CN106458651A - 纯水制造装置及纯水制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种成本优势高的纯水制造装置和纯水制造方法,在通过第二RO膜装置对第一RO膜装置的浓缩水进行处理,回收透过水的纯水制造工艺中,使用于防止系统内无机碳酸浓缩的脱碳酸装置小型化、省空间化。所述纯水制造装置具备:第一RO膜装置3,对被处理水进行RO膜处理;导入管线13,将被处理水导入至第一RO膜装置3;流出管线14,使该第一RO膜装置3的透过水流出;第二RO膜装置5,对第一RO膜装置3的浓缩水进行RO膜处理;返送管线19、20,将第二RO膜装置5的透过水返送至导入管线13。在返送管线具备对第二RO膜装置5的透过水进行脱碳酸处理的脱碳酸装置6。
Description
技术领域
本发明涉及通过水处理工艺对被处理水进行处理从而制造纯水的纯水制造装置和纯水制造方法,所述水处理工艺具有第一反渗透膜装置和对该第一反渗透膜装置的浓缩水进行处理的第二反渗透膜装置。
背景技术
纯水制造装置通常由前处理除浊装置、脱碳酸装置、反渗透膜(RO膜)装置、电去离子装置等构成。
RO膜装置能够除去有机物、离子类,但是,基本上不能除去二氧化碳、氧等溶解气体。二氧化碳在水中变为碳酸氢根离子,成为电去离子装置的负担,因此,通常在RO膜装置的前段设置脱碳酸装置将其除去。
RO膜装置通常以60~80%左右的水回收率运转。为了提高整个工艺的水回收率,设置第二RO膜装置,通过第二RO膜装置对RO膜装置(第一RO膜装置)的浓缩水进行RO膜处理,回收透过水。
然而,在此情况下,存在如下问题。
RO膜装置的浓缩水含有高浓度的水垢成分,因此,为了防止所述水垢成分的析出,通常减小第二RO膜装置的给水的pH。若减小第二RO膜装置的给水的pH,则碳酸氢根离子会变为碳酸(HCO3 -+H+→CO2+H2O),透过RO膜,因此,在装置系统内,碳酸、碳酸氢根离子等无机碳酸浓缩。其结果是,得到的纯水的水质下降,水垢析出。
专利文献1中,将第二RO膜装置的透过水返送至设置于第一RO膜装置的前段的脱碳酸装置的导入侧,进行脱碳酸处理。在专利文献1中,防止无机碳酸的浓缩,但是,由于第二RO膜装置的透过水和被处理水的总量被导入设置于第一RO膜装置的前段的脱碳酸装置,因此,脱碳酸装置的负荷大。因此,脱碳酸装置大型化,经济性也变差。在将脱碳酸装置设置于第一RO膜装置的后段的情况下,防止处理水水质的降低,但是,在第一RO膜装置、第二RO膜装置中,无机碳酸浓缩,水垢析出。
专利文献2中记载了一种脱盐水制造装置,将原水贮存槽内的被处理水通过泵输送至RO膜装置,通过RO膜将被处理水分离成透过水和浓缩水,将浓缩水通过返回管返送至原水贮存槽内。专利文献2中的装置在浓缩水的返回管的管路中附设喷射器,利用在返回管中流动的浓缩水的流速,通过该喷射器吸引空气,通过气液接触除去浓缩水中的游离二氧化碳。
通过采用这种构成,不需要脱碳酸塔、膜脱气装置那样的脱碳酸装置,能够节省空间。在该装置中,由于在浓缩水的返回管的管路中附设有喷射器,因此,不透过RO膜的较高压的浓缩水通过喷射器时,通过该喷射器吸引空气,使吸引空气混合于在返回管中流动的浓缩水中。通过气液接触,将浓缩水中的游离二氧化碳从浓缩水中分离,被分离的游离二氧化碳在将浓缩水从返回管的前端返送至原水贮存槽内时,以二氧化碳气体的形态通过设置于原水贮存槽的上部的排气管排出至外部。
专利文献1:日本特开2004-167423号公报;
专利文献2:日本特开平7-265854号公报。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种成本优势高的纯水制造装置和纯水制造方法,在通过第二RO膜装置对第一RO膜装置的浓缩水进行处理,回收透过水的纯水制造工艺中,使用于防止系统内无机碳酸浓缩的脱碳酸装置小型化,节省空间。
本发明人等发现,不将脱碳酸装置设置于将被处理水导入至第一RO膜装置的导入管线,而将其设置于将第二RO膜装置的透过水返送至该导入管线的返送管线,由此,使经第一RO膜装置浓缩的无机碳酸通过该脱碳酸装置除去,从而防止系统内的无机碳酸的浓缩。而且,还发现了,所述脱碳酸装置通过用第一RO膜装置和第二RO膜装置进行水回收,从而仅对水量显著低于被处理水的水量的第二RO膜装置的透过水进行处理,因此,脱碳酸装置的负荷显著降低,能够实现小型化、省空间化。
本发明是基于这样的见解而完成的,其技术方案如下。
[1]一种纯水制造装置,其具备:第一反渗透膜装置,对被处理水进行反渗透膜处理;导入管线,将被处理水导入至该第一反渗透膜装置;流出管线,使该第一反渗透膜装置的透过水流出;第二反渗透膜装置,对该第一反渗透膜装置的浓缩水进行反渗透膜处理;以及,返送管线,将该第二反渗透膜装置的透过水返送至所述导入管线,其特征在于,在该返送管线具备对所述第二反渗透膜装置的透过水进行脱碳酸处理的脱碳酸装置。
[2]如[1]所述的纯水制造装置,其特征在于,所述脱碳酸装置是膜脱气装置。
[3]如[1]或[2]所述的纯水制造装置,其特征在于,具有对所述第一反渗透膜装置的透过水进行去离子处理的电去离子装置。
[4]如[1]至[3]中任意所述的纯水制造装置,其特征在于,具有对所述被处理水进行除浊处理的除浊装置,该除浊装置的处理水被导入所述第一反渗透膜装置。
[5]如[1]至[4]中任意项所述的纯水制造装置,其特征在于,具有pH调整机构,该pH调整机构将所述第一反渗透膜装置的给水的pH调整为6.3以上。
[6]如[1]至[5]中任意项所述的纯水制造装置,其特征在于,具有pH调整机构,该pH调整机构将所述第二反渗透膜装置的给水的pH调整为小于6.0。
[7]一种纯水制造方法,其通过纯水制造装置制造纯水,所述纯水制造装置包括:第一反渗透膜装置,对被处理水进行反渗透膜处理;导入管线,将被处理水导入该第一反渗透膜装置;流出管线,使该第一反渗透膜装置的透过水流出;第二反渗透膜装置,对该第一反渗透膜装置的浓缩水进行反渗透膜处理;返送管线,将该第二反渗透膜装置的透过水返送至所述导入管线,其特征在于,将所述第二反渗透膜装置的透过水进行脱碳酸处理后,返送至所述导入管线。
[8]如[7]所述的纯水制造方法,其特征在于,通过膜脱气装置对所述第二反渗透膜装置的透过水进行脱碳酸处理。
[9]如[7]或[8]所述的纯水制造方法,其特征在于,通过电去离子装置对所述第一反渗透膜装置的透过水进行处理。
[10]如[7]至[9]中任意项所述的纯水制造方法,其特征在于,对所述被处理水进行除浊处理后,导入至所述第一反渗透膜装置。
[11]如[7]至[10]中任意项所述的纯水制造方法,其特征在于,将所述第一反渗透膜装置的给水的pH设为6.3以上。
[12]如[7]至[11]中任意所述的纯水制造方法,其特征在于,将所述第二反渗透膜装置的给水的pH设为小于6.0。
发明效果
根据本发明,在通过第二RO膜装置对第一RO膜装置的浓缩水进行RO膜处理,回收透过水的纯水制造工艺中,对第二RO膜装置的透过水进行脱碳酸处理,由此,防止系统内的无机碳酸的浓缩,从而能够实现处理的稳定化、得到的处理水的高纯度化。而且,设置于第二RO膜装置的透过水的返送管线的脱碳酸装置仅对第二RO膜装置的透过水进行脱碳酸处理,因此,能够实现脱碳酸装置的小型化、省空间化,能够实现经济性优异的处理。
通过将第一RO膜装置的给水的pH设为6.3以上,从而使水中无机碳酸中的碳酸氢根离子的比率变高。其结果是,通过第一RO膜装置有效地除去无机碳酸,从而能够减少处理水中所含的无机碳酸的量,并且能够降低电去离子装置等的后段装置的负荷,能够改善处理水质。
通过将第二RO膜装置的给水的pH设为小于6.0,不仅能够提高第二RO膜装置的水回收率,还能够防止水垢的析出。
附图说明
图1是表示本发明的纯水制造装置的实施方式的系统图。
图2是表示本发明中使用的脱碳酸装置的一个示例的系统图。
具体实施方式
下面,参照图1来详细说明本发明的实施方式,但是,图1仅表示本发明的纯水制造装置的实施方式的一个示例,本发明并不受任何图示的限定。
在图1的纯水制造装置中,城市用水、井水、工业用水、回收水等被处理水经由配管11在精密过滤膜(MF膜)装置1中经除浊处理后,经由配管12、水槽2、配管13导入至第一RO膜装置3,进行RO膜处理。
第一RO膜装置3的透过水通过配管14导入电去离子装置4,进行去离子处理,处理水(纯水)通过配管15取出。为了进行水回收,电去离子装置4的浓缩水通过配管16返送至水槽2中。
第一RO膜装置3的浓缩水通过配管17导入第二RO膜装置5,进行RO膜处理。第二RO膜装置5的浓缩水通过配管18排出至系统外。透过水通过配管19导入膜脱气装置等脱碳酸装置6,进行脱碳酸处理,脱碳酸处理水通过配管20返送至水槽2。
以此方式,在本发明中,膜脱气装置等脱碳酸装置6被设置于将第二RO膜装置5的透过水返送至第一RO膜装置3的导入侧的返送管线。
被处理水中的碳酸氢根离子在第一RO膜装置3的浓缩水中被浓缩。通过第二RO膜装置5来降低pH,从而使碳酸氢根离子变成碳酸(二氧化碳),该碳酸透过至第二RO膜装置5的透过水侧。因此,第二RO膜装置5的透过水中存在高浓度的二氧化碳。来自第二RO膜装置5的透过水的水量是第一RO膜装置3的给水3的1/5~1/10左右,能够使脱碳酸装置6小型化。由于碳酸成分高浓度地存在于第二RO膜装置5的透过水中,因此,利用脱碳酸装置6进行的脱碳酸处理的效率高。
在第一RO膜装置3的浓缩水中,被处理水的污垢成分、有机物被浓缩,因此,在对该浓缩水直接进行脱碳酸处理的情况下,膜脱气装置的脱气膜容易发生污染。采用专利文献2的脱碳酸装置时,喷射器、喷射嘴等容易堵塞。然而,通过使用脱碳酸装置6对第二RO膜装置5的透过水进行处理,从而将第一RO膜装置3的浓缩水中的污垢成分通过第二RO膜装置5除去,因此,脱气膜的污染、喷射器、喷射嘴的堵塞等得以抑制。
作为RO膜装置3、5的RO膜的种类,没有特别的限定。作为材质,能使用聚酰胺复合膜、醋酸纤维素膜等任意材质的膜。对RO膜的形状也没有特别的限定,能使用中空纤维型、螺旋型等任意形状的膜。。
对于第一RO膜装置3的给水的pH而言,优选6.3以上,此时水中的碳酸氢根离子的比率大于50%。因此,第一RO膜装置3的给水的pH小于6.3时,优选添加NaOH、KOH等碱,将pH调整为6.3以上,例如,调整为pH6.5~7.5左右。
对于第二RO膜装置5的给水的pH而言,为了防止水垢析出,优选将pH设为小于6.0。因此,第一RO膜装置3的浓缩水的pH为6.0以上时,优选添加HCl、H2SO4等酸,将pH调整为小于6.0,例如,调整为pH5.0~5.5左右。只要处于这种pH条件下,就能够通过脱碳酸装置6有效地对第二RO膜装置5的透过水中的碳酸成分进行脱碳酸。
第一RO膜装置3通常以50~80%左右的水回收率进行运转。对第二RO膜装置5而言,优选在给水的pH充分低、水垢成分浓度不是很高、水垢析出的倾向低的情况下,以50~70%左右的水回收率进行运转,在给水的pH不是很低、水垢成分浓度高、水垢析出的倾向高的情况下,以30~50%左右的水回收率进行运转。
根据图1的纯水制造装置,在脱碳酸装置6中对第二RO膜装置5的透过水进行脱碳酸处理后,返送至第一RO膜装置3的给水侧,由此,能够防止系统内的无机碳酸的浓缩,使处理稳定化,并且能够得到高纯度的处理水。
作为脱碳酸装置6,不限于膜脱气装置,还能够使用脱碳酸塔、真空脱气塔、上述专利文献2中记载的脱碳酸装置等。还能够组合使用这些脱碳酸装置中的两个以上的装置。但是,从经济性方面考虑,优选使用膜脱气装置。
在利用专利文献2中记载的脱碳酸装置的情况下,如图2所示,在第二RO膜装置5的透过水的返送管线即配管19、20之间设置喷射器7,在插入水槽2内的水面上的配管20的前端安装喷射嘴8,并且在水槽2的上部设置排气管21。虽然没有图示,但通常在第一RO膜装置与第二RO膜装置之间设置泵。第二RO膜装置5的透过水受到该泵的推压,通过喷射器7。此时,外部空气被吸引至喷射器7内。吸引空气剧烈地以搅拌状态混合在配管20中流动的透过水中,在气液接触状态下通过喷射嘴8形成喷雾状或者微细的水滴状而被散布,返回至水槽2内。此时,将二氧化碳以二氧化碳气体的形式从透过水中分离,分离的二氧化碳气体从水槽2经过排气管21被排气至外部。返回至水槽2内的透过水通过喷射嘴8被微细地分散,因此,在到达水面为止的期间内,进行气液接触,除去二氧化碳气体。
作为第一RO膜装置3的后段的电去离子装置4,能够使用连续式电去离子装置等,该连续式电去离子装置通过在阳极和阴极之间配置离子交换膜,从而至少设置阴极侧浓缩室、脱盐室、阳极侧浓缩室,至少在该脱盐室中填充离子交换树脂而成,使原水在该脱盐室中通水,但不限于此。作为填充的离子交换树脂,能够使用强离子交换树脂、弱离子交换树脂中的任意物质,但是,优选使用强离子交换树脂。对离子交换树脂的填充方法、单元结构等没有限制,能使用任意形式。从防止碳酸钙的析出的观点出发,优选将强酸性阳离子交换树脂与强碱性阴离子交换树脂混合来填充。作为填充比率,优选以树脂容量计时强酸性阳离子交换树脂与强碱性阴离子交换树脂=30~70:70~30。
通常,电去离子装置4以80~95%左右的水回收率进行运转。从提高水回收率的观点出发,电去离子装置4的浓缩水优选如图1所示地返回至第一RO膜装置3的前段。也可以使电去离子装置4的浓缩水输送至膜脱气装置等的脱碳酸装置6的前段,与第二RO膜装置5的浓缩水一起进行脱碳酸处理后,返送至第一RO膜装置3的前段。
通过以此方式操作,能够防止因电去离子装置4的浓缩水引起的无机碳酸的浓缩。即使在该情况下,与被处理水量相比,电去离子装置的浓缩水量也非常少,因此,不会明显损害本发明的实现脱碳酸装置的小型化、省空间化的效果。
图1表示本发明的纯水制造装置的实施方式的一个示例,本发明不受到任何图示的纯水制造装置的限制。
例如,前处理装置用来除去导致RO膜装置的膜污染的水中的浊物、胶体成分,不限于MF膜装置,还能根据被处理水的水质、负荷来适当地单独使用凝集、加压上浮、过滤器、超滤膜(UF膜)装置等,或组合使用其中的两种以上。作为前处理装置,能够特别优选使用MF膜装置、UF膜装置。在使用MF膜装置、UF膜装置的情况下,对其膜型式没有特别限定,能够使用中空纤维型、螺旋型等膜过滤装置。对过滤方式也没有限定,能采用内压过滤、外压过滤、横流过滤、总量过滤中的任意方式。
在图1中,仅在第二RO膜装置5的透过水的返送管线一处设置脱碳酸装置6,但是,除此以外,脱碳酸装置还可设置于下述(1)~(3)中一处或两处以上。
(1)设置于第一RO膜装置3与电去离子装置4之间的配管14,对第一RO膜装置3的透过水进行脱碳酸处理后,输送至电去离子装置4。
(2)设置于电去离子装置4的浓缩水的返送管线即配管16,对电去离子装置4的浓缩水进行脱碳酸处理后,返送至水槽2。
(3)设置于第一RO膜装置3的被处理水导入管线即配管12,对被处理水进行脱碳酸处理后,输送至第一RO膜装置3。
特别地,通过采用上述(1)、(2)的形式,能够在系统内的两处进行脱碳酸处理,能够提高碳酸成分的除去量,实现水质的改善。
也可以适当增加除图1所示的装置以外的装置,例如,增加后述实施例中记载的活性炭装置等。也可以设置第三RO膜装置来代替电去离子装置。
实施例
下面,例举实施例、比较例和参考例,进一步具体说明本发明。
[实施例1]
通过图1所示的纯水制造装置制造纯水。但是,在MF膜装置1的后段设置活性炭装置。
通过MF膜装置(可乐丽(クラレ)公司制造,中空纤维型PVDF膜,孔径0.02μm)对自来水(M碱浓度:50mgCaCO3/L,二氧化硅浓度:30mg/L)进行除浊,并通过活性炭装置除去游离氯,然后,在第一RO膜装置(日东电工公司制造,ES20)中通水。使第一RO膜装置的透过水在电去离子装置(栗田工业公司制造,KCDI-TC)中通水,得到纯水。使第一RO膜装置的浓缩水在第二RO膜装置(日东电工公司制造,ES20)中通水,通过设置于第二RO膜装置的返送管线的膜脱气装置(卡尔格德(セルガード)公司制造,Liqui-Cel G521RX-50)对通过第二RO膜装置而得到的透过水进行脱碳酸处理,然后返送至第一RO膜装置的前段(活性炭装置的后段)进行处理。
从水回收率的观点出发,将电去离子装置的浓缩水也返送至第一RO膜装置的前段(活性炭装置的后段)。
通过添加NaOH或HCl,将第一RO膜装置的给水pH调整至6.5,将第二RO膜装置的给水pH调整至5.5。第一RO膜装置的水回收率为70%,第二RO膜装置的水回收率为60%,电去离子装置的水回收率为80%。
测定该处理中电去离子装置的给水的碳酸浓度和电去离子装置的处理水(纯水)的比电阻,将结果示于表1中。
使用GE公司制造的Sievers-900对碳酸浓度进行测定。使用栗田工业公司制造的MX-4对比电阻进行测定。
[比较例1]
省略膜脱气装置,不对第二RO膜装置的透过水进行脱碳酸处理,而返送至第一RO膜装置的前段,除此以外,与实施例1同样地进行处理,将结果示于表1中。
[实施例2]
将第一RO膜装置的给水的pH设为6.0,除此以外,与实施例1同样地进行处理,将结果示于表1中。
[实施例3]
将第二RO膜装置的给水的pH设为6.0,将水回收率设为30%以防止二氧化硅水垢的析出,除此以外,与实施例1同样地进行处理,将结果示于表1中。
[参考例1]
使用两根Liqui-Cel G521R X-50作为膜脱气装置,将膜脱气装置设置于被处理水的导入管线,而不是设置于第二RO膜装置的浓缩水的返送管线,按照MF膜装置、活性炭装置、膜脱气装置的顺序对自来水进行处理后,导入至第一RO膜装置,第二RO膜装置的透过水与电去离子装置的浓缩水返送至膜脱气装置的入口侧。除此以外,在与实施例1在相同的条件下进行处理,将结果示于表1中。
[表1]
由表1可知,根据本发明,通过将第二RO膜装置的透过水进行脱碳酸处理并返送至第一RO膜装置,能够提高水回收率,并且防止系统内碳酸浓度的浓缩,能够保持较高的处理水水质。
相对于此,在比较例1中,由于不对第二RO膜装置的透过水进行脱碳酸处理而返送至第一RO膜装置,因此,电去离子装置的给水的碳酸浓度高,处理水的水质差。
在将第一RO膜装置的给水的pH设为6.0的实施例2中,第一RO膜装置中的碳酸氢根离子的截留率差,其结果是,电去离子装置的给水的碳酸浓度略高,另外,处理水水质也略差。
在将第二RO膜装置的给水的pH设为6.0的实施例3中,为防止水垢析出,需要降低水回收率。
与实施例1同样地,参考例1防止系统内的无机碳酸的浓缩,从而能够得到水质良好的处理水,但是,与将膜脱气装置设置于被处理水的导入管线的参考例1相比,根据将膜脱气装置设置于第二RO膜装置的透过水的返送管线的实施例1,能够使膜脱气装置明显小型化。
在实施例1和参考例1中,由于第一RO膜装置以70%的水回收率进行运转,因此,将第一RO膜装置的给水(被处理水)的30%导入第二RO膜装置。由于第二RO膜装置以60%的水回收率进行运转,因此,第二RO膜装置的透过水是第一RO膜装置的给水的18%,如参考例1所示,与将膜脱气装置设置于第一RO膜装置的前段的情况相比,在将膜脱气装置设置于第二RO膜装置的透过水的返送管线的情况下,膜脱气装置的负荷为1/5以下,能够使装置明显小型化。
使用特定的实施方式对本发明进行了详细说明,但是,本领域技术人员知晓的是,在不脱离本发明的意图和范围的情况下能进行各种变更。
本申请基于2014年7月3日提出的日本专利申请2014-137740,将其全部内容援引于此。
附图标记说明
1 MF膜装置;
2 水槽;
3 第一RO膜装置;
4 电去离子装置;
5 第二RO膜装置;
6 脱碳酸装置;
7 喷射器;
8 喷射嘴。
Claims (12)
1.一种纯水制造装置,其包括:第一反渗透膜装置,对被处理水进行反渗透膜处理;导入管线,将被处理水导入至该第一反渗透膜装置;流出管线,使该第一反渗透膜装置的透过水流出;第二反渗透膜装置,对该第一反渗透膜装置的浓缩水进行反渗透膜处理;返送管线,将该第二反渗透膜装置的透过水返送至所述导入管线,其特征在于,
在所述返送管线具备对所述第二反渗透膜装置的透过水进行脱碳酸处理的脱碳酸装置。
2.如权利要求1所述的纯水制造装置,其特征在于,所述脱碳酸装置是膜脱气装置。
3.如权利要求1或2所述的纯水制造装置,其特征在于,具有对所述第一反渗透膜装置的透过水进行去离子处理的电去离子装置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的纯水制造装置,其特征在于,具有对所述被处理水进行除浊处理的除浊装置,该除浊装置的处理水被导入所述第一反渗透膜装置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的纯水制造装置,其特征在于,具有pH调整机构,所述pH调整机构将所述第一反渗透膜装置的给水的pH调整为6.3以上。
6.如权利要求1至5中任一项所述的纯水制造装置,其特征在于,具有pH调整机构,所述pH调整机构将所述第二反渗透膜装置的给水的pH调整为小于6.0。
7.一种纯水制造方法,其通过纯水制造装置制造纯水,所述纯水制造装置包括:第一反渗透膜装置,对被处理水进行反渗透膜处理;导入管线,将被处理水导入该第一反渗透膜装置;流出管线,使该第一反渗透膜装置的透过水流出;第二反渗透膜装置,对该第一反渗透膜装置的浓缩水进行反渗透膜处理;返送管线,将该第二反渗透膜装置的透过水返送至所述导入管线,其特征在于,
对所述第二反渗透膜装置的透过水进行脱碳酸处理后,返送至所述导入管线。
8.如权利要求7所述的纯水制造方法,其特征在于,通过膜脱气装置对所述第二反渗透膜装置的透过水进行脱碳酸处理。
9.如权利要求7或8所述的纯水制造方法,其特征在于,通过电去离子装置对所述第一反渗透膜装置的透过水进行处理。
10.如权利要求7至9中任一项所述的纯水制造方法,其特征在于,对所述被处理水进行除浊处理后,导入至所述第一反渗透膜装置。
11.如权利要求7至10中任一项所述的纯水制造方法,其特征在于,将所述第一反渗透膜装置的给水的pH设为6.3以上。
12.如权利要求7至11中任一项所述的纯水制造方法,其特征在于,将所述第二反渗透膜装置的给水的pH设为小于6.0。
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