压柜的体积可增大或减小而无需改变气体系统的内压。

沼气稳压柜的气位由超声物位计连续监测。

可变容积的沼气稳压柜设计有助于将波动的沼气流量均衡,从而保护开/关运行方式的火炬不至于因为点火频繁而缩短寿命。

同时对沼气利用也提供一定的储气帮助。

③沼气燃烧器

来自于沼气稳压柜的沼气流向一个最大燃烧能力为600m3/h的沼气燃烧器。

燃烧器的操作由沼气稳压柜的气位自动控制。

如果沼气稳压柜的气位达到某个水平,点火阀自动打开,点火器自动启动。

如果检测到高温,说明点火火苗在燃烧。

如果沼气稳压柜气位达到某个较高水平,燃烧器主阀自动打开,沼气由点火火苗点燃,然后沼气稳压柜气位缓慢下降到某个水平,燃烧器主阀会自动关闭,而点火火苗继续燃烧。

沼气的燃烧温度高于815℃。

④凝结水收集罐

IC反应器产生的沼气中含饱和水气,当沼气温度下降时水会冷凝析出。

这些凝结水在凝结水收集罐中分离收集,在凝结水收集罐中设有至少650mm深度的水封来用于防止沼气从排水管泄漏(排水来自沼气管路)。

凝结水收集罐中水封液位由一液位开关和厂区供水系统来提供保证。

(8)化学品制备

污水生化处理的工艺流程中需要投加1种化学品NaOH。

按照正常设计,微偏碱性的废水在预酸化后,废水的PH值应在生物反应所需要的PH值范围,在正常状况下,不需要添加酸碱调废水PH值。

设立碱投加装置的作用是为了异常来水情况的调节,20%NaOH溶液将用于pH的调节。

5.2好氧及物化处理部分

(1)中间沉淀池

中间沉淀池为圆形钢筋混凝土结构。

用于去除厌氧反应后的出水中的悬浮物,以提高后续好氧生化处理的效率。

设计停留时间为3h,有效容积为1881m3,有效水深5.0m,设计直径为Φ24m。

总容积2500m3。

池内安装周边传动刮、吸泥机一台,用于收集沉淀污泥。

(2)深层曝气池

中间沉淀池的出水自流入深层曝气池,对废水进行好氧生物处理,进一步去除废水中残留的有机物。

深层曝气池为矩形钢筋混凝土结构。

有效容积为4695m3,水深14m,平面尺寸为22×15m。

总容积4785m3。

采用压缩空气机为废水中的微生物提供充足的氧。

由于深层曝气池的深度为14m,静水压力高,空气在水中溶解度大,溶解氧浓度高、氧化能力强,好氧微生物可快速高效地把有机物降解为CO2、H2O和其他无机物,使废水得到净化。

池内设3200m3组合填料。

(3)混凝沉淀池

为圆形钢筋混凝土结构,经深层曝气池处理后的废水自流入混凝沉淀池,一方面取出好氧生化反应后的悬浮物;另一方面去除部分COD,提高废水的B/C比。

澄清水自流入生物接触氧化池;沉淀的污泥排入污泥浓缩池。

混凝沉淀池直径的计算:

混凝沉淀池处理水量为15050m3/d,沉淀池表面负荷取0.8m3/m2·h,沉淀池直径:

D=(15050÷24÷0.8÷0.785)1/2÷3.14×2=20.13m,取22m,水深取5.0m。

该池表面负荷实际为:

F=(15050÷24÷5÷22÷2÷0.785)1/2÷3.14=0.61m3/m2·h。

混凝沉淀

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