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pH控制在中性或微碱性;
供氧充足;
磷酸盐适量。
2.氨基酸生产菌有什么特性,为什么?
L-谷氨酸发酵微生物的优良菌株多在棒状杆菌属、小短杆菌属、节杆菌属和短杆菌属中。
具有下述共同特性:
①细胞形态为短杆至棒状;
②无鞭毛,不运动;
③不形成芽孢;
④革兰氏阳性;
⑤生物素缺陷型;
⑥三羧酸循环、戊糖磷酸途径突变;
⑦在通气培养条件下产生大量L-谷氨酸。
3.生物素在谷氨酸发酵过程中的作用是什么?
生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。
生物素缺陷型菌种因不能合成生物素,从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。
而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。
因此,磷脂的合成量也相应减少,这就会导致细胞膜结构不完整,提高细胞膜对谷氨酸的通透性,解除其对谷氨酸脱氢酶的抑制,源源不断生产谷氨酸。
维生素发酵生产工艺
1.比较分析现行维生素C的两种生产工艺过程及本质区别,有什么优势?
现行的维生素c生产工艺过程有:
莱氏化学合成法和两步发酵法。
莱氏化学合成法:
D-葡萄糖为原料,进过催化氢化生成D-山梨醇,然后生物氧化转变为L-山梨糖,酸性液中丙酮化,对α-β-二仲醇进行保护。
L-山梨糖高锰酸钾在碱性溶液中氧化为二丙酮-2-酮-L-古龙酸,除去丙酮,内酯化和烯醇化得到L-抗坏血酸。
整个合成过程必须保持第4位碳原子的构型不变。
两部发酵法:
①催化氢化:
催化氢化D-葡萄糖,控制压力,在氢做还原剂、镍做催化剂的条件下,将醛基还原成醇基,从而制备D-山梨醇。
②第一部发酵:
D-山梨醇C2位羟基氧化为羰基,其他基团不变,微生物转化得L-山梨糖。
③第二部发酵:
L-山梨糖到2-酮基-L-古龙酸需要将C1位醇基氧化为羧基,保持其他基团不发生变化。
其中两步发酵法更具有优势。
原因如下:
①以生物氧化代替化学氧化简化了生产工艺。
②省略了丙酮化反应步骤,节省了丙酮、硫酸等大量化工原料和其防爆设备,节约了成本,有利于安全生产。
③三废和污染较小。
④提高了生产能力。
2.维生素C的生产工艺中,手性中心是如何实现的?
维生素C分子中含有两个手性碳原子,故有四个光学异构体。
其中L(+)-抗坏血酸括性最高,D(-)-异抗坏血酸活性仅为其20%,工业上将其作为食品抗氧剂。
D(-)-抗坏血酸和L(+)-异抗坏血酸几乎无活性。
3.在未来,一步发酵能取代两部发酵,成为维生素生产的主流工艺吗,为什么?
一步法发酵对工业菌株的山梨醇/糖旁路代谢途径进行敲除。
与原始菌株比较,发现单菌发酵24h后,培养基中剩余的山梨醇糖含量基本保持恒定,NSR缺失株相对于原始菌株残糖量提高了85.9%。
基因工程制药工艺
1.工程菌与宿主菌对培养基要求有何不同,为什么?
碳源:
大肠杆菌以蛋白胨等蛋白质的降解物作为碳源;
酵母利用葡萄糖、半乳糖等单糖类物质为碳源。
氮源:
不同工程菌对氮源利用能力差异大,具有很高的选择性。
大肠杆菌利用酵母粉等大分子有机氮源;
酵母利用氨基酸为氮源。
选择剂:
基因工程大肠杆菌含有抗生素抗性基因,抗生素作为选择剂;
基因工程酵母菌常用氨基酸营养缺陷型。
2.影响工程菌培养工艺的主要参数是什么?
如何优化控制?
温度:
生长与生产温度不一致。
较高温度表达量大,易形成包涵体。
策略:
较低温度下有利于表达可溶性蛋白质。
对于热敏感的蛋白质,高温会降解破坏。
生产期可采用先高温,然后低温,变温表达,避免蛋白质降解。
pH:
了解发酵过程中各个阶段的适宜pH以后,进一步设法控制pH在合适的范围内。
分阶段控制pH:
根据试验结果来确定生长最适pH和产物最适pH,以达到最佳生产。
溶解氧:
从供应量和需要量(菌体生长、质粒稳定性、产物积累)二个方面考虑,使之需氧不超过设备的供氧能力,在临界溶解氧浓度之上。
3.诱导物对生长和产物合成有何影响,为什么?
诱导物用来诱导表达型工程菌。
在细胞生长到一定阶段,必需添加诱导物,以解除目标基因的抑制状态,活化基因,进行转录和翻译,生成产物。
适宜的诱导时间非常重要。
诱导物的浓度及其发酵温度会影响表达量和产物存在形式。
化学诱导型启动子:
lzc、tac、T7等,诱导时间为对数生长期。
温度诱导型启动子:
PL、PR等,诱导时间为对数期或稍后一些。
1.什么是基因工程菌,工程菌构建的基本过程和各阶段的主要任务是什么,所涉及基因工程原理是什么?
将目的基因导入细菌体内使其表达,产生所需要的蛋白的细菌称为基因工程菌。
工程菌构建的基本过程如下:
目标基因克隆(PCR、文库筛选、化学合成)→表达载体构建(酶切、链接)→遗传转化与筛选(外源基因导入与培养)→工程菌(获得新形状、功能、产生物质)
酶切:
在特异位点上催化双链DNA分子的断裂,产生相应的限制性片段。
(DNA+缓冲液+限制性内切酶;
37℃,1小时;
加热、加EDTA终止;
电泳检查酶切完整性)
链接:
DNA双链上相邻的3’羟基和5’磷酸基团共价结合形成3’-5’磷酸二酯键,使原来断开的DNA缺口重新连接起来。
(载体片段和基因片段,缓冲液,连接酶;
16-26℃,数小时;
70℃加热10min终止反应)
转化:
把外源基因导入宿主细胞的过程。
(氯化钙法向大肠杆菌导入外源基因)
2.目标基因克隆的主要方法有哪些?
分析其特点及其适用范围
①PCR扩增。
优点:
简便快速,高效,数kb单基因克隆。
缺点:
DNA聚合酶活性和保真性限制。
(94℃变性→55℃退火→72℃延伸→94℃变性……)
②文库筛选。
长片段,无碱基错误,位置序列基因克隆。
繁琐,过程复杂,耗时,昂贵。
③化学合成:
简便,准确,已知序列基因克隆,引物合成。
受合成仪性能限制,长度很短。
3.大肠杆菌中高效表达蛋白药物着重设计哪几个方面?
为了确保工程菌构建的有效性,必须遵循GMP及其有关生物制品研究技术指导原则,做好菌种的记录和管理。
①表达载体,详细记录表达载体,包括基因的来源、克隆和鉴定,表达载体的构建、结构和遗传特性。
②宿主细胞:
详细记录宿主细胞的资料,包括细胞株系名称、来源、传代历史、鉴定结果及基本生物学特性等。
③目标基因序列:
目标基因的序列包括插入基因和表达载体两端控制区的核苷酸序列,以及所有与表达有关的序列,做到序列清楚。
重组人干扰素生产工艺
1.重组人干扰素生产工艺路线有哪几条,有何缺点?
①体外诱生干扰素制备工艺:
仙台病毒诱导人白细胞:
血浆→人白细胞(病毒诱导)→分离纯化→人白干扰素。
产量低,1gIFNα需要105L人血白细胞,来源困难,工艺复杂,收率低,价格昂贵,潜在的血源性病毒污染的可能性。
②Namalva细胞培养(病毒培养)→合成干扰素→分离纯化→多压型混合干扰素。
首次实现大规模商业化生产,用细胞培养8000L。
活性低,退出临床应用。
③工程菌构建→发酵培养→包涵体→复性→重组人干扰素。
工艺特点:
发酵过程,随后变性、复性过程。
生物合成、纯化及制剂阶段均使用了一些动物或人血液提取成分,仍然没有摆脱潜在的传播血源性疾病的危险。
④工程CHO细胞系构建→细胞培养→收集培养液→分离纯化→重组人干扰素。
分泌表达,产量低,成本高,过程控制严格。
可以做到无血清培养。
⑤基因工程假单胞杆菌发酵生产工艺。
发酵周期短:
几个小时,无需变性、复性过程,获得有活性产品,纯化过程:
淘汰抗体亲和层析,制剂中采用非人血清白蛋白新型保护剂,使得整个制造过程中不使用任何血液提取成分。
2.重组人干扰素发酵工段的关键控制点是什么,如何实现最优化过程控制?
①摇瓶培养:
摇瓶培养:
30℃,pH7.0,250rpm,16-20h;
②种子罐培养:
接种:
接入50L种子罐,接种量10%培养:
30℃,pH7.0控制:
级联调节通气量和搅拌转速。
3.干扰素纯化工艺的原理是什么?
基于蛋白质的电荷性除去杂质,准确控制缓冲液和上样液的pH及电导值,纯化干扰素
4.干扰素纯化工艺过程中各工段的目的是什么?
①溶解粗干扰素:
配置缓冲液(超纯水,pH7.5磷酸缓冲液,0.45μm滤器和10ku超滤系统,百级层流下收集),冷却至2-10℃。
在均浆器中完全溶解粗干扰素。
②等点沉淀与疏水层析:
磷酸调节至pH5.0,沉淀杂蛋白,离心收集上清液(含有人干扰素)。
用NaOH调节上清液pH7.0,并用5MNaCl调节溶液电导值180ms/cm,上样,进行疏水层析,利用干扰素的疏水性进行吸附。
在2-10℃下,用0.025M磷酸缓冲液(pH7.0)+1.6MNaCl进行洗涤,除去非疏水性蛋白。
用0.01M磷酸缓冲液(pH8.0)进行洗脱,收集洗脱液,干扰素。
或②等电点沉淀与盐析:
磷酸调节pH4.5,调节电导值40ms/cm,2-10℃静置过夜,除杂蛋白。
1000ku超滤膜过滤,除去大蛋白。
调整溶液pH8.0,10ku超滤膜,0.005M缓冲液。
③阴离子交换层析与浓缩:
0.01M磷酸缓冲液(pH8.0)平衡树脂,盐浓度线性梯度5~50ms/cm进行洗脱,2-10℃,配合SDS-PAGE收集干扰素峰。
把目标馏分合并,调整溶液pH和电导值,10ku超滤膜,0.05M醋酸缓冲液(5.0)中透析。
④阳离子交换层析与浓缩:
用0.1M醋酸缓冲液(pH0.5)平衡树脂。
上样,相同缓冲液冲洗。
盐浓度线性梯度5-50ms/cm进行洗脱,配合SDS-PAGE收集干扰素峰。
合并馏分,10ku超滤膜系统。
⑤凝胶过滤层析:
0.15MNaCl的0.01M磷酸缓冲液(pH7.0)清洗系统和树脂。
上样,相同洗脱液进行洗脱。
合并干扰素部分。
⑥无菌过滤分装:
0.22μm膜过滤干扰素溶液,分装,-20℃以下的冰箱中保存。
动物细胞培养制药工艺
1.离体动物细胞对葡萄糖和谷氨酰胺的代谢特征是什么?
蛋白质的合成、修饰、分泌功能与制药有何关系?
葡萄糖代谢:
糖酵解为主,生成丙酮酸和乳酸。
丙酮酸经TCA循环,氧化产生CO2和水,释放能量。
葡萄糖一小部分进入PPP途径,生成4、5、7碳糖和NADPH。
谷氨酰胺:
作为氮源,转氨、脱氨(为主),合成非必需氨基酸。
大多数谷氨酰胺通过脱氨生成谷氨酸,并释放铵离子。
小部分谷氨酰胺通过转氨生成其他嘌呤、嘧啶和氨基糖等合成代谢的前体。
氨基酸在粗糙内质网上的核糖体上,以mRNA为模板,进行密码翻译,生成蛋白质的多肽链。
在粗糙内质网腔和高尔基体内加工修饰形成糖基化蛋白质。
糖基结构易变化,不同细胞系糖基化特征不同,要根据药物的结构选择适宜细胞系。
2.制药动物细胞系的种类和特点有哪些?
有限细胞系:
是生长和寿命有限的细胞,经过若干传代培养后失去增殖能力,老化死亡。
有限生长,无致瘤性,有接触抑制性。
e.g.2BS。
寿命取决于细胞来源的物种和年龄、器官。
胚成纤维细胞人(50代),鸡胚(30代),小鼠(8代)
无限细胞系:
寿命和活性不受传代次数影响的细胞系,可连续培养。
也称为永久细胞系或连续细胞系。
没有接触抑制现象,对培养条件和营养因子等要求低,倍增时间短,非常适合于制药工业生产。
人源细胞系:
Namalwa,WI-38,MRC-5
哺乳动物细胞系:
CHO,贴壁或悬浮培养,对剪切力和渗透压有较高的忍受能力。
BHK-21,C127,Vero
杂交瘤细胞系:
脾脏B细胞与骨髓瘤细胞通过原生质体融合,获得的杂交细胞。
无血清培养,高密度悬浮生长,容易转染和生长,大量分泌和高效表达
3.与大肠杆菌和酵母系统相比,哺乳动物源细胞系统制药的优缺点,如何选择?
CHO细胞:
Chinesehamsterovary,中国仓鼠卵巢,亚二倍体核型,2n=22。
特点:
贴壁型生长,也可悬浮培养,对剪切力和渗透压有较高的忍受能力。
最为普遍和成熟表达糖基化蛋白药物的细胞。
多种衍生突变株,高表达。
BHK-21细胞:
成纤维样细胞,非整倍体,2n=44.用于增殖病毒、制备疫苗和重组蛋白。
C127细胞,贴壁生长,适合于牛乳头病毒DNA载体的转化。
Vero细胞:
多倍体核型,贴壁依赖性。
Vero6最为常用,增至病毒,生产疫苗。
4.工程动物细胞系的建立:
基本过程,表达载体设计,转化与培养方案筛选和鉴定方法。
它们与基因工程微生物的异同是什么?
5.动物细胞培养基组成成分及其作用是什么?
与微生物培养基培养基相比,有何特殊性?
动物细胞培养基的成分主要有糖类、氨基酸、维生素与无机盐、激素及附加成分。
作用:
糖类提供细胞生长的碳源和能源。
分解后释放出能量ATP。
氨基酸可通过生糖或生酮途径转变为糖或脂肪酸,间接提供能量。
维生素既不是细胞的物质基础,也不是能量物质,对代谢和生长起调节和控制作用。
无机盐是细胞代谢所需酶的辅基,同时保持细胞的渗透压和缓冲PH的变化。
激素对细胞的生长有刺激作用。
贴附因子的作用是让细胞的贴壁生长。
6.生产用最适动物细胞培养基应该选择哪种,为什么?
合成培养基,组分稳定,容易配置。
已有几十种合成培养基,大部分已商品化
7.如何控制动物细胞培养基的质量?
培养用水质:
必须按照GMP要求进行制备,除去普通水中的各类元素、有毒或有害物质及微生物和热源,达到纯水标准。
缓冲液:
H2CO3/NaCHO3;
NaH2PO4/Na2HPO4;
恒定pH。
平衡盐溶液:
BBS,由NaCl、无机盐和葡萄糖、缓冲剂、指示剂组成。
满足细胞对盐离子、碳营养要求;
pH和渗透压要求;
直观观察pH。
磷酸盐缓冲液:
PBS,KCl、KH2PO4、NaCl、NaHPO4。
培养物、器皿的洗涤液。
氨基酸配置:
50倍浓缩液。
使用L型氨基酸,对于DL混合型氨基酸,使用量应该加倍。
谷氨酰胺不稳定,需单独配置(100倍浓缩液,-20℃保存)。
8.基质依赖性与非依赖性细胞系对培养条件的要求有什么不同?
如何满足?
贴壁依赖性细胞:
依赖于生长基质,并在表面才能生长的细胞。
只能贴壁生长。
多数天然细胞。
非贴壁依赖性细胞:
不依赖于生长基质,可悬浮生长。
淋巴细胞、杂交瘤细胞、肿瘤细胞。
生长基质:
改变介质表面特性,支撑、促进动物细胞贴附的物质。
为支持介质表面提供适量带正电荷,细胞被吸附在介质上。
9.细胞大规模培养有几种方法,有何特点,如何选择应用?
①单层贴壁培养。
单层贴壁培养是指把细胞贴附于一定的固体支持表面上,生长形成单层细胞的培养方法,适合于贴壁依赖性细胞培养。
②悬浮培养。
悬浮培养是指细胞在细胞反应器内游离悬浮生长的培养过程,主要对于非贴壁性依赖性细胞,如杂交瘤细胞。
③微囊培养。
把动物细胞包埋在微载体内或胶囊内固定化后,进行悬浮培养,适合于贴壁依赖性和非贴壁依赖性细胞。
④微载体培养。
微载体是三维培养系统,有很大的比表面积,细胞贴附于载体上增值,再悬浮于细胞液中,兼具有贴壁和悬浮培养的双重优点。
10.比较微生物发酵控制过程的异同
动物细胞
微生物
温度
在线,恒温,水套层,电热片,加温
三基点,发酵热对生长和生产影响,变温控制,降温
搅拌,泡沫
低转速,加剪切保护剂,消沫剂
基于供氧与混合,化学消沫剂与分散剂,机械消沫
溶解氧
临界氧浓度
供氧与耗氧的平衡,临界氧浓度之上
CO2
需要通入,调节pH
尾气,呼吸强度
pH
恒定,缓冲剂,通气,补料,综合控制
三基点,变pH,加酸/碱;
缓冲剂,补料
代谢检测与分析
底物消耗,副产物生成,胞内代谢,分泌
底物消耗,产物的生成,生物化学变化
补料
补充营养,控制代谢过程
解除底物抑制,增加前体
放料
解除副产物,收获产物
解除产物抑制
重组人红细胞生成素的生产工艺
1.比较各种表达系统生产rhEPO的优缺点。
①SV40病毒启动子的表达载体,在COS-1中瞬时表达hEPO。
②昆虫SF9细胞中杆状病毒载体表达rhEPO。
产率有所改善,糖基化程度较小。
③家蚕系统表达,糖基化简单,药物在体内稳定性较低、活性较差等问题。
④大肠杆菌表达,仅具体外抗原结合活性。
⑤干扰素-α基因启动子的rhEPO表达载体,BALL-1细胞,产生较高量的rhEPO。
⑥CHO、BHK细胞中稳定表达,rhEPO与天然EPO结构、活性相似。
2.CHO培养生产rhEPO的基本工艺过程及其控制点是什么,为什么?
①复苏:
液氮冻存的CHO细胞系在37℃中水浴快速融化。
无菌离心,弃上清。
②培养:
加适量DMEM(10%小牛血清),37℃、CO2培养箱培养,连续传三代。
③消化:
用胰蛋白酶消化贴壁细胞后,制成细胞浓度约为2.5×
106个/ml。
用于接种。
④反应器灭菌:
加纤维素载体片及pH7.0的PBS缓冲液,高压灭菌。
⑤接种:
排出PBS缓冲液,加DMEM培养基(含10%血清),接入种子细胞。
⑥贴壁培养:
pH7,<
50r/min,37℃,DO50-80%。
⑦扩增培养:
80-100r/min。
pH7,37℃。
⑧灌流培养:
控制温度、DO、pH值等培养条件,进行无血清培养基连续培养。
⑨收获培养物:
连续收获,4℃-8℃保存。
控制点:
①搅拌控制:
接种后,搅拌速度缓慢,使细胞贴附于载体上,随着细胞数量的增加逐渐提高搅拌速度。
②温度控制:
较为严格,恒定37℃
③pH值控制:
7.2-7.4,输入CO2和碳酸氢盐溶液维持其恒定。
④溶解氧控制:
在50-80%的范围内,通入氧气、空气、氢气或氮气的比例混合气体。
⑤葡萄糖控制:
流加补料
⑥代谢废物控制:
监测铵、乳酸盐类等,维持较低浓度,减少对细胞损害。
3.rhEPO分离纯化工艺中使用了哪些操作单元,为什么?
收获培养液、透析、过滤、DEAE离子交换、凝胶过滤。
三废处理工艺
1.简述制药企业清洁生产的途径
①资源综合利用——原料资源的综合利用、水资源的综合利用、二次资源综合利用、废物综合利用;
②改革工艺和装备——原料处理工艺的改革、产品制造工艺的全过程统筹、装备技术的更新;
③改进操作和加强管理;
④必要的末端处理。
2.简述制药工业的末端污染特点
制药厂排出的污染物通常具有毒性、刺激性和腐蚀性。
化学制药厂的污染物还具有数量少、组分多、变化大、间歇排放、pH不稳定、COD高等特点。
这些特点与防治措施的选择有直接关系。
3.制药废水分为哪几种类型?
有何特点?
如何治理?
①含悬浮物或胶体的废水。
废水中所含的悬浮物一般可通过沉淀、过滤或气浮等方法除去。
是废水的常规预处理程序。
气浮法的原理:
利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物,使其密度小于水(相对密度<
1)而上浮到水面,从而实现固液分离。
对于悬浮物质:
用沉淀、气浮、过滤等方法去除。
对于树脂状物:
由于不易上浮和沉淀,须采用辅助手段(如通入压缩空气、直接蒸汽加热、加入无机盐等)使悬浮物聚集起来沉淀或气浮分离。
对于极小胶体:
可用混凝法或吸附法处理。
②含酸碱性废水。
化学制药过程中常排出各种含酸或碱的废水,其中以酸性废水居多。
含酸浓度高的废水——应考虑尽量回收利用及综合利用,如利用废硫酸制作磷肥等。
含酸(碱)1%以下而没有经济价值的废水——经中和后才能排放,以免腐蚀排水管道,危害水中生物。
中和时,尽量采用废碱或废酸,也可考虑用氨水中和,然后用于灌溉。
若中和后的废水水质符合国家规定的排放标准,可直接排入下水道,否则需进一步处理。
③含无机物废水。
药厂中常见的无机物是溶解于废水中的卤化物、氰化物、硫酸盐及重金属离子。
稀释法——不含毒物且一时无法回收综合利用的无机盐废水。
浓缩结晶法——单纯的无机盐废水。
化学处理法——剧毒的氰化物、氟化物废水。
化学沉淀法——重金属废水(汞、铜、铬等)形成碳酸盐、氢氧化物、硫化物等。
④含有机物废水。
此类废水中所含的有机物一般为原辅材料、产物和副产物等。
在进行无害化处理前,应尽可能考虑回收和综合利用。
常用的回收和综合利用方法有蒸馏、萃取和化学处理等。
对于成分复杂、难以回收利用或者经回收后仍不符合徘放标准的有机废水,则需采用适当方法进行无害化处理。
生物处理法——易被氧化分解的有机废水。
沉淀、萃取、吸附——低浓度、不易被氧化分解的有机废水。
焚烧法——浓度高、热值高、又难以用其它方法处理的有机废水。
4.简述废水处理的基本方法
①物理法——是利用物理作用将废水中呈悬浮状态的污染物分离出来,在分离过程中不改变其化学性质。
如沉降、气浮、过滤、离心、蒸发、浓缩等。
物理法常用于废水的一级处理。
②化学法——是利用化学反应原理来分离、回收废水中各种形态的污染物。
如中和、凝聚、氧化和还原等。
化学法常用于有毒、有害废水的处理,使废水达到不影响生物处理的条件。
③物理化学法——是综合利用物理和化学作用除去废水中的污染物。
如吸附法、离子交换法和膜分离法等。
近年来,物理化学法处理废水已形成了一些固定的工艺单元,得到了广泛的应用。
④生物法——是利用微生物的代谢作用,使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为稳定、无害的物质,如H20和CO2等。
生物法能够去除废水中的大部分有机污染物,是常用的二级处理法。
5.制药废渣的处理方法主要有哪几种?
各自有何特点?
①综合利用。
废渣经回收及除毒后,应尽量进行综合利用。
用作生产的原辅材料;
用作燃料;
用作饲料和肥料;
用作铺路或建筑材料;
投海、深埋、焚烧、深井排放等处理。
②焚烧。
焚烧既能大大减少废渣的体积,消除其中的有害物质,又能回收热量。
对于一时无回收价值的可燃性废渣,特别是当含有毒性或有杀菌作用的废渣,无法用厌气处理时,可以焚烧处理。
③填埋法。
埋入土中,通过微生物自然降解,但容易污染水源(包括地下水)。
为了防止有机物潜在的危险性,目前倾向于先焚烧变成少量残渣后,再用填埋法处理。
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