CN111362407A - 一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境工程技术领域,具体涉及一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置及方法,装置包括依次管路连通的缺氧池I段、缺氧池II段、好氧池I段和好氧池II段,装置还设有亚硝态氮回流管路、硝态氮回流管路、搅拌器和曝气盘;方法为采用短程硝化‑厌氧氨氧化+硝化反硝化的组合工艺对污水进行处理。本发明提供的脱氮装置及方法通过控制溶解氧含量,实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的同步脱氮,可明显提高污水的脱氮效率;对碳源的需求较低,污水处理成本大幅度下降;污泥产率低,污泥处理处置费用下降,经济效益显著;可降低曝气量和二氧化碳的排放量,环境效益显著,具有极高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域,具体涉及一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置及方法。
背景技术
氮是引起水体富营养化的最小限制因子,减少水体中氮的含量对水体污染防治具有重要作用。因此,随着国家和地方污水排放标准日益提高,对氮的排放要求也更加严格。但目前,我国污水处理厂普遍存在碳源不足、脱氮效率低的现象。传统生物脱氮方法主要是硝化反硝化,该技术对碳源依赖性强,成本高,适合高碳氮比的污水处理。而针对某些低碳氮比的废水,例如生活垃圾渗滤液等,采用传统污水处理技术很难实现达标排放。因此,急需一种适用于低碳氮比污水处理的高效脱氮工艺。
生活垃圾渗滤液是垃圾在填埋和堆放过程中有机物质分解产生的水、垃圾中的游离水、自然降水,以及通过淋溶作用所形成的废水,是一种污染性较强的高浓度有机污水,其污染成分复杂,碳氮比低,可生化性差,含多种有毒物质和致癌物质,若不科学妥善处理、直接排入水体,将对环境造成二次污染,因此必须对垃圾渗滤液进行有效处置。
近年来兴起的厌氧氨氧化被认为是最具有发展前景的污水脱氮技术,其原理是厌氧氨氧化菌在缺氧条件以亚硝态氮为电子受体,直接将氨氮进行氧化,生成大量氮气和少量硝态氮。该过程具有脱氮效率高、污泥产率低和无需投加有机碳源等优点。与传统生物脱氮工艺相比,该工艺具有节能降耗和环境友好等特点,但易受进水水质冲击和环境因子影响,存在出水水质不稳定等缺点。此外,该技术的实施一般以短程硝化为基础。
短程硝化是将硝化反应控制在亚硝态氮阶段,不进行亚硝态氮至硝态氮的氧化,直接以亚硝态氮为电子受体进行反硝化反应,避免亚硝酸盐氧化成硝酸盐,硝酸盐再还原成亚硝酸盐这两个多余反应的发生,可节省约25%的氧气和40%的有机碳源。与传统生物脱氮工艺相比,该技术具有成本低、对碳源要求低和能耗低等优点。但与厌氧氨氧化工艺相似,该工艺易受环境因素影响,出水水质不稳定。
综上,开发适用于低碳氮比污水的高效脱氮工艺是污水处理厂发展的关键,因此本发明提出一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置及方法。
发明内容
针对污水处理厂脱氮效率低和运行成本高的问题,本发明提供一种通过控制溶解氧含量同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置及方法,在低溶解氧的好氧条件下,氨氧化菌以水中溶解氧为电子受体,能将氨氮直接氧化为亚硝态氮,发生短程硝化反应;在缺氧条件下,亚硝态氮和氨氮在厌氧氨氧化菌作用下会生成氮气,达到脱氮目的;同时在好氧和缺氧条件下进行硝化反硝化反应,由传统脱氮技术对其进行补充和增强,提高水中氮的去除率,实现更好地脱氮效果。本发明提供的脱氮方法具有对碳源要求低、成本低的优点。
第一方面,本发明提供一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,包括依次管路连通的缺氧池I段、缺氧池II段、好氧池I段和好氧池II段;
所述好氧池I段和缺氧池II段之间设有亚硝态氮回流管路;
所述好氧池II段和缺氧池I段之间设有硝态氮回流管路;
所述缺氧池I段和缺氧池II段内部设有搅拌器;
所述好氧池I段和好氧池II段内部设有曝气盘。
进一步的,所述缺氧池I段和缺氧池II段内部接种缺氧池混合污泥,污泥浓度为2.5~3.5g/L。
进一步的,所述缺氧池混合污泥中含有第一类功能性菌群,所述第一类功能性菌群包括反硝化菌和厌氧氨氧化菌,
其中反硝化菌可将回流的硝态氮还原为氮气;
厌氧氨氧化菌以亚硝态氮为电子受体,直接将氨氮氧化为氮气,同时生成少量的硝态氮。
进一步的,所述好氧池I段和好氧池II段内部接种好氧池混合污泥,污泥浓度为2.5~3.5g/L。
进一步的,所述好氧池混合污泥中含有第二类功能性菌群,所述第二类功能性菌群包括氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌,
其中氨氧化菌可将氨氮氧化为亚硝态氮;
亚硝酸盐氧化菌可将亚硝态氮氧化为硝态氮。
进一步的,所述缺氧池II段和好氧池I段设有电热丝。缺氧池II段中电热丝加热到35℃有利于厌氧氨氧化细菌进行厌氧氨氧化反应;好氧池I段中电热丝加热到30℃有利于氨氧化菌进行短程硝化反应。
第二方面,本发明提供一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,采用短程硝化-厌氧氨氧化+硝化反硝化的组合工艺对污水进行处理,所述方法包括以下步骤:
S1:污水从上一反应单元旋流沉砂池流出后经进水口进入缺氧池I段,水力停留时间4h,在缺氧条件下反硝化菌利用缺氧池I段进水中的碳源将回流的硝态氮还原为氮气;
S2:缺氧池I段中的泥水混合物通过出水口流至缺氧池II段,水力停留时间4h,pH值在7.2~8.4之间,在缺氧池II段中,氨氮与回流的亚硝态氮在厌氧氨氧化菌作用下发生厌氧氨氧化反应,生成大量氮气和少量硝态氮;
S3:缺氧池II段中的泥水混合物通过出水口流至好氧池I段,水力停留时间9h,进行短程硝化反应,即氨氧化菌以氧气为电子受体,将污水中50%的氨氮转化为亚硝态氮,并使反应维持在亚硝态氮积累阶段,不进行亚硝态氮向硝态氮的转化;
S4:好氧池I段中的泥水混合物一部分通过亚硝态氮回流管路回流至缺氧池II段的入水口;
另一部分通过出水口流至好氧池II段,水力停留时间9h,在氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的作用下,污水中99%的氨氮和100%的亚硝态氮被氧化为硝态氮;
S5:好氧池II段中的泥水混合物一部分通过硝态氮回流管路回流至缺氧池I段的入水口;
另一部分通过出水口流至下一反应单元。
进一步的,所述缺氧池II段中电热丝加热到35℃,有利于厌氧氨氧化细菌进行厌氧氨氧化反应;
所述好氧池I段中电热丝加热到30℃,有利于氨氧化菌进行短程硝化反应。
进一步的,所述好氧池I段中的溶解氧含量为0.5mg/L;
所述好氧池II段中的溶解氧含量为2mg/L。
为保证短程硝化和亚硝酸盐氧化能够顺利进行,并减少好氧池泥水混合物回流过程中溶解氧对缺氧池的影响,本发明通过曝气阀门的控制,将好氧池I段中的溶解氧控制在0.5mg/L,这样既利于提高氨氧化细菌的活性,抑制亚硝酸盐氧化菌的增殖,又可降低溶解氧对缺氧池II段中厌氧氨氧化反应的影响。好氧池II段中的溶解氧控制在2mg/L,可保证氨氮和亚硝态氮全部转化为硝态氮。
进一步的,所述步骤S4亚硝态氮的回流比为200%;
所述步骤S5硝态氮的回流比为100%。
为提高厌氧氨氧化的反应速率,减少亚硝态氮对好氧池II段中污泥活性的影响,本发明将亚硝态氮的回流比设置为200%;为提高缺氧池I段中反硝化速率,强化污水的脱氮效率,本发明将硝态氮的回流比设置为100%。
进一步的,通过人工配水方式对缺氧池II段中的厌氧氨氧化菌进行培养和富集,所述人工配水的组分包括:
MgSO4·7H2O 304mg/L、KCl 108mg/L、NH4 +-N 80mg/L、NO2 --N 10mg/L、KH2PO4 48mg/L、微量元素水溶液1mL/L。其中MgSO4·7H2O、KH2PO4、KCl和微量元素等物质可保证细菌的正常生长代谢活动。
进一步的,所述微量元素水溶液包括:FeSO4·7H2O 1500mg/L、H3BO3 150mg/L、CuSO4·5H2O 30mg/L、MnCl2·4H2O 120mg/L、EDTA 40mg/L、Na2MoO4·2H2O 60mg/L、ZnSO4·7H2O 120mg/L、CoCl2·6H2O 150mg/L。
本发明的有益效果在于,
与传统脱氮装置及工艺相比,本发明提供的脱氮装置及方法通过控制溶解氧含量,实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的同步脱氮,可明显提高污水的脱氮效率;
为防止好氧池中过高溶解氧抑制缺氧池传统反硝化和厌氧氨氧化的进行,本发明将缺氧池设置在前段,通过内回流的方式减少水体中携带的溶解氧含量,保证各脱氮反应的正常进行,提高脱氮效率;
该种污水处理方式,无需额外投加碳源,污水处理成本大幅度下降;污泥产率低,污泥处理处置费用下降,经济效益显著;可降低曝气量和二氧化碳的排放量,环境效益显著,具有极高的实用价值。
与单纯的短程硝化与厌氧氨氧化相比,该工艺将硝化反硝化和厌氧氨氧化两种脱氮技术进行了有机结合,可大幅度提高低C/N比污水的脱氮效率;电加热丝装置及溶解氧控制系统的存在可保证短程硝化和厌氧氨氧化反应正常有序进行,出水水质稳定,受环境影响小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化脱氮装置的结构示意图;
图中,1-缺氧池I段,2-缺氧池II段,3-好氧池I段,4-好氧池II段,5-亚硝态氮回流管路,6-硝态氮回流管路,7-搅拌器,8-曝气盘,9-电加热丝。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,包括依次管路连通的缺氧池I段1、缺氧池II段2、好氧池I段3和好氧池II段4;
好氧池I段3和缺氧池II段2之间设有亚硝态氮回流管路5;
好氧池II段4和缺氧池I段1之间设有硝态氮回流管路6;
缺氧池I段1和缺氧池II段2内部设有搅拌器7;
好氧池I段3和好氧池II段4内部设有曝气盘8。
一种利用该装置同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,采用短程硝化-厌氧氨氧化+硝化反硝化的组合工艺对污水进行处理,包括以下步骤:
S1:污水从上一反应单元旋流沉砂池流出后经进水口进入缺氧池I段1,水力停留时间4h,在缺氧条件下反硝化菌利用缺氧池I段1进水中碳源将回流的硝态氮还原为氮气;
S2:缺氧池I段1中的泥水混合物经出水口流至缺氧池II段2,水力停留时间4h,pH值在7.2~8.4之间,在厌氧氨氧化菌作用下,氨氮与回流的亚硝态氮在缺氧池II段2中发生厌氧氨氧化反应,生成氮气和少量硝态氮;
S3:缺氧池II段2中的泥水混合物经出水口流至好氧池I段3,水力停留时间9h,进行短程硝化反应,污水中50%的氨氮可被氨氧化菌直接氧化生成亚硝态氮,并使反应维持在亚硝态氮积累阶段,不进行亚硝态氮向硝态氮的转化;
S4:好氧池I段3中的泥水混合物一部分通过亚硝态氮回流管路5回流至缺氧池II段2的入水口;
另一部分通过出水口流至好氧池II段4,水力停留时间9h,在氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的作用下,污水中99%的氨氮和100%的亚硝态氮被氧化为硝态氮;
S5:好氧池II段4中的泥水混合物一部分通过硝态氮回流管路6回流至缺氧池I段1的入水口;
另一部分通过出水口流至下一反应单元。
实施例2
在实施例1的基础上,一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,
缺氧池I段1和缺氧池II段2内部接种市政污水处理厂缺氧池混合污泥,污泥浓度为2.5~3.5g/L,缺氧池混合污泥中含有第一类功能性菌群,所述第一类功能性菌群包括反硝化菌和厌氧氨氧化菌;
好氧池I段3和好氧池II段4内部接种市政污水处理厂好氧池混合污泥,污泥浓度为2.5~3.5g/L,好氧池混合污泥中含有第二类功能性菌群,所述第二类功能性菌群包括氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌;
缺氧池II段2和好氧池I段3设有电热丝9。
一种利用该装置同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,采用短程硝化-厌氧氨氧化+硝化反硝化的组合工艺对污水进行处理,包括以下步骤:
S1:污水从上一反应单元旋流沉砂池流出后经进水口进入缺氧池I段1,水力停留时间4h,在缺氧条件下反硝化菌利用缺氧池I段1进水中的碳源将回流的硝态氮还原为氮气;
S2:缺氧池I段1中的泥水混合物通过出水口流至缺氧池II段2,缺氧池II段2中电热丝加热到35℃,水力停留时间4h,pH值在7.2~8.4之间,在厌氧氨氧化菌作用下,氨氮与回流的亚硝态氮在缺氧池II段2中发生厌氧氨氧化反应,生成氮气和少量硝态氮;
通过人工配水方式对缺氧池II段2中的厌氧氨氧化菌进行培养和富集,所述人工配水的组分包括:
MgSO4·7H2O 304mg/L、KCl 108mg/L、NH4 +-N 80mg/L、NO2 --N 10mg/L、KH2PO4 48mg/L、微量元素水溶液1mL/L;
微量元素水溶液包括:FeSO4·7H2O 1500mg/L、H3BO3 150mg/L、CuSO4·5H2O 30mg/L、MnCl2·4H2O 120mg/L、EDTA 40mg/L、Na2MoO4·2H2O 60mg/L、ZnSO4·7H2O 120mg/L、CoCl2·6H2O 150mg/L;
S3:缺氧池II段2中的泥水混合物通过出水口流至好氧池I段3,好氧池I段3中电热丝加热到30℃,好氧池I段3的溶解氧含量为0.5mg/L,水力停留时间9h,进行短程硝化反应,污水中50%的氨氮可被氨氧化菌直接氧化生成亚硝态氮,并使反应维持在亚硝态氮积累阶段,不进行亚硝态氮向硝态氮的转化;
S4:好氧池I段3中的泥水混合物一部分通过亚硝态氮回流管路5回流至缺氧池II段2的入水口,亚硝态氮回流比为200%;
另一部分通过出水口流至好氧池II段4,好氧池II段4的溶解氧含量为2mg/L,水力停留时间9h,在氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的作用下,污水中99%的氨氮和100%的亚硝态氮被氧化为硝态氮;
S5:好氧池II段4中的泥水混合物一部分通过硝态氮回流管路6回流至缺氧池I段1的入水口,硝态氮回流比为100%;
另一部分通过出水口流至下一反应单元。
生产例1
济南市某垃圾渗滤液污水处理厂,其原水经过常规格栅、旋流沉砂池等预处理后,水质指标为:COD:4000mg/L、氨氮:1468mg/L、硝态氮:0.2mg/L、亚硝态氮:0、总氮:1500mg/L,出水进入实施例2所述脱氮装置;
S1:控制缺氧池I段1溶解氧含量为0mg/L,水力停留时间4h,缺氧池I段1内的反硝化菌可利用进水中碳源,将好氧池II段4回流的硝态氮还原为氮气;
缺氧池1段出水中氨氮为879mg/L、亚硝态氮为0.9mg/L、硝态氮为2.7mg/L、总氮为910mg/L、COD为3423mg/L;
S2:缺氧池I段1出水进入缺氧池II段2,控制缺氧池II段2溶解氧含量为0,水力停留时间4h,pH在7.2~8.4之间,温度为35℃,缺氧池II段2中厌氧氨氧化菌以进水中氨氮为电子供体,以好氧池I段3回流的亚硝态氮为电子受体,发生厌氧氨氧化反应;
缺氧池II段2出水中氨氮为38mg/L、亚硝态氮为0.9mg/L、硝态氮为1.5mg/L、总氮为42mg/L、COD为1315mg/L;
S3:缺氧池II段2出水进入好氧池I段3,控制好氧池I段3溶解氧含量为0.5mg/L,水力停留时间9h,pH在8.0~9.0之间,温度为30℃,该反应条件会促进氨氧化细菌的生长,抑制亚硝酸盐氧化菌的活性,氨氧化细菌可将进水中的氨氮直接氧化为亚硝态氮,完成短程硝化反应,为缺氧池II段2中厌氧氨氧化反应的进行提供本体物质;
好氧池I段3出水中氨氮为23mg/L、亚硝态氮为5.4mg/L、硝态氮为5.7mg/L、总氮为38mg/L、COD为1258mg/L;
S4:含有部分氨氮和亚硝态氮的好氧池I段3出水进入好氧池II段4,控制好氧池II段4溶解氧含量为2mg/L,水力停留时间9h,将上一反应单元中剩余的氨氮和亚硝态氮全部转化为硝态氮,既可降低亚硝态氮对活性污泥的毒害作用,又可为缺氧池I段1反硝化的进行提供充足的反应底物;
好氧池II段4出水中氨氮为0.3mg/L、亚硝态氮为0.1mg/L、硝态氮为30mg/L、总氮为35mg/L、COD为1219mg/L;
S5:好氧池II段4出水一部分回流至缺氧池I段,另一部分流至下一反应单元进行后续处理。
垃圾渗滤液经过本发明的一体化脱氮装置后总氮去除率可达97.6%,污染物去除效果好,脱氮效率明显提高。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述,但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下,本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换,而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,其特征在于,包括依次管路连通的缺氧池I段(1)、缺氧池II段(2)、好氧池I段(3)和好氧池II段(4);
所述好氧池I段(3)和缺氧池II段(2)之间设有亚硝态氮回流管路(5);
所述好氧池II段(4)和缺氧池I段(1)之间设有硝态氮回流管路(6);
所述缺氧池I段(1)和缺氧池II段(2)内部设有搅拌器(7);
所述好氧池I段(3)和好氧池II段(4)内部设有曝气盘(8)。
2.如权利要求1所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,其特征在于,所述缺氧池I段(1)和缺氧池II段(2)内部接种缺氧池混合污泥,污泥浓度为2.5~3.5g/L;
所述好氧池I段(3)和好氧池II段(4)内部接种好氧池混合污泥,污泥浓度为2.5~3.5g/L。
3.如权利要求2所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,其特征在于,所述缺氧池混合污泥中含有第一类功能性菌群,所述第一类功能性菌群包括反硝化菌和厌氧氨氧化菌。
4.如权利要求2所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,其特征在于,所述好氧池混合污泥中含有第二类功能性菌群,所述第二类功能性菌群包括氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌。
5.如权利要求1所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮装置,其特征在于,所述缺氧池II段(2)和好氧池I段(3)设有电热丝(9)。
6.一种利用权利要求1所述装置同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,其特征在于,采用短程硝化-厌氧氨氧化+硝化反硝化的组合工艺对污水进行处理,所述方法包括以下步骤:
S1:污水从上一反应单元旋流沉砂池出水后通过进水口进入缺氧池I段(1),水力停留时间4h,在缺氧条件下反硝化菌利用缺氧池I段(1)进水中的碳源将回流的硝态氮还原为氮气;
S2:缺氧池I段(1)中的泥水混合物通过出水口流至缺氧池II段(2),水力停留时间4h,pH值在7.2~8.4之间,在厌氧氨氧化菌作用下,氨氮与回流的亚硝态氮在缺氧池II段(2)中发生厌氧氨氧化反应,生成氮气和少量硝态氮;
S3:缺氧池II段(2)中的泥水混合物通过出水口流至好氧池I段(3),水力停留时间9h,进行短程硝化反应;
S4:好氧池I段(3)中的泥水混合物一部分通过亚硝态氮回流管路(5)回流至缺氧池II段(2)的入水口;
另一部分通过出水口流至好氧池II段(4),水力停留时间9h,在氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的共同作用下,污水中99%的氨氮和100%的亚硝态氮被氧化为硝态氮;
S5:好氧池II段(4)中的泥水混合物一部分通过硝态氮回流管路(6)回流至缺氧池I段(1)的入水口;
另一部分通过出水口流至下一反应单元。
7.如权利要求6所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,其特征在于,所述缺氧池II段(2)中电热丝加热到35℃,所述好氧池I段(3)中电热丝加热到30℃。
8.如权利要求6所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,其特征在于,所述好氧池I段(3)中的溶解氧含量为0.5mg/L;
所述好氧池II段(4)中的溶解氧含量为2mg/L。
9.如权利要求6所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,其特征在于,所述步骤S4中亚硝态氮的回流比为200%;
所述步骤S5中硝态氮的回流比为100%。
10.如权利要求6所述的一种同步实现硝化反硝化和厌氧氨氧化的脱氮方法,其特征在于,通过人工配水方式对缺氧池II段(2)中的厌氧氨氧化菌进行培养和富集,所述人工配水的组分包括:
MgSO4·7H2O 304mg/L、KCl 108mg/L、NH4 +-N 80mg/L、NO2 --N 10mg/L、KH2PO4 48mg/L、微量元素水溶液1mL/L,其中,
所述微量元素水溶液包括:FeSO4·7H2O 1500mg/L、H3BO3 150mg/L、CuSO4·5H2O 30mg/L、MnCl2·4H2O 120mg/L、EDTA 40mg/L、Na2MoO4·2H2O 60mg/L、ZnSO4·7H2O 120mg/L、CoCl2·6H2O 150mg/L。
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