8.5万吨日城市污水处理厂初步设计_水污染控制工程课程设计.doc
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JIUJIANGUNIVERSITY
《水污染控制工程》课程设计
题目8.5万吨/日城市污水处理厂的初步设计
院系化学与环境工程学院
专业环境工程
摘要
本次课程设计的题目为某城市污水处理厂初步设计，主要任务是完成该污水处理厂的平面布置、高程布置和各处理构筑物的初步设计。
初步设计要完成设计说明书一份，污水处理厂平面布置图1张、污水处理构筑物高程布置图1张。
该污水处理厂工程规模为8.5万吨/日，进水水质见下表
表1进水水质（单位：
mg/L）
指标
CODCr
BOD5
SS
氨氮
磷酸盐（以P计）
数值
200
180
200
30
4.0
本次设计所选择的A2O工艺，具有良好的脱氮除磷功能。
该污水处理厂的污水处理流程为：
污水从粗格栅到污水提升泵房，再从泵房到细格栅，然后到沉砂池，进入初沉池再进入生物池（即A2O反应池），再从生物池进入二沉池，污水再经过接触消毒池后排入自然水体；污水处理厂处理后的出水水质要达到污水排放标准执行污水综合排放标准（GB18918-2002）一级B标准。
污泥处理流程为：
初沉池产生的污泥和二沉池产生的剩余污泥则送入贮泥池，经过贮泥、加药处理后的污泥，进入污泥浓缩脱水车间，最后外运处理。
关键词：
A2O工艺；脱氮除磷；污水处理
目录
摘要 1
引言 1
1设计任务书 5
1.1工程设计资料 5
1.2设计任务 6
1.3基本要求 6
1.4毕业设计图纸内容及张数 6
2设计说明书 7
2.1城市污水来源、水量及水质特点分析 7
2.1.1城市污水来源 7
2.1.2城市污水水量 8
2.1.3城市污水水质特点 8
2.2污水处理方案的选择 9
2.2.1城市污水主要处理方法 9
2.2.2污水处理方案的选择 11
2.3污水处理工艺原理及工程说明 13
2.3.1粗格栅 13
2.3.2泵房和集水池 14
2.3.2.1泵房 14
2.3.2.2集水池 15
2.3.3细格栅 15
2.3.4沉砂池 16
2.3.5配水井 18
2.3.6初沉池 18
2.3.7生化池 19
2.3.8配水井 21
2.3.9二沉池 22
2.3.10接触消毒池 23
3设计计算书 25
3.1粗格栅间 25
3.1.1设计参数 25
3.1.2设计计算 25
3.2集水池和泵房 27
3.2.1设计参数 27
3.2.2集水池设计计算 27
3.2.3水泵扬程计算 28
3.3细格栅 29
3.3.1设计参数 29
3.3.2设计计算 29
3.4沉砂池 30
3.4.1设计参数 30
3.4.2设计计算 30
3.5配水井 33
3.5.1设计参数 33
3.5.2设计计算 33
3.6初沉池 34
3.6.1设计参数 34
3.6.2设计计算 35
3.7厌氧池 36
3.7.1设计参数 36
3.7.2设计计算 36
3.8缺氧池 37
3.8.1设计参数 37
3.8.1设计计算 37
3.9曝气池 38
3.9.1设计参数设计参数 38
3.9.2污水处理程度的计算 38
3.9.3曝气池的计算与各部位尺寸的确定 39
3.10配水井 41
3.10.1设计参数 41
3.10.2设计计算 41
3.11二沉池 42
3.11.1设计参数 42
3.11.2设计计算 42
3.12消毒池 44
3.12.1设计参数 44
3.12.2设计计算 44
3.13高程计算 46
结论 49
参考文献 50
附录 51
5
引言
一、选题的依据及意义
随着城市化进程的加快和经济建设的飞速发展，城市污水排放量也迅速增加，大量未经处理的污水任意排放，将对水体造成严重污染。
如果不能得到妥善处理，将给城市及水环境造成严重污染，影响人居住环境质量和城市的可持续发展。
因此必须建设污水处理厂对城市排放的污水进行处理。
而经当地环保部门批准，污水排放标准执行污水综合排放标准（GB18918-2002）一级B标准。
由于污水中含氮磷较多，易使水体富营养化，所以选择的污水处理工艺应具有一定的脱氮除磷功能。
本课题对城市污水的污染物去除进行研究，根据我国水环境的现状，分析水样中污染物的含量及其处理工艺等方面作讨论，同时需确定污水处理厂的处理工艺流程和处理构筑物的类型与数量，进行处理构筑物及设备的工艺设计计算和污水厂各构筑物以及各种管渠等总体布置，为实际的城市污水处理实践提供技术和方法参考。
二、国内外研究现状及发展趋势
城市污水是城市水环境污染的主要来源之一，解决城市污水污染的根本措施是建设集中式城市污水处理厂。
目前国内外处理城市污水的处理方法主要有：
活性污泥法，生物膜法等。
下面就这两种方法进行介绍
1．活性污泥法
活性污泥法工艺能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物，以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，无机盐类也能被部分去除[1]。
当前流行的污水处理工艺有：
传统活性污泥法、AB法、SBR法、CASS法、氧化沟法、A2O法、倒置A2O法、A/O法等。
1）传统活性污泥法
活性污泥法创建1917年，是利用微生物的呼吸作用消耗污水中的有机物，达到水体净化的目的。
传统的活性污泥工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式在一定程度上有缺陷。
目前对传统工艺的改进可以充分满足各种不同的处理要求，改进可以分为池形的改进、运行方式的改进、曝气方式的改进、生物学方面的改进及投加填料等方面的改进。
2）AB法
该法由德国Bohuke教授首先开发。
该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/（kgMLSS·d）以上，池容积负荷6kgBOD/（m3·d）以上；B级负荷低，污泥龄较长。
A级与B级间设中间沉淀池。
二级池子F/M（污染物量与微生物量之比）不同，形成不同的微生物群体[2]。
自上世纪80年代起，中国逐步开始将“AB法”应用到城市污水处理和工业废水处理工程中，已建成相当数量的AB法工艺的城市污水处理厂，成效显著，取得了十分可观的社会效益和环境效益。
3）SBR法
与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。
SBR法为序批式活性污泥法，它比连续流活性污泥法出现的更早，但由于当时运行管理条件限制而被连续流系统所取代。
随着自动化控制水平的提高，SBR法重新被人们重视，该工艺在国内已广泛应用于屠宰、啤酒、化工、鱼品加工、制药等工业废水和生活污水的处理[3]。
4）CASS法
CASS工艺师SBR工艺的一种变形，池体内用隔墙隔出生物选择区、兼性区和主反应区三个区域，三个区域的体积比大致为1:
2:
20，混合液由主反应区回流到生物选择区，形成一个内循环，是一个连续进水，批次出水的工艺[2]。
最早产生于美国，90年代初引入中国，目前，由于该工艺的高效和经济性，应用势头迅猛，受到环保部门及拥护的广泛关注和一致好评。
经过模拟试验研究，已成功应用于生活污水、食品废水、制药废水的治理，取得了良好的处理效果，为CASS法在我国的推广应用奠定了良好的基础。
该工艺的特点与SBR法类似。
5）氧化沟法
本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力。
近年来，在氧化沟中尝试使用各种综合曝气装置，即采用曝气器与水下混合器独立运行，将氧化沟中的水流循环混合作用与曝气传氧作用区分开来，使氧化沟中交替出现缺氧与好氧状态，已达到脱氮除磷目的，同时这种运行方式还能取得节能的效果。
据报道，这种综合曝气系统已在国外得到应用，在国内也可尝试并推广采用这种综合曝气设备。
氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：
帕式（Passveer）简称单沟式，奥式（Orbal）简称同心圆式，卡式（Carrousel）简称循环折流式和三沟式氧化沟（T型氧化沟）[2]。
氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。
建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率（提高20%）和动力效率［达2.5～3.0kgO2/（kW·h）］[5]。
6）A2/O法
城市生活含有大量的氮磷，由于氮磷的富集会对天然水体造成富营养化，导致湖泊河流的藻类泛滥破坏生态环境及影响水生生物的生存和人类生活。
故对城市污水提出脱氮除磷的要求。
利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。
污水在流经厌氧、缺氧、好氧三个不同功能分区的过程中，污水在厌氧区（DO<0.3mg/L），释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统达到除磷目的，同时污水进入缺氧区（DO<0.7mg/L），由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体（有机碳源），将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的[2]。
2．生物膜法
生物膜法是一大类生物处理法的统称，包括生物滤池，生物转盘，生物接触氧化池，曝气生物滤池及生物流化床等工艺形式，其共同点是微生物附着生长在滤料或填料表面上，形成生物膜。
污水与生物膜接触后，污染物被微生物吸附转化，污水得到处理[2]。
生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法，无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。
因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用，以污染物质为食料，将其代谢成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子，它的二次污染小，对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。
生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展，随着人们生活水平的日益提高，生活污水中的成份也日益复杂，因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。
这也就必然要求人们改革工艺[6]。
一般认为，生物膜法处理城市污水，在国内尚需积累经验，处理规模不宜过大，约5×104m3/d左右为宜。
国外（主要在欧洲）处理水量有达到36×104m3/d的，这与其填料材质、自控手段和先进的反冲洗装置有关，也与其有长期积累的运行管理经验有关。
对于本设计而言，工程规模较大，为大中型规模的污水处理厂。
其主要污水来源为生活污水，污水生化性好，难降解污染物少，A2O工艺虽然基建费用相对较高，但运行费用低，管理维护相对方便，出水水质稳定，脱氮除磷效果显著，该工艺在国内已经比较成熟，优势相对突出。
通过对各种工艺比选、城镇污水自身的特点以及对投资费用，运行管理的考虑，本工程设计决定采用A2O工艺来处理城市污水。
1设计任务书
1.1工程设计资料
（1）工程概况
某城市拟筹建城市污水处理厂，废水量为8.5万吨/日。
城市污水的主要污染物是CODCr、BOD5、SS、氮和磷等。
经当地环保部门批准，污水排放标准执行污水综合排放标准（GB18918-2002）一级B标准。
（2）工程设计规模
1）设计水量
总水量：
Q总=85000m3/d
2）进水水质
进水水质参考同类案例，具体进水水质如表1所示。
表1—1进水水质（单位：
mg/L）
指标
CODCr
BOD5
SS
氨氮
磷酸盐（以P计）
数值
200
180
200
30
4.0
3）处理目标
经当地环保部门审批，污水排放标准执行污水综合排放标准（GB18918-2002）一级B标准，具体出水水质如表2所示。
表1—2出水水质（单位：
mg/L）
指标
CODCr
BOD5
SS
氨氮
磷酸盐
数值
60
20
20
8
1.0
1.2设计任务
（1）根据以上资料，确定最佳处理工艺，对该污水处理工程进行初步设计。
（2）设计范围为污水处理工艺系统。
（3）完成污水处理各构筑物的设计，编写设计说明书和设计计算书（包括高程计算和构筑物设计计算）。
（4）完成设计图纸。
1.3基本要求
（1）设计者必须独立思考，独立完成全部设计。
（2）按时按质完成设计任务要求。
（3）设计方案严格执行有关环境保护的规定，污水处理后必须保证出水指标均达到当地环保部门核准的污水排放标准。
（4）采用经济合理的处理工艺，保证处理效果，并节省投资和运行管理费用。
（5）设计新颖美观、布局合理。
1.4毕业设计图纸内容及张数
（1）污水处理厂平面布置图，1张（3号图纸）；
（2）污水处理构筑物高程布置图，1张（3号图纸）。
2设计说明书
2.1城市污水来源、水量及水质特点分析
2.1.1城市污水来源
（1）生活污水
生活污水主要来自家庭。
商业、机关、学校、医院、城镇公共设施及工厂的餐饮、卫生间、浴室、洗衣房等，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣排水、沐浴排水及其他排水等。
生活污水的主要成分为纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等有机物质，氮、磷、硫等无机盐类及泥沙等杂质，生活污水中还含有多种微生物及病原体。
这些物质按化学性质来分，可分为无机物和有机物；按其物理性质来分，可分为不溶性物质、胶体性物质和溶解性物质。
生活污水的水质一般较稳定，浓度较低，也较容易通过生物化学方法进行处理。
（2）工业废水
工业废水主要是在工业生产过程中被生产原料、中间产品或成品等物料所污染的水。
工业废水中由于种类繁多，污染物成分及性质随生产过程而异，变化复杂。
一般而言，工业废水比较严重，往往含有有毒有害物质，需局部处理达到要求后才能进入城镇排水系统，是城镇污水有毒有害污染物的主要来源。
（3）初期雨水
初期雨水是雨雪降至地面形成的初期地表水径流。
初期雨水的水质水量随区域环境、季节和时间变化，成分比较复杂。
影响初期雨水被污染的主要因素有大气质量、气候条件、地面及建筑物环境质量等。
（4）城镇污水
城镇污水包括生活污水、工业废水等，在合流制排水系统中包括雨水，在半分流制排水系统中包括初期雨水。
城镇污水成分性质比较复杂，不仅各城镇间不同，同一城市中的不同区域也有差异，需要进行全面细致的调查研究，才能确定其水质成分及特点。
2.1.2城市污水水量
污水水量还会与降雨有一定关系，不过现如今的城市管道系统绝大部分采用的是分流系统，即污水管道与雨水管道分开，这样在很大程度上减少了降水对于污水处理厂的压力，雨水经过收集后只需要经过较少的处理就能到排放标准排入自然水体。
2.1.3城市污水水质特点
城市污水的水质在主要方面具有生活污水的一切特征。
但在不同的城市，因工业的规模和性质不同，城市污水的水质也受工业废水和水量的影响而明显变化。
城市污水中90%以上是水，其余是固体物质。
水中普遍含有以下各种污染物：
悬浮物：
一般为200～500毫克/升，有时候可超过1000毫克/升。
其中无机和胶体颗粒容易吸附有机毒物、重金属、农药、病原菌等，形成危害大的复合污染物。
悬浮物可经过混凝、沉淀、过滤等方法与水分离，形成污泥而去除。
病原体：
包括病菌、寄生虫、病毒三类。
常见的病菌是肠道传染病菌，每升污水可达几百万个，可传播霍乱、伤寒、肠胃炎、婴儿腹泻、痢疾等疾病。
常见的寄生虫有阿米巴、麦地那丝虫、蛔虫、鞭虫、血吸虫、肝吸虫等，可造成各种寄生虫病。
病毒种类很多，仅人粪尿中就有百余种，常见的是肠道病毒、腺病毒、呼吸道病毒、传染性肝炎病毒等。
每升生活污水中病毒可达50万到7000万个。
需氧有机物：
包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等。
其浓度常用五日生化需氧量（BOD5）来表示。
也可用总需氧量（TOD）、总有机碳（TOC）、化学需氧量（COD）等指标结合起来评价。
常用BOD5与COD的比例来反映污水的可生化降解性，用微生物呼吸氧量随时间变化曲线来反映生化降解的快慢。
城市污水BOD5一般为每升300～500毫克，造纸、食品、纤维等工业废水可高达每升数千毫克。
植物营养素：
生活污水、食品工业废水、城市地面径流污水中都含有植物的营养物质──氮和磷。
城市污水中磷的含量原先每人每年不到1千克,近年来由于大量使用含磷洗涤剂，含量显著增加。
来自洗涤剂的磷占生活污水中磷含量的30～75%，占地面径流污水中磷含量的17%左右。
氮素的主要来源是食品、化肥、焦化等工业的废水，以及城市地面径流和粪便。
硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐和一些有机磷化合物都是植物营养素，能造成地面水体富营养化、海水赤潮和地下肥水。
硝酸盐含量过高的饮水有一定的毒性，能在肠胃中还原成亚硝酸盐而引起肠原性青紫症。
亚硝酸盐在人体内与仲胺合成亚硝胺类物质可能有致畸作用、致癌作用。
城市污水中除含以上四类普遍存在的污染物外，随污染源的不同还可能含有多种无机污染物和有机污染物，如氟、砷、重金属、酚、氰、有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等。
2.2污水处理方案的选择
2.2.1城市污水主要处理方法
城市污水处理厂的方案，要考虑有效去处BOD5，又要适当去除N、P故可采用SBR法、氧化沟法或A2O法。
（1）SBR法
SBR法为序批式活性污泥法，它比连续流活性污泥法出现的更早，但由于当时运行管理条件限制而被连续流系统所取代。
随着自动化控制水平的提高，SBR法重新被人们重视，该工艺在国内已广泛应用于屠宰、啤酒、化工、鱼品加工、制药等工业废水和生活污水的处理。
SBR法特点见表3
表2—1SBR法特点
优点
缺点
u同时脱氮除磷；
u静置沉淀可获得低SS出水；
u耐受水力冲击负荷；
u操作灵活性好，兼具二沉池功能
u同时脱氮除磷时操作复杂；
u滗水设施的可靠性对出水水质影响大；
u设计过程复杂，池体容积大；
u不适合5万吨/天以上污水量的处理；
u维护要求高，运行对自动控制依赖性强
（2）氧化沟法
本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。
氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：
帕式（Passveer）简称单沟式，奥式（Orbal）简称同心圆式，卡式（Carrousel）简称循环折流式和三沟式氧化沟（T型氧化沟）等。
氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。
建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率（提高20%）和动力效率［达2.5～3.0kgO2/（kW·h）］。
氧化沟工艺的特点见表4。
表2—2氧化沟法特点
优点
缺点
u工艺流程简单，运行管理方便；
u耐受水力冲击负荷；
u污泥量少、性质稳定
u出水水质较好
u溶解氧量难以控制；
u污泥容易沉积；
u脱氮除磷效果不显著
（3）A2O法
城市生活含有大量的氮磷，由于氮磷的富集会对天然水体造成富营养化，导致湖泊河流的藻类泛滥破坏生态环境及影响水生生物的生存和人类生活。
故对城市污水提出脱氮除磷的要求。
利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。
污水在流经厌氧、缺氧、好氧三个不同功能分区的过程中，污水在厌氧区（DO<0.3mg/L），释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统达到除磷目的，同时污水进入缺氧区（DO<0.7mg/L），由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体（有机碳源），将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的[2]。
A2O工艺的特点见表5
表2—3A/A/O工艺特点
优点
缺点
u工艺流程简单，运行管理方便；
u同时脱氮除磷；
u污泥沉降性能好
u反硝化过程为硝化过程提供碱度；
u反硝化过程同时去除有机物（COD）；
u厌、缺、好氧环境交替运行，丝状菌不能大量繁，不会发生污泥膨胀；
u厌、缺氧环境为系统节能，减少经济费用
u聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物；
u回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；
u脱氮受内回流比影响；
2.2.2污水处理方案的选择
本项目污水处理的特点为：
（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.82>0.3,可生化性比较好，重金及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标。
（2）污水中主要污染物指标BOD、COD、SS值为典型城市污水值。
此外考虑到氨氮出水浓度排放要求比较高，因此需要采用能够同时脱氮除磷降磷且效果较好的工艺。
（3）从上述比较分析，可知SBR间歇运行，全赖电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，变水位运行，电耗增大；而且除磷脱氮效果一般，所以不采用。
对于本设计而言，工程规模较大，为大中型规模的污水处理厂。
其主要污水来源为生活污水，污水生化性好，难降解污染物少，氧化沟的一些优点得难以得到体现。
而且，污水处理厂冬季气温低，若采用氧化沟工艺的话，设备检修困难。
A2O工艺虽然基建费用相对较高，但运行费用低，管理维护相对方便，出水水质稳定，脱氮除磷效果显著，优势相对突出。
而再根据本城市污水的特点：
其主要污水来源为生活污水，污水生化性好，难降解污染物少，氧化沟的一些优点难以得到体现。
而且，污水处理厂冬季气温低，若采用氧化沟工艺的话，设备检修困难。
A2O工艺虽然基建费用相对较高，但运行费用低，管理维护相对方便，出水水质稳定，脱氮除磷效果显著，优势相对突出。
通过对各种工艺比选、城镇污水自身的特点以及对投资费用，运行管理的考虑，本工程设计决定采用A2O工艺来处理城市污水，具体的污水处理工艺流程图2—1如下：
粗格栅
进水
泵房
细格栅
沉砂池
初沉池
厌氧池
排放
贮泥池
加药
缺氧池
好氧池
二沉池
消毒池
污泥浓缩脱水车间
泥饼外运
混合液回流
回流污泥
图2—1城市生活污水处理工艺流程
2.3污水处理工艺原理及工程说明
处理规模：
2.3.1粗格栅
格栅是一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物杂质。
.因此为了避免其中的较粗大的悬浮物及杂质，堵塞水泵和沉淀池的排泥管，影响后续处理构筑物或设备的正常工作，首先设置格栅除去较大的悬浮物和颗粒。
设计参数：
（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：
人工清除25～40mm
机械清除16～25mm
最大间隙100mm
（2）在大型污水处理厂或泵站前原大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3）,一般应
采用机械清渣；
（3）格栅倾角一般用45°～75°；
（4）通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m；
（5）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s；
（6）机械格栅不少于2台，如为一台时，应设人工清除格栅备用;
（7）格栅前渠道内的水流速速一般采用0.4~0.9m/s;
（8）通过格栅的水头损失，粗格栅一般为0.2m,细格栅一般为0.3~0.4m
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