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淺談印染定型機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀及方法

2022-04-08 03:55司朝兵
紡織報告 2022年3期
關(guān)鍵詞:白煙靜電廢氣

司朝兵,顧 楊,李 麗

(江蘇鷹游紡機(jī)有限公司,江蘇 連云港 222002)

通過浸軋各種染化料進(jìn)行柔軟、硬挺、拉幅、防滑等整理,定型機(jī)可以改善織物的表面特性和染色質(zhì)量。但經(jīng)過定型機(jī)烘箱高溫?zé)崽幚砗?,織物攜帶的化學(xué)劑、油脂及水分受熱揮發(fā)并隨著廢熱空氣一起排出,成為污染環(huán)境、影響人們身心健康的廢氣[1]。定型機(jī)在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值的同時,也產(chǎn)生了制約紡織業(yè)持續(xù)發(fā)展的環(huán)境污染問題,針對這些問題,國家出臺了一系列政策法規(guī)[2]。本研究在環(huán)境保護(hù)的重要性,對廢氣治理的相關(guān)技術(shù)方法及技術(shù)方向進(jìn)行簡要闡述。

我國是紡織制造大國,紡織企業(yè)主要集中在江蘇、浙江、廣東、福建和山東等沿海省份。定型機(jī)行業(yè)發(fā)展至今,產(chǎn)品數(shù)量、企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)銷量及市場保有量都得到了飛速增長,變化較大。作為紡織產(chǎn)品大省,江蘇省各類紡織品產(chǎn)量在國內(nèi)遙遙領(lǐng)先,紡織染整已然成為江蘇省揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)排放重點(diǎn)行業(yè)。

國家與省級環(huán)保主管部門要求全面加強(qiáng)對VOCs的排放控制,推進(jìn)行業(yè)綠色、高質(zhì)量發(fā)展。本研究對定型機(jī)廢氣特點(diǎn)與危害進(jìn)行分析,在總結(jié)過去治理工作取得的成績的同時,也對治理過程中存在的一些問題進(jìn)行探討,并對定型機(jī)廢氣治理的技術(shù)發(fā)展趨勢和工藝提出建議[3]。

1 定型機(jī)廢氣特點(diǎn)與危害

1.1 廢氣產(chǎn)生的原因

紡織印染的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜,企業(yè)為了讓產(chǎn)品具有更好的染色質(zhì)量,需要在產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中添加各種各樣的紡織專用化學(xué)助劑及化學(xué)溶劑。

定型機(jī)內(nèi)干熱空氣的溫度通常被控制在115~220 ℃。現(xiàn)在大多數(shù)織物的定型溫度需要控制在230 ℃左右,在其定型過程中,織物攜帶的水分、油脂、溶劑和蠟質(zhì),主要包括化纖油劑、平滑劑、抗靜電劑、乳化劑的磷酸酯、脂肪酸酯、硫酸酯和聚醚等表面活性單體和潤滑劑等有機(jī)化合物以及定型機(jī)軌道鏈條潤滑油,一起受熱揮發(fā),隨廢熱空氣一并從定型機(jī)的排濕管道經(jīng)過排風(fēng)機(jī)排入大氣中,這就是定型機(jī)廢煙氣。廢煙氣進(jìn)入大氣后,其中過飽和的水蒸氣及沸點(diǎn)較高的有機(jī)蒸汽會因外界溫度的下降而凝聚,形成水霧和煙霧。煙霧主要是由粒徑極小、黏稠的顆粒物組成。另外,廢氣中還有大量低沸點(diǎn)有機(jī)物,以蒸汽的形態(tài)繼續(xù)存在于廢煙氣中。

過飽和的水蒸氣因冷熱溫差而冷凝成白色的水汽,廢煙氣中含有油霧性的顆粒和有機(jī)蒸汽,與織物纖維、塵埃等固體顆粒一起構(gòu)成印染定型機(jī)廢氣的主要污染物。這些污染物不僅會對環(huán)境造成危害,而且會對人類的身心健康造成惡劣影響。

1.2 特點(diǎn)與危害

定型機(jī)在工作過程中,織物攜帶的水分與溶劑、油脂、蠟質(zhì)等表面活性單體和潤滑機(jī)等有機(jī)化合物以及定型機(jī)中的鏈條機(jī)油一起受熱揮發(fā)產(chǎn)生的廢氣,是一種包含氣、液、固3種形態(tài)物質(zhì)的混合流體,密度就會大于空氣密度。該流體具有溫度高、含油脂、濕度大且成分復(fù)雜等物理特性,危害主要表現(xiàn)在以下方面[4]。

1.2.1 影響居民生活環(huán)境和企業(yè)職工身體健康

定型機(jī)廢煙氣具有一定刺激性氣味,如果長期被動地吸入,容易引發(fā)當(dāng)?shù)鼐用竦暮粑兰膊?,給人們的身心健康造成極大的傷害。有不少專家學(xué)者認(rèn)為廢氣中含有多種持久性污染物質(zhì),吸附在細(xì)小的液態(tài)和固態(tài)顆粒上,這些物質(zhì)包括C22H42O4、乙二醇類化合物和多烴基類化合物以及醚類和醚類硝基吡啶類化合物[1]。這些物質(zhì)在人體中不斷積累,會影響人的生殖系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及免疫系統(tǒng),引發(fā)各種疾病,有的甚至可能導(dǎo)致細(xì)胞癌變。此外,VOCs作為定型機(jī)廢氣的重要組成部分,對人體的危害也不可輕視。最常見的如C6H6、C8H8、C7H8等,這類有機(jī)物會損害人的中樞神經(jīng)系統(tǒng),導(dǎo)致人的神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)障礙。當(dāng)空氣中的C6H6蒸汽濃度達(dá)到一定程度時,會引發(fā)急性中毒??諝庵卸喾NVOCs會同時作用于人體,進(jìn)而產(chǎn)生一定的積累效應(yīng),容易對人體的呼吸道系統(tǒng)造成重大影響,引發(fā)呼吸道疾病,當(dāng)總VOCs質(zhì)量濃度超過35 mg/m3時,則會引發(fā)昏迷、抽搐等嚴(yán)重癥狀[5]。

1.2.2 影響企業(yè)的正常運(yùn)行

定型機(jī)廢煙氣在輸送和排放過程中,會因外界溫度降低出現(xiàn)油煙顆粒的凝聚和附著現(xiàn)象。水蒸氣和油蒸氣冷凝后分別形成水霧和油霧,這些霧態(tài)物質(zhì)與廢氣中的織物纖維等固態(tài)物,同時在排放管道的內(nèi)壁上和相應(yīng)的設(shè)備上逐漸沉積形成油垢。這些油垢具有很強(qiáng)的黏稠性,管道和設(shè)備上的油垢與高溫廢氣中的油霧具有易爆易燃的特性;廢氣中織物自身的纖維在日積月累中,容易使設(shè)備中的濾網(wǎng)或填料堵塞,導(dǎo)致管道淤塞,使管道的流通阻力不斷增大,容易引發(fā)管道火災(zāi)??椢锢w維在氣流擾動狀態(tài)下會產(chǎn)生靜電,這也是導(dǎo)致定型機(jī)起火的原因之一。這些安全生產(chǎn)事故會不同程度地影響企業(yè)正常運(yùn)行。定型機(jī)廢氣中的黏稠性油垢也會造成烘箱內(nèi)的溫度不均,影響定型過程中織物的手感、色差等,易出現(xiàn)織物發(fā)粘、燒布等現(xiàn)象,給后續(xù)的染色造成很大的阻礙。

1.2.3 影響環(huán)境空氣的質(zhì)量和破壞地球生態(tài)系統(tǒng)

定型機(jī)排放廢氣,會使廠區(qū)周圍空氣的透明度和能見度降低,影響大氣環(huán)境。廢氣中的有機(jī)蒸汽和油霧煙氣是破壞臭氧層的物質(zhì)和PM2.5的重要來源,也是構(gòu)成光化學(xué)煙霧的源頭之一,會影響環(huán)境空氣的質(zhì)量和破壞地球生態(tài)系統(tǒng)。

2 治理現(xiàn)狀

2.1 取得的成效

定型機(jī)所產(chǎn)生的廢氣引起的環(huán)境污染問題,已經(jīng)引起人們的高度關(guān)注。近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,東南沿海城市針對印染定型機(jī)廢氣的專項(xiàng)治理工作已經(jīng)取得了良好的效果,空氣質(zhì)量得到了一定的改善。《江蘇省第二次全國污染源普查公報》顯示,2017年,紡織工業(yè)大氣污染物排放源總計(jì)2.26萬個,共排放揮發(fā)性有機(jī)物6.12萬t,占工業(yè)污染物排放量的8.5%,在所有行業(yè)中排名第三。如果這么多的廢油煙不做任何處理就排入大氣,將對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,對廣大人民群眾的身心健康造成巨大的損害。2021年,江蘇省編寫了地方標(biāo)準(zhǔn)《紡織染整工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》,有針對性地提出了排放標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法[6]。與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)相比,江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)自身情況進(jìn)行了進(jìn)一步的收嚴(yán)(表1)。

表1 紡織染整工業(yè)廢氣排放限值相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較

2.2 現(xiàn)存問題

目前,定型機(jī)廢氣專項(xiàng)治理雖然取得了一定的成績,但還存在很多問題。國外生產(chǎn)的廢氣處理設(shè)備普遍存在維護(hù)不便、價格昂貴、配件采購困難等缺點(diǎn),導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)普遍采用自主研發(fā)的治理方案解決廢氣問題。國內(nèi)主要采用的工藝方法包括機(jī)械凈化、濕式洗滌、靜電捕獲和焚燒凈化等單一處理工藝,也會采用水/氣熱回收-靜電除塵法和氣/氣熱回收-噴淋洗滌-靜電除塵等組合工藝。對比標(biāo)準(zhǔn)排放要求,現(xiàn)已實(shí)施的定型機(jī)廢煙氣治理路線存在的問題包括廢煙氣凈化效果差、熱能回收利用率低、機(jī)器運(yùn)行不穩(wěn)定、存在一定的安全問題等。

此外,最根本的問題還是我國現(xiàn)在對定型機(jī)排放的廢氣沒有國家統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的檢測方法,只有地標(biāo)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)規(guī)定都不同,導(dǎo)致各地的環(huán)境監(jiān)察部門只能參照地標(biāo)對定型機(jī)煙氣排放進(jìn)行評估,無法實(shí)現(xiàn)整個行業(yè)的綠色、高質(zhì)量發(fā)展,更無法實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰的目標(biāo)。

2.3 主要方法

定型機(jī)的廢氣成分復(fù)雜,廢氣處理的重點(diǎn)是減少油煙排放量,技術(shù)難點(diǎn)在于如何將油煙捕獲并降解?,F(xiàn)在常用的廢氣處理方法可以歸納為5種工藝路線。

2.3.1 機(jī)械凈化

機(jī)械凈化處理方法是處理廢氣的初級階段,主要采用除塵風(fēng)機(jī)對油煙進(jìn)行凈化沉降。除塵風(fēng)機(jī)是一種風(fēng)機(jī)的應(yīng)用型式,即離心風(fēng)機(jī)。該工藝路線應(yīng)用的除塵設(shè)備主要包括過濾器、風(fēng)機(jī)及集塵箱。帶塵空氣從塵源通過吸塵罩、風(fēng)管、進(jìn)風(fēng)口流入箱體,由于氣流的擴(kuò)散,廢煙氣的流速會減緩,顆粒大的粉末會在自重作用下,從含塵空氣中逐漸分離后沉降到抽屜中,余下塵粒由于濾芯過濾等各種物理作用,被淹留于濾芯的外壁,被處理后的廢氣再由除塵風(fēng)機(jī)經(jīng)出口排出。這種治理工藝主要依靠親油性材料對含油煙氣的過濾和吸附作用,初期效果比較明顯,但是隨著時間的推移,親油性材料吸附油煙顆粒飽和時效縮短,后期的治理效果逐漸降低,根本達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.2 氧化燃燒

定型機(jī)廢氣中的油性霧氣大多都具有可燃性,國外的公司就利用這一特性,采用焚燒方法處理定型機(jī)廢煙氣,但是整個焚燒處理過程需要借助昂貴的設(shè)備和專業(yè)人員,導(dǎo)致廢氣處理成本較高,燃燒后也易形成二次廢氣。

2.3.3 水噴淋處理

定型機(jī)產(chǎn)生的高溫廢氣進(jìn)入廢氣凈化器后,在導(dǎo)流區(qū)經(jīng)過緩流、均流、擴(kuò)散后進(jìn)入噴淋區(qū),煙氣在該區(qū)域內(nèi)與高壓水霧紊流接觸,廢氣中的纖維、塵、油性污漬及有害氣體被高壓水霧捕集后進(jìn)入凈化器底部,后經(jīng)排水口流入油水分離設(shè)備中,經(jīng)過噴淋凈化,降溫后的氣體通過噴淋區(qū)進(jìn)入脫水區(qū),凈化后的氣體最后由凈化器頂部排風(fēng)管排入大氣環(huán)境。該工藝路線具有4點(diǎn)優(yōu)勢。

(1)無需加裝引風(fēng)機(jī),利用原有的定型機(jī)排濕風(fēng)機(jī)多余的風(fēng)壓就能實(shí)現(xiàn),不會增加設(shè)備成本和使用電能成本。

(2)能夠有效保護(hù)定型機(jī)排風(fēng)管,最大限度地消除火災(zāi)隱患(該系統(tǒng)運(yùn)行后兼并定型機(jī)消防系統(tǒng))。

(3)煙氣經(jīng)過降溫以后,通過油水分離和廢油回收能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)凈化后的氣體基本能達(dá)到排放要求。

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這種單一的水噴淋處理也有一定的局限性。水噴淋處理技術(shù)對定型機(jī)生產(chǎn)的純棉織物和油劑含量較少的織物具有明顯的治理效果,但是對油劑含量較多的織物治理效果比較差(圖1)。

圖1 水噴淋處理流程

2.3.4 靜電處理

靜電處理的原理就是利用電荷的靜電吸附作用。靜電處理技術(shù)是指在靜電場作用下,使定型機(jī)廢油煙中的顆粒帶電,向集油極板移動,并從氣流中分離出來,達(dá)到凈化處理定型機(jī)廢氣的目的。需要注意的是,溫度高達(dá)170~200 ℃的油煙是無法直接進(jìn)入電場直接處理的,要經(jīng)冷卻處理后,方能進(jìn)入靜電處理設(shè)備處理。靜電處理方法中的高壓靜電法較其他靜電方法,對定型機(jī)廢氣的處理效果較為明顯。但是,高壓靜電處理設(shè)備安全運(yùn)行的重要前提是清理高壓電極污染、正確維護(hù)設(shè)備并消除安全隱患(圖2)。

圖2 靜電吸附原理

2.3.5 水噴淋+靜電處理技術(shù)

水噴淋+靜電處理技術(shù),即將定型機(jī)廢氣先通過水噴淋進(jìn)行預(yù)處理,再由高壓靜電二次凈化處理,可以成功解決靜電處理的相關(guān)問題,發(fā)揮廢氣降溫、除塵、去油污等作用(圖3)。

圖3 水噴淋結(jié)合靜電處理技術(shù)流程

(1)定型機(jī)廢氣進(jìn)入一級水噴淋裝置后,再進(jìn)入冷卻裝置,將原來的煙氣溫度降到50~60 ℃,有利于凈化器穩(wěn)定工作和廢油回收;(2)經(jīng)過冷卻后的廢氣進(jìn)入第一級和第二級電場進(jìn)行預(yù)處理;(3)進(jìn)入第一級和第二級電場預(yù)處理的廢煙氣再進(jìn)入第三板線式雙區(qū)高效凈化電場;(4)經(jīng)處理的廢氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入排空管排入大氣中。

2.4 存在的問題

(1)國內(nèi)對定型機(jī)廢氣排放沒有制定完善的標(biāo)準(zhǔn)條例,同時在檢測廢氣方面也缺乏有效的方法,無形中增加了染整定型機(jī)廢氣排放的監(jiān)管難度。

(2)與國外定型機(jī)成熟、先進(jìn)的廢氣處理工藝相比,國內(nèi)定型機(jī)在廢氣處理方面仍有不足之處,油煙凈化效果差,且火災(zāi)隱患及熱回收利用率低等問題一直存在。

3 定型機(jī)廢氣治理

3.1 檢測方法與評價標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

2021年,江蘇省編寫了地方標(biāo)準(zhǔn)《紡織染整工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿),提出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:江蘇省紡織染整企業(yè)或設(shè)施大氣污染物排放限值為顆粒物15 mg/m3、油霧10 mg/m3、NMHC 20 mg/m3、臭氧300無量綱(表2)。

表2 車間或生產(chǎn)設(shè)施大氣污染物排放質(zhì)量濃度限值

3.1.2 檢測方法

依據(jù)江蘇省《紡織染整工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿)規(guī)定的檢測方法如表3所示。

表3 大氣污染物濃度的監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以后,可降低污染物排放濃度和排放總量,有效控制紡織染整行業(yè)大氣污染物的排放,進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量,也可以指導(dǎo)相關(guān)人員進(jìn)一步研究治理工藝和完善治理設(shè)備。

3.2 廢煙氣治理的綜合工藝及深度凈化

目前,普遍采用過濾、噴淋、靜電除油除塵和換熱裝置的組合去除定型機(jī)廢氣中的顆粒物和油煙。雖然VOCs與NMHC作為廢氣排放的重點(diǎn)監(jiān)測對象,但是因定型機(jī)常規(guī)定型工藝生產(chǎn)設(shè)施排放監(jiān)測數(shù)值遠(yuǎn)低于限值,所以在廢氣處理中不設(shè)專門的處理工藝和設(shè)備。目前僅用除油工藝處理廢氣。

3.2.1 工藝路線1

工藝路線1的前處理降溫采用的是氣水換熱的方式,熱能的利用方式如下。(1)分兩段回收熱水:高溫?zé)崴╀寤嚳照{(diào)制冷,低溫?zé)崴┥a(chǎn)工藝使用。(2)分兩段回收熱水:高溫?zé)崴U氣處理設(shè)施排放口消除水汽白煙,低溫?zé)崴┥a(chǎn)工藝使用。(3)分兩段回收熱水:高溫?zé)崴U氣處理設(shè)施排放口消除水汽白煙,低溫?zé)崴?jīng)冷卻塔循環(huán)使用。(4)一段式回收熱水:熱水供生產(chǎn)工藝使用。(5)一段式回收熱水:熱水經(jīng)冷卻塔循環(huán)使用。

工藝路線1的前處理采用低溫噴淋的方式布置在換熱器的中后部,并且可以根據(jù)需要選擇性開啟。低溫噴淋的特點(diǎn)包括水耗低、產(chǎn)生的乳化廢水少且油水易分離。高溫?zé)崴U氣處理設(shè)施排放口消除水汽白煙,雖然在低溫、高濕環(huán)境下并不能完全消除水汽白煙,但可以大幅度地減少排放口白汽,是一種能源的綜合利用方式。若有特殊要求(如進(jìn)一步消除水汽白煙),可以再增加蒸汽消除水汽白煙裝置。油水分離箱的循環(huán)水含油,每次清理換水,可配廢水收集池(圖4)。

圖4 工藝路線1

3.2.2 工藝路線2

工藝路線2的前處理降溫采用的是氣水換熱的方式,因前部采用了高溫噴淋的方式,此低溫?zé)崴?jīng)冷卻塔循環(huán)使用。

工藝路線2的前處理采用的是高溫噴淋的方式,特點(diǎn)為水耗高、產(chǎn)生的乳化廢水多且油水不易分離,可以有效降低廢氣溫度和設(shè)備成本(圖5)。

圖5 工藝路線2

3.2.3 工藝路線3

工藝路線3的前處理降溫采用的是氣氣換熱的方式,熱能的利用方式如下。(1)分兩段回收熱風(fēng):高溫?zé)犸L(fēng)供生產(chǎn)設(shè)備用,低溫?zé)犸L(fēng)直排。(2)分兩段回收熱風(fēng):高溫?zé)犸L(fēng)供廢氣處理設(shè)施排放口消除水汽白煙,低溫?zé)犸L(fēng)直排。(3)一段式并聯(lián)氣氣換熱:低溫?zé)犸L(fēng)直排。

工藝路線3的前處理采用的都是氣氣換熱的方式,受進(jìn)風(fēng)溫度的影響較大,當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度較高時(比如夏天),降溫效果不理想,有可能導(dǎo)致處理效果不佳。高溫?zé)犸L(fēng)供廢氣處理設(shè)施排放口消除水汽白煙,雖然在低溫、高濕環(huán)境下并不能完全消除水汽白煙,但可以大幅度減少排放口白汽,是一種能源的綜合利用方式;若有特殊要求(如進(jìn)一步消除水汽白煙),可以再增加蒸汽消除水汽白煙裝置(圖6)。

圖6 工藝路線3

3.2.4 工藝路線4

工藝路線4的前處理降溫采用的是氣氣換熱與氣水換熱的組合方式,熱能的利用方式如下:(1)氣氣熱回收利用高溫廢氣中的熱能加熱新風(fēng),將溫度較高(高于130 ℃)的新風(fēng)送返定型機(jī)使用,將溫度較低(90~130 ℃)的新風(fēng)送到主排風(fēng)管用于末端消除水汽白煙。(2)高溫廢氣經(jīng)過氣氣熱回收后,可歸集為中低溫段的高溫廢氣,利用氣水熱回收進(jìn)一步降溫,并將提取的熱能通過直接/間接加熱方式,產(chǎn)生高溫(50~70 ℃)熱水供其他設(shè)備使用。高溫?zé)犸L(fēng)供廢氣治理設(shè)施排放口消除水汽白煙,雖然在低溫、高濕環(huán)境下并不能完全消除水汽白煙,但可以大幅度減少排放口白汽,是一種能源的綜合利用方式;若有特殊要求(如進(jìn)一步消除水汽白煙),可以再增加蒸汽消除水汽白煙裝置(圖7)。

圖7 工藝路線4

4 結(jié)語

印染定型機(jī)廢氣的排放不僅影響企業(yè)的安全可持續(xù)生產(chǎn),危害人們的身體健康,還會造成環(huán)境污染、生態(tài)失衡。雖然經(jīng)過環(huán)保部門和企業(yè)的共同努力,定型機(jī)廢氣治理工作有所成效,但仍然存在一定的問題,相關(guān)部門要盡快建立并完善定型機(jī)廢氣排放安全標(biāo)準(zhǔn),并研發(fā)出一套行之有效的廢氣檢測方法,以完成對定型機(jī)廢氣排放的安全控制。此外,各企業(yè)研發(fā)部門要不斷創(chuàng)新,開發(fā)出一套具有完整工藝的新設(shè)備,減少定型機(jī)廢氣排放,實(shí)現(xiàn)企業(yè)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

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噼里啪啦的靜電
靜電
汽車涂裝噴漆廢氣處理技術(shù)
靜電魔力
吸廢氣的公路
瞎緊張
瞎緊張
愿望之神
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