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1、(10)申请公布号 CN 102249404 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102249404 A *CN102249404A* (21)申请号 201010174797.9 (22)申请日 2010.05.17 C02F 3/12(2006.01) (71)申请人 宜兴中北科大环境科技有限公司 地址 214226 江苏省宜兴市经济开发区锦程 大道 11 号 (72)发明人 王化军 何秋慧 张扬 付雷 王珊 龙能 李博 王禹丹 (74)专利代理机构 北京亿腾知识产权代理事务 所 11309 代理人 陈霁 (54) 发明名称 含有磁性载体的污水处理设备和污水处理方 法 (5。
2、7) 摘要 一种污水处理设备, 所述污水处理设备包括 生化反应池、 用于分离污泥与磁性载体的磁分离 机、 污泥脱水设备和脱膜设备。通过所述污水处 理设备实施的生物膜氧化沟的污水处理方法, 所 述方法按顺序包括 : 污水处理步骤和污泥处理步 骤, 其特征在于, 在生化反应池中加入上述的磁性 载体, 在污泥处理步骤中包括使至少一部分污泥 通过磁分离机的步骤。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页 CN 102249404 A1/1 页 2 1. 一种污水处理设备, 所述污水处理设备包括生化反应池、 用于。
3、分离污泥与磁性载体 的磁分离机、 污泥脱水设备和脱膜设备, 其特征在于, 该生化反应池中设有磁性载体, 该磁 性载体在所述污水中处于流态化。 2. 根据权利要求 1 所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述磁性载体可附着生物膜。 3. 根据权利要求 1 所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述磁性载体附着生物膜后, 在 水中与污水完全混合, 悬浮于水中, 与原有活性污泥共同作用去除污水中的有机物。 4. 根据权利要求 3 所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述磁性载体为磁性颗粒、 高分 子聚合物的组合物。 5. 根据权利要求 3 所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述组合物具有 : 粒度为。
4、 0.043-0.245mm ; 密度为 1.0-1.1g/cm3; 各组分重量比为 : 磁性颗粒 10-20wt, 高分子聚合 物 80-90wt。 6. 根据权利要求 3 所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述磁性颗粒为含铁的磁性物 质中的一种或者一种以上的混合物。 7. 根据权利要求 3 所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述高分子聚合物包括高分子 树脂中的一种或者一种以上的混合物。 8. 根据权利要求 1-7 中任一项所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述磁分离设备为 湿式永磁磁分离机。 9. 根据权利要求 1-7 中任一项所述的污水处理设备, 其特征在于, 当生化反应池包括 氧。
5、化沟时, 在氧化沟的弯道处设置水下推进器。 10. 根据权利要求 1-7 中任一项所述的污水处理设备, 其特征在于, 所述生化反应池包 括推流式曝气池、 完全混合式曝气池、 氧化沟、 SBR 池。 11. 一种使用污水处理设备实施的污水处理方法, 所述污水处理设备包括生化反应池、 用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、 污泥脱水设备和脱膜设备, 所述方法按顺序包括 : 污 水处理步骤和污泥处理步骤, 其特征在于, 在生化反应池中加入磁性载体, 使所述磁性载体 流态化, 在污泥处理步骤中包括使至少一部分污泥通过磁分离机的步骤。 12. 根据权利要求 11 所述的污水处理方法, 其特征在于, 所述污水。
6、处理步骤包括如下 步骤 : 生化反应池步骤, 其中经过预处理后的污水进入生化反应池设备 ; 沉淀澄清步骤。 13. 根据权利要求 12 所述的污水处理方法, 其特征在于, 所述污泥处理步骤包括 : 在经 沉淀步骤之后, 使一部分污泥回流到生化反应池, 另一部分污泥进入磁分离机。 14. 根据权利要求 13 所述的污水处理方法, 其特征在于, 所述方法还包括使被磁分离 机分离的所述磁性载体直接回流到生化反应池, 同时排除剩余污泥。 15. 根据权利要求 11-14 中任一项所述的污水处理方法, 其特征在于, 所述生化反应池 包括推流式曝气池、 完全混合式曝气池、 氧化沟、 SBR 池。 权 利 。
7、要 求 书 CN 102249404 A1/6 页 3 含有磁性载体的污水处理设备和污水处理方法 技术领域 0001 本发明涉及一种污水处理设备, 尤其是加入了磁性载体的污水处理设备。本发明 还涉及了使用该设备处理污水的方法。 背景技术 0002 活性污泥法和生物膜法是污水生物处理的两大工艺类型。 活性污泥工艺具有处理 能力大、 效率高和出水水质好的优点, 其各种变形工艺具有较好的脱氮除磷性能, 在城市污 水处理厂中得到了最广泛的应用。 其缺点是运行不够稳定、 易产生污泥膨胀和污泥产量大, 其对低浓度污水的处理效果较差。生物膜工艺具有运行稳定、 剩余污泥少、 管理简单、 对氨 氮和难降解污染物。
8、去除能力强、 能够适应较大水质范围变化等优点。其缺点是生物膜脱落 产生的部分细小颗粒不易沉降造成出水浊度较高, 总氮和总磷的去除能力较弱。生物膜工 艺对填料的性能要求很高, 这曾一度限制了它的大规模应用, 近年来, 随新型填料的开发和 应用, 生物膜工艺在城市污水处理中的应用有扩大趋势。 0003 移动床生物膜反应器 (MBBR) 工艺即是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载 体, 提高反应器中的生物量及生物种类, 从而提高反应器的处理效率。但 MBBR 工艺也有其 不足之处, 如存在池内进气分布不均匀, 从而导致局部填料堆积, 出水口截留填料的格栅容 易堵塞等问题。 0004 在 1996 年。
9、的 2(18) 期的环境污染与防治第 7-11 页的文章 ( 何大江、 陈吕军、 钱易 等人 )生物膜氧化沟污水处理性能的研究 中提到了 : 通过生物膜氧化沟和普通氧化沟的 清水试验得出第二型软性填料为最佳填料, 与水流方向平行安装为最佳安装方式。试验得 出生物膜氧化沟在水力停留时间为 12 小时和 24 小时, 对 TN 的去除效果明显优于普通氧化 沟, 对 COD, SS 的去除效率基本相同。 0005 在 2006 年的 6(4) 期的安全与环境学报第 23-26 页的文章 ( 杨慧敏、 张奎、 李建政 等人 )复合式氧化沟工艺处理城市污水 报道了 : 复合式氧化沟工艺是在氧化沟中投加 。
10、填料作为微生物附着生长的载体, 利用悬浮生长的污泥和附着生长的生物膜共同处理水中 的有机物, 从而提高污水处理效率。复合式氧化沟采用的是 BCZ 型软性组合填料, 当 HRT 为 10h, 其COD去除率可以保持在86以上, 对NH4+-N的去除率也在83左右, 在HRT为20h和 室温的条件下, 即使 COD、 BOD5和 NH4+-N 的质量浓度分别在 125.30 492.00mg/L、 56.26 249.44mg/L 和 20.00 32.91mg/L 较大范围内波动, 系统的去除率都能保持在 90以上, 出水 COD、 BOD5和 NH4+-N 的质量浓度分别维持在 3.74 47。
11、.01mg/L、 0.93 11.45mg/L 和 0.28 3.26mg/L, 达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002) 一级排放标准。 能较好地适应水质水量的变化, 抗冲击负荷能力强。 0006 在 2007 年的 12(33) 期的水处理技术中的文章 ( 张帆、 陆少鸣、 范平等人 )接 触氧化沟工艺在珠江微污染源水处理中的应用 报道了 : 对四段式接触氧化沟中加入 PWT 型片状填料、 YDT 弹性立体填料和悬浮球填料等 3 类 4 种填料进行试验, 其结果表明对氨 氮有很高的去除率, 本中试系统对氨氮平均去除率相对于原水在 I、 II、 III 段累计分别为 。
12、说 明 书 CN 102249404 A2/6 页 4 50.89、 72.6、 91.63, 第 IV 段为 93.16, III 段出水氨氮平均值已经达到 0.41mg/L。 系统对亚硝酸盐、 CODMn和浊度也有显著的去除效果, 第 IV 段出水没有出现亚硝酸盐累积现 象, 出水 CODMn和浊度平均值分别为 3.65mg/L 和 16.05NTU, 平均去除率分别为 44.86和 64.47。 0007 在 2009 年第 2 期的广东农业科学第 148-157 页的文章 ( 刘雯、 丘锦荣、 卫泽斌 等人 )投加生物球对植物 - 生物膜氧化沟净化污水的影响 报道了 : 在生活污水中投。
13、加 自制生物球对植物 - 生物膜氧化沟净化污水的影响。此种生物球是用亚麻布或尼龙布剪 成长 35cm、 宽 25cm 的布块, 然后用其紧紧包裹乒乓球, 并用细尼龙丝将包裹口扎紧, 最后 将乒乓球下剩余的布料剪成宽约 1cm 的长形布条制作而成。试验结果表明, 生物球的投 加促进了污水处理系统对 COD、 TP、 TN 和 NH4+-N 的去除, 其中投加 20 个生物球的去除率分 别为 69.95、 50.73、 37.78、 37.6左右, 投加 10 个生物球的去除率分别为 58.7、 41.04、 31.95、 28.75左右, 而没有投加生物球去除率只有 42.88、 23.9、 2。
14、7.18、 21.97左右。 0008 在蔡松柏申请的实用新型专利 CN94236665.4 中, 提到在膜法氧化沟污水处理系 统中, 采用的是辐射状的弹性立体填料, 该系统可以实现单沟 A/O 工艺, 无污泥回流系统, 无鼓风机系统, 节省停留时间, 能稳定保证出水水质。 0009 在公开号为 CN101139127 的文件中披露了一种功能化硅包覆介孔磁性载体 (FSMMC) 的制备及在城市污水处理中的应用 : 在 pH 7 时, 用固有活性菌的 FSMMC 处理城 市生活污水 24h 时, COD 去除率可达到 82.7。 0010 在公开号为 CN101139127 的文件中披露了一种功。
15、能化硅包覆介孔磁性载体 (FPMC) 的制备及在重金属废水、 印染废水处理中的应用 : 使用 FPMC 的化学吸附作用处理重 金属废水及印染废水。 0011 在公开号为 CN1204625 的文件中披露了一种磁性载体, 在处理废水过程中, 微生 物固定在其生长所需的载体上, 该用于废水处理的固定有大量微生物的微生物固定载体通 过磁力控制而在处理室中运动。 0012 在公开号为 CN101254976 的专利中披露了一种用于污水处理的磁性生物载体及 其制备方法, 该磁性生物载体包括 : 磁性颗粒 7 21wt ; 高分子聚合物 79 93wt ; 磁 性颗粒包括四氧化三铁、 金属铁粉、 磁铁矿 。
16、; 高分子聚合物包括聚乙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 粉末橡胶。 选择高分子聚合物颗粒与磁性颗粒经过搅拌器充分混合后, 投加到挤出机中, 在 挤出机的作用下, 经过熔融使磁性颗粒与高分子聚合物颗粒充分混合, 挤出、 切断, 形成含 有磁性颗粒的高分子聚合物颗粒。 然后将高分子聚合物颗粒研磨、 过筛, 最后把磁性载体浸 入表面活性剂中, 得到磁性生物载体。此种磁性载体是本发明使用的磁性载体的来源。 0013 在公开号为 CN101279792 的专利中披露了一种用于污水处理的磁性生物载体的 成型方法, 该方法是将质量比为 4 12 1 的高分子聚合物颗粒磁性颗粒使用搅拌机充 分混合均匀以后, 添加。
17、到双螺杆挤出机中, 在高温下高分子聚合物颗粒成熔融状态后与磁 性颗粒混合均匀, 然后挤出切粒得到磁性生物载体母粒, 制得的载体母粒密度 1.0 1.4g/ cm3; 载体母粒经过研磨后成为磁性生物载体。此种成型方法是本发明中磁性载体成型方法 的来源。 0014 在公开号为 CN101244884 的专利中披露了一种采用磁性生物载体及磁分离技术 说 明 书 CN 102249404 A3/6 页 5 的污水处理方法, 其步骤包括 : 将密度 1.0 1.4g/cm3; 粒径为 0.043 0.315mm 的磁性生 物载体投入曝气池中, 产生剩余污泥可通过磁分离技术实现泥水分离, 然后将其放入载体。
18、 脱膜分离器内, 实现污泥和磁性载体的分离, 经磁选后, 将磁性载体重新放入反应器中, 实 现磁性载体的回收和再利用。 此种污水处理方法与本发明属于应用于不同工艺中的两种污 水处理方法。 发明内容 0015 在背景技术中, 现有技术有以下几个缺点 : 0016 (1) 目前现有工艺运行过程中, 填料对水流的阻力大, 容易引起污泥堆积 ; 0017 (2) 使用悬挂式填料时, 前期投入需要制作悬挂框架, 工作量大 ; 0018 (3) 选用软式或者组合式填料时, 填料易结垢且无法再生 ; 运行一段时间后, 因失 去活性的菌种无法从填料上脱落, 处理效果降低, 需要清理 ; 0019 (4) 当选。
19、用悬浮填料时, 容易产生填料堆积 ; 0020 另外在文件 CN1204625 中披露的技术方案需要磁力控制磁性载体运动, 因而增大 了能耗和该处理室的结构复杂性。 0021 针对上述问题, 申请人提出将磁性载体和磁分离技术应用到生化反应池中形成一 种新的污水处理工艺, 并且构成了新的污水处理方法, 其中, 附着有生物膜的磁性载体和污 水完全混合, 不仅提高了氧化沟等污水处理构筑物中的污泥浓度, 避免了污泥上浮和污泥 膨胀, 提高了处理效率和出水水质, 而且这种磁性载体在污水中呈流态化, 流体阻力很小, 不会产生污泥堆积和磁性载体堆积, 只需在沉淀池排泥口设置一台磁分离机将磁性载体选 出, 然。
20、后经过脱膜机脱膜处理, 最后再回流到氧化沟即可。 0022 本发明包括如下技术方案 : 0023 一种污水处理设备, 所述污水处理设备包括生化反应池、 用于分离污泥与磁性载 体的磁分离机、 污泥脱水设备和磁性载体脱膜设备, 其特征在于, 该生化反应池中设有磁性 载体, 该磁性载体在所述污水中处于流态化。 0024 所述方案避免了使用外部磁场来驱动该磁性载体, 从而更加方便节能地实现污水 处理。其中流态化是指使得磁性载体能够随着污水一起流动。 0025 所述方案还提高了生化反应池的容积负荷, 提高了污水处理效率和出水水质, 有 效抑制了污泥膨胀上浮, 对 COD, NH4+-N 的去除率高。 0。
21、026 本发明所使用的磁性载体可以与污水完全混合, 悬浮在水中, 随污水流动, 流态化 好, 动力消耗少, 不会产生污泥堆积和磁性载体堆积, 磁性载体可重复使用。 0027 通过使用所述磁性载体, 从而减少基建投资, 便于在现有技术上进行改造, 运行费 用低, 操作简单, 维护方便。 0028 优选地, 所述磁性载体可附着生物膜。 0029 优选地, 所述磁性载体附着生物膜后, 在水中与污水完全混合, 悬浮于水中, 提高 活性污泥浓度, 提高去除污水中的有机物的能力。 0030 最好, 所述磁性载体为磁性颗粒、 高分子聚合物的组合物。 0031 最好, 所述组合物具有 : 粒度为 0.043-。
22、0.245mm ; 密度为 1.0-1.1g/cm3; 各组分重 量比为 : 磁性颗粒 10-20wt, 高分子聚合物 80-90wt。 说 明 书 CN 102249404 A4/6 页 6 0032 最好, 所述磁性颗粒为含铁的磁性物质中的一种或者一种以上的混合物。 0033 最好, 所述高分子聚合物包括高分子树脂中的一种或者一种以上的混合物。 0034 最好, 所述磁分离设备为湿式永磁磁分离机。 0035 优选地, 当生化反应池为氧化沟时, 在氧化沟的弯道处设置水下推进器。 0036 本发明还涉及一种使用污水处理设备实施的生物膜氧化沟的污水处理方法, 所述 污水处理设备包括生化反应池、 。
23、用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、 污泥脱水设备和脱 膜设备, 所述方法按顺序包括 : 污水处理步骤和污泥处理步骤, 其特征在于, 在生化反应池 中加入磁性载体, 使所述磁性载体流态化, 在污泥处理步骤中包括使至少一部分污泥通过 磁分离机的步骤。 0037 优选地, 所述污水处理步骤包括如下步骤 : 生化处理步骤, 其中经过预处理后的污 水进入污水处理设备 ; 沉淀步骤和沉淀澄清步骤。 0038 优选地, 所述污泥处理步骤包括 : 在经沉淀步骤之后, 使一部分污泥回流到生化反 应池, 另一部分污泥进入磁分离机。 0039 优选地, 所述方法还包括使被磁分离机分离的所述磁性载体直接回流到生化反应。
24、 池, 同时排除剩余污泥。 附图说明 0040 图 1 是本发明的第一实施例的示意图 ; 和 0041 图 2 是本发明的另一个实施例的附图。 具体实施方式 0042 在本发明中, 污水进入到本发明的具有磁性载体的生化处理池, 如氧化沟、 SRB 池 等中。如图 1 所示, 对于氧化沟而言, 形成中间出水, 进入到沉淀池中, 形成最终出水和两 部分污泥, 一部分污泥回流到氧化沟, 另一部分污泥进入到磁分离机中, 分离成剩余污泥和 磁性载体, 所述磁性载体直接回流到氧化沟中, 产生的剩余污泥经过脱水处理, 得到含水 70-80wt的剩余污泥后另行处理。 0043 所述氧化沟 1 中含有磁性载体,。
25、 该磁性载体是由磁性颗粒、 高分子聚合物混合制 备的带有磁性的微小颗粒。 其表面粗糙, 比表面积大, 易挂膜, 密度与水相近, 可以很好地与 污水混合并流态化, 从而节省能耗。 0044 在氧化沟的进水口处将粒径为 0.043-0.245mm、 密度为 1.0-1.1g/cm3的磁性载体 颗粒以 4-13g/L 的量 ( 优选 10g/L) 投加到氧化沟当中, 磁性载体经过一段时间 ( 优选 20 天左右 ) 的挂膜过程后, 即可正常运行。 0045 所 述 磁 性 载 体 为 一 个 组 合 物, 包 括 磁 性 颗 粒、 高 分 子 聚 合 物, 粒 度 为 0.043-0.245mm ;。
26、 密度为 1.0-1.1g/cm3; 各组分重量比为 : 磁性颗粒 10-20wt, 高分子聚合 物80-90wt。 所述磁性颗粒可以为磁性物质中的一种或者一种以上的组合, 例如可以是该 磁性物质为含铁的磁性物质。 0046 为了防止污泥在氧化沟内堆积, 最好所述氧化沟的弯道处设置有至少一个水下推 进器。 0047 本发明的原理是, 当污水经过预处理后, 进入氧化沟, 与悬浮在氧化沟中的磁性载 说 明 书 CN 102249404 A5/6 页 7 体充分接触, 磁性载体上附着生物膜, 生物膜中的微生物以污水中的有机物作为营养源, 从 而达到降解污水中有机物的目的。如上所述, 然后中间出水进入。
27、沉淀池澄清后作为最终出 水, 沉淀池中的污泥一部分回流到氧化沟, 另一部分通过磁分离机将磁性载体与剩余污泥 分开, 磁性载体直接回流到氧化沟, 产生的剩余污泥经过浓缩和压滤脱水处理后另行处置。 0048 下面对本发明的工作原理进行描述 : 0049 参见附图 1, 在正常运行过程中, 磁性载体与污水完全混合, 随水流动, 磁性载体上 的生物膜与活性污泥共同作用分解水中的有机物, 从而提高了污水处理效率。 0050 从生化反应池 ( 包括推流式曝气池、 完全混合式曝气池、 氧化沟等生化反应构筑 物 ), 在图 1 中从氧化沟 1 出来的中间出水进入沉淀池 2, 通过连接装置 12, 例如管道, 。
28、进入 沉淀池 2, 进行沉降, 如靠重力进行沉降, 清水可以作为一级出水经消毒处理后外排, 沉淀池 中的污泥则通过连接装置21一部分回流进入氧化沟1, 另一部分经过连接装置23进入脱膜 机 3, 再经由连接装置 34 进入磁分离设备 4 中, 将剩余污泥中的磁性载体分选出来, 然后经 由连接装置 41 回流到氧化沟 1 中以便循环使用, 污泥则经由连接装置 45 进入污泥浓缩池 5, 污泥浓缩池 5 中的上清液经过回流管 51 溢流回流至生化反应池 1, 浓缩污泥进入压滤机 6, 得到含水 70-80wt的剩余污泥以便另行处置, 滤液则经过回流管 61 回流至生化反应池 1 中。 0051 在。
29、图 2 中可以看到, 从 SBR 及其变形工艺等生化反应构筑物 1 进行生化反应及沉 降作用, 如靠重力进行沉降, 清水可以作为一级出水经消毒处理后外排, 含磁性载体的剩余 污泥则通过连接装置 13 进入脱膜机 3, 再经由连接装置 34 进入磁分离设备 4 中, 将剩余污 泥中的磁性载体分选出来, 然后经由连接装置 41 回流到 SBR 池 1 中以便循环使用, 剩余污 泥则经由连接装置45进入污泥浓缩池5, 污泥浓缩池5中的上清液经过回流管51溢流回流 至 SBR 池 1, 浓缩污泥进入压滤机 6, 得到含水 70-80wt的剩余污泥以便另行处置, 滤液则 经过回流管 61 回流至 SBR。
30、 池 1 中。 0052 所述连接装置 12, 23, 21, 34, 45, 41 可以分别称为第一连接装置 12, 第二连接装置 23, 第三连接装置 21, 第四连接装置 34, 第五连接装置 45 和第六连接装置 41。这些连接装 置可以为本领域已知的实现流体连通的任何装置, 例如管道, 各种泵等。 0053 试验证实 : COD、 BOD5、 NH4+-N 去除率最高都可达到 96以上。磁分离设备的磁感应 强度为 0.06-0.35T。 0054 实施例 1, 0055 在一个污水处理厂中采用了 Orbal 氧化沟处理城市污水, 进水 COD 平均为 563mg/ L, 进水 NH4。
31、+-N 平均为 26.3mg/L, 将密度 1.0g/cm3、 粒径 0.076-0.16mm 的磁性载体以 10g/ L 投加到氧化沟混合液中, 运行一段时间稳定后, 出水 COD 平均达到 41.7mg/L, 去除率为 92.6, 出水 NH4+-N 平均达到 0.82mg/L, 去除率为 96.9。 0056 实施例 2, 0057 在一个污水处理厂中采用了Carrousel 2000氧化沟处理城市污水, 进水COD平均 为461mg/L, 进水BOD5平均为135mg/L, 进水NH4+-N平均为24.9mg/L, 将密度1.1g/cm3、 粒径 0.076-0.16mm 的磁性载体以。
32、 5g/L 投加到氧化沟混合液中, 运行一段时间稳定后, 出水 COD 平均达到 44.9mg/L, 去除率为 90.3, 出水 BOD5平均达到 8.07mg/L, 去除率为 94.0, 出 水 NH4+-N 平均达到 0.91mg/L, 去除率为 96.3。 说 明 书 CN 102249404 A6/6 页 8 0058 实施例 3, 0059 在一个污水处理厂中采用了SBR工艺处理酿酒废水, 进水COD平均为2700mg/L, 进 水 BOD5平均为 2000mg/L, 进水 SS 平均为 310mg/L, 该废水经过细格栅和纤维过滤器等一级 强化污水处理工艺后进入 SBR 反应池。将密度 1.1g/cm3、 粒径 0.076-0.16mm 的磁性载体以 5g/L 投加到 SBR 池混合液中, 运行一段时间稳定后, 出水 COD 平均达到 89.9mg/L, 去除率为 96.7, 出水 BOD5平均达到 26.7mg/L, 去除率为 98.7, 出水 SS 平均达到 24.1mg/L, 去除 率为 92.2。 说 明 书 CN 102249404 A1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 。