污水处理厂工程初设方案1000m3d人工湿地组合工艺.docx
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污水处理厂工程初设方案1000m3d人工湿地组合工艺
污水处理厂工程
初设方案
（1000m3/d人工湿地组合工艺）
人工湿地组合工艺设计方案
1、城镇概况
1.1概况
某镇常住人口四千余人，隶属于XX区南泉镇。
南泉整体开发规划占地27.7平方公里，将以旅游为其核心产业，包括旅游、工业、生态居住及新市镇四大板块。
。
XX镇位于某主城区东南部、XX区西部，距渝中区20余公里，交通十分便利，在主城区一环线以内，属某主城区半小时交通范围，渝黔、上界高速路贯穿其中。
工业经济是该镇最重要的经济增长点和财政税收的主体。
五年来共引进公路工程总公司、文辉摩托有限公司、江南齿轮厂、优质粮油加工厂、百超食品有限公司、圣洁机械厂等企业（项目）共61个，涉及旅游、建材、食品、金属加工、农产品加工等方面，引进资金达3亿元。
1.2城镇规划概述
据悉，南泉整体开发预计到2020年完成，预计总投资在500亿元至800亿元。
目前，项目规划进入终期评审，一旦通过，今年将率先启动核心区旅游开发，这包括南温泉半边街和南温泉公园的改造以及着手镇政府的搬迁准备工作；目前，正积极规划以农副产品加工、建材等为主的XX工业园。
按照规划要求，现在的南泉镇行政中心将搬迁到XX镇；随着镇行政中心的入驻，2020年XX镇将建成一个人口为11～13万的区域中心小城区。
1.3污染现状
目前，XX镇随着城镇化规模的不断扩大，居民人口逐年增加，现有企业类型主要为食品加工，机械加工，建材等，使得该镇的日常用水量大幅增加，大量的生活污水未经处理直接排放；由于该镇现有排水管网系统极不完善，工业废水和生活污水混排，从污水排口至花溪河形成了长约4公里左右的污染带，污水流经之处农田大面积污染和荒弃（详见附图），对花溪河流域及其下游地区的自然生态环境造成极大的危害，严重影响群众的正常工作和生活，民怨极大，强烈要求政府尽快加以解决，其污染状态具有相当的代表性，南泉镇政府每年由于生活污水对农田污染所赔偿的金额约为20余万元。
1.4政府措施
针对目前的污染状况，南泉镇向XX区政府提交了治理议案，区委姚书记极为重视；日前在XX镇召开了现场办公会，督促XX区环保局、南泉镇政府就目前的污染状况提出有针对性的治理方案并尽快加以实施。
区政府将对污水处理厂的建设费用提供50％的财政补贴（约120万元），余下部分由地方政府自筹（约100万元），主要以提供建设用地，进行排水管网改造等方式实现。
1.5项目建设规模及内容
项目建设规模：
处理集镇生活污水约1000m3/d；
建设内容：
（1）、项目建设用地3.5亩左右（镇政府自筹资金解决）；
（2）、新建集镇生活污水处理厂1座，采用人工湿地组合工艺方式处理方案；
（3）、从现有排污口至新建生活污水处理厂铺设主干管网约300米（镇政府自筹资金解决）；我们建议对原集镇地下排水管网进行清污分流改造。
该项目为XX区2005年度民心工程，区、镇各级政府极为重视。
在项目竣工投产后，对改善集镇生态环境，提高政府形象，改善投资环境和人民群众的生活质量，具有十分重要的意义。
区、镇希望市级环保部门能提供一定额度的项目建设补贴，促成该项目的尽快实施，造福一方百姓。
2.工程建设规模
2.1设计进水水量
设计日进水水量为：
1000m3/d
变化系数：
K＝1.91
2.2污水处理站进出水水质
2.2.1污水处理站进水水质
指标
CODcr
BOD5
SS
氨氮
总磷
单位
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
数据
400
180
250
30
3
2.2.2污水处理站出水水质
本工程排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级B标准，出水水质如下：
CODcr≤60mg/l
BOD5≤20mg/l
SS≤20mg/l
磷酸盐（以P计）≤1.5mg/l
NH3-N≤8mg/l
2.3处理程度
根据预测的进水水质及要求的出水水质，污水处理厂各主要污染物应达到的去除率如下：
指标
CODcr
BOD5
SS
氨氮
总磷
单位
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
进口浓度
400
180
250
30
3
初沉池段去除率
10%
10%
20%
/
/
初沉池段出口浓度
360
162
200
30
3
水解酸化池去除率
30%
20%
50%
/
/
水解酸化池出口浓度
252
129.6
100
30
3
预曝气池去除率
60%
70%
55%
20%
10%
预曝气池出口浓度
100.8
38.88
45
24
2.7
人工湿地去除率
60%
70%
70%
70%
70%
人工湿地出口浓度
40.32
11.66
13.5
7.2
0.81
标准值（GB18918－2002）
60
20
20
8
1.0
本系统总去除率
90%
94%
95%
76%
73%
2.4污水处理工艺方案确定
2.4.1设计原则
污水处理站工程建设和运行一般耗资较大，且受多种因素制约和影响。
污水处理工艺方案的优化对确保污水处理站的运行性能及降低运行费用至关重要。
本污水处理工程选择污水处理方案时遵循以下原则：
1）符合国家关于环境保护的政策，符合国家有关法规、规范标准。
2）满足XX镇总体规划的要求。
3）充分考虑本工程污水处理站进出水指标，切合实际，积极慎重地采用行之有效的工艺技术。
技术先进高效节能，处理效果稳定可靠，简便易行。
处理工艺安全、成熟，尽量减少工程投资，降低运行成本。
4）优先选择国内先进、可靠、高效、运行管理方便及维修维护简单的污水及污泥处理专用设备。
5）污水处理站工程中产生的栅渣污泥能够得到妥善处理，避免二次污染。
6）污水处理站总平面布置紧凑合理，各工艺构筑物设计充分考虑运行调整灵活性。
2.4.2污水处理站水质分析
1）可生化性分析
根据污水进水水质和出水水质指标可知，该污水的可生化性较好（BOD/COD＝0.5），污水经处理后其主要污染物应达到的去除率为：
CODcr≥83%
BOD5≥89%
SS≥91%
NH3-N≥68%TP≥67%
2）除磷脱氮功能
污水处理站进水总磷含量为3mg/L，氨氮含量为30mg/L，根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级B标准,出水总磷含量应小于等于1.5mg/l，氨氮含量应小于等于8mg/l；生物处理可以使出水氨氮、磷达标，无需采用其它化学辅助方法除磷。
2.4.3污水处理工艺方案选择
污水处理技术发展已近百年，大都采用的是以活性污泥为主体的工艺；前50年注重的是进水水质水量的变化，引发出一系列改进工艺。
后50年，特别是近20～30年人们注意到了提高出水水质标准，开发出大量考虑C、N、P同时去除的工艺，而且已经付诸工程实践，诸如氧化沟、A2/O、SBR、UNITANK等工艺。
而今，随着环境意识的逐步提高，人们已开始对普通工艺的能耗大，在对污染物处理过程中会带来“二次污染”的问题开始给予越来越多的关注。
人工湿地是70年代发展起来的一种污水处理技术，和传统的生化处理比较，人工湿地具有可生化性强，氮、磷去除能力高，投资及日常运行费用低等特点。
氮、磷是植物生长的必要营养元素，如果在湿地内选择种植去除氮、磷能力高，又具有经济价值的植物，不仅可净化废水，经济植物的收获还可创造一定的经济价值。
在暴雨期间，人工湿地可储存大量雨水，减小雨水对土地的冲刷，并可除去雨水中大部分污染物，大大减轻了水体的污染压力。
干旱季节湿地可为多种生物提供水源。
1976年，德国人KatheSeidel就提出利用高等植物的生化作用去除污染物的思想，在实验中认识到芦苇等植物的根可产生微生物活性区域，而此活性区域作为生化反应器来转化降解污染物。
Kichuth研究组基于KatheSeidel的思想在德国建立了第一个利用分层自然土壤作为高等植物生长基质的湿地处理技术工程。
1980年这一技术在英国得到广泛应用；为降低造价，科研工作者用经过处理的河砾和河沙作为植物生长基质，构建了高分散度的废水处理设施并获得成功。
目前，人工湿地处理系统成为英国小城镇污水处理的重要组成部分，其在欧盟各国及美国的应用也较广泛，处理后的水可以按质进行回用，实现了资源的再利用。
人工湿地污水氮的去除和湿地系统的设计、植物种类、植物根部环境的化学性质、植物摄取量、可利用碳源等条件有关。
另外，人工湿地中氮的去除量也依赖于污水在湿地中停留的时间。
湿地中氮的循环主要通过一系列复杂生物化学作用方式发生，它包括直接转化成氮化物及其它矿物质结合起来。
硝化、反硝化是人工湿地中除氮的一种重要途径，植物输送氧气到达底部根区，在根区联合形成好氧小区，氮在微生物的作用下进行氨氮的硝化过程：
NH4+—NO2-－NO3-
在远离根区的部位，NO3-由于缺氧环境而进行反硝化过程，从而使氮以气体的形式去除：
NO3-—NO2-—NO—N2O—N2
湿地底部有机物的分解和生物降解及底部较低的溶解氧浓度，及充足的有机物作碳源，这些都为反硝化过程提供了条件。
湿地中的磷主要通过植物的吸收及与其它有机物结合去除，产生气态物释放到大气中是另一途径。
磷在湿地中通过沉淀作用去除的反应为：
5Ca2++3PO43-+OH-—Ca5（PO4）3OH
Al3++PO43-—AlPO4
Fe3++PO43-—FePO4
湿地中植物和基底材料的选择对去除磷有很大影响。
主要是基底材料中钙、镁和磷作用形成沉淀。
随着时间的推移，基底材料中磷达到饱和，湿地去除磷能力降低，所以为加强湿地初期的除磷能力，在湿地选择中应注意选择含钙、镁较高的土壤作为基底材料，因为初期湿地中植物还没有形成较稳定的生物群。
基底材料吸收磷饱和后，又可通过基底中的生物群去除磷。
湿地中的不溶性有机物主要通过湿地的沉淀、过滤作用而被截留在湿地中；可溶性游击区通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解过程而被分解去除。
生物降解过程主要通过耗氧和厌氧代谢得到降解，从而降低污水的BOD和COD。
耗氧代谢过程可表示为：
复杂有机物+O2—CO2+H2O+稳定产物，其中稳定产物被微生物用于自身细胞合成。
厌氧代谢过程较慢，只能用于去除少量的BOD和COD：
复杂有机物—CO2+CH4+不稳定产物。
2．4．4人工湿地组合工艺主要优点：
（1）运行费用及一次性投资费用较低，适合欠发达地区的推广使用。
（2）本工艺对有机物特别是氮、磷的去除效果好。
（3）相对占地面积省，适合某地区多山少平地的地理情况。
（4）系统运行管理简便易行，无需专业人员进行管理维护。
（5）工艺适用性强，可根据某地区的山地多、地形、地势多变的情况采用不同的布水方式及不同流态。
（6）筛选出了适合某地区气候特点的水生植物，其具备了适应性强（抗虫害、耐低温）、生长快、污染物去除效果好等特点。
工艺流程见下图：
进水
格栅
初沉池
污泥干化场
水解酸化池
风机
预曝气池
人工湿地
出水
污水线
污泥线
气体线
工艺流程说明：
污水进入格栅池，去除固体垃圾，确保进水泵房及后续处理工段的正常运行，然后提升至初沉池，去除悬浮于污水中的可沉淀的固体悬浮物。
随后进入水解酸化池，其主要功能是在厌氧条件下，小分子化作用，可将大分子有机物降解为小分子，提高废水的BOD/COD比值，增强废水可生化性，调节废水pH值，以利后续处理。
其后进入微能曝气池，它的主要向池内进行充氧，将空气中的氧转移到混合液中的活性污泥絮凝体上，以供应微生物呼吸之需。
最后污水进入人工湿地，本单元综合了物理、化学和生物的三种作用对污水进一步的处理。
系统成熟后，特种填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。
污水流经生物膜时，残余的SS被填料和植物根系有机截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。
同时系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次呈现出好氧、厌氧和缺氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。
老化的微生物作为肥料被植物吸收。
在污水处理工程中，要产生一定量的污泥。
这些污泥含水率高，体积大，不稳定，易腐败，并且具有一定的臭味，因此通常需经适当的污泥稳定处理才能运出站外，以防形成二次污染。
本设计采用污泥干化场进行污泥的脱水干化。
2.5厂址选择
2.5.1厂址选择原则
1）厂址选择符合XX镇总体规划的要求。
2）地势选择较低处，污水尽量能自流进站。
3）位于城镇夏季最小风向频率的上风侧。
4）有良好的工程地质条件。
5）与所规划的居住、公共设施保持一定的卫生防护距离。
6）考虑远期发展的可能性，留有足够的扩建空间。
7）便于污水、污泥的排放和再利用。
8）有方便的交通运输和水电供应条件。
9）充分考虑污水管线长度及造价。
10）充分利用地形、选择适当坡度的地区，以满足污水处理构筑物工程布置的需要，减少土石方工程。
2.5.2排放口确定
污水经过一级处理后达标排放至自然水体。
3.污水处理厂推荐方案工程设计
3.1工艺设计
3.1.1单元构筑物及设备的选型
污水处理厂的总体工艺流程一般包括预处理工段、生化处理工段和污泥处理工段。
总体工艺流程的确定对污水处理厂的技术经济性能起决定性的作用，同时各单元处理工艺及构筑物的选择也是非常重要的，直接影响污水处理厂运行的稳定性、可靠性和灵活性。
因此，有必要根据污水处理厂工程确定的进出水水质各特征，以及总体处理工艺方案等因素综合考虑工艺流程单元及构筑物的选择和确定。
下面为本工程各处理单元工艺的选择。
1）格栅
为确保后续处理工段的正常运行，需设置格栅。
根据实际情况，确定人工清渣频率。
2）初沉池
初沉池主要去除悬浮于污水中的可沉淀的固体悬浮物。
初沉池有平流式、竖流式、辐流式等形式。
其中后两者虽然具有沉淀效果稳定的优点，但是本工程采用的工艺应充分考虑小城镇污水处理技术所要求的低成本、低维护费用等因素；其次，竖流、辐流沉淀池构造复杂，而平流沉淀池易于施工，投资省，故本工程选择平流沉淀池。
3）水解酸化池
其主要功能是在厌氧条件下，进行有机物分子化破解，将大分子有机物降解为小分子，提高废水的BOD/COD比值，增强废水可生化性，调节废水pH值，以利后续处理。
4）预曝气池
预曝气池的主要功能是向池内进行充氧，将空气中的氧转移到混合液中的活性污泥絮凝体上，以供应微生物呼吸之需。
5）人工湿地
本单元综合了物理、化学和生物的三种作用对污水进行进一步的处理。
系统成熟后，特种填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。
污水流经生物膜时，残余的SS被填料和植物根系有机截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。
同时系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次呈现出好氧、厌氧和缺氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。
老化的微生物作为肥料被植物吸收。
6）污泥干化
本工程采用污泥干化场进行污泥自然干化。
7）生物除磷
本工程污水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002），其出水磷酸盐≤1.5mg/l。
根据污水进水水质，磷为3.0mg/l左右，仅靠人工湿地组合工艺就能处理达标，充分满足治该排放标准的要求。
序号
构筑物
人工湿地组合工艺
1
格栅池
（人工清渣）
设计流量：
Q=1000m3/d
构筑物：
半地下式砖混池一座
设备：
格栅B=400mmb=12mm
2
初沉池
构筑物：
地面上钢筋混凝土池一座
3
水解酸化池
构筑物：
地面上钢筋混凝土池一座
有机负荷：
3.38kgCOD/（m3/d）；1.01kgBOD/（m3/d）
4
预曝气池
构筑物：
地面上钢筋混凝土池一座
有机负荷：
0.39kgCOD/（m3/d）；0.24kgBOD/（m3/d）
设备：
3L41WD罗茨鼓风机（二用一备）Q=5.26m3/min
△p=5000mmH2O配套电机Y160L6N=11KW/台
5
人工湿池
设计流量：
Q=1000m3/d
表面负荷：
0.96m3/m2.d
基质高度：
800mm
表面积：
A=1120m2
方案技术参数及主要设备表
3.2电气设计
3.2.1设计范围
本方案包括污水处理厂内各建（构）筑物的动力及照明配电，防雷，接地以及厂区电缆敷设和照明灯内容。
电气工程针对工艺方案设计。
3.2.2设计依据
1）工艺专业提供的用电设备资料及平面图。
2）供电部门提供的相关供电资料。
3）电气专业相关技术规范。
3.2.3供电电源
就近接入供电网。
3.2.4配电设计
1）格栅、设备房等由工艺设备成套供应配电及控制设备。
2）其他工艺设备配电箱上设就地手动控制元件及指示灯。
3.2.5照明设计
1）全站动力与照明分开计量。
2）控制室、设备房采用高效节能直管荧光灯照明，脱水间用配照工程灯（白炽灯）照明，厂区设一座高杆高压钠灯。
3）建筑物内照明灯采用小开关就地控制，配置厂区路灯。
3.2.6厂区电缆敷设
厂区电缆沿电缆沟敷设，采用有覆土电缆沟，排水方式为沟侧集水井集中排放。
3.2.7防雷
本工程没有特别需要防雷的建（构）筑物
3.3控制设计
3.3.1概述
在确保工艺安全、可靠、经济、高效运行的前提下，并考虑到便于操作、管理、维修和减轻操作人员的劳动强度，选用目前国内外具有较高性价比且适合国情的控制系统满足工艺要求。
3.3.2控制内容
·污水的液位状态——控制泵的启闭。
·污水总进水流量——监测、累计污水厂水处理量。
3.3.3设备选型
选用高精度、高稳定性、免维修或低维护量的仪表。
污水流量计—选用明渠流量计；液位控制仪—选用电极式液位控制仪
3.4结构设计
3.4.1结构设计概述
（1）建筑物
一般情况下采用砖混结构，基础采用墙下条形基础，屋面采用现浇混凝土屋面，结构设计时尽量采用标准图集。
（2）构筑物
本工程属中型的污水处理厂，其主要构筑物均为蓄水构筑物，对结构防水性能有较高的要求，故蓄水构筑物均采用钢筋砼结构，在蓄水构筑物的混凝土中，要加入一定比例的防水剂，用于提高混凝土的密实度，抗渗性及抗腐蚀能力，同时，还可补偿混凝土的收缩变形。
3.4.2材料
1）砼：
一般情况下采用C25砼，对较大型构筑物采用C30～C35，构筑物内掺入一定比例的防水剂，抗渗标号S6，垫层C10。
水灰比：
不大于0.5。
2）砖砌体：
机砖Mu7.5设计地面以下M5水泥砂浆，设计地面以上M5混合砂浆。
3）钢筋：
直径小于12mm用HPB235,大于等于12mm时用HRB335钢制构件：
均为3号钢。
3.4.3地基处理
在地基处理时需解决的主要问题是：
消除填土与原土（或基岩）间的不均匀沉降；挖填方的边坡稳定；填方区地基土的承载力及沉降问题。
根据各建、构筑物的特点及相应的地质情况，分别采取适当的处理措施。
下面对有可能遇到的情况分述如下：
1）当建、构筑物全部处于挖方区且基底标高处的原土可满足设计要求时，可不进行地基处理。
直接采用天然地基。
2）当建、构筑物部分处于挖方区另一部分处于填方区时，要根据具体情况进行处理。
首先要将基底下的软弱土、杂填土清除干净，回填土夹石（或素土）并分层夯实至基底标高。
当部分基础坐在基岩另一部分坐在土上时，原则上要将基底以下的土全部清除至基岩，用浆砌毛石（或块石）砌至基础底标高。
也可采用褥垫法处理。
3）当建、构筑物基础全部坐在填土上时，如基底以下填土较薄时，要将基底以下的填土全部清除至原土层，回填土夹石（或素土）并分层夯实至基底标高。
如基底以下填土较厚无法换填处理时，可采取强夯进行处理。
4）为保证回填土地基的稳定、减少填土区有机质的含量，在大面积回填前，要将填土区表面的植被及淤泥清除干净。
另外，建（构）筑物范围的回填土不可用杂填土，回填土要分层碾压或强夯，以减少站区地面的沉陷。
3.5建筑设计
工程设计不仅要体现先进的工艺设计，并应在满足工艺设计的同时充分注重与周围的环境协调，并美化环境。
本工程根据污水厂工程的特点，根据工艺流程，厂区布局紧凑，用地经济。
厂区内构筑物有值班室、会议房、设备房、污泥脱水机房。
设备房（风机房兼配电室）、污泥脱水机房，采用单层平面，砖混结构形式比较经济适用。
会议室、值班室为生产管理用房，采用单层平面，砖混结构。
建筑形式简洁、美观。
3.5.1建筑物一览表
本工程附属建筑物的面积指标根据本污水处理厂的工程特点确定的，详见下表。
建筑物一览表
序号
项目名称
建筑面积
结构形式
层数
耐火等级
备注
1
设备房
L×B=8m×3m
砖混
1
2
兼控制室
2
会议室
L×B=4m×4m
砖混
1
2
3
值班室
L×B=4m×3m
砖混
1
2
消防措施：
污水厂建、构筑物耐火等级按二级设计。
建筑物为砖混结构，内外墙均为240厚页岩实心砖，楼屋面为钢筋混凝土。
3.6总图设计
3.6.1设计原则
1）在满足工艺流程合理的前提下，力求布局紧凑，管线短捷、
顺畅，并节省占地。
2）生产辅助区靠近生产区布置，考虑远期发展。
3）充分利用地形、地貌、工程地质、水文地质及气象条件，降
低工程费用，创造良好的工作条件。
4）绿化率不小于30%。
5）围墙高度不小于2.0m。
3.6.2高程设计
根据地形、地势实施设计，尽量利用地形落差自流。
3.6.3交通运输及绿化
交通运输能否顺畅、便捷是正常生产运行的重要保障。
同时，合理的安排车辆调度也是节省运行成本及人员调配的重要手段。
由于每天出泥量不大，所以在总平面布置时，为其设一出入口。
厂区内采用混凝土路面。
厂区绿化主要以草坪为主，建筑物旁、行道两侧种植各种花灌木及草本花卉加以点缀。
3.6.4站外道路
接入现有公路。
3.7配套工程
污水处理厂配套工程主要包括厂区给水排水、道路等公共工程。
3.7.1给水排水
污水处理厂给水由城镇供水管网提供，供厂区生产和生活之用。
3.7.2站外道路及运输
污水处理厂紧靠道路规划，便于施工和今后的运行管理，不需要另建进厂道路，但要考虑污水处理厂出厂道路与规划道路的衔接。
为了满足污水处理厂生产、生活及运送栅渣、污泥的要求，污水处理厂应配置或调配工具车1辆。
3.8设备选型
3.8.1设备选型原则
1）各种设备的选型力求经济合理、高效节能、满足工艺的功能
要求；符合土建构筑物形式的要求。
2）设备的工作能力满足设计规模和处理程度的要求，设备设置
台数和运行方式，满足运行管理方便，灵活调配要求，并备有足够的余量。
3）机械设备均按成套装置考虑，包括就地控制箱，连接电缆等
有效运行所必需的附件。
4）控制方式采用就地控制。
5）潜水电机的防护等级为IP68，其他室外配套电机和就地控制
箱防护等级不低于IP55。
6）考虑设备接触污水，要求具有较强耐腐蚀能力。
对设备材料
要求为：
与污水介质接触部分（含不可分割延伸段）采用铬镍不锈钢或铸铁等耐腐蚀材料，或者碳钢涂环氧树脂，平台以上部分为碳钢，表层镀
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