CN107265737A - 一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废水净化技术领域，具体涉及一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统及方法，所述零排放系统包括：换热器，用于对高盐废水进行加热；蒸发罐，用于接收来自换热器的高盐废水并进行加热蒸发；保温罐，用于接收来自蒸发罐的高盐废水并进行保温搅拌；结晶罐，用于接收来自保温罐的高盐废水并进行闪蒸浓缩；离心分离设备，用于接收来自结晶罐的高盐废水并进行离心分离。经本发明系统处理后的工业高盐废水可以实现30‑60倍的浓缩，衍生物为固形物和冷凝水，其中固形物为复合盐，分离干燥后可以得到工业成品盐，冷凝水可回用至生产线，实现高盐废水的零排放。

Description

一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统及方法
技术领域
本发明涉及废水净化技术领域，具体涉及一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统及方法。
背景技术
工业高盐废水是指总含盐质量分数在1%以上的废水，废水中含有盐、有机物、重金属，甚至是放射性物质，其产生途径广泛，水量也逐年增加，因此需要对工业高盐废水进行妥善处理，避免其对环境造成恶劣的影响。
采用化学方法处理高盐废水时，只能对COD、氨氮，部分有机物进行处理，但对于高盐废水中的盐分却不能有效去除；当高盐废水盐度较低时；通过生物方法处理时，高盐会抑制微生物的生长甚至成为微生物的毒害剂；稀释进水盐度时，虽然微生物不会受抑制，但却造成巨大的水资源浪费，增加投资及运行成本，并且驯化活性污泥的难度较高。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，通过蒸发浓缩结晶的方式处理高盐废水，最终实现零排放，经济高效。
本发明的另一目的在于提供一种工业高盐废水蒸发结晶方法，该方法具有操作简单、运作成本低、效率高等特点。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，所述零排放系统包括：
换热器，用于对高盐废水进行加热；
蒸发罐，用于接收来自换热器的高盐废水并进行加热蒸发；
保温罐，用于接收来自蒸发罐的高盐废水并进行保温搅拌；
结晶罐，用于接收来自保温罐的高盐废水并进行闪蒸浓缩；
离心分离设备，用于接收来自结晶罐的高盐废水并进行离心分离。
其中，所述蒸发罐的侧端设有与换热器出液口连通的进液口，下端设有与保温罐进液口连通的出液口，上端设有与蒸发罐出液口连通的回流口；
所述蒸发罐的内部设有蒸汽加热管，所述蒸汽加热管用于加热从蒸发罐回流口下落的高盐废水。
其中，所述零排放系统还包括蒸汽压缩机和冷凝水分离区，所述冷凝水分离区的进气口与蒸汽加热管的出气口连通，所述蒸汽压缩机的进气口、出气口分别与冷凝水分离区的出气口、蒸汽加热管的进气口连通，所述冷凝水分离区用于收集冷凝水作为换热器的热源。
其中，所述零排放系统还包括第一真空泵，所述蒸发罐设有蒸汽出口和抽真空口，所述蒸汽出口与蒸汽压缩机的进气口连通，所述抽真空口与第一真空泵连通。
其中，所述保温罐内设有搅拌装置，所述保温罐的外壁包覆有一层保温层。
其中，所述零排放系统还包括加热器、冷凝器、蒸汽喷射器和第二真空泵，所述加热器加热来自结晶罐的高盐废水并将加热后的高盐废水运输回结晶罐中，所述加热器接收来自蒸汽喷射器的蒸汽作为热源，所述结晶罐的出气口分别与蒸汽喷射器的进气口、冷凝器的进气口连通，所述冷凝器的出气口与第二真空泵连通，所述加热器和冷凝器均设有冷凝水出口。
其中，所述离心分离设备包括外壳、设置于外壳内的过滤桶、以及驱动过滤桶旋转的的驱动机构，所述过滤桶的侧壁设有过滤膜。
其中，所述零排放系统还包括预处理罐，所述预处理罐设有加药口，所述预处理罐的出液口与换热器的进液口连通。
其中，所述保温层为改性酚醛泡沫材料，所述改性酚醛泡沫材料由如下重量分数的原料组成：
酚醛树脂 80-100份
发泡剂 6-10份
固化剂 20-30份
增强剂 10-20份
表面活性剂 1-5份。
其中，所述发泡剂由二氯甲烷、石油醚和正戊烷按重量比1-3:1-3:3-5的比例组成，所述固化剂由甲苯磺酸和间苯二甲酸按重量比1:1的比例混合组成，所述表面活性剂由吐温40和吐温80按重量比1-3:2-4的比例组成。
其中，所述增强剂的制备方法包括如下步骤：
A、将粒径为40-80nm的纳米碳酸钙加入聚合物纺丝溶液中，并进行超声分散，得到纺丝原液，其中，所述聚合物纺丝溶液由聚合物溶于溶剂制得，所述聚合物纺丝溶液中聚合物的质量百分比浓度为15%-35%，所述聚合物由聚丙烯腈和聚（丙烯腈-衣康酸铵）按摩尔比35-45:55-65的比例组成，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
B、将纺丝原液进行静电纺丝，得到纳米纤维，其中，静电纺丝的纺丝电压为15-35kV，纺丝温度为20-30℃；
C、将所述纳米纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，制得所述增强剂，其中，预氧化温度为200-300℃，预氧化时间为2.5-3.5h；碳化温度为1000-1200℃，碳化时间为1-3h。
本发明的改性酚醛泡沫材料的制备方法为：取上述原料进行搅拌混合，在60-100℃的温度下进行发泡20-60min，即得到所述改性酚醛泡沫材料。
本发明制得的改性酚醛泡沫材料具有泡孔均匀、细腻、强度高，韧 性好、掉渣率低等优点，复配发泡剂与复配固化剂可以有效控制发泡速率和固化速率，使发泡到一定程度后泡沫体及时发生交联固化，使泡沫分布均匀致密，泡沫材料表观密度达到60-80kg/m3，而表面活性剂可以提高各用剂之间的相容性，使无机增强剂与酚醛树脂接枝，使泡沫材料不掉粉，结构稳定。
此外，本发明的增强剂既有碳纳米纤维的韧性，也具有纳米碳酸钙的高强度性，并且与酚醛树脂的相容性要比单一的纳米碳酸钙优越，可以有效提高本发明改性酚醛泡沫材料的韧性以及强度，压缩强度达到0.4-0.7MPa, 弯曲断裂力达到30-48N。
本发明的另一发明目的通过下述技术方案实现：
一种工业高盐废水蒸发结晶方法，采用如上所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统对高盐废水依次进行加热、蒸发、保温搅拌、闪蒸和离心分离。
其中，一种工业高盐废水蒸发结晶方法，包括如下步骤：
（1）加热：利用换热器将室温的高盐废水加热至35-45℃；
（2）蒸发：利用蒸发罐将换热器加热后的高盐废水加热至45-75℃进行减压蒸发；
（3）保温搅拌：将蒸发罐蒸发后的高盐废水加入到保温罐中进行保温搅拌待用；
（4）闪蒸：将保温罐的高盐废水利用加热器加热至60-75℃后通入结晶罐中进行闪蒸，从加热器和冷凝器的冷凝水出口收集冷凝水进行回用；
（5）离心分离：利用离心分离设备对闪蒸后的高盐废水进行离心分离，收集离心分离设备的滤液进行回用。
本发明的有益效果在于：1、本发明通过蒸发浓缩结晶的方式处理高盐废水，最终实现零排放，经济高效。经本发明系统处理后的工业高盐废水可以实现30-60倍的浓缩，衍生物为固形物和冷凝水，其中固形物为复合盐，分离干燥后可以得到工业成品盐，冷凝水可回用至生产线，实现高盐废水的零排放。2、本发明的一种工业高盐废水蒸发结晶方法，该方法具有操作简单、运作成本低、效率高等特点。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
附图标记为：1-预处理罐、2-换热器、3-蒸发罐、31-蒸汽加热管、32-冷凝水分离区、33-蒸汽压缩机、34-第一真空泵、4-保温罐、41-搅拌装置、42-保温层、5-结晶罐、51-加热器、52-冷凝器、53-蒸汽喷射器、54-第二真空泵、6-离心分离设备、61-外壳、62-过滤桶、63-驱动机构。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
见图1，一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，所述零排放系统包括：
换热器2，用于对高盐废水进行加热；
蒸发罐3，用于接收来自换热器2的高盐废水并进行加热蒸发；
保温罐4，用于接收来自蒸发罐3的高盐废水并进行保温搅拌；
结晶罐5，用于接收来自保温罐4的高盐废水并进行闪蒸浓缩；
离心分离设备6，用于接收来自结晶罐5的高盐废水并进行离心分离。
本发明通过蒸发浓缩结晶的方式处理高盐废水，最终实现零排放，经济高效。经本发明系统处理后的工业高盐废水可以实现30-60倍的浓缩，衍生物为固形物和冷凝水，其中固形物为复合盐，分离干燥后可以得到工业成品盐，冷凝水可回用至生产线，实现高盐废水的零排放
其中，所述蒸发罐3的侧端设有与换热器2出液口连通的进液口，下端设有与保温罐4进液口连通的出液口，上端设有与蒸发罐3出液口连通的回流口；
所述蒸发罐3的内部设有蒸汽加热管31，所述蒸汽加热管31用于加热从蒸发罐3回流口下落的高盐废水。
其中，所述零排放系统还包括蒸汽压缩机33和冷凝水分离区32，所述冷凝水分离区32的进气口与蒸汽加热管31的出气口连通，所述蒸汽压缩机33的进气口、出气口分别与冷凝水分离区32的出气口、蒸汽加热管31的进气口连通，所述冷凝水分离区32用于收集冷凝水作为换热器2的热源。
其中，所述零排放系统还包括第一真空泵34，所述蒸发罐3设有蒸汽出口和抽真空口，所述蒸汽出口与蒸汽压缩机33的进气口连通，所述抽真空口与第一真空泵34连通。
本发明通过蒸汽压缩机33实现对蒸汽的二次利用，并且通过真空泵对蒸发罐3进行减压，降低高盐废水蒸发需要的潜热，实现5-10倍的浓缩倍率，设备运行成本低，进一步地，可将蒸汽加热管31设置成盘曲式，增大换热面积，提高换热效率。
其中，所述保温罐4内设有搅拌装置41，所述保温罐4的外壁包覆有一层保温层42。保温罐4作为蒸发罐3与结晶罐5的缓冲过滤设备，可避免不饱和盐析出导致罐体结块，同时防止热量散失。
其中，所述零排放系统还包括加热器51、冷凝器52、蒸汽喷射器53和第二真空泵54，所述加热器51加热来自结晶罐5的高盐废水并将加热后的高盐废水运输回结晶罐5中，所述加热器51接收来自蒸汽喷射器53的蒸汽作为热源，所述结晶罐5的出气口分别与蒸汽喷射器53的进气口、冷凝器52的进气口连通，所述冷凝器52的出气口与第二真空泵54连通，所述加热器51和冷凝器52均设有冷凝水出口。结晶罐5可通过减压闪蒸，对高盐废水进行6-8倍的浓缩，通过收集加热器51和冷凝器52得到的高盐废水蒸发的冷凝水进行回用，达到本发明高盐废水回用的目的，并且从结晶罐5获得固含量为80%-90%的高盐废水。
其中，所述离心分离设备6包括外壳61、设置于外壳61内的过滤桶62、以及驱动过滤桶62旋转的的驱动机构63，所述过滤桶62的侧壁设有过滤膜。固含量为80%-90%的高盐废水通过离心分离设备6，最终固态化，避免了运输过程中的泄露风险，而离心产生的过滤水则可以继续回用。
其中，所述零排放系统还包括预处理罐1，所述预处理罐1设有加药口，所述预处理罐1的出液口与换热器2的进液口连通。工业高盐废水中，COD、氯离子含量较高，通过加药处理，将高盐废水中COD及氯离子含量降低，有利于后续处理，同时，降低氯离子含量能减少对蒸发浓缩设备腐蚀作用，有利于晶析并延长设备使用寿命。
在本实施例中，蒸汽加热管31和蒸汽喷射器53的进气口均可连通额外蒸汽补充源，实现系统长效的稳定运作。
一种工业高盐废水蒸发结晶方法，采用如上所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统对高盐废水依次进行加热、蒸发、保温搅拌、闪蒸和离心分离。
具体的，包括如下步骤：
（1）加热：利用换热器2将室温的高盐废水加热至40℃；
（2）蒸发：利用蒸发罐3将换热器2加热后的高盐废水加热至60℃进行减压蒸发；
（3）保温搅拌：将蒸发罐3蒸发后的高盐废水加入到保温罐4中进行保温搅拌待用；
（4）闪蒸：将保温罐4的高盐废水利用加热器51加热至67℃后通入结晶罐5中进行闪蒸，从加热器51和冷凝器52的冷凝水出口收集冷凝水进行回用；
（5）离心分离：利用离心分离设备6对闪蒸后的高盐废水进行离心分离，收集离心分离设备6的滤液进行回用。
本发明的一种工业高盐废水蒸发结晶方法，该方法具有操作简单，运作成本低，效率高等特点。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
一种工业高盐废水蒸发结晶方法，包括如下步骤：
（1）加热：利用换热器2将室温的高盐废水加热至35℃；
（2）蒸发：利用蒸发罐3将换热器2加热后的高盐废水加热至45℃进行减压蒸发；
（3）保温搅拌：将蒸发罐3蒸发后的高盐废水加入到保温罐4中进行保温搅拌待用；
（4）闪蒸：将保温罐4的高盐废水利用加热器51加热至60℃后通入结晶罐5中进行闪蒸，从加热器51和冷凝器52的冷凝水出口收集冷凝水进行回用；
（5）离心分离：利用离心分离设备6对闪蒸后的高盐废水进行离心分离，收集离心分离设备6的滤液进行回用。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：
一种工业高盐废水蒸发结晶方法，包括如下步骤：
（1）加热：利用换热器2将室温的高盐废水加热至45℃；
（2）蒸发：利用蒸发罐3将换热器2加热后的高盐废水加热至75℃进行减压蒸发；
（3）保温搅拌：将蒸发罐3蒸发后的高盐废水加入到保温罐4中进行保温搅拌待用；
（4）闪蒸：将保温罐4的高盐废水利用加热器51加热至75℃后通入结晶罐5中进行闪蒸，从加热器51和冷凝器52的冷凝水出口收集冷凝水进行回用；
（5）离心分离：利用离心分离设备6对闪蒸后的高盐废水进行离心分离，收集离心分离设备6的滤液进行回用。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
所述保温层42为改性酚醛泡沫材料，所述改性酚醛泡沫材料由如下重量分数的原料组成：
酚醛树脂 80份
发泡剂 6份
固化剂 20份
增强剂 10份
表面活性剂 1份
其中，所述发泡剂由二氯甲烷、石油醚和正戊烷按重量比1:1:3的比例组成，所述固化剂由甲苯磺酸和磺间苯二甲酸按重量比1:1的比例混合组成，所述表面活性剂由吐温40和吐温80按重量比1:2的比例组成。
其中，所述增强剂的制备方法包括如下步骤：
A、将粒径为40nm的纳米碳酸钙加入聚合物纺丝溶液中，并进行超声分散，得到纺丝原液，其中，所述聚合物纺丝溶液由聚合物溶于溶剂制得，所述聚合物纺丝溶液中聚合物的质量百分比浓度为15%，所述聚合物由聚丙烯腈和聚（丙烯腈-衣康酸铵）按摩尔比35: 65的比例组成，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
B、将纺丝原液进行静电纺丝，得到纳米纤维，其中，静电纺丝的纺丝电压为15kV，纺丝温度为20℃；
C、将所述纳米纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，制得所述增强剂，其中，预氧化温度为200℃，预氧化时间为2.5h；碳化温度为1000℃，碳化时间为1h。
本发明的改性酚醛泡沫材料的制备方法为：取上述原料进行搅拌混合，在60℃的温度下进行发泡20min，即得到所述改性酚醛泡沫材料。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于：
所述改性酚醛泡沫材料由如下重量分数的原料组成：
酚醛树脂 100份
发泡剂 10份
固化剂 30份
增强剂 20份
表面活性剂 5份
其中，所述发泡剂由二氯甲烷、石油醚和正戊烷按重量比3:3:5的比例组成，所述固化剂由甲苯磺酸和磺间苯二甲酸按重量比1:1的比例混合组成，所述表面活性剂由吐温40和吐温80按重量比3:4的比例组成。
其中，所述增强剂的制备方法包括如下步骤：
A、将粒径为80nm的纳米碳酸钙加入聚合物纺丝溶液中，并进行超声分散，得到纺丝原液，其中，所述聚合物纺丝溶液由聚合物溶于溶剂制得，所述聚合物纺丝溶液中聚合物的质量百分比浓度为35%，所述聚合物由聚丙烯腈和聚（丙烯腈-衣康酸铵）按摩尔比45:55的比例组成，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
B、将纺丝原液进行静电纺丝，得到纳米纤维，其中，静电纺丝的纺丝电压为35kV，纺丝温度为30℃；
C、将所述纳米纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，制得所述增强剂，其中，预氧化温度为300℃，预氧化时间为3.5h；碳化温度为1200℃，碳化时间为3h。
本发明的改性酚醛泡沫材料的制备方法为：取上述原料进行搅拌混合，在100℃的温度下进行发泡60min，即得到所述改性酚醛泡沫材料。
实施例6
本实施例与实施例4的区别在于：
所述改性酚醛泡沫材料由如下重量分数的原料组成：
酚醛树脂 90份
发泡剂 8份
固化剂 25份
增强剂 15份
表面活性剂 3份
其中，所述发泡剂由二氯甲烷、石油醚和正戊烷按重量比2:2:4的比例组成，所述固化剂由甲苯磺酸和磺间苯二甲酸按重量比1:1的比例混合组成，所述表面活性剂由吐温40和吐温80按重量比2:3的比例组成。
其中，所述增强剂的制备方法包括如下步骤：
A、将粒径为40-80nm的纳米碳酸钙加入聚合物纺丝溶液中，并进行超声分散，得到纺丝原液，其中，所述聚合物纺丝溶液由聚合物溶于溶剂制得，所述聚合物纺丝溶液中聚合物的质量百分比浓度为25%，所述聚合物由聚丙烯腈和聚（丙烯腈-衣康酸铵）按摩尔比40:60的比例组成，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
B、将纺丝原液进行静电纺丝，得到纳米纤维，其中，静电纺丝的纺丝电压为20kV，纺丝温度为25℃；
C、将所述纳米纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，制得所述增强剂，其中，预氧化温度为250℃，预氧化时间为3h；碳化温度为1100℃，碳化时间为2h。
本发明的改性酚醛泡沫材料的制备方法为：取上述原料进行搅拌混合，在80℃的温度下进行发泡40min，即得到所述改性酚醛泡沫材料。
实施例7
本实施例与实施例6的区别在于：
所述改性酚醛泡沫材料由如下重量分数的原料组成：
酚醛树脂 95份
发泡剂 9份
固化剂 27份
增强剂 17份
表面活性剂 4份。
实施例8
本实施例与实施例4的区别在于：
所述改性酚醛泡沫材料由如下重量分数的原料组成：
酚醛树脂 85份
发泡剂 7份
固化剂 22份
增强剂 12份
表面活性剂 2份。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述零排放系统包括：
换热器，用于对高盐废水进行加热；
蒸发罐，用于接收来自换热器的高盐废水并进行加热蒸发；
保温罐，用于接收来自蒸发罐的高盐废水并进行保温搅拌；
结晶罐，用于接收来自保温罐的高盐废水并进行闪蒸浓缩；
离心分离设备，用于接收来自结晶罐的高盐废水并进行离心分离。
2.根据权利要求1所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述蒸发罐的侧端设有与换热器出液口连通的进液口，下端设有与保温罐进液口连通的出液口，上端设有与蒸发罐出液口连通的回流口；
所述蒸发罐的内部设有蒸汽加热管，所述蒸汽加热管用于加热从蒸发罐回流口下落的高盐废水。
3.根据权利要求2所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述零排放系统还包括蒸汽压缩机和冷凝水分离区，所述冷凝水分离区的进气口与蒸汽加热管的出气口连通，所述蒸汽压缩机的进气口、出气口分别与冷凝水分离区的出气口、蒸汽加热管的进气口连通，所述冷凝水分离区用于收集冷凝水作为换热器的热源。
4.根据权利要求3所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述零排放系统还包括第一真空泵，所述蒸发罐设有蒸汽出口和抽真空口，所述蒸汽出口与蒸汽压缩机的进气口连通，所述抽真空口与第一真空泵连通。
5.根据权利要求1所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述保温罐内设有搅拌装置，所述保温罐的外壁包覆有一层保温层。
6.根据权利要求1所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述零排放系统还包括加热器、冷凝器、蒸汽喷射器和第二真空泵，所述加热器加热来自结晶罐的高盐废水并将加热后的高盐废水运输回结晶罐中，所述加热器接收来自蒸汽喷射器的蒸汽作为热源，所述结晶罐的出气口分别与蒸汽喷射器的进气口、冷凝器的进气口连通，所述冷凝器的出气口与第二真空泵连通，所述加热器和冷凝器均设有冷凝水出口。
7.根据权利要求1所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述离心分离设备包括外壳、设置于外壳内的过滤桶、以及驱动过滤桶旋转的的驱动机构，所述过滤桶的侧壁设有过滤膜。
8.根据权利要求1所述的一种工业高盐废水蒸发结晶零排放系统，其特征在于：所述零排放系统还包括预处理罐，所述预处理罐设有加药口，所述预处理罐的出液口与换热器的进液口连通。
9.一种工业高盐废水蒸发结晶方法，其特征在于：采用权利要求1-8任意一项所述的零排放系统对高盐废水依次进行加热、蒸发、保温搅拌、闪蒸和离心分离。
10.根据权利要求9所述的一种工业高盐废水蒸发结晶方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）加热：利用换热器将室温的高盐废水加热至35-45℃；
（2）蒸发：利用蒸发罐将换热器加热后的高盐废水加热至45-75℃进行减压蒸发，浓缩倍率为5-10倍；
（3）保温搅拌：将蒸发罐蒸发后的高盐废水加入到保温罐中进行保温搅拌待用；
（4）闪蒸：将保温罐的高盐废水利用加热器加热至60-75℃后通入结晶罐中进行闪蒸，浓缩倍率为6-8倍，从加热器和冷凝器的冷凝水出口收集冷凝水进行回用；
（5）离心分离：利用离心分离设备对闪蒸后的高盐废水进行离心分离，收集离心分离设备的滤液进行回用。
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