金属卟啉仿生酶强化剩余污泥厌氧水解的减量技术研究.pdf.doc

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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流金属卟啉仿生酶强化剩余污泥厌氧水解的减量技术研究.pdf.doc.精品文档.作 者 签名 :日 期 : 朐谝陨舷嘤娇 蚰 诖 颉 薄獭 作 者 签名: 疚駗活 性 污 泥法 是 目前 世 界 上 应 用 最 为 广 泛 的 污 水生 物 处理 技 术 , 但 其最 大弊 端就是 在 运 行 过程 中 会产生 大量的 剩余 污 泥。 这 些污 泥中 饱含着 各种 污 染物 , 处理和处置 这 些污 泥是 一大难 题。 另 一方面, 采用 填埋或焚 烧 的 方法 处置 剩余 污 泥会引 起 二次 污 染问 题。 因此 , 新 生 剩余 污 泥的

2、减量化 及 资 源化 研究成为 国 际 新 趋势。解 决 这 个问 题的 根 本 途 径 是 从 源头 上 最 大限 度地减少 剩余 污 泥的 产率 , 即 剩余 污泥减量技 术 。 水解 是 污 泥厌氧 消化 的 限 速 步 骤, 强 化 污 泥水解 是 污 泥减量化 的 重要 基 础 和前 提。 与 物 理 法 、 化 学法 相 比 , 生 物 法 中 的 外加酶 污 泥减量技 术 不仅 可以缩 短 消化 时 间 , 改 善 污 泥的 消化 性 能 , 而 且易 控制 , 经 济高 效 , 对 环境 无污 染副 作 用 。 但 外加酶 法 也 存 在 不易 回收 , 易 失活 等 缺 点,

3、 因此 , 模 拟 酶 污 泥减量技术 开 始 受 到 关 注。所谓 模 拟 酶 污 泥减量技 术 , 就是 将 与 生 物 酶 具有 相 似 催 化 作 用 和选择 性 的 化合 物 应 用 于污 泥厌氧 水解 过程 , 以实 现污 泥的 减量化 。 金属 卟 啉 类化 合 物 模 拟 细胞 色 素 单加氧 酶 在 催 化 氧 化 方面的 研究已 受 到 广 泛 的 关 注, 是 仿 生 化 学领域非 常 吸 引 人的 工 作 之 一。 本 文 对 金属 铁 卟 啉 作 为 细 胞 色 素 单加氧 酶 的 仿生 酶 强 化 污 泥厌氧 水解 , 实 现污 泥减量化 作 了 深 入 的 探 讨

4、 。下, 和 史直鸫 涌 瞻 鬃 橹 械 和 黾 拥搅 和 琋 籒 浓 度和还原糖 浓 度与 空白 组 相 比 分 别增 加了 。对 合 成的 固 定化 仿 生 催 化 剂进行 了 循环试 验 , 经 过五次 重 复 使 用 后 , 、 省 籒 浓 度和还原糖 浓 度这 四项 参 数指 标 只有 略 微的 减小, 说明该仿 生 催 化 剂的 催 化 性 能 在 使 用 多 次 后 并 无明显 变 化 。关 键词: 剩余 污 泥减量; 厌氧 水解 ; 金属 铁 卟 啉 ; 仿 生 酶金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 瓹 瑃 甅 琲 痵 琺 猼 籥 】

5、 現 甎 琕 琧 、 穘 甌 籄 材料 与 方法 本 章 小结 结果 与 讨 论 值 对 的 影响 一 值 对 还原糖 溶 出 的 影响 一纳 米 粒 子 膞 射 线 衍 射 图 谱 图 图 对 的 影响 图 图 对 还原糖 浓 度的 影响 金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究随 着 环境 污 染物 排 放标 准 的 日 趋严 格以及金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究剩余 污 泥的 处置 途 径 有 很 多 , 因国 家 的 具体 情 况 不同 而 存 在 很 大的 差 异, 最终去 处可 分 为 污 泥无害

6、 化 和污 泥利用 , 但 这 两者 在 很 多 情 况 下是 联合 使 用 的 。 污泥无害 化 处置 有 焚 烧 和填埋。 污 泥利用 主 要 有 低 温 热解 制 油 、 制 水泥、 农用 、 提取 蛋 白 质、 做动 物 饲 料 、 制 吸 附 剂等 。 卫 生 填埋、 堆肥处理 、 焚 烧 处理 、 水体 消纳 和土地利用 是 我国 常 用 的 污 泥处置 方法 。城 镇 污 水处理 厂的 污 泥主 要 是 初 沉 池的 污 泥和剩余 活 性 污 泥, 含水率 极 高 ,金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究在 废活 性 污 泥中 , 的 含量

7、为 富含有 机物剩余 污 泥中 的 有 机物 质主 要 是 长 链的 大分 子 蛋 白 质、 脂 肪 和碳 含有 微 量营 养 元素污 泥中 含有 的 微 量元素 有 镁、 硼 、 铁 、 铜 、 锌、 钠、 钒、表 城 市污 水处理 厂污 泥的 基 本 成分污 泥减量化 的 研究背 景和理 论 基 础传 统 的 污 泥处理 主 要 以污 水处理 厂中 排 出 的 污 水污 泥作 为 对 象, 通 过采用 浓缩 、 调 理 、 脱 水、 干 化 、 焚 烧 等 处理 方法 , 使 污 泥的 含水率 降低 , 体 积 减少 , 以实 现污 泥的 减容化 。 干 化 后 的 污 泥再进行 焚 烧

8、、 卫生 填埋等 直接 的 处置 方法 或将其用 作 有 机肥料 、 制 水泥和活 性 炭 等 , 以实 现其资 源化 利用 。 但 现有 的 污 泥处理技 术 的 成本 都偏 高 , 仅 适 合 一些大型的 污 水处理 厂。 而 随 着 城 镇 污 水处理 的 普及和处理 效 率 的 提高 , 中 小型城 市污 水处理 所产生 的 污 泥量也 越 来越 多 。 剩余 污 泥的 处理 规 模 越 小, 则 单位 污 泥处理 量的 投 资 就越 高 。 因此 , 无论 是 从 技 术 还是 经济方面考 虑 , 中 小型城 市污 水处理 厂的 污 泥处理 已 经 成为 一个新 问 题。 剩余 污

9、泥减量化 技 术 就是 在 这 样的 背 景下开 始 研究和开 发 的 。金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究一、 基 于细 胞 溶 解 纸 隐 性 生 长 的 污 泥减量化 技 术活 性 污 泥法 及 向 污 水处理 系 统 中 投 加解 偶 联剂等 。图 表 示 剩余 污 泥减量化 技 术 的 分 类:鐾图 剩余 污 泥减量化 技 术 分 类物 理 方法 作 用 于某 一液 态 系 统 和金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究理 方法 的 。 热水解 污 泥的 溶 解 性 甲 蹸 的 比 率 随 温 度升高

10、与 时 间 延 长 而 增 大, 污 泥的 水解 液 中 约 有 的 为 挥 发 性 脂 肪 酸 琕 的 浓 度也 随 温 度升高 及 时 间 延 长 而 增 大, 同 时 热水解 后 污 泥的 碱度增 大使 得 后 续 处理 的 缓 冲 性 能 得 到 提高 【 】 。 因此 , 目前 的 热水解 污 泥技 术 多 用 于污 泥的 预处理 阶段 。 另 外, 利用 热水解 后 的 污 泥上 清 液 作 为 污水处理 厂的 反 硝化 碳 源的 技 术 已 经 应 用 于活 性 污 泥处理 工 艺中 【 】 。 工 艺生 长 , 从 而 能 够 减少 微 生 物 的 总表 观 产率 系 数。高

11、了 可 能 , 但 其对 出 水水质的 影响 还需 进一步 研究。 甋 】 等 通 过在 传 统 活 性在 实 际 应 用 中 , 臭 氧 氧 化 效 果 和臭 氧 的 浓 度以及 臭 氧 与 污 泥接 触 时 间 有 关 。金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 时 , 污 泥的 产量 左右, 且粒 径 分 布 更 加的 集 中 。解 偶 联就是 利用 某 些特 殊的 途 径 , 使 微 生 物 细 胞 进行 分 解 代谢, 并 把 产生 的 保 辔勰 嗟牟 课狾 。 等 【 】 研究了 果 表 明: 当 都恿 课 保 勰 嗖 考 跎 俾 试 嘉 换嵊

12、 跋 霤 在 实 际 中 应 用 中 , 解 偶 联剂的 最 大的 弱 点就是 环境 安 全 性 问 题。 大部分的 解 偶 联剂是 生 物 异源物 质, 不易 被 生 物 降解 且对 生 物 对 毒害 作 用 , 会对 水处理由于投 加量大, 费 用 较 高 , 利用 率 低 。 酶 的 种 类和剂量投 加不当 很 容易 引 起 微 生物 种 群 由厌氧 向 好 氧 种 群 诱 变 。 厌氧 系 统 中 , 微 生 物 种 群 多 样性 被 破 坏, 产甲 烷在 常 规 活 性 污 泥工 艺中 , 细 菌通 常 以菌胶 团 的 形 式 存 在 , 不容易 被 原生 动 物 酶 与 仿 生 酶

13、酶 作 用 的 底物 不同 可 分 为 淀粉酶 、 蛋 白 酶 、 脂 肪 酶 、 核 糖 核 酸酶 和纤 维 素 酶 等 。酶 作 为 一种 高 效 的 生 物 催 化 剂, 具有 以下催 化 特 性 :酶 的 化 学成分 主 要 是 蛋 白 质, 所以容易 受 到 高 温 、 强 酸、 强 碱等 条发 生 钝 化 作 用 而 失活 。 酶 催 化 反 应 的 多 样性 酶 具有 广 泛 的 催 化 底物 谱 , 其潜 在 的 催 化 底物 包 括 大部分 的 有 机化原反 应的 文 献报 道 随 着 经 济的 发 展和人类在 生 产与 生 活 中 所产生 的 环境 污 染物 质的 增 多

14、, 寻 求一些有 效 的 途 径 来处理 这 些污 染物 变 得 尤其的 迫切。 这 些污 染物 中 大部分 是 多 环芳 烃和卤 代有 机物 , 这 些物 质的 生 物 利用 率 非 常 低 , 在 化 学性 质上 属 于惰 性 物 质,从 而 成为 环境 污 染治 理 过程 中 一个非 常 大的 难 题。 酶 系 具有 十 分 广 泛 的催 化 底物 谱 和对 外源物 质特 有 的 降解 能 力 , 能 通 过环氧 化 、 脱 卤 化 氢 、 羟基 化 、脱 烷 基 化 等 作 用 对 各种 不同 结构 的 有 机物 质起 催 化 作 用 , 改 变 这 些有 机化 合 物 的化 学性 质

15、, 以达到 降低 这 些污 染物 质环境 危 害 性 的 目的 。 所以, 酶 系 在物 质燃 料 和其他含有 碳 氢 化 合 物 在 不完 全 燃 烧 或还原状态 下发 生 热解 而 形 成的 有表 明, 在 几种 金属 卟 啉 和双 氧 水组 成的 催 化 体 系 中 降解 甲 基 橙 染料 废水, 当 处理金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究在 不同 的 值 条件 下, 通 过添 加了 固 定化 催 化 剂的 实 验 组 与 空白 组 的 对 比 ,细 胞 色 素 酶 是 一种 单加氧 酶 , 其广 泛 存 在 于自 然界 中 的 不同 生 物

16、体 中 , 具有 多 种 多 样的 催 化 机制 , 能 催 化 数十 种 类型的 反 应 , 如 羟基 化 反应 、 过氧 化 反 应 以及 环氧 化 等 , 所以它 具有 极 其广 泛 的 催 化 底物 谱 。 金属 卟 啉 类化 合 物 因与 酶 的 催 化 活 性 中 心 在 结构 与 功能 上 有 很 大的 相 似 性 , 因此 金属 卟 啉 能 模 拟 单加氧 酶 实 现温 和条件 下的 催 化 行 为 。 目前 , 关 于金属 卟啉 作 为 仿 生 催 化 剂的 研究多 集 中 在 有 氧 条件 下对 分 子 氧 的 催 化 活 化 。 也 有 一些学者 将 其应 用 于降解 一

17、些难 降解 有 机物 如 木 质素 、 偶 氮染料 等 。金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究高 效 和环保 的途径 。上 海 精 密科 学仪器有 限 公 司华 南 环境 科 技 开 发 有 限 公 司上 海 精 密科 学仪器有 限 公 司上 海 和呈 仪器制 造有 限 公 司上 海 精 密科 学仪器有 限 公 司上 海 安 亭 科 学仪器厂上 海 精 宏 实 验 设 备 有 限 公 司 硫 酸亚 铁 铵溶 液 标 定 重 铬 酸钾 标 准 液 , 用 去 离子 水稀释 到 约 颜色 由黄 色 经 蓝 绿 色 至 红 褐 色 即 到 终点。式 中 :

18、蛩 嵫 翘 曜 既芤 号 ; 密封消解 法金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究式中: 空白 消耗硫 酸亚铁 铵量 ; 水样消耗硫 酸亚铁 铵量 :圪 水样体 积 ; 摩尔质量 。 氨 氮测定方法本 实 验 中 采用 纳 氏 试 剂分 光 光 度法 测氨 氮的 浓 度, 具体 方法 如 下: 去 离子 水中 , 冷 却 至 室 温 。 另 称 取 剖 崮迫苡 容量瓶中 , 稀释 至 标 线 , 容量瓶中 , 用 水稀释 至 刻度, 此 溶 液中氨 氮含量为 。 临用 前 配 制 。至 标 线 , 测定方法 同 前 , 做全 程 序空白 样测定。图 氨 氮

19、含量校 准 曲 线 固 体 有 机物 质测定方法弗 炉 内 嫦伦粕记 为 。 淙 粗 后 转 移到 干 燥器内冷 却 至 室 温 , 测其重 量 去 除 率时 间 为 钡 腡 浓 度。金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究准 确称 取 标 准 葡 聚 糖 蚱 咸烟 分 别吸取 、 、 、 、 、 、 及 及 浓 硫 酸 , 各以去 离子 水补 至 , 摇匀 冷 却 , 室 温 放置 分 钟 以后 于 甶 , 继 笸 梗 淙 粗 潦椅 隆 傻 拇 判訤 纳 米 粒 子 用 磁 铁 吸 住,去 离子 水冲 洗 危 匏 掖 汲 逑 次 , 最 后 转 移到 烧

20、 杯 里置 于真 空干 燥箱 了 水 无水乙醇 : 的 混合 溶 液 中 超 谑 椅 孪 驴焖 倬 鹊 慕 涟 在 磁 铁 帮助 下用 去 离子 水冲 洗 巍 幼 偶 尤 嫦录 绦 涟 固 定化 仿 生 催 化 剂对 污 泥厌氧 水解 的 影响 试 验金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 口 獗 砻 髟 诖 判訤 纳 米 粒 子 的 改 性 过程图 金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究图 擅 琢 、 疉 纳 米 粒 子 疐 擅 琢 的 扫 描 电 镜 图 。 和 图 擅 琢 、 疉 纳 米 粒 子 疐 擅 琢

21、的 红 外光 谱 图 ; 疉 机物 转 变 为 溶 解 性 有 机物 的 两个重 要 的 指 标 。 反 映 了 剩余 污 泥中 有机物 存 在 的 形 式 , 其比 值 越 大, 说明污 泥中 的 有 机物 主 要 以液 相 形 式 存 在 。 剩余污 泥菌胶 团 解 聚 和微 生 物 细 胞 水解 , 会导 致大量的 有 机物 质由固 态 转 变 为 液 态 ,如 胞 外聚 合 物 蠓肿拥鞍字 省 粗 尽 妓 衔锏 龋 珽 的 主 要成分 是 多 糖 和蛋 白 质, 这 些物 质释 放到 污 泥中 会导 致污 泥上 清 液 中 的 溶 解 性 化 学需 氧 量 大幅度地增 加。 试 验 中

22、 原污 泥中 的 的 初 始 值 仅 为 , 这 表 明原污 泥中 的 有 机物 质主 要 以固 体 状态 存 在 , 而 溶 解 性 的 有 机物 含量很 小。 适 且桓 龇 从 呈 辔勰 嘀 锌苫臃 怨烫逦 镏 时 浠 闹 副 辏琕 去除 率 的 增 大能 够 在 一定程 度上 表 明污 泥处理 过程 中 微 生 物 数量的 减少 , 污 泥的 稳定程 度提高 。金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 时 , 一 呐 扔 肟瞻 鬃 橄 啾 仍 黾 恿 , 而 还原糖 浓 度与化 污 泥中 一系 列 的 有 机物 质水解 。 镁 埽躣 砸 辧吣 舾金属

23、 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究体 原理 图 见图 。应的 速率 反 而 会下降。 。 籒 浓 度增 加的 非 常 明显 , 而 还原糖 的 浓 度则 变 化 较 小。 当 温 度升高 到 温 度的 升高 而 增 加, 污 泥中 难 溶 解 性 的 有 机物 在 仿 生 酶 和温 度的 共 同 作 用 下分 解图 温 度对 仿 生 催 化 剂水解 效 果 的 影响 : 去 除 率 和 ;和还原糖 的 浓 度 个不同 处理 时 长 条件 下仿 生 酶 水解 污 泥过程 中 各项与 该仿 生 催 化 剂的 催 化 氧 化 特 性 有 关 , 在 反 应 前

24、 期 金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 尽 油 贾 锌梢 钥 闯 鯪 籒 的 浓 度随 着 反 应 时 间次 重 复 实 验 , 各项 监 测指 标 的 变 化 规 律如 图 尽 谝淮 畏 从 崾 螅 琕 图 律 呋 恋 目芍馗 性金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究能 减少 污 泥处理 的 成本 。较 大的 优 势, 但 其具体 的 酸碱耐 性 需 进行 进一步 的 实 验 研究。 本 研究考 察 了 在 材料 与 方法 固 定化 仿 生 催 化 剂, 空白 组 中 不加催 化 剂。 然后 往金属 卟 啉

25、 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 结果 与 讨 论对 照组 。 在 保 琕 去 除 率 从 对 照组 的 黾 拥 , 随 着 酸碱性 保 浔 戎 捣 炊 杂 薪 档 停 。 在 碱性 条件 下, 值 随 , 榉 志 蠖 嗍 旱 绾 桑 虼 藀 祷 岫 訣 时 污 泥水解 程 度最 大。在 污 泥厌氧 水解 过程 中 不仪有 、 等 有 机物 质的 溶 出 , 同 时 也 会伴金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究为 籶 时 , 一 瘸 鱿肿钚 担 孀 偶 钚 缘脑 銮 浚 笛 樽橹 械 腘 籒 浓 度逐 渐降低 , 这图

26、 对 浓 度的 影响 值 对 还原糖 溶 出 的 影响 值 对 还原糖 的 溶 出 影响 很 大, 图 为 还原糖 浓 度随 值 的 变 化 情 况 。 旱 彼 嵝 约 绦 銮 康 絧 时 , 还时 , 还原糖 浓 度仅 从 对 照组 中 的 高艺图 对 还原糖 浓 度的 影响 本 章 小结 跫 拢 谒 嵝 詐 值 , 甇 ,金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究的 水解 效 率 高 于酸性 条件 和中 性 值 条件 。 与 此 同 时 值 能 影响 仿 生 催 化 剂的催 化 性 能 。 实 验 结果 表 明在 该固 定化 仿 生 催 化 剂在 中 性

27、 值 条件 下能 发 挥 其最大的 催 化 作 用 , 其次 是 在 碱性 条件 , 酸性 条件 下其催 化 性 能 最 差 。 虽 然强 酸和强碱能 抑 制 金属 铁 卟 啉 的 催 化 活 性 , 但 与 生 物 酶 在 强 酸强 碱条件 下完 全 失活 相 比 ,该仿 生 催 化 剂在 强 酸强 碱条件 下还是 有 一定的 催 化 能 力 。 鹗 籼 策 淘 氐 酱判訤 纳 米 粒 子 上 作 为 仿 生 催 化 剂应 用 于污 泥厌氧 水解 处理 的 实 验 操 作 条件 比 较 温 和, 对 污 水处理 设 备 的 要 求 简 单经 济, 易 于借助 磁 铁 回收 并 重 复 利用

28、, 有 一定的 酸碱耐 受 性 , 能 够 适 应 复 杂 的 污 泥处理 环境 ,从 而 降低 了 其应 用 成本 ; 同 时 , 作 为 化 学合 成的 仿 生 催 化 剂, 其来源更 广 , 容易合 成, 相 对 于天 然生 物 酶 而 言 其在 适 用 条件 和范围等 方面更 具优 势。金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究本 论 文 对 选择 金属 铁 卟 啉 作 为 仿 生 酶 在 污 泥厌氧 水解 过程 中 的 应 用 有 了 较详 细 的 研究, 初 步 探 讨 了 仿 生 酶 在 厌氧 条件 下水解 污 泥的 催 化 机理 , 但 由于

29、实 验条件 有 限 , 本 论 文 还存 在 许多 不完 善 的 地方, 需 进行 进一步 的 试 验 和验 证, 以便深 入 地研究金属 卟 啉 类化 合 物 在 厌氧 条件 下的 催 化 氧 化 机理 , 并 为 实 际 应 用 提供理 论 依据 和技 术 支 持 : 】 陈 声贵 , 许木 启 , 杨 向 萍 等 原生 动 物 在 活 性 污 泥中 的 作 用 生 态 学杂 志 , 坎苄 闱 郏 戮 龋 辔勰 嗟某 硎 匝 檠芯 浚 泄 潘 : 炕 坪 荷 耄 贸 跎 傥 鬯 形 勰 嗔浚 涤 盟 敕 纤 琹金属 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 瓼 皀 珺 : , : 【 】 王治 军 , 王伟污 泥热水解 过程 中 固 体 有 机物 的 变 化 规 律中 国 给 水排 水, : , 甒 苏 风 宜, 邢 新 会过氧 乙酸对 剩余 污 泥的 减容研究高 校 化 学工 程 学报 , 瓸 爿 , 口 , 哆 甪 黤金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 瓻 琋 甤 縎 籰 , 籶 琕 縇 狵 甁金属 卟 啉 仿 生 酶 强 化 剩余 污 泥厌氧 水解 的 减量技 术 研究 珺 甅 琋

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