CN106277711B - 河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,以所述复合材料的总质量为100%计,包括如下质量百分含量的下列组分:纳微米改性胶凝材料52‑78.7%;聚合硅酸铝铁6‑12%;沸石粉3‑7%;活性氧化钙2‑8%;无水石膏3‑6%;活性碳粉2‑6%;硅酸钠0.2‑1%;硅微粉4‑7%;三聚硫氰酸三钠盐0.1‑1.0%。本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,可显著降低所述底泥中重金属含量、有机污染物、微生物含量,分散破坏泥浆中的絮状、聚团物,改善泥浆的结构性能和水理特性,加速泥水分离速度。
Description
技术领域
本发明属于底泥处理技术领域,尤其涉及一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料及其制备方法。
背景技术
底泥是泥水环境的重要组成部分,是社会、经济系统存在和发展的基本因素,对区域的国民经济发展的支持能力起着至关重要的作用。由于历史的累积和近期经济建设高速发展等原因,我国90%以上的城市的泥水环境问题日益严峻,主要表现为城市河道的严重淤积、水资源短缺、水污染过重、水生态平衡遭到破坏等。泥水环境问题的日益严峻,导致城市的持续发展越来越受到严重阻碍,人居环境越来越受到严重威胁。
我国的八大流域特别是长江三角洲、珠江三角洲地区的河网水系,随着工农业的迅猛发展,大量工农业废水通过过多种途径流入河道水体。由于河流水动力与载荷污染物物质量的能力失调,致使污染物最终沉积进入河流水体底泥中,并逐步累积形成重度污染淤泥的沉积层。由于污染底泥中有机物和重金属浓度高,从而导致诸多河流、湖泊出现水体富营养化。频繁发生的水华现象、河湖的黑臭已成了各流域城市河网湖泊中的一种普遍现象,严重影响了居民生活、城市形象和城市生态、景观环境。
底泥污染问题已经对社会经济和生态环境以及人居生活造成了很大的胁迫和压力,河湖污染底泥对城市的进一步发展产生了较大的负面影响。因此,河湖清淤和对受污染底泥的“减量化”、“无害化”、“稳定化”、“资源化再生”处理处置已成为当前各级政府部门一个迫在眉睫的重要任务。
目前,对于污染底泥,一般采用两种方法处理:一是直接填埋,填埋处理不仅需要的专门填埋场地,浪费土地资源,而且不能从根本上消除污染物;二是采用固化剂进行固化处理。然而,现有的固化技术其固化效果仍然有限,此外,现有的处理方法不能有效降低底泥中有机物和重金属浓度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,旨在解决现有的固化剂固化效果不佳、且不能有效降低底泥中有机物和重金属浓度的问题。
本发明的另一目的在于提供一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的的应用。
本发明是这样实现的,一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,以所述复合材料的总质量为100%计,包括如下质量百分含量的下列组分:
以及,一种上述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用。
本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,显著降低所述底泥中重金属含量、有机污染物、微生物含量,使泥饼浸出液污染物浓度远远低于《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准。同时,所述复合材料还能分散破坏泥浆中的絮状、聚团物,改善泥浆的结构性能和水理特性,加速泥水分离速度,增大底泥固体的力学强度,使其能进行筑堤、回填、制砖或生产陶粒等资源化利用。本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,适用范围广,可用于被污染的各类底泥。
本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用,不仅能够有效降低淤泥的含水率、提高淤泥的强度,而且能够显著降低底泥中有机物和重金属浓度,使经过处理的底泥达到土方填筑的要求。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,以所述复合材料的总质量为100%计,包括如下质量百分含量的下列组分:
具体的,本发明实施例中,所述纳微米改性胶凝材料作为所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的主体组分,一方面,能够与所述底泥颗粒进行反应,胶结形成钙矾石等微小固化颗粒,提高经脱水处理后泥饼的强度,有效提高泥水分离效率;另一方面,所述纳微米改性胶凝材料能够与所述底泥中的重金属形成微包裹体,使其完全被包裹钝化到底泥固结体中。
本发明实施例中,所述纳微米改性胶凝材料的含量不能过低或过高,若所述纳微米改性胶凝材料的含量过低,则不能充分实现上述技术效果;所述纳微米改性胶凝材料的含量过高,则其他成分的含量相对降低,不能有效发挥各自的性能,从而使整体效果下降。以所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的总质量为100%计,所述纳微米改性胶凝材料的质量百分含量为52-78.7%。具体的,所述纳微米改性胶凝材料的质量百分含量可以为52%、55%、60%、65%、70%、75%、78.7%等具体质量百分含量。
优选的,所述纳微米改性胶凝材料由下述方法制备获得:
(1)以下述原料总质量为100%计,提供如下重量百分含量的各组分:
(2)将上述各组分进行混合处理形成混合物料,将所述混合物料在1000-1450℃条件下煅烧20-45min,得到烧结物;
(3)将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅按质量比为1:0.03-0.06:0.01-0.04进行混合,磨细处理后得到纳微米改性胶凝材料。
具体的,上述步骤(1)中,按照上述组分含量称取各原料,活性SiO2、活性Al2O3、活性CaO、活性Fe2O3、活性Na2O、活性MgO均为制备所述纳微米改性胶凝材料的必要组分,为了提供光催化氧化污染物的作用,优选在上述原料的基础上添加活性TiO2,来提高光催化氧化污染物的作用。各原料组分的含量如上所述,此处不再赘述。
上述步骤(2)中,将上述各组分进行混合后烧结处理。所述烧结处理过程中,活性SiO2、活性Al2O3、活性CaO、活性Fe2O3、活性Na2O、活性MgO之间发生化学反应,生成化学成分稳定的硅酸三钙、硅酸二钙等活性物质。具体的,所述烧结处理的温度为1000-1450℃,煅烧时间为20-45min。若所述烧结处理的温度过高或过低、时间过短,则不能有效促进各物质之间的反应,或者反应得不到硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等活性物质、或得到的活性物质的成分不稳定,无法实现所述纳微米改性胶凝材料的上述性能。
上述步骤(3)中,将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅按混合、磨细后得到纳微米改性胶凝材料。其中,所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅的质量比为1:0.03-0.06:0.01-0.04,从而使得得到的所述纳微米改性胶凝材料具有凝结效果和强度。具体的,若所述半水CaSO4含量过高,则会影响胶凝材料胶凝的时间和强度。
进一步优选的,所述纳微米改性胶凝材料的D95≤15μm。该优选粒径的所述纳微米改性胶凝材料,可以较好地分散在所述底泥颗粒粒中,从而高效发挥作用。
本发明实施例中,优选的,所述聚合硅酸铝铁的有效含量>36%,离子度大于50%。一方面,充分保证了所述聚合硅酸铝铁发挥作用的有效含量;另一方面,可以有效保证所述聚合硅酸铝铁在所述底泥混合物中的溶解度,从而发挥其性能。具体的,可选择淡黄色片状或粉末状固体的聚合硅酸铝铁。
优选的,所述沸石粉为天然斜发沸石粉,所述天然斜发沸石粉对有机污染物的吸附性能好,还可以负载所述纳微米改性胶凝材料中的TiO2,发挥光催化氧化污染物的作用。进一步优选的,所述天然斜发沸石粉的细度为200-300目,该优选天然斜发沸石粉,其粒径大小介于所述底泥中砂和泥粒径的界限处,从而可以更好地在在所述底泥中分散,吸附所述底泥中的污染物,进而形成大颗粒沉淀较快进入到泥中。
本发明实施例中,所述硅酸钠为水溶性盐,即水溶性硅酸钠。
本发明实施例所述聚合硅酸铝铁、所述沸石粉、所述硅酸钠等协同作用,对所述底泥进行调理调质。具体的,所述聚合硅酸铝铁、所述沸石粉、所述硅酸钠共同作用,破坏所述底泥中絮团微粒和水的粘滞因素,吸附难以沉淀的底泥胶体颗粒,中和胶体表面的负电荷,降低底泥胶粒的Zeta电位,使胶体脱稳,胶体颗粒相互吸引,从而凝聚沉淀、营造固态微粒与所附水分易于分离的环境。
本发明实施例中,优选的,所述活性氧化钙经45μm方孔过筛后的筛余质量分数≤10%,从而可以充分分散在所述底泥颗粒中。所述活性氧化钙一方面能灭杀、消减所述污染底泥中的微生物;另一方面,所述活性氧化钙与石油类污染物发生皂化、降解反应,有效消减所述污染底泥中的油污成分。
优选的,所述活性碳粉是由碳粉经蒸气活化得到的物质,具备较高的活性。进一步优选的,所述活性碳粉的粒径≤200目。由于所述活性炭粉密度较小,若粒径太小的话,不容易混合到所述污染底泥中。
本发明实施例所述三聚硫氰酸三钠盐、所述活性碳粉、所述沸石粉等捕捉污染底泥中的重金属、有机污染物等,进而与其他组分一起将所述重金属、有机污染物沉淀下来。
具体的,所述三聚硫氰酸三钠盐为一种高分子盐,其特殊的高分子空间结构,可以作为配体与所述底泥中的重金属络合,形成螯合物从而沉淀;且所述三聚硫氰酸三钠盐受环境影响较小,能在较宽的pH范围内迅速地从重金属络合物中螯合出重金属离子形成沉淀物。此外,所述三聚硫氰酸三钠盐具有高分子体型结构,可以将所述沉淀物絮集成团快速沉淀下来。所述活性碳粉、所述沸石粉等能够有效吸附所述底泥中的有机污染物,与所述聚合硅酸铝铁、水反应形成絮团,沉淀到泥中。
本发明实施例中,优选的,所述硅微粉为灰色或白色粉末状固体,细度为800-2500目,从而有利于其在所述底泥中有效地溶解分散。
本发明实施例中,所述硅微粉能与所述纳微米改性胶凝材料、活性碳粉共同作用,将所述底泥絮团分散、颗粒化,加速所述污染底泥中水的析出,在所述底泥中形成“微填充集料”和“骨架支撑”,进而所述纳微米改性胶凝材料对分散后的底泥进行调理调质处理,营造出底泥极细颗粒能快速固化的环境条件,并降低底泥极细颗粒固化的不利因素,使其极细颗粒间能紧密粘结或发生团聚,从而能快速有效地进行微固化。
本发明实施例中,所述无水石膏一方面可以起到缓凝胶凝材料的作用;另一发明,所述无水石膏作为硫酸盐激发剂,可以提高所述微纳改性米胶凝材料的活性,使所述底泥的强度逐步增强。
本发明实施例所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料各组分的含量需充分满足上述要求,才能有效发挥协同作用,同时达到降低所述底泥中重金属含量、有机污染物含量,改善水质的作用。
本发明实施例中,所述复合材料中天然斜发沸石粉、活性TiO2、硅微粉等捕捉吸附泥浆中的有机污染物,使之沉淀到底泥里面,然后进行压滤脱水,使排出的水中有机污染物大大降低,使水再生。而被捕捉和吸附到的有机污染物与底泥一起,与复合材料发生反应,使有机污染物无害化。同时,活性TiO2还具有光催化氧化作用,在紫外线的作用下,能够氧化比如直链脂肪烃、环烷烃等有机污染物。
所述复合材料中,所述三聚硫氰酸三钠等高分子盐,其特殊的高分子空间结构,可以作为配体与所述底泥中的重金属络合,形成螯合物从而沉淀;且所述三聚硫氰酸三钠盐受环境影响较小,能在较宽的pH范围内迅速地从重金属络合物中螯合出重金属离子形成沉淀物。同时,所述纳微米改性胶凝材料能够与所述底泥中的重金属形成微包裹体,使其完全被包裹钝化到底泥固结体中。所述复合材料多种成分协同,从而降低所述污染底泥的重金属含量。
所述复合材料能够提供一个碱性环境,一方面,与所述污染底泥中的酸性物质发生中和反应,消减酸性污染物,如硫化氢等;另一方面,碱性环境可以改变所述污染底泥中微生物特别是厌氧菌的生存条件,降低所述污染底泥中的微生物含量,减少厌氧发酵反应,从而抑制了臭气的产生。此外,碱性条件下,有利于所述污染底泥中氨气的释放,降低泥、水中的总氮含量;此外,本发明实施例所述复合材料形成的碱性条件还有利于磷的沉淀。
综上所述,本发明实施例提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,可显著降低所述底泥中重金属含量、有机污染物、微生物含量,使泥饼浸出液污染物浓度远远低于《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准。同时,所述复合材料还能分散破坏泥浆中的絮状、聚团物,改善泥浆的结构性能和水理特性,加速泥水分离速度,增大底泥固体的力学强度,使其能进行筑堤、回填、制砖或生产陶粒等资源化利用。本发明提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,适用范围广,可用于被污染的各类底泥。
以及,本发明实施例还提供了一种上述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用。
具体的,所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用方法,包括以下步骤:
S01.将所述污染底泥进行预处理,使所述污染底泥的质量浓度为5-20%;
S02.在所述污染底泥中加入用于污染底泥调理的所述复合材料进行混合搅拌1-5min,得到泥药混合物,其中,所述复合材料的用量为所述污染底泥干重的5-20%;
S03.将所述泥药混合物至于泥浆调理池中,调理调质10-30min。
具体的,上述步骤S01中,所述污染底泥中含有重金属、有机物质,具体的,包括汞、铅、铬、砷、镍、锌、铜等。为了促进所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的溶解分散,将所述污染底泥进行预处理,使所述污染底泥的质量浓度为5-20%。所述预处理实质对含水量过低的底泥进行加水处理,使其保证一定的含水量。
上述步骤S02中,将所述污染底泥与用于污染底泥调理的所述复合材料在搅拌机中进行搅拌混合,其添加量可以根据所述污染底泥中的重金属、有机质含量进行确定,在保证效果且节约成本的前提下,所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的用量为所述污染底泥干重的5-20%。
上述步骤S03中,将混匀处理后的所述泥药混合物至于泥浆调理池,使其各组分之间、组分与所述底泥颗粒之间充分反应。
经过本发明实施例调理调质后的所述底泥,经压滤机中进行泥水分离、固化完全后,即能进行筑堤、回填、制砖或生产陶粒等再利用。
本发明实施例提供的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用,不仅能够有效降低淤泥的含水率、提高淤泥的强度,而且能够显著降低底泥中有机物和重金属浓度,使经过处理的底泥达到土方填筑的要求。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,以所述复合材料的总质量为100%计,包括表1中实施例1所示质量百分含量的各组分,其中,所述纳微米改性胶凝材料通过下述方法制备获得:
提供活性SiO2 40%、活性Al2O3 20%、活性CaO 20%、活性Fe2O3 15%、活性TiO21%、活性Na2O2%、活性MgO 2%;
将上述各组分进行混合处理形成混合物料,将所述混合物料在1000-1450℃条件下煅烧20min以上,得到烧结物;
将得到的烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅按1:0.05:0.02比例混合均匀,磨细至D95≤15μm,得到纳微米改性胶凝材料。
表1
将实施例1所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料添加到河道污染底泥中,所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的用量为所述污染底泥干重的比例如表1实施例1所示,调理调质10-30min后,进入压滤机中进行泥水分离、固化完全得到泥饼。将调理调质前的底泥进行污染物检测,检测标准为《GB 15618-1995土壤环境质量标准》,检测结果如下表2所示。将经过调理调制后固化完全得到的泥饼浸出液进行检测,检测标准为《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》、《GB/T50123-1999土工试验方法标准》,经过调理调制后的泥饼浸出液检测结果分别如表3所示。
表2
表3
其中,“未检出”表示低于检测方法的检出限。由表2、3的结果可以看出,调理调质前,底泥重金属污染物总量浓度较高,尤其铜,超过《土壤环境质量标准》三级标准的限值。进行调理调制后,泥饼浸出液污染物浓度极低,低于未处理河道底泥浸出液污染物,并且远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》,说明重金属及有机污染物在调理调制过程中被钝化、稳定化。经压滤后得到的泥饼,底泥的含水率由56.1%降至34.5%,渗透系数增大了近100倍,7d无侧限抗压强度提高将近50倍,所述泥饼的耐水性显著提高(7d无侧限抗压强是样品在泡水24h后再测强度,因此,7d无侧限抗压强可以间接体现耐水性)。
实施例2
一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,以所述复合材料的总质量为100%计,包括表1实施例2中所示质量百分含量的各组分,其中,所述纳微米改性胶凝材料的制备方法与实施例1相同。
将实施例2所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料添加到湖泊污染底泥中,所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的用量为所述污染底泥干重的比例如表1实施例2所示,调理调质10-30min后,进入压滤机中进行泥水分离、固化完全得到泥饼。将调理调质前后的底泥进行污染物检测,检测标准为《GB 15618-1995土壤环境质量标准》,处理前的底泥重金属污染物总量浓度较高,尤其镉、镍,超过《土壤环境质量标准》三级标准的限值,调理调质后的检测结果如下表4所示。将固化完全得到的泥饼浸出液进行检测,检测标准为《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》、《GB/T50123-1999土工试验方法标准》,检测结果如表5所示。
表4
表5
其中,“未检出”表示低于检测方法的检出限。由表4、表5的结果可以看出,调理调质前,底泥重金属污染物总量浓度较高,尤其镍,超过《土壤环境质量标准》三级标准的限值。进行调理调制后,泥饼浸出液污染物浓度极低,低于未处理河道底泥浸出液污染物,并且远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》,说明重金属及有机污染物在调理调制过程中被钝化、稳定化。经压滤后得到的泥饼,含水率由60.3%降至32.5%(小于35%),7d无侧限抗压强度大于200kPa,提高将近50倍,耐水性较好(7d无侧限抗压强是样品在泡水24h后再测强度,因此,7d无侧限抗压强可以间接体现耐水性)。
实施例3
一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,以所述复合材料的总质量为100%计,包括表1实施例3中所示质量百分含量的各组分,其中,所述纳微米改性胶凝材料的制备方法与实施例1相同。
将实施例3所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料添加到污水处理厂污染底泥中,所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料的用量为所述污染底泥干重的比例如表1实施例3所示,调理调质10-30min后,进入压滤机中进行泥水分离、固化完全得到泥饼。将调理调质前的底泥进行污染物、微生物检测,检测标准为《GB 15618-1995土壤环境质量标准》,调理调质后的检测结果如下表6所示。将固化完全得到的泥饼浸出液进行检测,检测标准为《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》、《GB/T23485-2009城镇污水处理厂污水处置混合填埋用泥质》,检测结果如表7所示。
表6
表7
其中,“未检出”表示低于检测方法的检出限。由表6、表7的结果可以看出,调理调质前,底泥重金属污染物、有机污染物和微生物含量较高。进行调理调制后,泥饼浸出液污染物浓度极低,低于未处理河道底泥浸出液污染物,并且远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》,说明重金属及有机污染物在调理调制过程中被钝化、稳定化;生物学指标粪大肠菌群菌值、蠕虫卵死亡率都满足标准限值。经压滤后得到的泥饼,含水率为49.1%(小于60%),横向剪切强度大于25kN/m2,泥饼浸出液污染物远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料呈碱性,且以所述复合材料的总质量为100%计,包括如下质量百分含量的下列组分:
其中,所述纳微米改性胶凝材料中含有活性TiO2;所述沸石粉为天然斜发沸石粉。
2.如权利要求1所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述纳微米改性胶凝材料由下述方法制备获得:
(1)以下述原料总质量为100%计,提供如下重量百分含量的各组分:
且所述活性TiO2的含量不为0;(2)将上述各组分进行混合处理形成混合物料,将所述混合物料在1000-1450℃条件下煅烧20-45min,得到烧结物;
(3)将所述烧结物与半水CaSO4和纳米二氧化硅按质量比为1:0.03-0.06:0.01-0.04进行混合,磨细处理后得到纳微米改性胶凝材料。
3.如权利要求2所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述纳微米改性胶凝材料的D95≤15μm。
4.如权利要求1-3任一所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述聚合硅酸铝铁的有效含量>36%,离子度大于50%。
5.如权利要求1所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述天然斜发沸石粉的细度为200-300目。
6.如权利要求1-3任一所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述活性氧化钙经45μm方孔过筛后的筛余质量分数≤10%。
7.如权利要求1-3任一所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料,其特征在于,所述硅微粉的细度为800-2500目。
8.一种如权利要求1-7任一所述河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用。
9.一种如权利要求8所述的河湖泊涌污染底泥处理调理调质复合材料在调理污染底泥领域的应用,其特征在于,其应用方法包括以下步骤:
将所述污染底泥进行预处理,使所述污染底泥的质量浓度为5-20%;
在所述污染底泥中加入用于污染底泥调理调质的所述复合材料进行混合搅拌1-5min,得到泥药混合物,其中,所述复合材料的用量为所述污染底泥干重的5-20%;
将所述泥药混合物置于泥浆调理池中,调理调质10-30min。
Priority Applications (2)
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