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电化学法处理油田污水电化学法处理油田污水 化学教育 2000级2班 沙安稳 指导老师 张成孝教授 摘要: 介绍了电解法污水处理的现状,并阐述了电解法和过滤法处理污水的原 理,其过程和机理与化学会凝法基本相同。其主要用于处理印染废水在处理油乳 胶、去处悬浮物及有机物等方面也取得了良好的效果。对其工艺进行了研究。从 改进电源技术、采用新型电极和改进电解槽设计等方面着手,以降低其能耗。该 法具有简洁环保经济的特点,可同时除去水中的有机物、细菌、浊度、重金属及 其他毒物,是一种有前途的净水方法。 [关键词] 电化学 过滤 污水处理 ...

电化学法处理油田污水
电化学法处理油田污水 化学教育 2000级2班 沙安稳 指导老师 张成孝教授 摘要: 介绍了电解法污水处理的现状,并阐述了电解法和过滤法处理污水的原 理,其过程和机理与化学会凝法基本相同。其主要用于处理印染废水在处理油乳 胶、去处悬浮物及有机物等方面也取得了良好的效果。对其工艺进行了研究。从 改进电源技术、采用新型电极和改进电解槽设计等方面着手,以降低其能耗。该 法具有简洁环保经济的特点,可同时除去水中的有机物、细菌、浊度、重金属及 其他毒物,是一种有前途的净水方法。 [关键词] 电化学 过滤 污水处理 Wastewater Treatment Sha Anwen Zhang Chengxiao Professor Abstract:The actuality of electrochemistry process for wastewater treatment is described simply in the first place。The paper introduces the fundamental principle of electrochemistry process and filter process for wastewater treatment。The process and mechanism are much the same as chemical coagulation。There are many application examples of treating textile wastewater。This method has been successfully tested to treat various industrial wastewater。A new technology is designed。Energy consumption analysis and some measures to save energy are suggested。These measures include improving power technique adopting new type electrode and designing new electrolyzer。The technique Of oil-field wastewater treatment with this method has the economic characteristics in the environmental protection。It is found that the process can simultaneously reduce the concentrations of organic pollutants、bacteria、turbility、heavy metals and other toxics。Thus,We expect it be to become a promising method。 Key words :electrochemistry, filter, wastewater treatment 近年来,石油勘探开发活动增多,所产生的污染物也随之增加,对环境造成的污染日趋严重.如何有效的控制和治理在开采和使用石油过程中造成的环境污 染,以成为世界各国面临的重要课 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。油田废水成分复杂,除了含有可溶性盐类和重金属、悬浮物、乳化的原油、固体颗粒、硫化氢等天然的杂质外,还含有一 [1]些用来改变采出水性质的化学添加剂,以及注入地层的酸类、除氧剂、润滑剂、。 杀菌剂、防垢剂等 油田废水中主要污染物及排放标准(mg/L) 污染物 石油类 COD SS 硫化物 挥发酚 BOD cr5 污染物含量 20-200 100-1200 70-200 20-60 0.1-0.5 50-100 排放标准 10 150 20 1.0 0.5 30 在污水处理技术研究方面,国外早在四十年代,国内从六十年代开始,就不 [2]断的研究和应用电化学技术处理化工、农药、印染、制革、油田等多种废水。 一些成分较简单、生物降解性较好、浓度较低的工业废水都可通过组合传统 工艺而得以处理,但对于高浓度废水,如印染、炼油、制药等废水则因技术和经 济原因,治理难度较大。因此,探求有效处理难生化、难降解污染物的技术,成 [3]为国内外学术界的研究热点。 电化学是最近发展起来的新技术,作为处理多种废水的有效方法之一,因其 处理效果高、操作简便、与环境兼容等优点引起了研究者的广泛关注。它可以广 泛用于水的澄清、脱色、杀菌、除有机物质和铝、硅、铁、锰的化合物、重金属 离子、浮游生物细胞、放射性物质等。 电化学技术使用电子这一无毒、无害且价格低廉的强氧化还原剂,通过方便 地控制电极电势,就可以实现物质的氧化或还原[4].一方面可以用于工业产品的生产,是一种基本上对环境无污染的“绿色”生产技术,对环境可起到直接的保 护作用;另一方面,应用电化学技术治理环境污染,通过氧化或还原除去对环境 有害的物质,对环境起到简洁的保护作用,在国内外都得到了重视。此外应用电 化学技术检测环境中的污染物以及开发化学电源,在环境保护 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中都具有广泛 的应用前景。电解法水处理技术的优点在于: 1.过程中产生的?OH无选择的直接与废水中的有机污染物反应将其降解为二 氧化碳、水和简单有机物,没有或很少产生二次污染。 2.能量效率高电化学过程一般在常温常压下就可以进行。 3.既可以作为单独处理,又可以与其他处理相结合,如作为前处 理,可以提高废水的可生物降解性。 4.电解设备及其操作一般比较简单,如设计合理费用并不昂贵。 因此,在国外,电解法水处理技术被称为“环境友好”技术。 电解法的应用已有较长的历史,在源水和多种行业废水处理中有着广泛的应 用 [5]。 (一).污水处理 电解法处理印染废水早有应用,这方面的报道很多。Sheng H.Lin等应用电解法处理印染废水的研究结果表明向废水中投加40mg/L的PAC可提高处理效率。 2[6]当电流密度在92.5A/m左右时其COD的去除率为51%。之后,他们将电解法, 化学混凝和活性污泥法工艺组合在一起进行印染废水处理。当化学反应器中水停 2[7]留时间为18min,电流密度为53.4A/m时,组合工艺COD总去除率超过85%。 [8]。用电解法处理炼油厂含油废水,出水中的含油量和悬浮物含量较低,可达到生化处理和工业水排放 [9]标准。 用电解法处理油乳胶的实验结果表明,铝反应器优于铁反应器,前者除油率 马志毅等人用电解法做的对悬浮物和有机物去除效果实验得出:悬浮物去除较高,能耗较低还发现后者中加入硫酸铁可提高除油效率[10]率达96%,COD及BOD去除率分别为81%和79.5%。由该法处理高浓度表面活cr5 性剂废水的研究得知,槽电压主要消耗在溶液电阻上,表面活性剂对电极反应抑 [11]制作用较弱。 (二).给水净水 电解法可同时除去水中的有机物、细菌、有毒重金属和其他毒物,降低浊 度,是一种很有前途的给水净化方法。 Calvin用电解法处理含有铜、铝、锌及氰化物的地下水,研究结果表明, 对其中每一种污染物的去除都达到预处理的标准。与传统的处理系统(氰化物氧 化/碱性沉淀法/高聚物-酸净化)相比电解法处理成本较低[12]。 高浊度水处理被列为水质净化处理的两大难题之一。采用二级电解法、二 级斜管沉淀、三级滤料过滤,并配合二级沉淀物回流的新工艺,将浊度为10000 [13]度的源水在42min内一次净化为浊度小于3度的饮用水。 用铁做电极处理污染的河水时,细菌与浊度的去除效果都是非常显著。增大 电流密度可提高COD和细菌的去除率与速率,但达到相同去除率的能耗将增大Cr[14]。 国家饮用水卫生标准规定,水中铁含量不得超过0.3mg/L。在压力式电凝 2+聚SS滤料过滤除铁的装置中,源水中的Fe经过Al(OH)(使用铝电极)吸附,3再经SS滤料过滤,便可除去。当原水中含铁量小于30mg/L时,处理后的水均能 [15]达到国家饮用水卫生标准。 导电板置于不通电带相反电荷的两极之间时,将从中性变为其两边带上与 其邻近平行电极相反的电荷,从而构成双极电极。利用双电极铝电极系统能有效 [16]地脱除萨哈拉水体中的氟,并且在电解法处理过程中铝不会污染天然水。 (一).电解法处理废水的实质,就是直接或间接的利用电解作用,把水中污 染物去除,或把有毒物质变成无毒或低毒物质。电解槽阳极可分为可溶性阳极与 不溶性阳极两类,不溶性阳极是用铂,石墨制成的,在电解过程中本身不参与反 应,只起传导电子的作用。而可溶性阳极是采用铁,铝等可溶性金属制成的,在 电解过程中本身溶解,金属原子放出电子而氧化成正离子进入溶液,这些正离子 或沉积于阴极,或形成金属氢氧化物,可作为混凝剂,起凝聚作用。用电解法或 电化学法处理废水,按照去除对象以及产生的电化学作用来区分,又可分为电化 学氧化,电化学还原,电气浮,电凝聚等法。 电化学方式 1.电化学氧化法[17] - 电化学氧化法是利用阳极的直接电极反应(如CN的阳极氧化)与某些阳极-反应产物(如Cl,ClO,O等)间接的氧化作用(如阳极产物Cl除氰脱色)来使222废水中污染物氧化破坏。实际上,为了强化阳极的氧化作用,同常投加一定量的 食盐,进行所谓电氯化,这时阳极的直接氧化作用和间接氧化作用往往同时起作 2-用。电化学氧化法主要用于去除水中氰,酚以及COD,S等。 2.电化学还原 2-2-或CrO)及五价4273-3+ 3-砷(AsO或As)分别还原为Cr 及AsH,予以去除或回收。43[18]3.电气浮法 电解槽的阴极可以给出电子,相当于还原剂,可使废水中的重金属离子还 废水电解时,由于水的电解及有机物的电解氧化,在阳极,阴极表面上会原出来,沉积于阴极,予以回收利用。还可把六价铬(CrO 有气体(如H ,O ,CO ,Cl等),呈微小气泡析出,它们在上升过程中,可粘2,222 附水中杂质微粒及油类浮到水面而分离。利用这一原理的技术或方法称为电气浮 法,又称电解浮上法。电解时,不仅有气泡浮上作用,而且还兼有凝聚,共沉, 电化学氧化,电化学还原等作用。 废水在直流电场作用下,水被电解,在阳极析出氧,在阴极析出氢。电解 氧化时,有机物可生成CO,氯化物可产生Cl。电解产生的气泡粒径很小,而且22 密度也小,因此,电解气泡捕获杂质的能力比加压气浮,机械液轮气浮为高,而 且浮载能力也高。 该方法具有去除的污染物范围广,泥沙量少,工艺简单,设备小等优点; 主要缺点是能耗大,与其他方法配合使用则比较经济。 [19] 4.电凝聚法 电解凝聚(亦称电凝聚或电混凝)是以铝铁等金属为阳极,在直流电的作3+3+用下受到电化学腐蚀,具有可溶性,Al,Fe以离子状态溶入溶液中,经过水解 反应可生成多核羟基络合物以及氢氧化物,作为混凝剂对水中悬浮物及胶体进行 凝聚处理。与此同时,由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用,能去除水中多种 污染物,如许多可溶性有机物可通过阳极氧化而去处,二价铁可氧化为三价的氢 氧化铁再沉淀去处。 电凝聚法可用于去除废水的浊度与色度,从水中除去铁、硅的化合物,重 金属离子等污染物。例如,国外采用电凝聚法处理污染的河水以提供饮用水,是 以铝板作电极,槽电压为13.6V,电流密度为 0.5A/dm2,能比较完全的除去水中3的色度,且可降低耗氧量、碱度、硬度、含铁量。电能消耗为0.3kw.h/m(水),3铝耗量为7g/m(水)。 电凝聚法的优点:装置紧凑,占地面积小,可去除的污染物广,反应迅速, 使用的范围宽,形成的沉渣密实。缺点是极板需消耗大量金属,电耗也较高。 (二)过滤 在废水处理中,常用过滤处理沉淀或澄清池出水,由于滤料颗粒(如石英 砂,无烟煤等)之间存在空隙,原水穿过一定深度的滤层,水中的悬浮物即被截 留,使滤后出水的浑浊度满足用水要求;过滤常作为吸附,里子交换,膜分理法 等预处理手段,也做为生化处理后的深度处理,使滤后水达到回用的要求。 1过滤的机理 过滤的作用,不仅可截留水中悬浮物,而且通过过滤层还可把水中的有机 物,细菌乃至病毒随着悬浮物的降低而被大量去除。滤池的净水原理如下: (1)阻力截留 当废水自上而下流过粒状滤料层时,粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表 层滤料的空隙中,随着此层滤料间的空隙越来越小,截污能力也变得越来越大, 逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜,并由它起主要的过滤作用。 这种作用属阻力截留或筛滤作用。悬浮物粒徑越大,表层滤料和滤速越小,就越 容易形成表层筛滤膜,滤膜的截污能力也越高。 (2)重力沉降 废水通过滤料层时,众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。重力沉降强 度主要与滤料直径及过滤速度有关。滤料越小,沉降面积越大,滤速越小,则水 流越平稳,这些都有利于悬浮物的沉降。. (3) 接触絮凝[20] 由于滤料具有极大的比表面积,它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。 此外,砂粒在水中常带有表面负电荷,能吸附带电胶体,从而在滤料表面形成带 正电荷的薄膜并进而吸附带负电荷的粘土和多种有机物等胶体,在砂粒上形成接 触絮凝。 在实际过滤过程中,上述三中机理往往同时起作用。只是随条件不同而有 主次之分。对粒径较大的悬浮颗粒,以阻力截留为主,因这一过程主要发生在滤 料表层,通常称为表面过滤。对于细微悬浮物,以发生在滤料深层的重力沉降和[21] 接触絮凝为主,称为深层过滤。 过滤工艺:包括`过滤和反洗两个基本阶段。过滤时,废水由水管经闸门进2 快滤池介绍入池内,并通过滤层和垫层流到池底,水中的悬浮物和胶体被截留于滤料表面和 内层孔隙中,过滤水由集水系统经闸门排出。随着过滤过程的进行,污物在滤料 层中不断积累,滤料层内的孔隙由上至下逐渐被堵塞,水流通过滤料层的阻力和 水头损失随之逐步增大,当水头损失达到允许的最大值时或出水水质达某一定值 时,这时滤池就要停止过滤,进行反冲洗工作。冲洗时,冲洗水的流向与过滤完 全相反,是从滤池的底部向滤池上部流动,故叫反冲洗。冲洗水的流向是:首先 进入配水系统向上流过承拖层和滤料层,冲走沉积于滤层中的污物,并夹带着污 物进入洗砂排水槽,由此经闸门排出池外。冲洗完毕后,即可进行下一循环的过 滤。 从过滤开始到过滤停止之间的过滤时间叫做滤池的工作周期它同滤料组成, 进出水水质等因素有关。 (1)滤料 做为快滤池的滤料有石英砂,无烟煤,大理石粒,磁铁矿粒以及人造轻质 滤料等,其中以石英砂应用最为广泛。对滤料的要求是:1.有足够的机械强度; 2 化学性质稳定;3.价廉易得;4.具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率。 滤池分单层滤料池,双层滤料池和三层滤料池。后两种滤池是为了提高滤 层的截污能力。单层滤料滤池的构造简单,操作也简便,因而应用广泛。双层滤 料滤池是在石英砂滤层上加一层无烟煤层,三层滤料是由石英砂,无烟煤,磁铁 矿的颗粒组成。 (2)承托层 承托层的作用是过滤时防止滤料进入配水系统,冲洗时起均匀布水作用。 承托层一般采用卵石或碎石。 (3)配水系统 配水系统的作用是保证反冲洗水均匀的分布在整个滤池断面上,而在过滤 时也能均匀地收集过滤水,前者是滤池正常操做的关键。值得注意的是滤池冲洗 质量的好坏,对滤池的好坏有很大影响,滤池反冲洗目地是恢复滤料层的工作能 力,要求在滤池冲洗时,应满足以下条件: ? 冲洗水在整个底部平面上应均匀分部,这是借助配水系统进行的。 ? 冲洗水要求有足够的冲洗强度和水头,使砂层达到一定的彭胀度。 ? 要有一定的冲洗时间。 ? 冲洗的排水要迅速排出。 结论与展望 电解法水处理技术从产生到现在,已经历了很长时间未能广泛应用的主要原 因是电流效率低,而且缺乏电化学降解的机理直接的实验支持。要解决这个问题 必须从有关理论出发,合理地设计电解反应器。有理由相信,随着现代电化学工 程理论的完善和实验室研究的深入,电解法水处理技术必将在废水处理方面得到 广泛的应用。 本论文研究工作的目的和内容 由于电化学和过滤技术独特的优点,在污水处理方面对他们的研究已成热 点。本论文的主要目的在于:1.把电化学法和过滤法联合起来形成一种工艺;2.. 设计合理的电解池;3探索合理的的电解电流。研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 部分包含三项工作:1. 设 计了一种合理的污水处理工艺。2.通过实验和计算对电解电流进行了研究。3.对 有利于污水处理的电解池进行了研究。 (一) 仪器与药品 酸式滴定管,WYK-30B直流稳压电源,HB-I型多功能消解装置,万用表 2 电解槽,食盐, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 天平,温度计,重铬酸钾,浓硫酸 (二) 实验 配制模拟水,其中含有石油污水,CaCl,NaCl,还含有微量 FeSO,NaS,242 笨酚,十二烷基磺酸钠,泥沙。在不同条件下进行电解,测其COD,SS,温度 PH值。 (一)小试 1. 两电极 (1)设计 ?电解池的设计 铁制圆柱体 阳极:长方体铝 阴极: 长方体铁 电极面积: 15×5=75cm2 电极间距离:5cm ?过滤器设计 圆柱体(塑料)柱高0.8m、填料层高度为0.4m从上到下依次为大颗粒石英砂、小颗粒石英砂、煤、三种填料体积比约为5:2:1 ?本实验动力为位差 (2)实验 ?连接好储水缸、电源、电解池、过滤器、回收缸。 ?打开电源,放水,调节电压和电流 ?实验现象 阴极:有大量气泡生成 2H++2e=H? 23+阳极: 絮状物多,浮在水面。Al-3e=Al 3+-溶液中:Al+3OH=Al(OH) 3 处理后水的色度比处理前的好得多,类似于自来水。 当电极间距离变为3cm时发现反应明显加快 ?记录与检测 电压 3~5V 电流 2.2~2.6A 出水量 100ml/min -3S/cm 停留时间约为8min 0 SS(mg/L) COD(mg/L) PH t(C) Cr 源水 500 240 6.5 13.5 出水 24 90 7.5 15.5 电导率 1×10 两电极间距离为3cm时 0 SS(mg/L) COD(mg/L) PH t(C) cr 原水 500 240 6.5 13.5 出水 20 80 7.8 16.0 ?结果讨论 通过实验设计和实践,本工艺设计合理,处理水达到排放标准。 在试验中发现处理效果的好坏与电解池有很大关系,. 2.三电极时 (1)设计 三电极是采用两个阳极共用一个阴极,利用两个电源。目地是增 大电流,提高处理效果。 (2)实验 ?连接好各装置 ?接通电源准备实验 (3)观察与记录 ?铁,碳棒共用电源 9.0V 2.2A 铁铝共用电源 9.2V 2.0A 温度升高 1.3 0C/min 现象 电极上气泡同时加快增多 絮状的量增多 ?铁,碳棒共用电源 9.0V 2.4A 铁,铝共用电源 32V 22A 0温度升高为 3C/min 现象 电极上气泡同时加快增多 絮状物的量增多 铁电极表面有少量褐色沉淀生成。 铁表面有少量褐色沉淀生成表明发生了以下反应: 2+ 2+- Fe-2e=Fe Fe+2OH=Fe(OH) 2 4Fe(OH)+O+2HO=4Fe(OH) 2223 但是实验中铁是阴极,原因分析: 两个电源之间形成电势差而此时铁相对为阳 极。 (4)结论 根据以上现象,若采用脉冲电源,由于施加脉冲信号电极上的反应时断时续, 有利于扩散,降低浓差极化,从而降低能耗。而当电解槽施加交流电信号时,由 于两电极均可溶,可从两极产生阳离子,更有利于金属离子与胶体间的作用。同 时由于两极极性经常变化,对防止电极钝化起到了积极的作用。 (二)中试 1.设计 要求流速:10m3/h 出水达排放要求 小试需放大约1667倍 电流需2.4×1667=4000A 电流过大 实际设计为 (1)电解池 圆柱体(铁制) d=1.0m h=2.5m V=2m3 阳极: 铝 阴极: 铁 2 (2)滤池 3圆柱体(铁制) d=1.0m h=2.5m V=2m 滤料高度 1.5m 从下到上依次为大颗粒石英砂,小颗粒石英砂。体积比为 3:2 电极间距离 10cm 电极面积 0.8478m (3)本实验动力为泵 入水 电解池 过滤池 出水 2.实验 (1).连接好各装置,再细心检查一遍。 (2).打开电源和水,密切注意各装置的情况,准备随时关掉电源和水。 (3).记录 ? 电压 18V 电流 26A 电导率 1.0×10 -3S/cm 停留时间 10min -34 电阻 R=l/(К×A)=10/(1.0×10×0.8478×10)=1.18Ω 226Q=IRt=26×1.18×3600=2.87×10J 0热量Q=cm(t-t)=cm?t c=4.2J/(Kg×C) 064温度变化 ?t=Q/cm=2.87×10/10×4.2=68 电极消耗计算 W=ItM/nf M=27g/mol F=96487 n=3 Al ? I=26A U=18V t=3600s W=26×3600×27/(3×96487)=8.7g 38.7/10=0.87g/m 用电计算 326×18=468W 0.468/10=0.0468KW/m 食盐用量 350g/m 3出水10m/h 电极间距离 5cm 电流 12A 电压 10V 其他条件不变 4R=l/(К×A)=5/(1.0×0.8478×10)=0.59Ω 225Q=IRt=12×0.59×3600=3.06×10J 0热量Q=cm(t-t)=cm?t c=4.2J/kg×C 0 54?t=Q/cm=3.06×10/(4.2×10)=7.2 电极消耗计算 =27g/mol F=96487 n=3 Al ? I=12A t =3600s W=ItM/nf M3W=12×3600×27/(3×96487)=4.02g 4.02/10=0.4g/m 用电计算 312×10=120W 120/10=12 0.012kw/m 食盐用量 50mg 3当出水10m/h 电极间距离 5cm R=0.59Ω ? 电压 36V 电流 100A 其他条件不变 26Q=100×0.59×3600=2.12×10J 热量 Q=cm(t-t)=cm?t c=4.2 0 64温度变化 ?t=2.12×10/(4.2×10)=50 电极消耗计算 3W=100×3600×27/(3×96487)=33.6g 33.6/10=3.36g/m 用电计算 3100×36=3600W 3600/10=360 0.360KW/m 3食盐用量 100g/m 0 SS(mg/l) COD(mg/L) PH t(C) cr 原水 80 250 6-9 12 出水 10 70 7-8 46 ?结果与讨论 由理论可知电解电流越大处理效果越好,但从实际和经济考虑,电流为 100A ,电极消耗为8g/m333 ,用电消耗为0.8kw/m,氯化钠用量200g/m时,SS 去除率达88%,COD去除率可达80%。对本工艺来说可达较好效果。 cr : 实践证明,本工程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 合理的,实际运行是成功的,出水达到排放标准, 外观近视自来水。槽电压主要消耗在溶液电阻上,电流效率不太高是它的缺点, 有待进一步研究。 感谢我的导师张成孝教授从本论文选题直到完成过程中对我的悉心指导和 严格要求。张老师严谨的治学态度、科学的思维方法和对事业的执著追求使我收 益非浅。 同时,在本论文的准备和完成阶段也得到王博教授及其他老师和同学的支 持和帮助。在此表示衷心的感谢。 [1] 陆正禹,等.油田废水处理综述.工业水处理,2001,21(18) [2] 常青,张果金,杨文中。电化学氧化处理废水中有机污染物技术进展。南 京化工大学学报,1996,18。 [3] 明华,吴祖成,汪大。电化学高级氧化工艺降解有毒难生化有机废水。化 学反应工程与工艺,2001,17(3)。 [4] 李旭东,等。废水处理技术及工程应用.166-167. 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软件:Word
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上传时间:2017-10-27
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