CN101708917B - 垃圾渗滤液一体化处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垃圾渗滤液一体化处理装置及方法，装置包括脱氮机构，混聚反应池，斜板/管沉淀池，以及生物炭滤床，SMBR反应器，还包括溶药配药机构，溶药配药机构包括碱液池、絮凝药液池、助凝药液池三个并列的溶药池，三溶药池分别与吹脱塔进液管上的碱液加药孔、脱氮沉淀水箱与混聚反应池连通管道上的絮凝加药孔和助凝加药孔连通；处理方法包括氨氮吹脱、混凝沉淀、生物炭滤床处理、SMBR反应器处理、纳滤和/或反渗透处理。本发明的装置和方法是高效氨氮吹脱塔+旋流网格混凝+斜板(管)沉淀+生物炭滤床+SMBR反应器组成，集结了垃圾渗滤液处理工艺中的优点，解决垃圾渗滤液的处理难费用高的问题，高效氨氮吹脱塔对气体利用率高，新的布气结构提高了能效，具有减少占地面，降低运行费用的优点。

Description

垃圾渗滤液一体化处理装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种垃圾渗滤液一体化处理装置及其处理方法。 

背景技术

随着经济的发展，人口的激增和人民生活水平的不断提高，城市垃圾的产量日益增大，垃圾的妥善处置已成为一项十分迫切的任务。生活垃圾常见的处理方式包括卫生填埋、焚烧、堆肥和综合利用等。其中，卫生填埋法以其管理方便、处理费用低、技术成熟而成为国内外垃圾处理的主要方式。据中国环境监测总站对我国329个城市垃圾处理场的调查表明，卫生填埋场占垃圾处理设施的87.5％。垃圾填埋或堆放过程中会产生垃圾渗滤液，这是一种成分复杂的高浓度有机废水，如不妥善处理，将会造成严重的环境污染。它可以污染水体、土壤、大气等，使地面水体水质恶化、富营养化；使地下水丧失利用价值。地下水一旦被污染很难净化，造成的影响短则几年，长则几百年；有机污染物进入食物链还将直接威胁人类健康。据不完全调查，国内几乎所有卫生填埋场产生的渗滤液均未实现达标排放。因此，对渗滤液进行有效的收集和处理已成为城市环境中亟待解决的问题，垃圾渗滤液处理技术也是国内外研究的热点和难点问题之一。 

垃圾渗滤液具有污染物浓度高、成分复杂、变化极不稳定等特点，其主要特点如下：①水质波动大渗滤液水质随时间变化较大，渗滤液水质的时变化系数、日变化系数一般高达200～300％，且老龄填埋场的水质随时间变化相对较 大；②生物可降解性(可生化性)随填埋龄的增加而逐渐降低；③营养元素比例失衡；④金属离子含量高垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，其中铁浓度可高达2050mg/L，铅的浓度可达12.3mg/L，锌的浓度可达130mg/L，钙的浓度可达4300mg/L；⑤氨氮含量高高氨氮浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一，随着垃圾填埋年数而增加，可以高达1700mg/L，渗滤液中的氮多以氨氮形式存在，约占TN的70～80％；⑥填埋时间对渗滤液水质的影响随着填埋场使用年限的延长，渗滤液的水质量将发生变化。垃圾渗滤液通常可根据填埋场的“年龄”分为两大类：一类是“年轻”的渗滤液，其填埋时间在5年以下，所产生的渗滤液水质特点是pH值较低，COD_cr和BOD₅浓度较高，且BOD₅/COD_cr的比值亦较高，可生化性较好，另一类“年老”的渗滤液，其填埋时间在5年以上，所产生的渗滤液的主要水质特点是pH值较接近中性，CODcr较高和BOD₅浓度较低，且BOD₅/COD_cr的比值非常低，可生化性较差，而NH₄-N浓度很高。 

目前，国内外采用的垃圾渗滤液处理技术主要可分为物化法、生物法和土地处理法三大类。物化法包括混凝、吹脱、活性碳吸附、蒸发法、化学沉淀、离子交换、膜分离等多种方法。物化法受垃圾渗滤液水质、水量变化的影响小，出水水质稳定，尤其对BOD/COD较低而难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果，但物化法处理费用高，一般用于渗滤液的预处理或深度处理。生物法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类，好氧处理工艺有活性污泥法、曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘、滴滤池等，厌氧处理工艺有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床、厌氧混合床等。生物法是垃圾渗滤液处理中最常用的一类方法，因其运行费用低、处理效率高、不会出现化学污泥等特点而被世界各国广泛采用。但单独采用生物法难以适应渗滤液水质和水量的变化，尤 其是氨氮和重金属浓度高时，对处理系统中的微生物有强烈的抑制作用，影响处理效果，使出水难以达标。土地处理法包括慢速渗滤法、快速渗滤法、表面漫流、人工湿地和回灌等，其中人工湿地和回灌应用得较多。土地处理法的投资及运行费用较低，抗冲击负荷能力强，同时还能加速填埋场稳定化进程，减少维护费用。但该法受土地资源的限制，且容易使重金属和盐类在土壤中累积，对土壤和地下水造成污染。近年来，国内外学者对垃圾渗滤液的处理进行了大量的研究，涌现出许多新的处理技术，如膜生物反应器(MBR)、反渗透(RO)、Fenton、光催化氧化、电解法、超声波、有效微生物(EM)技术等，均取得了一定的处理效果。 

综上所述，垃圾渗滤液的处理工艺多种多样，各具优缺点。采用单一工艺处理，往往在某些指标上能取得好的处理效果，而对其它指标的处理效果较差，很难使出水达到排放标准。因此，必须将处理工艺由单一化向多元化发展，通过工艺组合，取长补短，以达到满意的处理效果。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种占地面积小、运营费用低的垃圾渗滤液一体化处理装置及组合处理方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种垃圾渗滤液一体化处理装置，包括脱氮机构，混聚反应池，斜板/管沉淀池，以及生物炭滤床，SMBR反应器，脱氮机构、混聚反应池、斜板/管沉淀池、生物碳滤池、膜生物反应池依次连通并分别在其下端设有排污口，还包括溶药配药机构，所述溶药配药机构包括碱液池、絮凝药液池、助凝药液池三个并列的溶药池，横向贯穿于三个溶药池内的支撑杆上分别安装有搅拌电机及搅拌叶片，每个溶药池分别配以计量泵，各计量泵的进液管分别与对应溶药池内腔连通；所述脱氮机构包括脱氮沉淀水箱和固定于该水箱上端的吹脱塔，在吹脱塔的进液管上设有碱液加药孔、在脱氮沉淀水箱与混聚反应池连通管道上先后分别设有絮凝加药孔和助凝加药孔，所述各计量泵分别的出液管分别与对应加药孔匹配安装，即碱液池的计量泵出液管与吹脱塔进液管上的碱液加药孔连通、絮凝药液池与所述絮凝加药孔连通、助凝药液池与助凝加药孔连通，所述各溶药池下端设有排污口分别与系统排污管连通。 

所述混凝反应池包括至少两个彼此独立且通过切口连通的的网格池，所述每个网格池包括至少三层网格层，每个网格层之间间隔水平分布固定于网格池内侧壁上，进液口位于偏向网格池侧壁位置安装，使进液产生旋流。 

所述网格池为奇数个时，进液口安装于一端的网格池侧壁上部；网格池为偶数个时，进液口安装于一端的网格池侧壁下部。 

所述网格池为圆筒形或为椭圆筒形，或者为方筒形。 

所述吹脱塔包括塔体和位于塔体上端的出气口、下端的离心风机，并在出气口上固定有防雨罩，在塔体内腔自上向下依次为高效收水器、旋流布水器、球面或多面或多棱或其他填料层，进液管安装与塔体上端与旋流布水器连通，所述离心风机的出气管安装于填料层底部，并在该出气管上设有一定数量的微出气孔。 

在斜板/管沉淀池中部安装有弧形翼片斜板或其他斜板(管)组成的除泥层，所述弧形翼片斜板除泥层为一定数量的弧形翼片斜板，其两端分别固定在斜板/管沉淀池两侧内侧壁上，并在斜板/管沉淀池底部设有集泥漏斗和排污口。 

所述弧形翼片斜板，是在平面板的至少一个平面上垂直固定有一定数量的横档板，每个横档板之间彼此平行，在每个横档板的板端边上固定有弧形板，使横当板与弧形板组合形成横截面为“J”型横当板。 

上述垃圾渗滤液一体化处理装置处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤： 

(1)氨氮吹脱加碱调节待处理垃圾渗滤液pH值至8.5～10.5后，引入脱氮机构进行空气脱氮，调节气液比为60～150，吹脱停留5～15min； 

污水中的氨氮浓度越高，对微生物活性的抑制作用就越强；所以，对于氨氮含量高达800～4000mg/L的垃圾渗滤液来说，在进行生物处理前，必须进行物化预处理；较为经济有效的方法是氨吹脱法。 

(2)混凝沉淀吹脱后的渗滤液投加絮凝剂后引入混聚反应池，在旋流网格中絮凝沉淀5～10分钟，再引入斜板/管沉淀池进行沉淀，且在该区停留1.5～2h； 

(3)生物炭滤床处理经混凝沉淀后流出的渗滤液引入生物炭滤床停留时间4～6h，进行生物净化、过滤； 

(4)SMBR处理渗滤液引入SMBR反应器净化处理4～8h，SMBR反应器膜通量稳定在8～10L/(m³·h)； 

SMBR(浸没式膜生物反应器)为不需要混合液的循环系统，能耗低。由于膜组件浸没在生物反应器内，膜表面积聚了高浓度的活性污泥絮体，生物降解作用相对于传统的活性污泥法大大增强；另一个方面是膜对有机大分子物质有截留作用即膜的筛滤作用，有效去除对溶解性有机物。 

(5)纳滤和/或反渗透处理调节SMBR反应器出水pH值为6.0～7.0后，采用纳滤和/或反渗透工艺进行深度处理，达标排放或回用。纳滤或反渗透根据水质、排放指标选择；或者选择两者串联。 

采用生物反应器-纳滤组合工艺处理的垃圾渗滤液，能达到生活垃圾渗滤液排放限值的一级标准。SMBR反应器-纳滤组和工艺具有处理效果好，稳定性强，流程简单，设备紧凑，易实现自动控制等优点。 

在上述步骤(2)中所加絮凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁中的至少一种。絮凝剂聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)对垃圾渗滤液都有一定的去除效果，PAC、PFS和PAM混合使用对原液的适应性强，对垃圾渗滤液处理效果较好，如在PAC的质量浓度是1.9g/L(以氧化铝质量计算)，PFS的质量浓度是1.2g/L(以铁的质量计算)，PAM的质量浓度是0.16g/L、pH值为8时处理效果最。 

所述SMBR反应器的膜组件滤膜孔径为0.1～0.4um。 

本发明的有益效果： 

1.一体化垃圾渗滤液处理装置有高效氨氮吹脱塔+旋流网格混凝+斜板(管)沉淀+生物炭滤床+SMBR反应器组成，集结了垃圾渗滤液处理工艺中的优点，解决垃圾渗滤液的处理难费用高的问题。 

2.创新了高效氨氮吹脱塔，高效氨氮吹脱塔采用微孔曝气管作为布气装置，布气管位于填料中下部，气体利用率高；降低了设备的高度，改变了以前的挡板反射布气的方法，提高了能效。 

3.旋流网格技术是在现有的旋流混凝技术和网格混凝技术的前提下，自主研发的一种高效絮凝技术，它融合了两者的优点，摈弃了旋流技术占地面积大的缺点和网格混凝技术分格太多的弊病，实现絮凝时间短，絮体效果佳的特点。具有絮凝时间为5～8分钟，药剂用量为常规的60～80％，既可以减少占地面，缩小构筑物体积，又降低运行费用的优点。 

4.弧形翼片斜板技术是在现有的波形斜板、迷宫斜板、高密度迷宫斜板的基础上研制的新一代高效沉淀斜板，摈弃了波形斜板安装复杂，支架较多的缺点和迷宫斜板出水水质较差的缺点。弧形翼片斜板具有水力负荷较高，出水水质好、占地面积小的特点。它可以适应前面混凝不太理想的沉淀池进行改造，因为弧形翼片斜板具有独特的二次混凝技术，它可以把在混凝系统中没有完全混凝的药剂进行二次絮凝，达到最佳絮凝沉淀效果。 

5.本发明主要用于城市垃圾渗滤液的处理，与NF+RO膜系统配套。垃圾渗滤液经本发明处理装置处理后，COD_cr的脱出率为90％，氨氮的脱出率80％，出水经过NF+RO系统后，出水达到GB16889-2008标准中的敏感地区排放标准，并且可延长膜的使用寿命和清洗周期。常规的清洗周期为20～45天，经过本装置后膜系统的清洗周期为90～120天，降低日常的维护费用；常规膜系统的使用寿命(处理垃圾渗滤液)为1～2年，经过本装置后膜的寿命为3～5年；降低膜系统的运行费用。 

附图说明

图1是本发明一体化垃圾渗滤液处理装置侧面结构示意图； 

图2是图1的俯视结构示意图； 

图3是图1的D向结构示意图； 

图4是图3的局部放大结构示意图； 

图5是离心风机及其微出气孔结构示意图； 

图6是图1的后视结构示意图； 

图6-1是图6的(脱氮沉淀水箱与混聚反应池)连通管道放大结构示意图； 

图7是图1的A-A剖面结构示意图； 

图8是凝聚反应池立体结构示意图； 

图9是混合液在网格池内旋流情况示意图； 

图10是网格池俯视结构示意图； 

图11是图10的B-B剖面结构示意图； 

图12是图10的C-C剖面结构示意图； 

图13-1弧形翼片板结构示意图； 

图13-2是图13-1的侧面结构示意图。 

图中标号1为一体化垃圾渗滤液处理装置外壳，2为溶药配药机构，3为脱氮沉淀水箱，4为混凝反应池，5为斜板/管沉淀池，6为生物炭滤床，7为SMBR反应器，8为净水池，9为吹脱塔，10为计量泵，11为进药液管，12为污水进水管，13为护栏，14为球面或多面或多棱或其他填料层，15为(脱氮沉淀水箱与混聚反应池)连通管道，16为计量泵的出药液管，17、18、19分别为碱液池、絮凝药液池、助凝药液池(溶药池次序不限定)，20为溶药池排污口，21为碱液加药孔，22为絮凝加药孔，23为助凝加药孔，24为系统排污管，25为离心风机，26为搅拌机及搅拌叶片，27为集泥漏斗，28为风机出气管(微孔布气管)，29为微孔，30为万向起吊装置，31为混凝反应池与斜板/管沉淀池底部通道，32为网格层，33为弧形翼片板，34为人孔，35为混合液进水口(位于混凝反应池一端的网格池一侧)，36为混凝反应池与斜板/管沉淀池之间隔墙，38为斜板/管沉淀池上部出水通道，39为排泥管上安装的蝶阀，40为“J”型横当板，41为高效收水器，42为防雨罩。 

具体实施方式

实施例1一种圾渗滤液一体化垃处理装置，参见图1、图2、图3、图4、 图5、图6、图6-1、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13-1、图13-2，包括脱氮机构，混聚反应池4，斜板沉淀池5，以及生物炭滤床6，SMBR反应器7，脱氮机构、混聚反应池4、斜板沉淀池5、生物碳滤池6、SMBR反应器7依次连通并分别在其下端设有排污口，还包括溶药配药机构，所述溶药配药机构包括碱液池17、絮凝药液池18、助凝药液池19三个并列的溶药池，横向贯穿于三个溶药池内的支撑杆上分别安装有搅拌电机及搅拌叶片，每个溶药池分别配以计量泵，各计量泵的进液管分别与对应溶药池内腔连通；所述脱氮机构包括脱氮沉淀水箱3和固定于该水箱上端的吹脱塔9，在吹脱塔9的进液管上设有碱液加药孔21、在脱氮沉淀水箱3与混聚反应池4连通管道上先后分别设有絮凝加药孔22和助凝加药孔23，所述各计量泵分别的出液管分别与对应加药孔匹配安装，所述各溶药池下端设有排污口分别与系统排污管连通。混凝反应池4包括至少两个彼此独立且通过切口连通的的网格池，所述每个网格池包括至少三层网格层32，每个网格层之间间隔水平分布固定于网格池内侧壁上，进液口35位于偏向网格池侧壁位置安装，使进液产生旋流。 

所述网格池为奇数个时，进液口安装于一端的网格池侧壁上部；网格池为偶数个时，进液口安装于一端的网格池侧壁下部。 

所述网格池为圆筒形或为椭圆筒形，或者为方筒形。 

所述吹脱塔9包括塔体和位于塔体上端的出气口、下端的离心风机，并在出气口上固定有防雨罩42，在塔体内腔自上向下依次为高效收水器41、旋流布水器30、球面或多面或多棱或其他填料层14，进液管12安装与塔体上端与旋流布水器30连通，所述离心风机25的出气管28安装于填料层14底部，并在该出气管28上设有一定数量的微出气孔29。 

在斜板沉淀池5中部安装有弧形翼片斜板除泥层，所述弧形翼片斜板除泥层为一定数量的弧形翼片板33其两端分别固定在斜板沉淀池5两侧内侧壁上，并在斜板沉淀池5底部设有集泥漏斗27和排污口37。 

所述弧形翼片板33，是在平面板的至少一个平面上垂直固定有一定数量的彼此平行弧形板，使横当板与弧形板组合形成横截面为“J”型横当板40。 

述垃圾渗滤液一体化处理装置处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤： 

(1)氨氮吹脱  加碱调节待处理垃圾渗滤液(0°以上渗滤液均可，无需加热)pH值至8.5～10.5后，引入脱氮机构进行空气脱氮，调节气液比为40～80，吹脱停留5～15min；氨氮吹脱部分，COD去除率40％，氨氮去除率60～80％。 

(2)混凝沉淀  吹脱后的渗滤液投加絮凝剂后引入混聚反应池，在旋流网格中絮凝沉淀5～10分钟，再引入斜板/管沉淀池进行沉淀，且在该区水力停留1.5～2h；所加絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)，添加量依次为400mg/L、50mg/L。该混凝沉淀部分的COD去除率可达60％。 

(3)生物炭滤床处理  经混凝沉淀后流出的渗滤液引入生物炭滤床停留时间4～6h，进行生物净化、过滤； 

(4)SMBR处理  渗滤液引入SMBR反应器净化处理4～8h，SMBR反应器膜通量稳定在8～10L/(m³·h)；膜组件滤膜孔径为0.3um。 

垃圾渗滤液一体化处理装置COD总去除率可达80～90％ 

(5)纳滤+反渗透处理调节SMBR反应器出水pH值为6.0～7.0后，采用纳滤+反渗透串联工艺进行深度处理，达标排放或回用。 

再经纳滤反+渗透部分处理，COD去除率可达99.9％，氨氮去除率达99％，系统出水水质达到GB16889-2008排放标准中表3要求的敏感地区排放标准。 

实施例2 同等处理规模、同等进水水质和同等出水水质的情况下旋流混凝、网格混凝和旋流网格混凝的投资和运行费用比较见表1： 

表1 技术效果综合对比表 

实施例3 现有工艺和本发明方法投资及运行经济比较 

以处理40m³/天计算(详见表2)： 

系统总体投资：460～500万元人民币；260～320万元人民币； 

系统占地面积：900～1200m²；434m²(包含道路及绿化面积) 

设备及厂房实际占地面积：450m²；128m²

运行费用：12～14元/吨水；8.604元/吨水； 

吨水成本：38～40元；14.971元 

表2 投资及运营费用明细 

实施例4 一种圾渗滤液一体化垃处理装置，与实施例1基本相同，附图未画出，相同不重述，不同之处在于：沉淀池采用传统的管沉淀池。 

Claims (9)

1.一种垃圾渗滤液一体化处理装置，包括脱氮机构，混聚反应池，斜板/管沉淀池，以及生物炭滤床，SMBR反应器，其特征在于，所述脱氮机构、混聚反应池、斜板/管沉淀池、生物炭滤床、SMBR反应器依次连通并分别在其下端设有排污口，还包括溶药配药机构，所述溶药配药机构包括碱液池、絮凝药液池、助凝药液池三个并列的溶药池，横向贯穿于三个溶药池内的支撑杆上分别安装有搅拌电机及搅拌叶片，每个溶药池分别配以计量泵，各计量泵的进液管分别与对应溶药池内腔连通；所述脱氮机构包括脱氮沉淀水箱和固定于该水箱上端的吹脱塔，在吹脱塔的进液管上设有碱液加药孔、在脱氮沉淀水箱与混聚反应池连通管道上先后分别设有絮凝加药孔和助凝加药孔，所述各计量泵的出液管分别与对应加药孔匹配安装，所述各溶药池下端设有排污口分别与系统排污管连通。

2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液一体化处理装置，其特征是：所述混聚反应池包括至少两个彼此独立且通过切口连通的网格池，所述每个网格池包括至少三层网格层，每个网格层之间间隔水平分布固定于网格池内侧壁上，进液口位于偏向网格池侧壁位置安装，使进液产生旋流。

3.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液一体化处理装置，其特征在于，所述网格池为奇数个时，进液口安装于一端的网格池侧壁上部；网格池为偶数个时，进液口安装于一端的网格池侧壁下部。

4.根据权利要求2或3所述的垃圾渗滤液一体化处理装置，其特征在于，所述网格池为圆筒形或为椭圆筒形，或者为方筒形。

5.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液一体化处理装置，其特征是：所述吹脱塔包括塔体和位于塔体上端的出气口、下端的离心风机，并在出气口上固定有防雨罩，在塔体内腔自上向下依次为高效收水器、旋流布水器、球面或多面或多棱填料层，进液管安装于塔体上端与旋流布水器连通，所述离心风机的出气管安装于填料层底部，并在该出气管上设有一定数量的微出气孔。

6.根据权利要求5所述的垃圾渗滤液一体化处理装置，其特征在于，在斜板沉淀池中部安装有弧形翼片斜板除泥层，所述弧形翼片斜板除泥层为一定数量的弧形翼片斜板，其两端分别固定在斜板沉淀池两侧内侧壁支架上，并在斜板沉淀池底部设有集泥漏斗和排污口，所述弧形翼片斜板，是在平面板的至少一个平面上垂直固定有一定数量的彼此平行的横档板，在每个横档板的板端边上固定有弧形板，使横当板与弧形板组合形成横截面为“J”型横当板。

7.权利要求1所述垃圾渗滤液一体化处理装置处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：

(1)氨氮吹脱加碱调节待处理垃圾渗滤液pH值至8.5～10.5后，引入脱氮机构进行空气脱氮，吹入空气与渗滤液体积比为60～150，吹脱停留5～15min；

(2)混凝沉淀吹脱后的渗滤液投加絮凝剂后引入混聚反应池，在旋流网格中絮凝沉淀5～10分钟，再引入斜板/管沉淀池进行沉淀，且在该区停留1.5～2h；

(3)生物炭滤床处理经混凝沉淀后流出的渗滤液引入生物炭滤床停留时间4～6h，进行生物净化、过滤；

(4)SMBR反应器处理渗滤液引入SMBR反应器净化处理4～8h，SMBR反应器膜通量稳定在8～10L/(m³·h)；

(5)纳滤和/或反渗透处理调节SMBR反应器出水pH值为6.0～7.0后，采用纳滤和/或反渗透工艺进行深度处理，达标排放或回用。

8.根据权利要求7所述的处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，在步骤(2)中所加絮凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述SMBR反应器的膜组件滤膜孔径为0.1～0.4μm。

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