CN115594383A - 一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废弃物处理与处置领域,提供了一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法:(1)复配表面活性剂制备表面活性剂溶液,(2)对表面活性剂溶液加压,用T形管气液聚焦法制备空气‑氦气混合气核微气泡清洗液,(3)加入阳离子聚丙烯酰胺桥连改性微气泡,(4)超声场联合超离心场清洗含油污泥,(5)固液分离及油水分离,清洗液回用;所述改性微气泡粒径0.5~30μm、比表面积大、空气与氦气混合内核强化对油的剥离作用;本发明清洗液气含率高、表面活性剂用量少;超声场耦合超重力场,结合改性微气泡清洗液增溶、降低油水界面张力、润湿固相功能,洗油效率高,清洗时间短,实现含油污泥快速高效清洗,具有良好应用前景。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理与处置领域,具体涉及一种改性微气泡清洗液制备方法及应用,用于去除污染固相中的有机物,尤其在含油污泥的应用。
背景技术
含油污泥主要产生于石油开采、运输及加工过程中,具有成分复杂、恶臭、悬浮物多且分离难度大、挥发烃类存在着火爆炸风险等特点。含油污泥中含有大量致畸、致突变等有毒有害物质,因此被列入《国家危险废物名录》含油污泥产量高、性质复杂、污染大、分离难度大,对其进行有效处理已成为固体废弃物处理与处置领域重要难题。
国内外处理处置含油污泥的主要方法为物化法和生物法等。物化法主要包括表面活性剂化学清洗技术,其原理是通过表面活性剂乳化、降低界面张力作用,将油类物质从含油污泥转移至液相。但表面活性剂清洗存在清洗速度慢、清洗时间长、清洗温度高、表面活性剂用量大、成本高等问题。专利文献CN 114804558A公布了一种含油污泥淋洗剂及其制备方法和使用方法,利用多种表面活性剂复合制备淋洗剂,该淋洗剂可将石油类残留量低至3000mg/kg,但表面活性剂用量最高可达7wt%,处理成本高,且须在40~90℃高温下清洗,能源消耗大,清洗时间长达30~120min,清洗效率低,且未考虑清洗液和油类物质回收问题,有鉴于此,本发明提供了一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法。
发明内容
本发明采用加压溶气、T型管气流-液流聚焦法制备的改性微气泡清洗液,通过控制气流和液流加压压力、T型管气流入口和混合流出口分布板孔径,慢速搅拌控制微气泡清洗液产生时的水力条件,制备气含率高、改性微气泡粒径小、表面活性剂用量低、清洗效率高的微气泡清洗液,使表面活性剂分子在微气泡表面自组装成双层表面活性剂分子结构,该结构可维持气泡在50min内不发生破裂和团聚,使清洗液更稳定;使用加压溶气-T型管气流液流聚焦法制备的改性微气泡清洗液,改性微气泡内核为空气和氦气的混合气体,在PAM桥连作用下,改性微气泡具备更大的剥离作用,更易将油从油泥上分离,在常温条件下具有优秀清洗效果,降低清洗成本;超声场联合超重力场可强化油的剥离过程,使用本发明清洗液可在15min内完成清洗,且固相残油率低。
技术难点
(1)清洗液表面活性剂用量大,成本高。
(2)微气泡粒径小、表面能大,易团聚成大气泡。
(3)油泥清洗时间长,且需要较高的清洗温度,清洗效率低。
技术方案
本发明的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法技术方案为:
(1)对复配表面活性剂溶液加压,控制加压压力及氦气压力,使用T形管气流-液流聚焦法,制备空气-氦气混合气核微气泡清洗液;
(2)控制搅拌强度,向(1)中微气泡清洗液加入一定量特定分子量的阳离子聚丙烯酰胺,桥连改性微气泡,制得气含率高、气泡粒径小、均一稳定、除油效果好、表面活性剂用量少的改性微气泡清洗液;
(3)调控超声场、超重力场运行强度、时间,将步骤(2)制备的清洗液应用于含油污泥清洗,实现含油污泥的高效清洗;
(4)清洗完成后,固液分离,液相转移至容器中加入破乳剂,控制容器水平振动振幅、强度、时间,促进改性微气泡破裂,加速油水分层,油类物质回收,清洗液循环利用。
本发明创新性在于,通过调控气液流压力、调节水力参数,采用加压溶气-T型管气流液流聚焦法制备了粒径0.5~30μm的空气-氦气混合气核改性微气泡清洗液,气泡达到纳米级别且不发生团聚,清洗液气含率高,有效降低表面活性剂用量,本发明清洗液通过降低油水界面张力、润湿固相、增溶作用,促进油类物质转移至清洗液中,空气-氦气混合气核可加强改性微气泡对油类物质的剥离作用,除油率高;常温条件下,超声场耦合超重力场,通过控制超声场、超重力场的运行强度、运行时间、循环次数,强化清洗液对油的剥离作用,加快油类物质与油泥分离效率,可快速洗脱含油污泥中的有机污染物,清洗时间短且除油率高,采用本发明清洗液处理储油罐底泥,清洗5min后除油率高达80.2%。本发明提供了一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,结合以下步骤,创新性分析如下:
(1)表面活性剂复配比例,十二烷基苯磺酸钠(SDBS):吐温80(T-80)=1:1~5:2,以表面活性剂总浓度1.0~2.2wt%制备表面活性剂溶液待用。
所述步骤(1)选用十二烷基苯磺酸钠与吐温80=1:1~5:2复配,十二烷基苯磺酸钠为阴离子型表面活性剂,不会吸附在带负电的油泥上,起泡性能好,产生改性微气泡数量多,清洗液气含率高;SDBS与非离子型表面活性剂吐温80 复配,可降低改性微气泡外壳上的负电荷密度,使表面活性剂在外壳上排列更加致密,制得改行微气泡与油类物质结合能力强,吐温80起泡量少,占比不超过50%。
(2)采用加压溶气-T形管气液聚焦法制备空气-氦气混合气核改性微气泡。对表面活性剂溶液加压溶气(空气),溶气压力0.2~0.8MPa;T型管两进一出,T型管一口进加压表面活性剂溶液,另一口安装有孔径50~300μm的分布板,进加压氦气,压力0.3~0.9MPa,T型管减压出水口安装有10~50μm的分布板,通过常压释放制备粒径0.5~30μm的改性微气泡。
所述步骤(2),所述T型管气液聚焦法,将射流氦气聚焦于加压表面活性剂溶液,在流体交汇处,加压溶液撕裂氦气气流形成微气泡,混合流体通过减压阀,微气泡与溶出空气混合,形成混合微气泡,在慢速搅拌条件下,表面活性剂自组装排列在气泡表面,形成微纳米级改性微气泡;氦气压力应大于等于加压表面活性剂溶液压力,压差处于0.01~0.1MPa之间,保证氦气能进入表面活性剂溶液中,且不发生倒吸。所述改性微气泡内核由空气与氦气混合气体组成,外壳排列三层致密表面活性剂,改性微气泡粒径0.5~30μm,外壳厚度为半径的50%。本方法制的改性微气泡粒径达到微米级,粒径较小且均匀一致。本专利制备改性微气泡粒径较小,比表面积大且微气泡之间不聚合,外壳吸附表面活性剂总量大,清洗液气含率高,表面活性剂用量少,分散性好,可对油泥进行高效清洗。
(3)转速20~300r/min,搅拌2~5min,加入0.01~0.5wt%300~1000万阳离子聚丙烯酰胺,使部分改性微气泡桥连,制得改性微气泡清洗液待用。
所述步骤(3)中,阳离子聚丙烯酰胺通过静电力、吸附、分子间作用力桥连多个微气泡,投加量0.01~0.5wt%,投加过多阳离子PAM吸附在油泥上,引入新污染物,投加太少改性微气泡间桥连作用较弱。
(4)清洗液从反应器底部进入,流量0.5~50L/min,油泥或破碎土壤从反应器顶部进样,进样量0.1~50kg/min,液固比2:1~10:1,进样时间5~10min。超声场耦合超重力场强化化学清洗,超声频率30000~50000Hz、功率密度60~300W/L,控制超重力场超重力系数G=300~800,超重力场循环运转,运行、停止时间分别为5~10s、5~20s,循环6~30次,清洗5~15min后转移至固液分离器。
所述步骤(4),清洗体系pH=7~14,碱性条件促进部分油类物质溶解,强化改性微气泡洗油效果;超重力场间歇运行利于油泥与清洗液充分混合;在超声场耦合超重力场中,利用超声热效应降低油类物质粘度,改性微气泡和油泥在体系中均匀分布,增加改性微气泡与油泥碰撞概率;超重力场产生水力剪切,强化油与固相剥离,超重力场还可以实现固液两相快速分离;所述清洗过程,空气-氦气气核改性微气泡浮力大,耦合超重力场,能加快油从油泥-油-微气泡复合体剥离成油泥、油-气泡,脱油效率高,清洗时间短。
(5)静置固液分离器1~3min,待上清液完全澄清,将油泥与清洗液分离。上清液过滤后转移至容器中,加入0.02~1wt%聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚破乳,控制容器水平振动振幅A=0.1~20mm、振动频率f=20~200Hz,震荡2~5min,离心3~5min、转速800~2000r/min,油水分离,分离后油回收利用,清洗液补充适量表面活性剂回流加压,重新制备微气泡清洗液,循环使用。
所述步骤(5),控制盛装清洗液容器水平振动振幅A=0.1~20mm、振动频率f=20~200Hz,改性微气泡在此条件下不稳定,发生破裂,油类物质释放出来,液相离心后分别回收油与清洗液;回收清洗液调节pH=7~14,循环至步骤(2),用于制备改性微气泡清洗液。
本发明提供了一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,包括以下步骤:对SDBS与T-80复配表面活性剂溶液加压溶气,采用T形管气液流聚焦法制备空气与氦气混合内核的改性微气泡清洗液,加入高分子阳离子PAM桥联改性微气泡,混合含油污泥与改性微气泡清洗液,采用超声场耦合超重力场清洗含油污泥,两相分离,上清液中加聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚,振动上清液破乳、破微气泡,回收清洗液及油类物质。
与现有发明相比,本发明具有以下增益效果。
本发明采用T形管气液流聚焦法制备改性微气泡清洗液,在性微气泡溶液中加入高分子阳离子PAM桥连,在超声场耦合超重力场条件下,以改性微气泡清洗液为清洗剂,对含油污泥进行洗脱。
一方面T形管气液流聚焦法分两步分别加入空气和氦气,提高含气量,制备的改性微气泡清洗液气含率高、表面活性剂用量少,溶液中改性微气泡粒径小、比表面积大、外壳能吸附更多表面活性剂分子,改性微气泡具有降低油水界面张力、润湿固相、增溶作用,促进油类物质转移至清洗液中,脱油率高;与普通表面活性剂溶液相比,改性微气泡与含油污泥中的油类物质产生结合力更强,大量微气泡与油结合,空气与氦气混合内核浮力大于空气微气泡,强化改性微气泡对油的剥离作用,进一步提高脱油率,降低清洗时间,加快脱油效率。
另一方面,在超声场耦合超重力场条件下清洗,超重力场水力剪切作用加快油与固相分离,超重力场离心作用和强化改性微气泡对油从固相上剥离作用,实现固相与油-改性微气泡复合体快速高效分离,降低清洗时间,提高脱油率;超声使体系中油泥与微气泡均匀分布,提高清洗效果,超声热效应降低污油粘度,增加微气泡与油泥碰撞概率,提高清洗效率;在空气-氦气混合气核高浮力作用下,超声场耦合超重力场,结合改性微气泡增溶、降低油水界面张力、润湿固相、剥离特性,除油效率高,清洗时间短,在常温条件下实现含油污泥快速高效清洗。
同时,对清洗上清液破乳、破改性微气泡,释放油类物质,油水分离,油类物质资源化利用,清洗液循环使用,节约表面活性剂,清洗成本低,具有良好应用前景。
附图说明
图1为本发明中改性微气泡清洗液清洗含油污泥流程。
图2为本发明中改性微气泡清洗液强化油泥清洗机理图:(a)普通改性气泡清洗油泥机理;(b)本发明改性微气泡清洗油泥机理。
图3为本发明T型管结构图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明,但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1
本实例针对一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗储油罐底泥的方法。原油四组分含量(参照SH/T0509-92(98)测定)为饱和分41.36%,芳香分38.98%,胶质11.35%,沥青8.31%,含油污泥三组成为含水率48.96%,含固率40.39%,含油率10.65%。
(1)以复配比例十二烷基苯磺酸钠(SDBS):吐温80(T-80)=1:1,表面活性剂总浓度1.0wt%,制备表面活性剂溶液。
(2)采用加压溶气-T形管气液聚焦法制备空气-氦气混合气核改性微气泡。对表面活性剂溶液加压溶气(空气),溶气压力0.2MPa;T型管两进一出,T型管一口进加压表面活性剂溶液,另一口安装有孔径50μm的分布板,进加压氦气,压力0.3MPa,T形管减压出水口安装有10μm的分布板,通过常压释放制备改性微气泡清洗液。
(3)转速20r/min,搅拌2min,加入0.01wt%300万阳离子聚丙烯酰胺,使部分改性微气泡桥连,制得改性微气泡清洗液待用。
(4)清洗液从反应器底部进入,流量0.5L/min,油泥从反应器顶部进样,进样量0.25kg/min,液固比2:1,进样时间5min,调节pH=7。超声场耦合超重力场强化化学清洗,超声频率强度30000Hz、60W/L,超重力场超重力系数G=300,超重力场循环运转,运行、停止时间为5、5,循环6次,清洗5min后转移至固液分离器。
(5)静置固液分离器1min,待上清液完全澄清,将油泥与清洗液分离。上清液过滤后转移至容器中,加入0.02wt%聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚破乳,控制容器水平振动振幅A=0.1mm、振动频率f=20Hz,震荡2min,改性微气泡完全破裂后,离心3min、转速800r/min,油水分离,油类物质回收,清洗液补充适量表面活性剂回流加压,调节pH=7,重新制备微气泡清洗液,循环使用。
以吐温80和十二烷基苯磺酸钠清洗液为对比,本发明清洗液处理储油罐底泥5、8、15min脱油率如表1所示。
表1不同清洗液对含油污泥清洗效果
实施例2
本实例针对一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗新疆某油田落地油泥的方法。原油四组分含量(参照SH/T0509-92(98)测定)为饱和分37.15%,芳香分32.71%,胶质16.57%,沥青13.57%,含油污泥三组成为含水率28.31%,含固率43.12%,含油率28.57%。
(1)表面活性剂溶液制备,复配比例十二烷基苯磺酸钠(SDBS):吐温80(T-80)=5:2,表面活性剂总浓度2.2wt%。
(2)采用加压溶气-T形管气液聚焦法制备空气-氦气混合气核改性微气泡。对表面活性剂溶液加压溶气(空气),溶气压力0.8MPa;T型管两进一出,T型管一口进加压表面活性剂溶液,另一口安装有孔径300μm的分布板,进加压氦气,压力0.9MPa,T形管减压出水口安装有50μm的分布板,通过常压释放制备改性微气泡清洗液。
(3)转速300r/min,搅拌5min,加入分子量1000万阳离子聚丙烯酰胺0.5wt%,使部分改性微气泡桥连,制得改性微气泡清洗液待用。
(4)清洗液从反应器底部进入,流量50L/min,油泥从反应器顶部进样,进样量5kg/min,液固比10:1,进样时间10min,调节pH=14。超声场耦合超重力场强化化学清洗,超声频率强度50000Hz、300W/L,超重力场超重力系数G=800,超重力场循环运转,运行、停止时间为10s、20s,循环30次,清洗15min后转移至固液分离器。
(5)静置固液分离器3min,待上清液完全澄清,将油泥与清洗液分离。上清液过滤后转移至容器中,加入1wt%聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚破乳,控制容器水平振动振幅A=20mm、振动频率f=200Hz,震荡5min,改性微气泡完全破裂后,离心5min、转速2000r/min,油水分离,油回收利用,清洗液补充适量表面活性剂回流加压,调节pH=14,重新制备微气泡清洗液,循环使用。
以吐温80和SDBS、吐温80一比一复配清洗液为对比,本发明清洗液处理新疆落地油泥5、8、15min脱油率如表2所示。
表2不同清洗液对含油污泥清洗效果
清洗液 | 清洗时间,min | 脱油率,% |
本发明清洗液 | 5 | 78.6 |
本发明清洗液 | 8 | 93.6 |
本发明清洗液 | 15 | 94.1 |
吐温80(T-80) | 5 | 24.3 |
吐温80(T-80) | 8 | 31.5 |
吐温80(T-80) | 15 | 42.9 |
SDBS:T-80=1:1 | 5 | 39.8 |
SDBS:T-80=1:1 | 8 | 47.7 |
SDBS:T-80=1:1 | 15 | 71.2 |
实施例3改性微气泡清洗液快速高效清洗新疆某油田落地油泥
本实例针对一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗新疆某油田落地油泥的方法。原油四组分含量(参照SH/T0509-92(98)测定)为饱和分37.15%,芳香分32.71%,胶质16.57%,沥青13.57%,含油污泥三组成为含水率28.31%,含固率43.12%,含油率28.57%。
(1)表面活性剂溶液制备,复配比例十二烷基苯磺酸钠(SDBS):吐温80(T-80)=2:1,表面活性剂总浓度1.5wt%。
(2)采用加压溶气-T形管气液聚焦法制备空气-氦气混合气核改性微气泡。对表面活性剂溶液加压溶气(空气),溶气压力0.6MPa;T型管两进一出,T型管一口进加压表面活性剂溶液,另一口安装有孔径80μm的分布板,进加压氦气,压力0.65MPa,T形管减压出水口安装有30μm的分布板,通过常压释放制备改性微气泡清洗液。
(3)转速150r/min,搅拌3min,加入分子量600万阳离子聚丙烯酰胺0.2wt%,使部分改性微气泡桥连,制得改性微气泡清洗液待用。
(4)清洗液从反应器底部进入,流量5L/min,油泥从反应器顶部进样,进样量2.5kg/min,液固比2:1,进样时间8min,调节pH=9。超声场耦合超重力场强化化学清洗,超声频率强度40000Hz、260W/L,超重力场超重力系数G=500,超重力场循环运转,运行、停止时间为8s、6s,循环20次,清洗7min后转移至固液分离器。
(5)静置固液分离器2min,待上清液完全澄清,将油泥与清洗液分离。上清液过滤后转移至容器中,加入0.2wt%聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚破乳,控制容器水平振动振幅A=10mm、振动频率f=100Hz,震荡3min,改性微气泡完全破裂后,离心4min、转速1000r/min,油水分离,油回收利用,清洗液补充适量表面活性剂回流加压,调节pH=9,重新制备微气泡清洗液,循环使用。
以十二烷基苯磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠、吐温80一比一复配清洗液为对比,本发明清洗液处理新疆落地油泥5、8、15min脱油率如表3所示。
表3不同清洗液对含油污泥清洗效果
清洗液 | 清洗时间,min | 脱油率,% |
本发明清洗液 | 5 | 76.3 |
本发明清洗液 | 8 | 90.2 |
本发明清洗液 | 15 | 92.6 |
十二烷基苯磺酸钠(SDBS) | 5 | 31.2 |
十二烷基苯磺酸钠(SDBS) | 8 | 38.7 |
十二烷基苯磺酸钠(SDBS) | 15 | 50.3 |
SDBS:T-80=1:1 | 5 | 39.8 |
SDBS:T-80=1:1 | 8 | 47.7 |
SDBS:T-80=1:1 | 15 | 71.2 |
由表3数据可知,采用T型管气流液流聚焦法制的改性微气泡清洗液清洗油泥的效果有了很大提升,且清洗时间短,清洗5分钟除油率可达76.3%。本发明清洗液中改性微气泡以空气-氦气为内核,增强微气泡对油的剥离作用,清洗液中加入PAM桥连改性微气泡,联合超声场和超重力场清洗,可强化油从固相中转移至液相,降低清洗时间,从而提高油泥清洗效率。
Claims (10)
1.一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,包括以下步骤:
(1)复配表面活性剂制备表面活性剂溶液;
(2)对表面活性剂溶液加压,用T形管气流-液流聚焦法制备空气-氦气混合气核微气泡清洗液;
(3)搅拌条件下,加入阳离子聚丙烯酰胺桥连改性微气泡,制得本发明改性微气泡清洗液;
(4)将步骤(3)制备的改性微气泡清洗液处理含油污泥,控制清洗固液比、进样量、进样时间、处理时间,在超声场耦合超重力场条件下,调控超声频率、功率密度、超重力系数,高效清洗处理含油污泥中油类污染物;
(5)清洗完成后,固液分离,液相破乳后油水离心分离,油类物质回收,清洗液循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(1)中表面活性剂溶液复配比例十二烷基苯磺酸钠(SDBS):吐温80(T-80)=1:1~5:2,表面活性剂总浓度1.0~2.2%wt。
3.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(2)中T型管一口进溶空气加压表面活性剂溶液,加压压力0.2~0.8MPa,另一口进加压氦气,氦气压力0.3~0.9MPa,气液经T型管混合后从减压阀出水。
4.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(2)T型管氦气进气口安装有孔径50~300μm的气流分布板,所述减压阀处安装有10~50μm的微孔板。
5.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(3)中搅拌速率、时间分别为20~300r/min、2~5min,阳离子PAM浓度及分子量分别为0.01~0.5wt%、300~1000万。
6.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(3)中改性微气泡粒径0.5~30μm,所述微气泡外壳由三层致密表面活性剂分子组成,所述改性微气泡内核由氦气和空气混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(4)中清洗条件为,清洗液从反应器底部进入,流量0.5~50L/min,油泥从反应器顶部进样,进样量0.1~50kg/min,液固比2:1~10:1,进样时间5~10min,清洗5~15min。
8.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(4)中超声场耦合超重力场,超声频率30000~50000Hz、强度60~300W/L,所述超重力场超重力系数G=300~800,超重力场循环运转,运行、停止时间分别为5~10s、5~20s,循环6~30次。
9.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(5)中清洗液及油类物质回收步骤为,固液分离后,液相转移至容器中,并加入0.02~1wt%聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚破乳,控制容器水平振动振幅A=0.1~20mm、振动频率ω=20~200Hz、震荡2~5min,离心3~5min、转速800~2000r/min,油水分离,上层油类物质回收,下层清洗液回收后循环利用。
10.根据权利要求1所述的一种改性微气泡清洗液制备及快速高效清洗含油污泥的方法,其特征在于:所述步骤(5)清洗液回用方法为,pH调节至7~14,所述清洗液回收后补充0~0.3wt%表面活性剂,重新制备微气泡清洗液,循环使用。
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