楊軍香/全國(guó)畜牧總站 何述忠 龔永強(qiáng) 王剛/重慶市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所 張銀梅/北京愛(ài)牧技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司
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病死動(dòng)物高溫生物降解無(wú)害化處理技術(shù)試驗(yàn)研究
楊軍香/全國(guó)畜牧總站 何述忠 龔永強(qiáng) 王剛/重慶市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所 張銀梅/北京愛(ài)牧技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司
北京愛(ài)牧技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司與重慶市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所協(xié)作,以重慶市歌樂(lè)山動(dòng)物無(wú)害化處理場(chǎng)為試驗(yàn)基地,對(duì)高溫與生物生物降解無(wú)害化處理工藝設(shè)備于2013-2014年間開(kāi)展并完成了相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)試驗(yàn),報(bào)告如下。
1.滅菌效果試驗(yàn);2.設(shè)備最高溫度及工作溫度試驗(yàn)測(cè)定;3.設(shè)備最佳處理時(shí)間測(cè)定;4.處理有機(jī)質(zhì)測(cè)定;5.環(huán)保指標(biāo)測(cè)定;6.運(yùn)行成本的測(cè)定。
1.高溫生物降解器:一體機(jī)(北京愛(ài)牧技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司提供)
2.高溫生物降解器:分體機(jī)(北京愛(ài)牧技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司提供)
3.高溫高壓濕化機(jī):內(nèi)江永勝化工機(jī)械公司生產(chǎn)(主機(jī)型號(hào):NCH-2111-01)
4.降解菌種: 北京愛(ài)牧技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司提供
5.鋸末:購(gòu)自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)
6.枯草芽孢桿菌:購(gòu)自中國(guó)獸醫(yī)藥品監(jiān)督所
7.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:豬、牛、羊、禽類(lèi)、實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物若干(重慶市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所提供)
(一)滅菌效果試驗(yàn)
1.芽孢桿菌的準(zhǔn)備。
無(wú)菌打開(kāi)菌種管口,加入無(wú)菌生理鹽水溶解,接種固體培養(yǎng)基(20 g葡萄糖,15 g蛋白胨,5 g氯化鈉,0.5 g牛肉膏,20 g瓊脂,加蒸餾水至1 L,加熱溶解,將PH調(diào)整為6.0~7.0,高壓滅菌后傾注平板。)37℃培養(yǎng)24 h,將菌苔接種到液體培養(yǎng)基(20 g葡糖糖,15 g蛋白胨,5 g氯化鈉,0.5 g牛肉膏,加蒸餾水至1 L,加熱溶解,將PH調(diào)整為6.0~7.0.)37℃培養(yǎng)20~24 h,按2%比例再擴(kuò)大至液體培養(yǎng)基中,28℃培養(yǎng)72 h,涂片芽孢染色檢查,待80%以上菌體出現(xiàn)芽孢,細(xì)菌計(jì)數(shù),用無(wú)菌生理鹽水將菌液調(diào)整至1.0×109~1.5×109cfu/m,備用。
2.病死豬處理。
分3組,取病死豬25頭,總重量4.0 t。用注射器給每頭死豬胸腔、腹腔內(nèi)各注射500 ml芽孢菌液,顱腔內(nèi)注射100 ml枯草芽孢菌,同時(shí)放入壓力蒸汽滅菌化學(xué)指標(biāo)條。
3.無(wú)害化處理動(dòng)物。
將上述實(shí)驗(yàn)步驟中病死豬分別放入實(shí)驗(yàn)處理罐內(nèi)。
(1)一體機(jī):0.48 t,按處理重量15%加入鋸末,關(guān)閉罐蓋,啟動(dòng)處理設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為:將溫度設(shè)定為120℃,轉(zhuǎn)速8轉(zhuǎn)/min,連續(xù)工作12 h后降溫,待物料溫度降至70℃以下,無(wú)菌采樣,備用,再加入菌種后續(xù)降解。
(2)分體機(jī):放入1.494 t,關(guān)閉罐蓋,啟動(dòng)處理設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為:將溫度設(shè)定為160℃,壓力0.3 Pa,連續(xù)工作4 h后降溫,待物料溫度降至70℃以下,無(wú)菌采樣并取出標(biāo)識(shí)菌,備用,然后,將處理后的動(dòng)物尸體移至一體機(jī)中添加約5%鋸末(調(diào)整秸稈添加量,確保動(dòng)物尸體與秸稈混合物的C/N約為25,水份(按 GB/T 8576 2010測(cè)定)占混合物比例約為55%)加入5k菌,進(jìn)行生物降解,后熟。
(3)濕化機(jī):放入2.07 t,關(guān)閉罐蓋,啟動(dòng)處理設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為:將溫度設(shè)定為135℃,壓力0.35 Pa,連續(xù)工作5 h后降溫,待物料溫度降至70℃以下,無(wú)菌采樣,備用,產(chǎn)物進(jìn)一步干濕分離,提取油脂。
4.樣品采集。
(1)處理前樣品采集:枯草芽孢桿菌液注射死豬前無(wú)菌取2 ml備用。
(2)處理后樣品采集:病死豬經(jīng)設(shè)備處理后,無(wú)菌取樣20 g,每次取2份,備用。同時(shí)取出滅菌化學(xué)指標(biāo)條。
5.實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。
(1) 處理前樣品:直接接種到固體培養(yǎng)基,37℃培養(yǎng)24~48 h,觀察枯草芽孢桿菌生長(zhǎng)情況。
(2)處理后樣品:向每份樣品中無(wú)菌加入50 ml滅菌生理鹽水,震蕩混勻,室溫靜置20 min,取上清液0.2 ml置固體培養(yǎng)基,涂布,37℃培養(yǎng)24~48 h;每份樣品接種3塊平板,觀察枯草芽孢桿菌和細(xì)菌總數(shù)生長(zhǎng)情況。
(二)設(shè)備最高溫度及工作溫度試驗(yàn)測(cè)定
將設(shè)備在空載和負(fù)載時(shí)運(yùn)行,進(jìn)行罐內(nèi)溫度測(cè)定。
(三)設(shè)備最處理時(shí)長(zhǎng)和工作處理時(shí)間測(cè)定
將設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),分別記錄不同處理時(shí)間的物料情況。
(四)處理有機(jī)質(zhì)測(cè)定
將處理產(chǎn)物經(jīng)堆肥后熟,堆肥肥效按照NY 525-2011規(guī)定方法檢測(cè)堆肥外觀、有機(jī)質(zhì)、氮、五氧化二磷、氧化鉀、水分、酸堿度、總砷、總汞、總鉛、總鉻、總鎘;采樣時(shí)間與腐熟度評(píng)價(jià)同步。由重慶市化肥商品質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)測(cè)站進(jìn)行檢測(cè)。
(五)環(huán)保指標(biāo)測(cè)定
邀請(qǐng)重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行環(huán)保指標(biāo)監(jiān)測(cè)。通過(guò)參照國(guó)家(行業(yè))標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)了設(shè)備運(yùn)行時(shí)廢氣中SO2、NO2、H2S、NH3、臭氣濃度等污染物排放情況,廢水中BOD、COD、NH3-N、總磷、總氮、動(dòng)植物油總量、硫化物等污染物排放情況;以廢渣經(jīng)發(fā)酵后對(duì)種子毒性、生長(zhǎng)試驗(yàn)為參考評(píng)價(jià)了廢棄物對(duì)環(huán)境的影響。
(六)運(yùn)行成本的測(cè)算
詳細(xì)核算設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程水、電、氣等能耗評(píng)價(jià)了運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)成本。
(一)滅菌效果試驗(yàn) 枯草芽孢桿菌實(shí)驗(yàn):處理前樣品中有大量細(xì)菌生長(zhǎng),處理后全部樣品均無(wú)細(xì)菌生長(zhǎng);細(xì)菌總數(shù)檢測(cè)值<10 cfu/g;壓力蒸汽滅菌化學(xué)指示條顯示處理環(huán)境達(dá)到滅菌要求(如表1)。
表1 三種設(shè)備的生物安全效果
(二)設(shè)備最高溫度及工作溫度試驗(yàn)
一體機(jī):本設(shè)備空載時(shí),處理罐內(nèi)最高溫度可達(dá)198℃。滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),罐內(nèi)溫度最高可達(dá)140℃,最佳工作溫度60℃~120℃。分體機(jī):本設(shè)備空載時(shí),處理罐內(nèi)最高溫度可達(dá)220℃。滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),罐內(nèi)溫度最高可達(dá)200℃,最佳工作溫度160℃。
(三)設(shè)備最處理處理時(shí)間測(cè)定
一體機(jī)本設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),最佳處理時(shí)間12 h,最短處理時(shí)間5 h;分體機(jī)本設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),最佳工作時(shí)間為12 h,最短處理時(shí)間8 h。
(四)處理有機(jī)質(zhì)測(cè)定
隨機(jī)抽檢2批廢渣(經(jīng)微生物發(fā)酵后的動(dòng)物殘?jiān)c輔料混合物)總重量123 kg。廢渣對(duì)種子的毒性試驗(yàn)顯示:經(jīng)5%的未發(fā)酵的廢渣萃取液、5%發(fā)酵后的廢渣萃取液、蒸餾水分別培養(yǎng)72 h后發(fā)芽情況分別是7/10、10/10、10/10,總根長(zhǎng)分別是2.1 cm、11.5 cm、25.4 cm,總芽長(zhǎng)分別為9.4 cm、30.2 cm、37.9 cm。對(duì)玉米種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)試驗(yàn)顯示:渣/土體積比分別為10%、20%、30%,純土,純廢渣的環(huán)境下玉米的發(fā)芽率分別為100%、100%、100%、75%、0;15 d時(shí)植株均高分別為12.9 cm、13.6 cm、7.4 cm、7.8 cm。
(五)環(huán)保指標(biāo)測(cè)定
1.廢氣。
受試驗(yàn)環(huán)境的影響,本試驗(yàn)未按照《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(16297-1996)布置檢測(cè)位點(diǎn),而選用車(chē)間外(即車(chē)間邊緣)為污染源參考點(diǎn)、車(chē)間外下風(fēng)向20 m處為假定廠界參考點(diǎn)采樣,以無(wú)組織排放標(biāo)準(zhǔn)為污控標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)結(jié)果顯示(如表2):
(1)3套設(shè)備運(yùn)行時(shí)均產(chǎn)生不同程度的空氣污染物,其中以惡臭濃度為主要污染物。
(2)車(chē)間外,惡臭氣體濃度以濕化機(jī)最大,車(chē)間外濃度高達(dá)730。臭氣濃度由低到高依次為:一體機(jī)<分體機(jī)<濕化機(jī)。車(chē)間外下風(fēng)向20 m處,濕化機(jī)臭氣濃度為95,嚴(yán)重超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的3.75倍;分體機(jī)臭氣濃度為34,高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的0.7倍;一體機(jī)臭氣濃度為20,未超過(guò)20的排放標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表3)。其他空氣污染物無(wú)明顯差異,均低于《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(16297-1996)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明惡臭氣體為廢氣的主要污染物。
(3)在假定廠界即離處理車(chē)間20 m的環(huán)境下,一體機(jī)能夠達(dá)標(biāo)排放。單機(jī)廢氣排放情況依次為一體機(jī)<分體機(jī)<濕化機(jī)。
表2 廢氣排放情況(車(chē)間外下風(fēng)向20米處參考點(diǎn))
2.廢水。
我國(guó)尚未對(duì)病害動(dòng)物無(wú)害化處理場(chǎng)環(huán)境污染物排放指定專(zhuān)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),本試驗(yàn)中采用《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB2978-1996)之“其它一切排污單位二類(lèi)排放標(biāo)準(zhǔn)”為參考。結(jié)果顯示:(1)一體機(jī)無(wú)廢水產(chǎn)生。分體機(jī)產(chǎn)生100 kg蒸汽水(可作為后期降解水源補(bǔ)充,實(shí)際無(wú)廢水排放)。
3.廢渣。
(1)一體機(jī)和分體機(jī)處理病害動(dòng)物,產(chǎn)生的廢渣約為初始物重量的50%。
(2)廢渣發(fā)酵腐熟后能顯著降低對(duì)種子的毒性并能促進(jìn)植物生長(zhǎng)。與未發(fā)酵的廢渣相比:發(fā)酵后種子發(fā)芽率從70%提高到100%,達(dá)到種子在蒸餾水中的發(fā)芽率;根長(zhǎng)從2.1 cm提高到11.5 cm;芽長(zhǎng)從9.4 cm提高到30.2 cm,接近了蒸餾水環(huán)境下的芽長(zhǎng),說(shuō)明經(jīng)過(guò)發(fā)酵能有效降低病害動(dòng)物殘?jiān)鼘?duì)種子的毒性。
(3)從GI值分析看,經(jīng)過(guò)發(fā)酵GI值從5.7上升到45.3,仍低于業(yè)界認(rèn)為最低50%的標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明完全腐熟需要發(fā)酵更長(zhǎng)的時(shí)間或需要改良發(fā)酵條件。
(4)添加不同比例的腐熟物對(duì)玉米種子的生長(zhǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):添加體積比為10%、20%的腐熟廢渣能有效促進(jìn)玉米的生長(zhǎng),其發(fā)芽率均高于純土培養(yǎng)25%;15 d時(shí),植株平均長(zhǎng)度為12.9 cm、13.6 cm,分別高于純土65.3%和74.4%;而添加量達(dá)到30%時(shí),均高為7.4 cm,低于純土培養(yǎng)5%;純廢渣培養(yǎng)的玉米種子未見(jiàn)發(fā)芽,說(shuō)明該廢棄物經(jīng)適當(dāng)比例還耕后能促進(jìn)植物生長(zhǎng),過(guò)高添加該廢渣對(duì)植物會(huì)產(chǎn)生不利影響。
(5)有機(jī)肥效檢測(cè)顯示:降解廢渣總肥效、重金屬均符合《有機(jī)肥》(NY 525-2011)標(biāo)準(zhǔn)。
(6)綜合判定:經(jīng)發(fā)酵腐熟后的廢渣可以作為促進(jìn)植物生長(zhǎng)的添加物使用,具有可持續(xù)循環(huán)使用的價(jià)值。
(三)處理成本及處理能力
以批次計(jì)算,處理成本(如表3)由低到高依次為一體機(jī)(222元)、分體機(jī)(601元)、濕化機(jī)(4 624元);以單位處理量計(jì)(每噸),處理成本由低到高依次為分體機(jī)(402元)、一體機(jī)(462元)、濕化機(jī)(2 234元)。處理能力由高到低依次為:濕化機(jī)(51 393 kg)、分體機(jī)(51 222 kg)、一體機(jī)(28 800 kg)。
表3 處理成本、處理能力
(一)生物安全 枯草芽孢桿菌為耐熱芽孢菌,通過(guò)回收植入枯草芽孢桿菌標(biāo)識(shí)菌,細(xì)菌總數(shù)測(cè)定及利用壓力蒸汽滅菌化學(xué)指示條等方法測(cè)定高溫生物降解工藝的對(duì)微生物的殺滅效果(兩種設(shè)備)均顯示處理環(huán)境能達(dá)到滅菌要求。說(shuō)明兩種設(shè)備均能有效殺滅微生物。
(二)運(yùn)行成本
一體機(jī),每噸處理成本460元,分體機(jī)每噸處理成本402元,濕化機(jī)每噸處理成本2 234元。
(三)對(duì)環(huán)境的影響
1.廢水。
由于我國(guó)尚無(wú)對(duì)病害動(dòng)物無(wú)害化處理場(chǎng)環(huán)境污染物排放的專(zhuān)門(mén)標(biāo)準(zhǔn),本試驗(yàn)中采用《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB2978-1996)之“其它一切排污單位二類(lèi)排放標(biāo)準(zhǔn)”為參考。生物降解工藝中一體機(jī)無(wú)廢水產(chǎn)程;分體機(jī)產(chǎn)生300 kg廢水,經(jīng)生物發(fā)酵補(bǔ)充水源后降解,實(shí)際無(wú)廢水排放。高溫高壓濕化處理設(shè)備每一批次產(chǎn)生廢水3 t,合每噸動(dòng)物尸體產(chǎn)生1.4 t廢水;其BOD濃度為5.81×103mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)(60 mg/L)95.8倍,COD濃度為1.29×104mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)(150 mg/L)85倍,NH3-N濃度為3.76×102mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)(25 mg/ L)14倍,總磷濃度為13.4 mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)(1 mg/ L)12.4倍,動(dòng)植物油總量2.92×102mg/L超出標(biāo)準(zhǔn)(20 mg/L)13.6倍。
2.廢氣。
鑒于本試驗(yàn)場(chǎng)場(chǎng)地較為寬敞,未按照《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(16297-1996)布置檢測(cè)位點(diǎn),而選用車(chē)間外(即車(chē)間邊緣)、車(chē)間外下風(fēng)20 m處為參考點(diǎn)采樣。檢測(cè)結(jié)果顯示:三種設(shè)備在運(yùn)行時(shí)均產(chǎn)生惡臭氣體,其中以濕化機(jī)尤其突出,車(chē)間外濃度高達(dá)730,排放濃度依次為一體機(jī)<分體機(jī)<高溫高壓濕化機(jī)(均為無(wú)組織排放);車(chē)間外20 m處,除一體機(jī)外,其余兩種設(shè)備臭氣排放濃度均高于規(guī)定廠界標(biāo)準(zhǔn)(20),其余各種受檢測(cè)的大氣污染物均符合規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.廢渣。
生物降解工藝產(chǎn)生的廢渣約為初始物重量的50%;廢渣發(fā)酵腐熟后能顯著降低對(duì)種子的毒性。與未發(fā)酵的廢渣相比:發(fā)酵后種子發(fā)芽率從70%提高到100%,達(dá)到種子在蒸餾水中的發(fā)芽率;根長(zhǎng)從2.1 cm提高到11.5 cm;芽長(zhǎng)從9.4 cm提高到30.2 cm,接近了蒸餾水環(huán)境下的芽長(zhǎng),說(shuō)明經(jīng)過(guò)發(fā)酵能有效降低動(dòng)物尸體殘?jiān)鼘?duì)種子的毒性;不過(guò)從 GI值分析看,即便經(jīng)過(guò)發(fā)酵GI值從8%上升到45%,仍低于研究認(rèn)為的50%的標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明完全腐熟需要發(fā)酵更長(zhǎng)的時(shí)間或需要改良發(fā)酵條件。添加不同比例的腐熟物對(duì)玉米種子的生長(zhǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):添加體積比為10%、20%的腐熟廢渣能有效促進(jìn)玉米的生長(zhǎng),其發(fā)芽率均高于純土培養(yǎng)25%;15 d時(shí),植株平均長(zhǎng)度為12.9 cm、13.6 cm,分別高于純土65.3%和74.4%;而添加量達(dá)到30%時(shí),均高為7.4 cm,低于純土培養(yǎng)5%;純廢渣培養(yǎng)的玉米種子未見(jiàn)發(fā)芽。說(shuō)明該廢棄物經(jīng)合當(dāng)比例還耕后能促進(jìn)植物生長(zhǎng),過(guò)高添加該廢渣對(duì)植物會(huì)產(chǎn)生不利影響。
1.供試的三臺(tái)設(shè)備均能對(duì)微生物起到有效的殺滅作用。
2.受測(cè)試的設(shè)備運(yùn)行成本在不同的工作環(huán)境其運(yùn)行成本存在差異。處理量低于1 t的,適合一體機(jī),高于1 t的,宜采用分體機(jī)。
3.對(duì)環(huán)境的影響。兩款設(shè)備受檢廢氣項(xiàng)目中主要污染指標(biāo)為臭氣濃度。在本試驗(yàn)環(huán)境下,如以車(chē)間外下風(fēng)向20 m為參考廠界,濕化機(jī)嚴(yán)重超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),分體機(jī)略高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),一體機(jī)可達(dá)標(biāo)排放。高溫生物降解工藝無(wú)廢水排放;高溫生物降解工藝產(chǎn)生的廢渣經(jīng)充分降解工藝后有望實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物無(wú)害化處理的同時(shí)達(dá)到廢棄物對(duì)環(huán)境的達(dá)標(biāo)排放。
1.高溫降解后進(jìn)一步生物發(fā)酵工藝需要深入研究。對(duì)動(dòng)物尸體的生物降解菌種應(yīng)當(dāng)深入研究、篩選出具有針對(duì)性的降解菌群組合并找出最佳的發(fā)酵環(huán)境以期獲得對(duì)動(dòng)物尸體的完全降解。
2.需要對(duì)動(dòng)物尸體處理過(guò)程中的惡臭氣體成分進(jìn)行深入研究以為設(shè)計(jì)具有針對(duì)行的除臭方法打下基礎(chǔ)。在本試驗(yàn)中,分體機(jī)和一體機(jī)臭氣濃度亦分別達(dá)到130、97,相應(yīng)的硫化氫和氨氣濃度僅0.022 mg/m3(分體機(jī))、0.028 mg/m3(一體機(jī))、0.071 mg/m3(分體機(jī))、0.079 mg/m3(一體機(jī)),均低于環(huán)境二類(lèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硫化氫和氨氣規(guī)定的0.1 mg/m3和2 mg/m3。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,動(dòng)物尸體在不同的腐敗時(shí)間其產(chǎn)生的惡臭氣體成分存在差異,說(shuō)明本試驗(yàn)檢測(cè)到的硫化氫和氨氣并非試驗(yàn)環(huán)境下惡臭氣體的主要成分。因此,有必要研究動(dòng)物尸體腐敗過(guò)程中的惡臭氣體釋放規(guī)律并確認(rèn)其主要成分以針對(duì)性研發(fā)廢氣凈化方法,這對(duì)于該設(shè)備使用過(guò)程中環(huán)??刂剖株P(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)(略)