强化混凝沉淀过滤工艺去处海水中藻类的实验研究

第２卷第５期２００８年１０月

供水技术

ＷＡＴＥＲ７ＩＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１．２Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２００８

强化混凝一沉淀一砂滤工艺去除海水中藻类的试验研究

吴

洁，

程方

（天津城市建设学院环境与市政工程系，天津３００３８４）

摘要：

通过考察强化混凝中混凝剂种类及投加量、氧化性助凝剂种类及投加量、氧化时间、

ｐＨ以及水力条件等因素对海水中Ｃｈｌ．ａ、ＣＯＤＭ。去除效果的影响，确定了试验参数，并后续加入砂滤工艺考察其除藻效果。结果表明：在调节海水ｐＨ值为５—６，选用３ｍｇ／Ｌ高锰酸钾预氧化３０ｍｉｎ后，投加混凝剂聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）对Ｃｈｌ—ａ和ＣＯＤＭ。均有较佳的去除效果。强化混凝一沉淀一砂滤工艺对Ｃｈｌ—ａ平均去除率可以达到８０％以上，对ＣＯＤＭ。去除率在５０％左右，对浊度的去除

率大于９７％。

关键词：

海水；

强化混凝；砂滤；

除藻；

叶绿素ａ

文章编号：１６７３～９３５３（２００８）０５—００２５—０５

中图分类号：ＴＵ９９１．２文献标志码：Ａ

Ｓｅａｗａｔｅｒａｌｇａｅｒｅｍｏｖａｌｂｙｅｎｈａｎｃｅｄｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ—

ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ．ｓａｎｄ

ＷｕＪｉｅ，

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ

ａｎｄＭｕｎｉｃｉｐａｌ

ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ

ＣｈｅｎｇＦａｎｇ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

Ｕｒｂａｎ

Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ

ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ，ｋｉｎｄｓｏｆ

ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ

ｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈ

ａｓ

ｋｉｎｄｓ

ｏｆｃｏａｇｕｌａｎｔ

ａｎｄ

ｄｏｓａｇｅ

ｉｎｅｎｈａｎｃｅｄ

ｏｎ

ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ

ａｉｄａｎｄｄｏｓａｇｅ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎｔｉｍｅ，ｐＨａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｒｅｍｏｖａｌ

ｏｆＣｈｌ—ａａｎｄＣＯＤＭ。ｉｎｓｅａｗａｔｅｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｔｅｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｌｇａｅｒｅｍｏｖａｌｗｉｔｈｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ

ｓａｎｄ

ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｓｅａｗａｔｅｒｐＨｗａｓ

ａｄｊｕｓｔｅｄ

ｔｏ

５～６，ｓａｔｉｓｆｉｅｄｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｅｉｅｎｃｉｅｓｏｆＣｈｌ—ａａｎｄＣＯＤＭ。ｃｏｕｌｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｄｏｓａｇｅｏｆ

ｃｏａｇｕｌａｎｔ

ｒａｔｅ

ＰＡＦＣａｆｔｅｒｐｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｗｉｔｈ３ｍｇ／Ｌｐｏｔａｓｓｉｕｍ

ｏｖｅｒ

ｐｅｒｍａｎｇａｎａｔｅ

ｆｏｒ３０

ｒａｉｎ．Ｔｈｅ

ａｖｅｒａｇｅｒｅｍｏｖａｌ

ｏｆＣｈｌ－ａｃｏｕｌｄｂｅ

８０％，ＣＯＤＭ。ｒｅｍｏｖａｌ

ｗａｓ

ａｂｏｕｔ５０％ａｎｄｔｕｒｂｉｄｉｔｙｒｅｍｏｖａｌｗａｓｍｏｒｅｔｈａｎ

９７％ｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄ

ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ—ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ—ｓａｎｄ

ｓｅａｗａｔｅｒ；

ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ．

ｓａｎｄｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；

ａｌｇａｅｒｅｍｏｖａｌ；

Ｃｈｌ—ａ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｅｎｈａｎｃｅｄ

ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ；

海水净化除藻过程是海水利用的必要前提。强化混凝除藻是将水中藻类和细菌等凝聚生成致密矾花，同时去除水中的各类有机物，通常可与预氧化措施结合，其效果也会大幅度提高¨ｊ。经混凝沉淀后的处理水由于其浊度大为降低，结合过滤工艺可更有效去除海水中的微型藻。与其他除藻方法相比可

以维持原构筑物不变，具有投资省、运行费用低等优点心］，是目前符合我国国情的最优处理方法。

１试验材料与方法

１．１

原水水质

试验采用天津近岸的渤海湾表层海水，取水时间及相应的水质参数见表１，可以看出天津近岸海

基金项目：天津市建委科技发展计划项目（２００５—５１）

・２５・

第２卷第５期

供水技术

２００８年１０月

水为Ⅲ～劣Ⅳ类㈨。

一三氯化铁

＋聚合氯化铝铁

＋硫酸铝

表１水质参数

＋聚合硫酸铁＋聚合氯化铝（市售）

Ｔａｂ．１

Ｗａｔｅｒ

ｑｕａｌｉｔｙｐａｌ＇ａｍｅｔｅｒ８

取样时间

浊度／

ＣＯＤＭ。／

Ｃｌｌｌ一ａ／

水样

ＮＴＵ（ｍｇ・Ｌ。１）

（ｍｇ・Ｌ。１）

１４２００６一１０—２６３７．９５．１９２６．９３２４２００７—０３—１２６２．４６．３７５．６３３。

２００７—０３—２６１４．９３．９２６．７ｌ４。

２００７—０４—０９

２７．６３．７６８．３５５＋２００７—０４—２３

１２．３３．４５２０．４８６。

２００７一０５—２１

１７．２

４．０８

２５．８６

１．２试验方法

图１混凝剂种类及投加量对Ｃｈｌ。ａ去除率的影响

Ｆｉｇ．１

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｋｉｎｄｓｏｆ

用ＺＲ４—６型混凝试验搅拌机进行静态烧杯试ｃ饿唔岫ａｎｄ

ｄｏｓａｇｅ

ｏｎ

Ｃｈｌ－ａｒｅｍｏｖａｌ

ｒａｔｅ

验，通过检测叶绿素ａ（Ｃｈｌ－ａ）及ＣＯＤＭ。去除率的变谢产生的有机物中的酸性物质与混凝剂水解产物发化情况，研究混凝剂种类及投加量、氧化性助凝剂种生反应，生成的表面络合物附着在絮体颗粒表面，阻类和投加量、氧化时间及ｐＨ对海水藻类去除效果碍了颗粒的相互碰撞，因此必须增加混凝剂的投量的影响。在确定强化混凝各项试验条件后，采用强来补偿由于表面络合物的形成对颗粒脱稳和絮凝造化混凝一沉淀一砂滤工艺进一步考察其对海水中藻成的影响∞Ｊ。ＰＡＦＣ的试验效果要优于其他几种混类的去除效果。

凝剂。在聚合氯化铝铁中，Ａｌ（Ⅲ）羟合物与Ｆｅ砂滤柱规格为９６０×１

５００

ｍｍ，滤速为８

ｍ／ｈ，

（Ⅲ）羟合物胶团的交叉共聚生成接枝状共聚物，它滤料为石英砂，粒径为０．５—１．０ｍｍ，不均匀系数们除了比表面积增大之外还能在流体场中沿速度梯ｋ舳为１．２６，反冲洗时间为１０

ｒａｉｎ。

度定向排列，增加了在非对称部位的絮体的凝结，从ＣＯＤＭ。采用《海洋检测规范》（ＧＢ１７３７８．４—而使Ａ１一Ｆｅ共聚物对絮凝过程中的电中和脱稳凝１９９８）规定方法测定；藻类采用Ｃｈｌ—ａ法；ｐＨ采用结、吸附架桥及卷扫等作用达到协调一致，提高了混ｐＨ计直接测定。检测仪器主要为ＰＨＳ一２５型ｐＨ凝除藻的效果∞。７Ｊ。也有研究指出，虽然藻细胞具计、７５２型分光光度计、ＨＡＣＨ２１００Ｎ型浊度仪。

有生物活性，但其体积较大（一般大于２斗ｍ），因此２结果与讨论

在混凝除藻过程中，铁铝共聚物对藻细胞的作用主由于水温高于１５℃时，海水中Ｃｈｌ—ａ含量才大要为吸附一桥联作用旧Ｊ。

于１０斗ｇ／Ｌ（出现富营养化），因此试验中不考虑低混凝剂种类及投加量对ＣＯＤＭ。去除影响的试验温对强化混凝除藻的影响。

结果如图２所示。

．

２．１

强化混凝对除藻效果的影响

・三氯化铁

＋聚合氯化铝铁

＋硫酸铝

２．１．１混凝剂对除藻效果的影响

＋聚合硫酸铁＋聚合氯化铝（市售）

由于海水中缺少可作为沉降中心的大悬浮颗

粒，因而有机高分子絮凝剂对海水浊度去除效果不零

瓣佳Ｈ］。试验主要选择无机混凝剂，在铁系和铝系混篮稍

凝剂中分别选择三氯化铁（ＦｅＣｌ，）、聚合硫酸铁ｏ重

（ＰＦＳ）、硫酸铝（Ａｌ：（ＳＯ。），）、聚合氯化铝（ＰＡＣ）以ｏＵ

及聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）（Ａ１：Ｆｅ＝８：２）。

投加混凝剂后，以２００ｒ／ｍｉｎ快速搅拌１２０ｓ，然

后以６０ｒ／ｍｉｎ慢速搅拌６００Ｓ，静沉４０ｒａｉｎ后取样

测定Ｃｈｌ—ａ及ＣＯＤＭ。，结果见图１。

图２混凝剂种类及投加量对ＣＯＤＭ。去除率的影响

由图１可以看出，单纯投加混凝剂时随着投加Ｆｉｇ．２

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｋｉｎｄｓｏｆｅｏａｇｌｄａｎｔａｎｄ

量增大Ｃｈｌ．ａ的去除率有所提高，其原因是藻类代

ｄｏｓａｇｅＯＨ

ＣＯＤａ．１．ｅｌｌｌＯＶａｌ

ｒａｔｅ

・２６・

２００８年１０月吴洁，等：强化混凝一沉淀一砂滤工艺去除海水中藻类的试验研究第２卷第５期

可以看出，在低投加量时相对其他几种絮凝剂促进作用。投加较低剂量的高锰酸钾，对Ｃｈｌ．ａ的

聚合氯化铝铁对ＣＯＤＭ。的去除效果较优，当投加量

为１５ｍｇ／Ｌ时，ＣＯＤＭ。的去除率达到３５％。主要原

去除就有很大程度的提高，效果优于高铁酸钾和次

氯酸钠。这主要是因为氧化剂的氧化性能不同，以

因有两方面：第一，在ＰＡＣ中引入铁盐，可以使胶粒在脱稳的同时还促进如腐殖酸和富里酸等溶解性有机聚合物的形成；第二，由于铝盐和铁盐共聚制得的絮凝剂ＰＡＦＣ适用的ｐＨ范围比较广（ｐＨ＝４．０—１０．ｏ），试验原水ｐＨ值在６～８之问，恰好处于聚合氯化铝铁的最佳混凝ｐＨ值区域。２．１．２氧化性助凝剂对除藻效果的影响

①氧化性助凝剂种类和投加量的影响现阶段海水净化过程使用较多的氧化性助凝剂为氯和次氯酸钠等氯系氧化剂。有研究表明高铁酸钾和高锰酸钾均有除藻作用归。１引，但多用于地表淡

处理。

及生成物性质存在一定差别。在高锰酸钾作用下，微生物细胞可分泌出胞外有机物（ＥＯＭ），它起到了类似阴离子或非离子型聚电解质的作用。另外，高锰酸钾既可以与有机物直接发生氧化作用，其反应形成的新生态水合二氧化锰对微量有机污染物也具有吸附与催化作用，同时还有介稳状态中间产物的氧化作用。因此对于藻类和ＣＯＤＭ。均有较高的去除

效率。

②氧化时间的影响

当氧化剂的投加量均为３ｍｇ／Ｌ时，改变氧化剂

和混凝剂投加的时间间隔，氧化时间对Ｃｈｌ—ａ和ＣＯＤＭ。去除效果的影响见图５和图６。

采用次氯酸钠、高铁酸钾和高锰酸钾进行预氧化，投加预氧化剂慢速搅拌３０ｒａｉｎ后，投加１５

ＰＡＦＣ进行混凝，取样测定，结果见图３和图４。

ｍｇ／Ｌ

零

锝篮粕

』』Ｕ

喇

零

褂篮娟

砖

０１０’２０３０４０５０

，上

』Ｕ

氧化时间／ｒａｉｎ

图５氧化时间对Ｃｈｌ－ａ去除率的影响

Ｆｉｇ．５

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｏｘｉｄａｔｉｏｎｔｉｍｅ

Ｏｉｌ

Ｃｈｌ－ａＤ朗丑ｏｖａｌ

图３氧化剂种类及投加量对ＣＮ—ａ去除率的影响

Ｆｉｇ．３

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

Ｏｉｌ

ｋｉｎｄｓｏｆｏｘｉｄａｎｔａｎｄ

ｒａｔｅ

ｄｏｓａｇｅ

Ｃｈｌ－ａｒｅｍｏｖａｌ

图６氧化时间对ＣＯＤＭ。去除率的影响

Ｆｉｇ．６

Ｆ／ｆｌｅｅｔｏｆ

ｏｘｉｄａｔｉｏｎｌｉｍｅ

Ｏｉｌ

ＣＯＤｈｒｏｍｏｖａｌ

ｒａｔｅ

由图５、图６可以看出，以高铁酸钾和高锰酸钾作氧化剂时对Ｃｈｌ—ａ和ＣＯＤＭ。去除的影响趋势基本

图４氧化剂种类及投加量对ＣＯＤ。。去除率的影响

ｒｉｓ．４

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

０１１

一致。以高铁酸钾作为氧化剂，氧化时间在０～２０ｍｉｎ内时，Ｃｈｌ．ａ的去除率随着氧化时间的增加而增

大，超过２０ｍｉｎ以后，继续延长氧化时间，对Ｃｈｌ—ａ

ｋｉｎｄｓｏｆｏｘｉｄａｎｔａｎｄ

ｒａｔｅ

ｄｏｓａｇｅＣＯＤ‰ｉ＿ｅｍｏｖａｌ

由图３、图４可知，投加高铁酸钾、次氯酸钠和高锰酸钾对Ｃｈｌ—ａ和ＣＯＤＭ。的去除均有非常明显的

的去除没有太大的影响。而以高锰酸钾作氧化剂

时，氧化时间在２０～４０ｍｉｎ期间，Ｃｈｌ—ａ的去除率均

・２７・

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２００８年ｌＯ月

维持在一个较高水平。当以次氯酸钠作氧化剂时，氧化时间超过３０ｍｉｎ后，继续延长氧化时问，Ｃｈｌ．ａ的去除率反而出现下降趋势，但对有机物的去除率却一直处于上升状态。出现这一现象的原因可能是三种氧化剂的氧化速率不同。

２．１．３

高铁酸盐具有较强的氧化还原电位（２．２Ｖ），使水中有机物分解和破坏，并可能产生高正电多聚水解产物；最终形成的Ｆｅ（ＯＨ），胶体沉淀，使高铁酸钾还可以通过吸附和共沉的协同作用去除有机物。２．２强化混凝一沉淀一砂滤工艺的除藻效果

在调节海水ｐＨ值为５～６，选用３ｍｇ／Ｌ高锰酸钾预氧化３０ｍｉｎ后，投加混凝剂聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）对Ｃｈｌ．ａ和ＣＯＤＭ。均有较佳的去除效果。因此采用此强化混凝工艺参数，并后续砂滤工艺考察除藻、除浊和除有机物效果。试验结果如图９至

图１１所示。

ｐＨ的影响

因富营养化海水ｐＨ值较高，主要影响投加混凝剂水解产物的类型、浓度和电荷，控制金属氢氧化物沉淀在水中的溶解度以及氧化剂的氧化性等［１

５｜。

图７、图８所示分别为在投加３ｍｇ／Ｌ氧化剂和１５ＰＡＦＣ的情况下，ｐＨ对海水中藻类和ＣＯＤＭ。去除效果的影响。

ｍｇ／Ｌ

冰

冰

褂畿稍

为．盘

瓣篮悄

二ｌＵ

嘲

二Ｕ

１’

４

６

７

２。３’

∥

５。６＋

水样

ｐＨ值

图９工艺对Ｃｈｌ‘ａ的去除效果

Ｆｉｇ．９

ｒａｔｅ

图７

Ｆｉｇ．７

ｐＨ对Ｃｈｌ－ａ去除率的影响

ｏｎ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓ

ｏｎ

Ｃｈｌ—ｇｒｅｍｏｖａｌ

ＥｆｆｅｃｔｏｆｐＨ

Ｃｈｌ－ｇｒｅｍｏｖａｌ

采用该净化工艺时，沉后水中Ｃｈｌ—ａ的去除率达７５％左右，滤后水的去除率在８０％以上。Ｃｈｌ—ａ的去除效果低于静态试验结果，这可能是试验装置中的沉淀池选用的是异向流斜板沉淀池，设计中的絮体颗粒沉降速度为０．２５ｍｍ／ｓ（混凝处理沉降速度取值通常为０．３５～０．４５ｍｍ／ｓ），对于含藻海水取值仍偏大，且海水密度高于地表淡水，因此影响沉淀

渗

铸篮柏

ｏｏＵ

重

４５６７８

效果。

ｐＨ值

图８

Ｆｉｇ．７

ｐＨ对ＣＯＤＭ。去除率的影响

ｏｎ

ＥｆｆｅｃｔｏｆｐＨ

ＣＯＤｍ

ｒｅｍｏｖａｌ

ｒａｔｅ

从图７、图８可以看出，在海水强化混凝中，ｐＨ对藻类和ＣＯＤＭ。去除的影响较大。总体来看，在酸性条件下，藻类和ＣＯＤＭ。的去除率相对较高。三种氧化剂对藻类去除的最佳ｐＨ值略有不同，投加高锰酸钾的情况下，藻类去除的最佳ｐＨ值为５，去除率可达到９３％，主要由于其在酸性条件下具有较强的氧化能力，氧化还原电位较高，能够灭活藻细胞或使其分泌胞外聚合物参与混凝过程。而投加高铁酸钾时，藻类去除的最佳ｐＨ值为６，有机物去除的最佳ｐＨ值在５左右，也是由于在酸性条件下（ｐＨ＝５）

・２８・

Ｆｉｇ．１０

零、僻篮咐髓彝

∞蝤∞晒舳巧弛：８

图１０工艺对浊度的去除效果

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓ

ｏｎ

ｔｕｒｂｉｄｉｔｙｒｅｍｏｖａｌ

从图１０可以看出，强化混凝一沉淀工艺对浊度的去除率可达到９０％以上，沉后水的浊度均可小

于５ＮＴＵ；经过滤后浊度去除率达到９７％以上，浊度

２００８年１０月

吴

洁，等：强化混凝一沉淀一砂滤工艺去除海水中藻类的试验研究

第２卷第５期

小于１ＮＴＵ。可见强化混凝工艺去除了海水中绝大滤后出水浊度基本稳定在１ＮＴＵ以下，砂滤可进一步去除海水中的微型藻。经过该工艺处理后，海水浊度去除率高于９７％，ＣＯＤＭ。去除率为５０％左右，Ｃｈｌ．ａ去除率在８０％以上。参考文献：

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—３５８．

部分的致浊污染物，沉后水中的微小矾花可通过接触过滤去除。

海水的强化混凝工艺是净化流程中去除有机物的主要环节，混凝沉淀后ＣＯＤＭ。的去除率大于４０％，而常规过滤对有机物的去除效果不佳，去除率仅为２０％左右。由于混凝阶段对有机物去除率的提高，整个预处理净化海水的有机物去除率提高至

５０％以匕。

零

斛篮悄

重

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图１１工艺对ＣＯＤＭ。的去除效果

Ｆｉｇ．１１

Ｆ／ｆｌｅｅｔ

白ｏＵ

［７］胡勇有，宁寻安，周勤，等．聚合氯化铝铁的混凝性能

［Ｊ］．环境科学与技术，２００１，９４（２）：９—１１．

ｏｆｐｒｏｃｅｓｓ

ｏｎ

ＣＯＤ№ｒｅｍｏｖａｌ

３结论

①

在海水混凝试验中，聚合氯化铝铁对

ＣＯＤＭ。和Ｃｈｌ。ａ的去除效果最佳，并且随着投加量的增加而提高，对Ｃｈｌ—ａ的去除率最高可达５５％左右，充分说明了铁铝共聚物具有更好的吸附～桥联作用。

②预氧化对海水除藻作用明显。增加次氯酸钠、高锰酸钾和高铁酸钾这３种预氧化剂的投加量均可以提高藻类去除率，但由于其氧化性质及反应速率不同，所表现出的最佳氧化时间也存在一些差异。当加入３ｍｇ／Ｌ高锰酸钾预氧化３０ｍｉｎ后比单独使用１５左右。

③海水的ｐＨ对于污染物的去除影响较大。在投加氧化剂的情况下，海水ｐＨ＝５～６更有利于有机物和藻类的去除。

④根据天津近岸海水特点，应用强化混凝一沉淀一砂滤工艺进行海水净化处理。强化混凝工艺有助于后续过滤工艺对海水污染物的有效去除。砂

ｍｇ／Ｌ

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ｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍ

ｆｅｒｒａｔｅ（ＶＩ）ａ８

ａ

ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔａｎｄｃｏａｇｕｌａｎｔ

ｉｎｗａｔｅｒａｎｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒ

ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，

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作者简介：吴洁（１９８３一），女，天津市人，硕士研究生。

Ｅ－ｍａｌｌ：ａｙｕｍｉｊｉｅ＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２００８—０９—１１

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