CN105839649B - 金属矿山废弃物堆场的生态修复方法 - Google Patents

金属矿山废弃物堆场的生态修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生态修复技术领域,尤其涉及金属矿山废弃物堆场的修复方法,包括步骤S1,对金属矿山废弃物堆场进行修整,形成若干级带有梯形坡面和削坡平台的阶梯形堆场;S2,在各级梯级坡面上铺设充填式生态毯;S3,在充填式生态毯上设置种子层。该生态修复方法在对金属矿山废弃物堆场进行修复时,首先整修堆场,避免了在生态修复施工过程中有浮石滑落,对人员或机器造成损伤,提高了施工安全性,然后铺设充填式生态毯,最后再铺设种子层,充填式生态毯能将上层植被与堆场隔离,避免堆场对植被的生长造成影响,起到快速恢复植被的效果,种子层的设置,能够在堆场的表面形成植被,有效的避免了降水淋溶和堆场废弃物的自然风化,降低了环境危害。

Description

金属矿山废弃物堆场的生态修复方法
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域,尤其涉及金属矿山废弃物堆场的修复方法。
背景技术
我国金属矿贫矿多、富矿少,多金属矿多、单一矿种少,金属品位极低、矿物采剥比大,产生大量的固体废弃物。有色金属硫化物矿山每采山1吨矿石平均约产生1.25吨废石,近几年有色金属矿山大约需要排放废石1.3~1.4亿吨/a;每选1吨矿石平均约产出0.92吨尾砂,尾矿每年将增加约1.1亿吨,尾矿综合利用率不足10%。金属矿山积存的尾砂、废石己数十亿吨,占用了大量的农田土地。
金属废弃物堆场表层多为碎石、渣土,结构松散,稳定性差,难以蓄存土壤和水分,植物无法生长,生态环境难以自然恢复。此外,我国受风化和降雨淋溶,废弃物堆场中的毒害物质极易随降水进入河流和地下水,造成大范围环境污染和生态恶化。通过植被恢复能有效防止降水淋溶和固废的自然风化,因此,如何快速恢复植被,已成为科学破解金属废弃物堆场生态环境问题的重要途径。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决金属矿山废弃物堆场造成环境污染和生态恶化的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,包括步骤S1,对金属矿山废弃物堆场进行修整,形成若干级带有梯形坡面和削坡平台的阶梯形堆场;S2,在各级梯级坡面和削坡平台上铺设充填式生态毯;S3,在充填式生态毯上设置种子层。
其中,所述步骤S1还包括步骤S11,对堆场进行稳定化处理,包括清除坡面的浮石,填补坡面凹陷,并对堆场坡面进行削坡减载形成所述阶梯形堆场,所述梯形坡面的长度为15~20m,所述削坡平台的宽度为1~3m,使梯级坡面的坡度不大于自然安息角;S12,在完成稳定化处理的梯级坡面上修建截水沟,避免汇水对坡面造成侵蚀。
其中,所述步骤S2中的充填式生态毯包括多个并排设置的充填袋,所述充填袋由高分子聚丙烯材料制成,且所述充填袋的一端敞口,一端封闭,相邻的两个所述充填袋的袋体缝合连接;在铺设所述充填式生态毯时,使所述充填袋的敞口的一端朝上设置。
其中,所述步骤S2中的充填式生态毯还包括与所述充填袋连接的安全绳,所述安全绳用于固定所述充填式生态毯。
其中,所述步骤S2还包括步骤S21,在各级梯级坡面上铺设土工格栅,并采用锚杆固定;S22,在所述土工格栅上铺设充填式生态毯,并将所述充填式生态毯固定;S23,向所述充填式生态毯的各个充填袋内填充充填料,并将充填袋的敞口缝合。
其中,所述步骤S23中充填料包括发酵污泥、轻质基质、土壤和保水剂,所述发酵污泥、所述轻质基质及所述土壤按体积份数进行混合,所述充填料中的发酵污泥的体积份数用A表示,所述充填料中的轻质基质的体积份数用B表示,所述充填料中的土壤的体积份数用C表示,且A=35%,20%≤B≤40%,25%≤C≤45%,所述保水剂的添加量为300~500g。
其中,所述步骤S3中的种子层包括轻质基质、土壤、粘合剂和植物种子,所述种子层中的轻质基质与所述土壤按体积份数进行混合,所述种子层中的轻质基质的体积份数用D表示,所述种子层中的土壤的体积份数用E表示,且30%≤D≤50%,50%≤E≤70%,所述粘合剂的含量为10~15g/m2,所述植物种子的含量为20~25g/m2
其中,所述种子层中的轻质基质的体积分数D=50%,所述种子层中的土壤的体积分数E=50%,所述植物种子包括木本植物种子和草本植物种子,所述草本植物的含量为2~3g/m2
其中,所述轻质基质包括农作物秸秆粉碎物、农作物果壳和木材加工废弃物中的一种或多种。
其中,还包括步骤S4,在种子层上铺设保护层。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点:
(1)本发明提供的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法包括S1,对金属矿山废弃物堆场进行整修,形成若干级带有梯形坡面和削坡平台的阶梯形堆场;S2,在各级梯形坡面和削坡平台上铺设充填式生态毯;S3,在充填式生态毯上设置种子层。该生态修复方法在对金属矿山废弃物堆场进行修复时,首先整修堆场,避免了在生态修复施工过程中有浮石滑落,对人员或机器造成损伤,提高了施工的安全性,然后铺设充填式生态毯,最后再铺设种子层,充填式生态毯能将上层植被与堆场隔离,避免堆场对植被的生长造成影响,起到快速恢复植被的效果,种子层的设置,能够在堆场的表面形成植被,有效的避免了降水淋溶和堆场废弃物的自然风化,降低了环境危害。
(2)充填式生态毯内的充填料采用发酵污泥、轻质基质、土壤和保水剂的混合物,原料的来源较广,利用率较低,其中发酵污泥和轻质基质一般被当做是废弃物,单独堆存或焚烧处理对周围环境具有一定的污染,本发明实现了固体废料的资源化利用,使其变废为宝,降低了植被恢复的工程成本。
(3)充填袋的材料采用高分子聚丙烯材料,具有较高的耐冲击性,机械性质强韧,抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀,适用于金属矿山废弃物堆场的使用,有效的隔离了种子层和金属矿上废弃物堆场,起到了快速回复植被的效果。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外,本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点,将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法的流程图;
图2是采用本发明实施例提供的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法构建的生态修复系统结构示意图;
图3是本发明实施例提供的充填式生态毯的结构示意图。
图中:1:堆场;2:土工格栅;3:锚杆;4:充填式生态毯;5:锚杆;6:种子层;7:保护层;8:充填袋;9:主安全绳;10:副安全绳;11:充填料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上,“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
实施例一
在本实施例中,堆场1的坡长为55米,未分级,坡度均在45°以上,且堆场1的边坡的松散程度较高,没有土层,严重制约了植物的正常生长。
如图1和图3所示,本发明实施例提供的一种金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,该修复方法在实施时主要包括以下步骤:
步骤S1,对金属矿山废弃物堆场1进行修整,形成若干级带有梯形坡面和削坡平台的阶梯形堆场;具体的,步骤S1还包括步骤S11,对堆场1进行稳定化处理,包括清除堆场1的坡面的浮石,填补堆场1的坡面凹陷,并对堆场1的坡面进行削坡减载形成阶梯堆场,梯形坡面的长度优选为15~20m削坡平台的宽度优选为1~3m,使梯级坡面的坡度不大于自然安息角;在本实施例中,将堆场1的坡体修成四级边坡,其中第二、三、四级的边坡的长度均为15米。步骤S12,在完成稳定化处理的梯级坡面上修建截水沟,截水沟修建在坡面的外缘,避免汇水对坡面造成侵蚀。
步骤S2,在各级梯级坡面和削坡平台上铺设充填式生态毯4,并向充填式生态毯4内填充充填料11;充填式生态毯4包括多个并排设置的充填袋8,充填袋8由高分子聚丙烯材料制成,且充填袋8的一端敞口,一端封闭,相邻的两个充填袋8的袋体缝合连接;在铺设充填式生态毯4时,使充填袋8的敞口的一端朝上设置;充填式生态毯4还包括与充填袋连接的安全绳,安全绳用于固定充填式生态毯,安全绳包括主安全绳9和副安全绳10,主安全绳9和副安全绳10均为高强玻纤绳,主安全绳9设于充填式生态毯的上端,副安全绳10的数量为多个,多个副安全绳10分别设于充填式生态毯4两端的两个充填袋8的袋体上,主安全绳9和副安全绳10用于将充填式生态毯4固定铺设于坡面上。具体地,使用时在待修复的坡面上设置锚杆,将主安全绳9和副安全绳10分别绑在锚杆5和锚杆3上,进而将充填式生态毯4固定铺设于坡面上。
步骤S3,在充填式生态毯4上设置种子层6。采用干喷机将种子层6喷洒在充填式生态毯4上,种子层6的喷洒厚度优选为3~4m。种子层包括轻质基质、土壤、粘合剂和植物种子,种子层6中的轻质基质与土壤按体积份数进行混合,种子层6中的轻质基质的体积份数用D表示,种子层6中的土壤的体积份数用E表示,且30%≤D≤50%,50%≤E≤70%,粘结剂和植物种子以带喷播的单位面积计算,粘合剂的含量一般为10~15g/m2,植物种子的含量一般为20~25g/m2,植物种子包括木本植物种子和草本植物种子,草本植物包括但不限于百喜草、高羊茅、狗牙根、狼尾草、紫花苜蓿、金鸡菊、波斯菊等,草本植物种子的含量控制到为2~3g/m2,木本植物主要为乔木和灌木,本实施例的乔木包括但不限于盐肤木、银合欢、刺槐等,灌木包括但不限于马棘、荆条、胡枝子、紫穗槐等。在本实施例中,D取50%,E取50%,植物种子的含量为20g/m2,草本植物的种子含量为3g/m2,粘合剂的含量为10g/m2,本实施例中的粘合剂是一种由高分子聚丙烯酰胺(PAM)聚合而成的一种水溶性有机类土壤调理剂,属于人工合成的高分子长链聚合物,型号为法国爱森的A30。它具有较强的沉降和絮凝土壤粒子的特性,可促使土壤形成良好的团粒结构;同时具有减少因地表径流造成的土壤流失、提高土壤渗透力、保土保肥等作用。其他具有上述功能的粘合剂也可以采用。
进一步地,步骤S2在实施时还具体包括以下步骤:
步骤S21,在各级梯级坡面上铺设土工格栅2,土工格栅2铺设于坡面与充填式生态毯4之间,使土工格栅2覆盖整个坡面,并通过锚杆3将土工格栅固定在坡面上,保证边坡的稳定性,本实施例的土工格栅2优选为SS20型双向土工格栅,其由不可降解塑料材料制成,如聚丙烯类纤维、聚酰胺或锦纶等;土工格栅2的网孔尺寸优选为4cm×4cm。土工格栅2具有很好的柔韧性和抗拉强度,在工程技术中起到加筋作用。
步骤S22,在土工格栅2上铺设充填式生态毯4,并采用锚杆将充填式生态毯固定。
步骤S23,向充填式生态毯4的各个充填袋8内填充充填料11,并将充填袋8的敞口缝合。具体地,向充填式生态毯4内填充充填料11,充填料11采用干喷机喷射到充填式生态毯4的各个充填袋8中,完成充填后,采用手提式电动缝包机将对充填袋8的敞口进行封口处理,避免充填料11流出。充填料11包括发酵污泥、轻质基质、土壤和保水剂,将发酵污、轻型基质、土壤和保水剂进行均匀混合制备充填料,充填料11中的发酵污泥、轻质基质及土壤按体积份数进行混合,充填料11中的发酵污泥的体积份数用A表示,充填料11中的轻质基质的体积份数用B表示,充填料11中的土壤的体积份数用C表示,且A=35%,20%≤B≤40%,25%≤C≤45%,保水剂的添加量为300~500g;在本实施例中,A取35%,B取40%,C取25%,保水剂的添加量为300g。发酵污泥是城市污水处理厂的脱水污泥采用高温好氧堆肥的方法,经过好氧微生物的发酵分解并转化为稳定性较高的类腐殖质。外观呈褐色,疏松、分散、细颗粒状,含水率≤30.0%,泥质达到《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)相关规定和控制标准。本实施例中采用污泥作为充填料11促进了污泥的资源化开发利用,创造了巨大的环境效益和社会效益。轻型基质为农作物秸秆粉碎物,农作物果壳和木材加工的废弃物中的一种或两种,农作物的果壳为花生壳和稻谷等,木材加工的废弃物为锯木屑或刨花等。轻型基质中含大量的碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫和硅等多种营养元素,同时富含纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质,是一种可以资源化利用的固体废弃物资源。另外,轻型基质中的有机物质可以改善土壤物理性质,提高土壤的保蓄性和缓冲性,同时有机物质的使用还可以保护农村生态环境、促进农业的生态化发展。保水剂是一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的高分子聚合物,称SAP,主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体,型号为法国爱森MP3500KM,它具有电离性基团羧基结构的高吸水性有机分子,对水有强烈的缔合作用;同时可使土壤形成团粒多孔结构、松软透气,既保证植物需求,又可增加粘土的通透性和沙土的持水力。他具有上述功能的保水剂也可以采用。
进一步地,步骤S23和步骤S3中的轻质基质包括农作物秸秆粉碎物、农作物果壳和木材加工废弃物中的一种或多种。在本实施例中,步骤S23中轻型基质选用农作物秸秆粉碎物,步骤S3中的轻质基质选用农作物秸秆粉碎物和木材加工废弃物的混合物。步骤S23和步骤S3中的土壤均为壤土,壤土的土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中,壤土的质地介于黏土和砂土之间,兼有黏土和砂土的优点,通气透水、保水保温性能都较好,是较理想的种植土壤。另外在本发明中壤土也可以采用其他质地的土壤来替换。
其中,还包括步骤S4,在种子层6上铺设保护层7,并采用锚杆3固定。保护层7用于为种子层6中的植物种子发芽提供必要条件。保护层7可以是可降解的塑料薄膜或是采用农作物秸秆经简单加工制成的草帘,在本实施例中,保护层7选用由水稻为原材料经过简易草帘机编制而成的草帘,厚度优选为0.5~1.5cm,在本实施例中草帘的厚度选择0.5cm,在铺设保护层7时要保证保护层7全面覆盖在种子层6的外表面,起到保水、保墒、防止降雨冲刷等作用,为种子的萌芽创造良好的环境条件,其他具有上述功能的覆盖材料也可以采用,效果以本实施例采用的为优。
实施例二
本发明的实施例二中的堆场1的坡长为36m,分为两级边坡,坡度均在55°以上,且堆场1的边坡硬化程度高,呈碱性,没有土层,不利于制备的恢复工程。在对本实施例的堆场1进行修复时,施工步骤与实施例相似,其相同之处不再赘述,区别之处在于:步骤S23中,充填料11中发酵污泥的体积分数A为35%,轻质基质的体积分数B20%,壤土的体积分数C为45%,保水剂的添加量为500g;在步骤S3中,种子层6的喷洒厚度为4cm,种子层6中轻质基质的体积分数D为40%,壤土的体积分数E为60%,粘合剂的含量为12g/m2,植物种子的含量为25g/m2,草本植物种子的含量为2g/m2。另外本实施例的S4中选用的保护层7均为由水稻为原材料经过简易草帘机编制而成的草帘,草帘的厚度为1.5cm。
实施例三
本发明实施例三中的堆场1的坡长为80m,未分级,坡度均在55°以上,且堆场1的边坡的松散程度较高,没有土层,严重制约了植物的正常生长。本实施例提供的一种边坡生态修复方法与实施例一及实施例二中的边坡生态修复方法相似,其相同部分不再赘述,其不同之处在于:在步骤S1中将堆场1修整正为四级阶梯形坡面,每级坡面的坡长为20m;步骤S23中的充填料11在制备时发酵污泥的体积份数A为35%,轻型基质的体积分数B为30%,壤土的体积分数C为35%,保水剂的添加量为400g;步骤S3中,种子层6的喷射厚度为4cm,种子层6的轻型基质和壤土的体积分数各为50%,粘合剂的含量为12g/m2,植物种子的含量为25g/m2,其中草本植物种子的含量为2g/m2。另外本实施例的S4中选用的保护层7均为由水稻为原材料经过简易草帘机编制而成的草帘,草帘的厚度为1cm。
采用上述三个实施例的方法对金属矿山废弃物堆场进行修复,经过6个月后,植被覆盖率可达到90%左右。草本植物生长旺盛,木本植物分布均匀,苗木木质化程度较高,确保能够安全越冬。实施1年后,草本植物逐渐衰弱,木本植物生长旺盛,植被覆盖率达到85%以上,坡面形成牢固的根系结构,有效的控制了扬尘和水土流失。实施2年后,堆场植被覆盖率达到95%以上,灌木生长高度达到1.5m左右,植被整体生长状况良好,各类灌木分布均匀,坡面呈现出以木本植物为主的乔灌草立体防护结构,与周边自然植被相互融合,且能自我繁衍生长。
上述三个实施例提供的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法具有以下优点:
(1)该生态修复方法在对金属矿山废弃物堆场进行修复时,首先整修堆场,避免了在生态修复施工过程中有浮石滑落,对人员或机器造成损伤,提高了施工的安全性,然后铺设充填式生态毯,最后再铺设种子层,充填式生态毯能将上层植被与堆场隔离,避免堆场对植被的生长造成影响,起到快速恢复植被的效果,种子层的设置,能够在堆场的表面形成植被,有效的避免了降水淋溶和堆场废弃物的自然风化,降低了环境危害。
(2)充填式生态毯内的充填料采用发酵污泥、轻质基质、土壤和保水剂的混合物,原料的来源较广,利用率较低,其中发酵污泥和轻质基质一般被当做是废弃物,单独堆存或焚烧处理对周围环境具有一定的污染,本发明实现了固体废料的资源化利用,使其变废为宝,降低了植被恢复的工程成本。
(3)充填袋的材料采用高分子聚丙烯材料,具有较高的耐冲击性,机械性质强韧,抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀,适用于金属矿山废弃物堆场的使用,有效的隔离了种子层和金属矿上废弃物堆场,起到了快速回复植被的效果。
综上所述,本发明实施例提供的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法不仅能够快速回复植被,同时充填料将消耗大量的污泥,促进了污泥的资源化开发利用,创造了巨大的环境效益和社会效益,且本方法的施工工艺简单,易于实施,效率较传统方法提高了2~3倍,综合治理费用降低20%,适用于大面积废弃地生态修复推广应用,尤其有助于生态脆弱区生态系统的稳定。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:包括步骤
S1,对金属矿山废弃物堆场进行修整,形成若干级带有梯形坡面和削坡平台的阶梯形堆场;
S2,在各级梯形坡面和削坡平台上铺设充填式生态毯,并向所述充填式生态毯内填充充填料;
S3,在充填式生态毯上设置种子层;
所述步骤S3中的种子层包括轻质基质、土壤、粘合剂和植物种子,所述种子层中的轻质基质与所述土壤按体积份数进行混合,所述种子层中的轻质基质的体积份数用D表示,所述种子层中的土壤的体积份数用E表示,且30%≤D≤50%,50%≤E≤70%,所述粘合剂的含量为10~15g/m2,所述植物种子的含量为20~25g/m2
2.根据权利要求1所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述步骤S1还包括步骤
S11,对堆场进行稳定化处理,包括清除坡面的浮石,填补坡面凹陷,并对堆场坡面进行削坡减载形成所述阶梯形堆场,所述梯形坡面的长度为15~20m,所述削坡平台的宽度为1~3m,使梯级坡面的坡度不大于自然安息角;
S12,在完成稳定化处理的梯级坡面上修建截水沟,避免汇水对坡面造成侵蚀。
3.根据权利要求1所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述步骤S2中的充填式生态毯包括多个并排设置的充填袋,所述充填袋由高分子聚丙烯材料制成,且所述充填袋的一端敞口,一端封闭,相邻的两个所述充填袋的袋体缝合连接;在铺设所述充填式生态毯时,使所述充填袋的敞口的一端朝上设置。
4.根据权利要求3所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述步骤S2中的充填式生态毯还包括与所述充填袋连接的安全绳,所述安全绳用于固定所述充填式生态毯。
5.根据权利要求4所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述步骤S2还包括步骤
S21,在各级梯级坡面上铺设土工格栅,并采用锚杆固定;
S22,在所述土工格栅上铺设充填式生态毯,并将所述充填式生态毯固定;
S23,向所述充填式生态毯的各个充填袋内填充充填料,并将充填袋的敞口缝合。
6.根据权利要求5所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述步骤S23中充填料包括发酵污泥、轻质基质、土壤和保水剂,所述发酵污泥、所述轻质基质及所述土壤按体积份数进行混合,所述充填料中的发酵污泥的体积份数用A表示,所述充填料中的轻质基质的体积份数用B表示,所述充填料中的土壤的体积份数用C表示,且A=35%,20%≤B≤40%,25%≤C≤45%,所述保水剂的添加量为300~500g。
7.根据权利要求1所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述种子层中的轻质基质的体积分数D=50%,所述种子层中的土壤的体积分数E=50%,所述植物种子包括木本植物种子和草本植物种子,所述草本植物的含量为2~3g/m2
8.根据权利要求6或7任一项所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:所述轻质基质包括农作物秸秆粉碎物、农作物果壳和木材加工废弃物中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的金属矿山废弃物堆场的生态修复方法,其特征在于:还包括步骤S4,在种子层上铺设保护层。
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