CN110255728A - 一种垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种处理垃圾渗滤液的新型组合工艺方法及系统,该系统包括预处理系统、MDA氨氮膜分离系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解‑芬顿氧化系统、RO反渗透系统以及蒸发系统,各系统先后对垃圾渗滤液进行处理。本发明技术采用“预处理+MDA氨氮分离膜+MBR膜生物反应器+铁炭微电解‑芬顿+RO反渗透+蒸发”组合工艺处理垃圾渗滤液,保证出水电导率达标排放,回收率高,水质稳定,实现了垃圾渗滤液处理接近零排放;运行成本低,降低了碳源、药剂消耗,可将传统工艺所需高达80元每吨水的药剂及碳源投加费用降低至整体运行费用在50元每吨水;可同时获得可再利用的化工原料铵盐及结晶盐。因此,具有显著的环境、经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明适用于垃圾渗滤液处理技术领域,属于污水处理技术领域,具体涉及一种垃圾渗滤液处理的方法及系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展,人民生活水平的日益提高,我国城市生活垃圾产量日益剧增。目前,填埋,焚烧和堆肥等是城市生活垃圾的主要处理方法。卫生填埋法具有处理量大、适用范围广、工艺简单、成本较低和技术成熟等优点,成为公认的垃圾废物处置技术。在垃圾填埋过程中由于垃圾自身携带的水分、厌氧分解时有机物的分解、地下水浸泡、雨水的淋溶等原因而产生的大量污染性极强、难降解的垃圾渗滤液,其中含有大量的有机物和氨氮,因此垃圾渗滤液必须经过必要的处理避免其对生态环境造成污染。
垃圾渗滤液一般采用的处理方法包括物化处理、生物处理、膜处理以及近年来兴起的高级氧化技术。当前,随着国家环保部颁布执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)新标准,国内垃圾渗滤液处理的主流工艺是“预处理+生化处理+膜深度处理”,主要包括:(1)生化处理即硝化反硝化+MBR超滤膜系统,该系统对于填埋时间短,可生化性好的早中期垃圾渗滤液具有较好的有机物及氨氮去除效率,但对于填埋周期长的老龄垃圾渗滤液,由于填埋过程中含氮的有机物因长期水解发酵导致渗滤液氨氮浓度过高,造成渗滤液中的C/N失衡。若使用传统的生物脱氮的方法去除氨氮并保证总氮达标,存在的主要问题是需要投加大量的碳源,运行费用极高,投加费用折算为吨水的运行费用高达为20~50元/吨,所以对于氨氮浓度高、营养比例失调的老龄垃圾渗滤液,则需进行预处理去除氨氮以满足后续生化处理的营养条件;(2)膜深度处理的典型工艺是纳滤+反渗透组合,该组合膜分离系统可保证出水水质稳定达标,但是出水回收率很低,不到70%,产生的污染物浓度极高的浓缩液造成了目前渗滤液领域大面积运行瘫痪,亟待整改。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题提供一种工艺组合合理,系统运行稳定,出水回收率高,实现了“变废为宝”的废水资源化途径的垃圾渗滤液近零排放的工艺处理方法及系统。
为解决上述技术问题,本发明首先提出了一种垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法:包括以下步骤:
(1)预处理:主要对所述垃圾渗滤液原液进行软化、混凝沉淀以及预曝气,去除垃圾渗滤液中的悬浮物、钙镁离子以及调节pH;
(2)MDA氨氮膜分离处理:主要将所述预处理后的出水中高浓度氨氮提取出来,得到高浓度浓缩和纯化的铵盐及低氨氮浓度出水;
(3)MBR膜生物反应器处理:主要通过硝化反硝化作用去除所述预处理后的出水中可降解有机物及低浓度氨氮;
(4)铁炭微电解-芬顿氧化处理:主要去除所述MBR膜生物反应器处理后的出水中难降解有机物;
(5)RO反渗透处理:主要是对所述铁炭微电解-芬顿氧化处理后的出水通过膜分离作用脱盐;
(6)蒸发处理:主要是对所述RO反渗透处理产出的浓水进行蒸发结晶得到结晶盐。
进一步的,所述预处理包括:
向所述垃圾渗滤液中投加碳酸钠,搅拌使其充分反应,使废水中钙离子与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀去除渗滤液中的钙离子,进行软化降低其硬度;
向所述垃圾渗滤液中投加苛性钠,使废水中的镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀去除渗滤液中的镁离子,进一步软化,调节pH值至9~11,再投加混凝剂PAC及絮凝剂PAM,搅拌均匀,通过混凝沉淀去除渗滤液中的悬浮物;
混凝沉淀后出水进行预曝气。
所述MDA氨氮分离膜处理中的酸吸收液选择硫酸、硝酸或盐酸,分别得到相对应的硫酸铵、硝酸铵或氯化铵副产品。
优选的,所述MBR膜生物反应处理涉及反硝化池、硝化池、超滤膜装置,反硝化池内设置有搅拌机连续搅拌,保证池内污泥浓度均匀;反硝化池出水进入硝化池,在硝化池内进行鼓风曝气,保证池内溶解氧浓度在2~5mg/L;硝化池硝化液回流至反硝化池,硝化反应出水经水泵提升至超滤膜装置,超滤浓缩液回流至反硝化池,超滤出水进行所述铁炭微电解-芬顿氧化处理。
所述铁炭微电解-芬顿氧化处理中,铁原料选择废铁屑、铁皮、铁球、钢渣,炭原料选择活性炭、焦炭、炉渣。
相应的,本发明同时提出了一种垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统,包括预处理系统、MDA氨氮分离膜系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解联合芬顿氧化系统、RO反渗透系统、蒸发系统通过管道连接;
所述预处理系统:主要用于对所述垃圾渗滤液原液进行软化、混凝沉淀以及预曝气,去除垃圾渗滤液中的悬浮物、钙镁离子以及调节pH;
所述MDA氨氮膜分离系统:主要用于将所述预处理系统处理后的出水中高浓度氨氮提取出来,得到低氨氮浓度出水,并得到高浓度浓缩和纯化的铵盐;
所述MBR膜生物反应器系统:主要用于通过硝化反硝化作用去除所述MDA氨氮膜分离系统处理后的出水中可降解有机物及低浓度氨氮;
所述铁炭微电解-芬顿氧化系统:主要用于去除所述MBR膜生物反应器系统处理后的出水中难降解的有机物;
所述RO反渗透系统:主要用于对所述铁炭微电解-芬顿氧化系统处理后的出水通过膜分离作用脱盐;
所述蒸发系统:主要是用于对所述RO反渗透系统产出的浓水进行蒸发结晶得到结晶盐;
优选的,所述MDA氨氮分离膜系统采用疏水性的中空纤维膜,中空纤维膜选择PP、PVDF或PTFE材质;所述MDA氨氮分离膜系统设置有酸吸收液箱、副产品铵盐回收箱。
优选的,所述MBR膜生物反应系统依次包括反硝化池、硝化池、超滤膜装置;反硝化池内设置有搅拌机连续搅拌,保证池内污泥浓度均匀;反硝化池出水进入硝化池,在硝化池内进行鼓风曝气,保证池内溶解氧浓度在2~5mg/L;硝化池硝化液回流至反硝化池,硝化反应出水经水泵提升至超滤膜装置,超滤浓缩液回流至反硝化池,超滤出水进入铁炭微电解-芬顿氧化系统;
所述超滤膜装置采用外置式膜生物反应器,超滤膜组件采用管式错流式超滤膜组件。
进一步的,所述RO反渗透系统中膜组件为卷式膜组件,脱盐效率高,反渗透淡水达标排放,浓水进入蒸发系统;所述RO反渗透系统还包括清水池和浓水池,RO反渗透处理产出的淡水排入清水池,浓水排入浓水池;浓水池出水口与蒸发器进水口连接。
更加优选的,所述预处理系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解联合芬顿氧化系统分别产生的剩余污泥排入污泥浓缩池,经污泥脱水机脱水后产生的泥饼外运。
相比于传统的“预处理+生化处理+膜深度处理”工艺,本发明采用“预处理+MDA氨氮分离膜+MBR膜生物反应器+铁炭微电解联合芬顿+RO反渗透+蒸发”组合工艺处理垃圾渗滤液,其中,MDA氨氮分离膜系统可在常温常压下提取垃圾渗滤液中的高浓度氨氮并获得高浓度浓缩的副产品铵盐,不用投加大量碳源,降低运行成本的同时实现了废物资源化;本发明采用铁炭微电解-Fenton氧化组合处理垃圾渗滤液生化出水中的难降解有机物,处理效率高,出水可达到G16889的排放标准的同时没有浓缩液,解决了浓缩液处理难的问题,另外铁炭微电解以废铁为原料,不消耗电能,节约成本的同时实现了“以废治废”的目的,与传统芬顿氧化法相比更加经济有效;本发明采用RO系统对铁炭微电解-Fenton高级氧化处理后的垃圾渗滤液进行脱盐处理,可提高回收率,达到85%~90%,以及对有机物浓度低的RO浓水进行蒸发,提高了蒸发效率,可得到纯度较高的结晶盐。
本发明具有以下突出的特点和显著进步:工艺组合合理、高效,保证出水电导率达标排放,回收率高,水质稳定,实现了垃圾渗滤液处理接近零排放;运行成本低,降低了碳源、药剂消耗,可将传统工艺所需高达80元每吨水的药剂及碳源投加费用降低至整体运行费用在50元每吨水;可同时获得可再利用的化工原料铵盐及结晶盐。因此,具有显著的环境、经济和社会效益。
说明书附图
图1为本发明垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法的流程图。
图2为本发明垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现结合图1、图2对本发明做进一步说明:
如图1所示对垃圾渗滤液的新型组合工艺处理方法的工艺流程图,步骤如下:
(1)预处理、涉及预处理系统:主要进行软化、混凝沉淀以及预曝气,去除垃圾渗滤液中的悬浮物、钙镁离子以及调节pH。
具体地,步骤(1)包括:1)往所述垃圾渗滤液中投加Na2CO3,搅拌使其充分反应,使废水中钙离子与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀去除渗滤液中的钙离子,进行软化降低其硬度;2)往所述垃圾渗滤液中投加苛性钠,使废水中的镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀去除渗滤液中的镁离子,进一步软化,调节pH值至9~11,再加混凝剂PAC及絮凝剂PAM,搅拌均匀,通过混凝沉淀去除渗滤液中的悬浮物;3)混凝沉淀后出水进行预曝气。
(2)MDA氨氮膜分离处理、涉及MDA氨氮膜分离系统:主要是将渗滤液中高浓度氨氮提取出来,得到高浓度浓缩和纯化的铵盐及低氨氮浓度出水。
具体地,步骤(2)中包括,1)MDA氨氮分离膜系统采用疏水性的中空纤维膜,可选择PP、PVDF或PTFE材质;2)酸吸收液可选择硫酸、硝酸、盐酸其中一种,则可得到相对应的副产品化工原料铵盐(硫酸铵、硝酸铵或氯化铵);3)MDA氨氮分离膜系统设置有酸吸收液箱、副产品铵盐回收箱。
(3)MBR膜生物反应器处理、涉及MBR膜生物反应器系统:主要进行硝化反硝化作用去除垃圾渗滤液中可降解有机物及低浓度氨氮。
具体的,步骤(3)中包括,1)MBR膜生物反应系统对MDA氨氮分离系统出水的低氨氮浓度渗滤液进行生化处理;2)MBR膜生物反应系统依次包括反硝化池、硝化池、超滤膜装置。反硝化池内设置有搅拌机连续推流搅拌,保证池内污泥浓度均匀。反硝化池出水进入硝化池,在硝化池内进行鼓风曝气,保证池内溶解氧浓度在2~5mg/L。硝化池硝化液回流至反硝化池,硝化反应出水经水泵提升至超滤膜装置,超滤浓缩液回流至反硝化池,超滤出水进入铁炭微电解联合芬顿氧化系统;3)超滤膜系统采用外置式膜生物反应器,超滤膜组件采用管式错流式超滤膜组件。
(4)铁炭微电解-芬顿氧化处理、涉及铁炭微电解-芬顿氧化系统:主要去除垃圾渗滤液中难降解有机物。
具体地,步骤(4)包括中,1)将铁炭微电极和芬顿(Fenton)法两者结合起来,利用微电解反应后产生的Fe2+与加入的双氧水组成Fenton试剂将垃圾渗滤液MBR系统出水中的难降解有机物矿化为二氧化碳和水;2)铁原料可选择废铁屑、铁皮、铁球、钢渣等,炭原料可选择活性炭、焦炭、炉渣等。
(5)RO反渗透处理、涉及RO反渗透系统:主要是进行膜分离作用,脱盐率达到90%以上,保证出水电导率及其他水质指标达标排放。
具体地,步骤(5)中包括:1)RO反渗透系统中膜组件为卷式膜组件,脱盐效率高,反渗透淡水达标排放,浓水进入蒸发系统;2)RO系统还包括清水池和浓水池,RO淡水排入清水池,浓水排入浓水池。
(6)蒸发处理、涉及蒸发系统:主要是对反渗透浓水进行蒸发结晶得到结晶盐。
具体地,步骤(6)中:先浓水池进行预处理,浓水池出水口与蒸发器进水口连接,在蒸发系统进行蒸发结晶。
此外,所述预处理系统、MDA氨氮分离膜系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解联合芬顿氧化系统、RO反渗透系统、蒸发系统依次连接。
此外,所述的预处理系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解联合芬顿氧化系统产生的剩余污泥排入污泥浓缩池,经污泥脱水机脱水后产生的泥饼外运。
如附图2所示的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统的结构示意图,包括依次连接的预处理系统1,MDA氨氮分离膜系统2,氨氮分离膜产水箱3,MBR膜生物反应器系统(包括反硝化池4、硝化池5、超滤膜装置6、超滤产水箱7),铁炭微电解-Fenton氧化系统8,RO反渗透系统(包括反渗透进水箱9、反渗透装置10、浓水池13),蒸发系统11、清水池12。反渗透装置10的淡水与清水池12连接,浓水与浓水池13连接。蒸发系统的进水与浓水池13连接,出水与清水池12连接。
调节池内的垃圾渗滤液首先经水泵提升进入预处理系统1,在该系统先投加碳酸钠,再投加苛性钠,通过碳酸钙、氢氧化镁沉淀去除渗滤液中的钙镁离子,进行软化降低其硬度,调节pH为9~11。然后再投加混凝剂PAC和絮凝剂PAM进行混凝沉淀去除悬浮物和重金属,混凝沉淀出水通过鼓风机16进行预曝气。预处理系统1出水经水泵提升进入MDA氨氮分离膜系统2,通过酸吸收液箱17向MDA氨氮膜分离系统投加酸溶液,将氨氮提取出来转化为铵肥料至副产品铵盐回收箱18,该铵肥料的纯度非常高,可高达99%,可以作为化工原料使用。提取氨氮之后的低浓度氨氮渗滤液自流至氨氮分离膜产水箱3经水泵提升至进入到MBR膜生物反应器系统,包括反硝化池4、硝化池5和超滤膜装置6,该超滤膜装置采用外置式膜装置。MBR膜生物反应器系统中首先渗滤液在反硝化池4中进行反硝化反应,将从硝化池5和外置式超滤膜装置6中回流的亚硝酸盐、硝酸盐进行反硝化反应还原成氮气,同时去除部分COD;然后进入硝化池5中,在硝化池内通过鼓风机16进行鼓风曝气,保证池内溶解氧浓度在2~5mg/L,大部分有机污染物在其中得到降解,从而实现对水中有机物及低浓度氨氮的有效去除。硝化池5出水经水泵提升至外置式超滤膜装置6进行泥水分离,浓缩液回流至反硝化池4。外置式超滤膜装置6的淡水进入超滤产水箱7,经水泵提升进入铁炭微电解-Fenton氧化系统8,进一步将渗滤液中的难生物降解有机物的结构被破坏,大部分有机物被直接矿化成二氧化碳和水,氧化出水进入反渗透进水箱9经水泵提升至反渗透装置10进行膜分离作用,脱盐率达到90%以上,保证出水电导率及其他水质指标达到回用水标准。反渗透装置10产生的淡水排入清水池12,浓水进入浓水池13,在浓水池13内进行蒸发预处理之后经水泵提升至蒸发系统11对反渗透浓水进行蒸发结晶,得到的结晶盐可回用,出水排入清水池12可回用。本发明所述预处理系统1、反硝化池4、硝化池5、铁炭微电解-Fenton氧化系统8产生的污泥经污泥管排入污泥浓缩池14,再由污泥螺杆泵提升至污泥脱水机15进行脱水处理,泥饼外运填埋,脱水上清液回流至反硝化池4。最终垃圾渗滤液经本发明组合工艺处理后实现垃圾渗滤液的近零排放。
综上所述,本发明的组合工艺解决了常规工艺存在的问题,首先,垃圾渗滤液经过预处理后经过氨氮分离膜系统提取了垃圾渗滤液中高浓度氨氮得到高浓度浓缩的副产品铵盐,不用投加大量碳源,降低运行成本的同时实现了废物资源化;其次,生化处理之后采用铁炭微电解-Fenton高级氧化技术,出水能够达到G16889的排放标准的同时没有浓缩液,解决了浓缩液处理难的问题,同时再引入脱盐装置RO系统可满足对于盐分有特殊要求的区域,另外经过铁炭微电解-Fenton高级氧化处理后的垃圾渗滤液进行RO系统,可提高回收率,达到85%~90%,以及对有机物浓度低的RO浓水进行蒸发,可得到纯度较高的结晶盐,因此,本发明是一种工艺组合合理、高效,回收率高、处理效果好、运行成本低的垃圾渗滤液近零排放的组合工艺处理方法及系统,具有较好的环境、经济效益。
最后应该说明的是,本具体实施方式只是对本发明所做的示例性说明而并不限定它的保护范围,本领域人员还可以对本发明做一些非实质性的改变,只要是不经过创造性劳动而对本专利进行的改进,都在本专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)预处理:主要对所述垃圾渗滤液原液进行软化、混凝沉淀以及预曝气,去除垃圾渗滤液中的悬浮物、钙镁离子以及调节pH;
(2)MDA氨氮膜分离处理:主要将所述预处理后的出水中高浓度氨氮提取出来,得到高浓度浓缩和纯化的铵盐及低氨氮浓度出水;
(3)MBR膜生物反应器处理:主要通过硝化反硝化作用去除所述预处理后的出水中可降解有机物及低浓度氨氮;
(4)铁炭微电解-芬顿氧化处理:主要去除所述MBR膜生物反应器处理后的出水中难降解有机物;
(5)RO反渗透处理:主要是对所述铁炭微电解-芬顿氧化处理后的出水通过膜分离作用脱盐;
(6)蒸发处理:主要是对所述RO反渗透处理产出的浓水进行蒸发结晶得到结晶盐。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法,其特征在于,所述预处理包括:
向所述垃圾渗滤液中投加碳酸钠,搅拌使其充分反应,使废水中钙离子与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀去除渗滤液中的钙离子;
向所述垃圾渗滤液中投加苛性钠,使废水中的镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀去除渗滤液中的镁离子;
调节pH值至9~11,再投加混凝剂PAC及絮凝剂PAM,搅拌均匀,通过混凝沉淀去除渗滤液中的悬浮物;
混凝沉淀后出水进行预曝气。
3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法,其特征在于,所述MDA氨氮分离膜处理中的酸吸收液选择硫酸、硝酸或盐酸,分别得到相对应的硫酸铵、硝酸铵或氯化铵副产品。
4.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法,其特征在于,所述MBR膜生物反应处理涉及反硝化池、硝化池、超滤膜装置,反硝化池内设置有搅拌机连续搅拌,保证池内污泥浓度均匀;反硝化池出水进入硝化池,在硝化池内进行鼓风曝气,保证池内溶解氧浓度在2~5mg/L;硝化池硝化液回流至反硝化池,硝化反应出水经水泵提升至超滤膜装置,超滤浓缩液回流至反硝化池,超滤出水进行所述铁炭微电解-芬顿氧化处理。
5.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺方法,其特征在于,步骤铁炭微电解-芬顿氧化处理中,铁原料选择废铁屑、铁皮、铁球、钢渣,炭原料选择活性炭、焦炭、炉渣。
6.一种垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统,其特征在于,包括预处理系统、MDA氨氮分离膜系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解联合芬顿氧化系统、RO反渗透系统、蒸发系统通过管道连接;
所述预处理系统:主要用于对所述垃圾渗滤液原液进行软化、混凝沉淀以及预曝气,去除垃圾渗滤液中的悬浮物、钙镁离子以及调节pH;
所述MDA氨氮膜分离系统:主要用于将所述预处理系统处理后的出水中高浓度氨氮提取出来,得到低氨氮浓度出水,并得到高浓度浓缩和纯化的铵盐;
所述MBR膜生物反应器系统:主要用于通过硝化反硝化作用去除所述MDA氨氮膜分离系统处理后的出水中可降解有机物及低浓度氨氮;
所述铁炭微电解-芬顿氧化系统:主要用于去除所述MBR膜生物反应器系统处理后的出水中难降解的有机物;
所述RO反渗透系统:主要用于对所述铁炭微电解-芬顿氧化系统处理后的出水通过膜分离作用脱盐;
所述蒸发系统:主要是用于对所述RO反渗透系统产出的浓水进行蒸发结晶得到结晶盐。
7.一种权利要求6所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统,其特征在于,所述MDA氨氮分离膜系统采用疏水性的中空纤维膜,中空纤维膜选择PP、PVDF或PTFE材质;
所述MDA氨氮分离膜系统设置有酸吸收液箱、副产品铵盐回收箱。
8.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统,其特征在于,所述MBR膜生物反应系统依次包括反硝化池、硝化池、超滤膜装置;反硝化池内设置有搅拌机连续搅拌,保证池内污泥浓度均匀;反硝化池出水进入硝化池,在硝化池内进行鼓风曝气,保证池内溶解氧浓度在2~5mg/L;硝化池硝化液回流至反硝化池,硝化反应出水经水泵提升至超滤膜装置,超滤浓缩液回流至反硝化池,超滤出水进入铁炭微电解-芬顿氧化系统;
所述超滤膜装置采用外置式膜生物反应器,超滤膜组件采用管式错流式超滤膜组件。
9.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统,其特征在于,所述RO反渗透系统中膜组件为卷式膜组件,脱盐效率高,反渗透淡水达标排放,浓水进入蒸发系统;
所述RO反渗透系统还包括清水池和浓水池,RO反渗透处理产出的淡水排入清水池,浓水排入浓水池;
浓水池出水口与蒸发器进水口连接。
10.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液处理的新型组合工艺系统,其中特征在于,所述预处理系统、MBR膜生物反应器系统、铁炭微电解联合芬顿氧化系统分别产生的剩余污泥排入污泥浓缩池,经污泥脱水机脱水后产生的泥饼外运。
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