CN111871020A - 采用多介质过滤的废水净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用多介质过滤的废水净化系统，该设备是由上层筒体(16)和下层筒体(18)组合成两个独立层，在上层筒体(16)内的下部设有上层布水器及支撑组件(17)，在下层筒体(18)内的下部设有下层布水器及支撑组件(19)，在上层筒体(16)和下层筒体(18)内分别自下而上布设多介质过滤料层，多介质过滤料层由三种不同的滤料组成，底层为石榴石和钛铁矿石滤料，中层为石英砂滤料，顶层为无烟煤滤料。本发明采用气、水结合进行反冲洗，反冲洗效率高；本发明具有处理量大、受给水水质影响小、出水水质稳定、占地少、投资、运行成本低、抗冲击负荷能力强，可连续运行等优点，可广泛用于工业废水的处理。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种采用多介质过滤的废水净化设备，可广泛用于工业废水、城市污水的净化、处理，特别适用于给水处理、工业废水处理和城市污水处理厂提标改造。
背景技术
在冶金、矿山、电力、石油及化工等工业生产过程和人类的生活过程中会产生大量的废水，对环境造成了严重的污染。
多介质过滤废水是目前处理含悬浮物较多废水的重要方式，是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效地除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，锰砂等，主要用于水处理除浊，软化水，纯水的前级预处理等，出水浊度可达3度以下。
目前，工程应用中的过滤器主要是单层过滤，并且至少2个单体设备连用，才能达到水质的出水要求；占地大，处理水量小，效率低。单层过滤器在废水处理改造的项目中对水量大、占地紧张等情况是尤其不利的。查阅相关的资料，比如在《石油矿场机械》2005年第34卷第4期第92页中，作者王卫明写的一篇《可反清洗过滤器的研制与应用》的文章，文章中研制的单层过滤器是2个单体连用，从提供的主要技术参数中分析可知，这种单层过滤器难以适应处理水量大，占地小的情况，而且过滤的效率也不高。
污水处理用多介质过滤器在使用一段时间之后，滤料内会残留较多的杂质，需要进行清理，目前进行杂质的清理采用过滤器的反洗，即反向的水流将杂质带出，但是现有的反冲洗只是单纯的水流反向冲洗进行去杂质，杂质去除的不够充分，往往滤料内部的杂质不易冲洗掉，水反冲洗的效率较低，反洗不彻底，单层过滤器稍操作不当，会引起滤料的堵塞，清理很不方便。
中国实用新型专利201920462433.7公开了一种多介质过滤器，包括卡位装置、上盖装置、过滤装置和下盖装置，卡位装置的固定板上设置有若干卡位杆和螺纹杆，上盖主体上端的支撑杆连接有圆板，上盖主体与圆板上分别对应设置有壳体孔和板孔，圆板的中心的孔内安装有轴承，传动器下端的传动柱设置在轴承的内圈内；圆板下端的电机输出轴穿过圆板且输出轴的一端设置有主动带轮，主动带轮与传动器上端的从动带轮之间通过传动带连接；第一安装边与第二安装边通过螺钉相连接，第三安装边与第四安装边通过螺钉相连接，卡位杆穿设置在板孔、壳体孔和导位孔，卡位杆卡在相邻盛放单元的卡位圆缺内；螺纹杆穿设在螺纹孔内；本实用新型结构简单。但同样存在滤料经过一段时间后内会残留较多的杂质，需要及时更换的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有污水处理改造工程应用中过滤器效率低、占地大、处理能力受限、出水水质不稳定等不足之处，而提供一种处理量大、受给水水质影响小、出水水质稳定、占地少、投资、运行成本低、抗冲击负荷能力强，可连续运行、反冲洗彻底的采用多介质过滤的废水净化系统，该设备采用双层结构，对污水进行深度处理，将水中较大的颗粒在顶层被去除，较小的颗粒在过滤器介质的较深处被去除，同时采用气、水相结合进行反冲洗，减少人力资源的投入及费用，改善水质达标排放的状况，减少出水浊度、色度、污染物等超标现象的发生。
为了解决上述问题，本发明研究的双层多介质过滤器能实现废水的净化，并采用气和水结合反冲洗，双层多介质过滤器对工业废水、生活污水、给水具有很好处理效果，不仅适用于过滤处理悬浮物较多的原水，而且在循环供水系统中使用可改善水质，提高水的循环利用率，节约用水，是当前工业处理设施中必备的设备。
为实现本发明的上述目的，本发明采用多介质过滤的废水净化系统采用以下技术方案：
本发明采用多介质过滤的废水净化系统是由上层筒体和下层筒体组合成两个独立层，在上层筒体内的下部设有上层布水器及支撑组件，在下层筒体内的下部设有下层布水器及支撑组件，上层筒体的顶部设有上层排气管，下层筒体的侧上部设有下层排气管；在上层筒体的上侧部连接有上层进水管兼反冲洗排水管，在下层筒体的上侧部连接有下层进水管兼反冲洗排水管；在上层筒体的底部分别连接有上层出水管兼反冲洗进水管、上层底部放空管，在下层筒体的底部分别连接有下层出水管兼反冲洗进水管、下层底部放空管；上层布水器及支撑组件的布气管进口与上层压缩空气进气管连接，下层布水器及支撑组件的布气管进口与下层压缩空气进气管连接。为了进一步改善水质达标排放的状况，减少出水浊度、色度、污染物等超标现象的发生，在上层筒体和下层筒体内分别自下而上布设多介质过滤料层，所述多介质过滤料层的高度占所在上层筒体、下层筒体的筒内高度的50％～80％，所述的多介质过滤料层由三种不同的滤料组成，底层为石榴石和钛铁矿石滤料，中层为石英砂滤料，顶层为无烟煤滤料，其中：
上层筒体内多介质过滤料层的各层高度占多介质过滤料层总高度为：底层10％～15％，中层40％～50％，上层38％～45％；
下层筒体内多介质过滤料层的各层高度占多介质过滤料层总高度为：底层15％～20％，中层38％～45％，上层38％～45％。
一般情况下，上层筒体、下层筒体的规格、大小相等，并同步运行。多介质过滤料层的底层、中层、顶层的高度及介质过滤料层的总体高度，由所处理废水的水质及试验结果综合确定。用于处理钢铁工业废水时，本发明上层筒体内多介质过滤料层一般为：无烟煤滤料厚度450mm～550mm，石英砂滤料厚度500mm～600mm，石榴石和钛铁矿石滤料厚度135mm～165mm，无烟煤滤料上部的反冲洗空间为总滤料厚度的45％～55％；本发明下层筒体内多介质过滤料层一般为：无烟煤滤料厚度450mm～550mm，石英砂滤料厚度450mm～550mm，石榴石和钛铁矿石滤料厚度180mm～220mm，无烟煤滤料上部的反冲洗空间为总滤料厚度的45％～55％。
所述的上层进水管兼反冲洗排水管的进水段、下层进水管兼反冲洗排水管的进水段分别与外部水池中的进水泵连接；在上层进水管兼反冲洗排水管的下排水段还设有上层反冲洗排水阀，在下层进水管兼反冲洗排水管的下排水段还设有下层反冲洗排水阀。外部水池中的水，既是本发明的处理对象，也作为本发明的反冲洗水。
所述的上层出水管兼反冲洗进水管的进水段、下层出水管兼反冲洗进水管的进水段分别与外部水池中的反冲洗水泵连接；在上层出水管兼反冲洗进水管的出水段设有上层出水阀，在下层出水管兼反冲洗进水管的出水段设有下层出水阀。
在上层压缩空气进气管上设有上层压缩空气进气管阀，在下层压缩空气进气管上设有下层压缩空气进气管阀。
为了便于观察和检修，在上层筒体上分别设置上层上部人孔、上层下部人孔、上层底部人孔，在下层筒体上分别设置下层上部人孔、下层下部人孔、下层底部人孔。
为便于智能控制，本发明还设有开启、关闭上层进水管兼反冲洗排水管的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管的阀门、上层出水管兼反冲洗进水管的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管的阀门、上层排气管的阀门、下层排气管的阀门、上层底部放空管的阀门、下层底部放空管的阀门以及上层反冲洗排水阀、下层反冲洗排水阀、上层出水阀、下层出水阀、上层压缩空气进气管阀、下层压缩空气进气管阀的自动控制系统。
本发明采用多介质过滤的废水净化系统的操作步骤为：
1)打开外部水池中的进水泵、上层进水管兼反冲洗排水管之进水段的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管之进水段的阀门、上层排气管的阀门、下层排气管的阀门，等上层筒体、下层筒体内的空气排空后关闭上层排气管的阀门和下层排气管的阀门，打开上层底部放空管的阀门、下层底部放空管的阀门，运行3-7分钟，优选4-6分钟，再关闭上层底部放空管的阀门、下层底部放空管的阀门，然后打开上层出水阀、下层出水阀进入正常运行；所述的上层排气管的阀门、下层排气管的阀门、下层底部放空管的阀门设有时间控制，可调节开关阀的时间，调节范围从0-5分钟之间，具体时间设定经现场调试后确定；
2)当进行气反洗时，关闭上层出水阀、下层出水阀、上层进水管兼反冲洗排水管之进水段的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管之进水段的阀门，打开上层排气管的阀门、下层排气管的阀门、上层压缩空气进气管的阀门、下层压缩空气进气管的阀门，冲洗0.4-2分钟后关闭上层压缩空气进气管的阀门、下层压缩空气进气管的阀门，接着进行水反洗，关闭上层出水阀、下层出水阀、上层进水管兼反冲洗排水管之进水段的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管之进水段的阀门，打开上层出水管兼反冲洗进水管之进水段的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管之进水段的阀门、上层反冲洗排水阀和下层反冲洗排水阀，再启动外部水池中的反冲洗水泵，冲洗5-8分钟后关闭反冲洗泵，关闭上层出水管兼反冲洗进水管之进水段的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管之进水段的阀门、上层反冲洗排水阀、下层反冲洗排水阀、上层排气管的阀门、下层排气管的阀门；
3)反冲洗结束后进入过滤状态，并进行周而复始的连续运行。
本发明自动运行时，由本发明的进水、出水压力差来自动控制系统的运行，本发明在正常的运行过滤中有一种自然阻力压差，当进水和出水的压力差大于设定时，压差值在调试过程中确定，此时则进入自动反冲洗的过程，自动反冲洗过程和手动控制反冲洗运行过程一样；当本发明在运行过程中压差未能达到设定值时，此时要对本发明进行一次强制反冲洗，则只要按一下强制反冲洗按钮即可进行一次自动反冲洗过程。
当本发明处于过滤状态时，未经过滤的水通过布水器，配合特殊设计的外壳，以接近平流的状态到达上层筒体和下层筒体内布设的多介质过滤料层。当水流过多介质过滤料层时，杂质被截留在多介质过滤料层内。多介质过滤料层底部设有集水器，将过滤后的水均匀地收集并流出。平流过滤，决定本发明可以在高的流速下过滤，仍可达到较好的过滤效果。
随着杂质在多介质过滤料层中的不断聚积，水头损失将不断增大。当水头损失到达一定的设定限度时，或者经过一个预先设定好的时间层后，本发明将自动转换至反洗状态，以清洗聚积起来的杂质。在实际运用中，经常性的反洗以清除聚积起来的杂质是必须的。在这个逆流过程中，被反洗的过滤单元的多介质过滤料层在水流的冲击下被冲起，杂质则通过一个反洗口被排出。在过滤系统中，特殊设计的集水器使多介质过滤料层在反洗状态时形成内环流，填料之间互相搓洗，最大限度地提高反冲洗效率，减少所需的反洗水，同时反洗时不跑砂。当反洗结束时，阀门又恢复到过滤状态。
本发明采用多介质过滤的废水净化系统采用以上技术方案后具有以下积极效果：
(1)本发明设备结构为双层，采用气、水结合进行反冲洗，反冲洗效率高，尤其是反冲洗彻底，保证滤料在过滤及清洗过程中不会磨损，因此，在获得最佳过滤效果的同时，罐体(即：上层筒体、下层筒体)使用寿命长。
(2)本发明具有处理量大、受给水水质影响小、出水水质稳定、占地少、投资、运行成本低、抗冲击负荷能力强，可连续运行等优点。
(3)本发明已经在实际工程中应用，取得了非常好的技术效果。
附图说明
图1是本发明采用多介质过滤的废水净化系统主剖结构示意图；
图2是本发明采用多介质过滤的废水净化系统俯视结构示意图。
附图标记为：1-上层进水管兼反冲洗排水管；2-上层出水管兼反冲洗进水管；3-下层进水管兼反冲洗排水管；4-下层出水管兼反冲洗进水管；5-上层排气管；6-下层排气管；7-上层压缩空气进气管；8-下层压缩空气进气管；9-下层底部放空管；10-上层上部人孔；11-上层下部人孔；12-上层底部人孔；13-下层上部人孔；14-下层下部人孔；15-下层底部人孔；16-上层筒体；17-上层布水器及支撑组件；18-下层筒体；19-下层布水器及支撑组件；20-支架；21-上层反冲洗排水阀；22-下层反冲洗排水阀；23-上层出水阀；24-下层出水阀；25-上层压缩空气进气管阀；26-下层压缩空气进气管阀；27-上层底部放空管。设备的上层筒体16和下层筒体18是个整体，上层筒体16的底部为钢板加工焊接在上层筒体16的内壁上面，由此形成两个独立层。
具体实施方式
为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明采用多介质过滤的废水净化系统作进一步详细说明。
由图1所示的本发明采用多介质过滤的废水净化系统主剖结构示意图并结合图2看出，本发明采用多介质过滤的废水净化系统，上层筒体16和下层筒体18是个整体，上层筒体16底部为钢板加工焊接在上层筒体16的内壁上面，由此形成两个独立层；在上层筒体16上分别设置上层上部人孔10、上层下部人孔11、上层底部人孔12，在下层筒体18上分别设置下层上部人孔13、下层下部人孔14、下层底部人孔15。在上层筒体16内的下部设有上层布水器及支撑组件17，在下层筒体18内的下部设有下层布水器及支撑组件19，上层筒体16的顶部设有上层排气管5，下层筒体18的侧上部设有下层排气管6。在上层筒体16的上侧部连接有上层进水管兼反冲洗排水管1，在下层筒体18的上侧部连接有下层进水管兼反冲洗排水管3；在上层进水管兼反冲洗排水管1的下排水段还设有上层反冲洗排水阀21，在下层进水管兼反冲洗排水管3的下排水段还设有下层反冲洗排水阀22。在上层筒体16的底部分别连接有上层出水管兼反冲洗进水管2、上层底部放空管27，在下层筒体18的底部分别连接有下层出水管兼反冲洗进水管4、下层底部放空管9；上层布水器及支撑组件17的布气管进口与上层压缩空气进气管7连接，下层布水器及支撑组件19的布气管进口与下层压缩空气进气管8连接，在上层压缩空气进气管7上设有上层压缩空气进气管阀25，在下层压缩空气进气管8上设有下层压缩空气进气管阀26；在上层筒体16和下层筒体18内分别自下而上布设多介质过滤料层，所述的多介质过滤料层由三种不同的滤料组成，底层为石榴石和钛铁矿石滤料，中层为石英砂滤料，顶层为无烟煤滤料。在上层筒体16内，顶层无烟煤滤料厚度500mm，中层石英砂滤料厚度550mm，底层石榴石和钛铁矿石滤料厚度150mm，无烟煤滤料上部的反冲洗空间为总滤料厚度的50％；在下层筒体18内，顶层无烟煤滤料厚度500mm，中层石英砂滤料厚度500mm，底层石榴石和钛铁矿石滤料厚度200mm，无烟煤滤料上部的反冲洗空间为总滤料厚度的50％。所述的上层进水管兼反冲洗排水管1的进水段、下层进水管兼反冲洗排水管3的进水段分别与外部水池中的2台进水泵连接，2台进水泵为一用、一备；所述的上层出水管兼反冲洗进水管2的进水段、下层出水管兼反冲洗进水管4的进水段分别与外部水池中的1台反冲洗水泵连接；在上层出水管兼反冲洗进水管2的出水段设有上层出水阀23，在下层出水管兼反冲洗进水管4的出水段设有下层出水阀24。整个设备支撑在支架20上。
在智能控制情况下，本发明还设有开启、关闭上层进水管兼反冲洗排水管1的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管3的阀门、上层出水管兼反冲洗进水管2的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管4的阀门、上层排气管5的阀门、下层排气管6的阀门、上层底部放空管27的阀门、下层底部放空管9的阀门以及上层反冲洗排水阀21、下层反冲洗排水阀22、上层出水阀23、下层出水阀24、上层压缩空气进气管阀25、下层压缩空气进气管阀26的自动控制系统。
本发明采用多介质过滤的废水净化系统的操作步骤为：
1)打开外部水池中的进水泵、上层进水管兼反冲洗排水管1之进水段的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管3之进水段的阀门、上层排气管5的阀门、下层排气管6的阀门，等上层筒体16、下层筒体18内的空气排空后关闭上层排气管5的阀门和下层排气管6的阀门，打开上层底部放空管27的阀门、下层底部放空管9的阀门，运行4-6分钟，再关闭上层底部放空管27的阀门、下层底部放空管9的阀门，然后打开上层出水阀23、下层出水阀24进入正常运行；所述的上层排气管5的阀门、下层排气管6的阀门、下层底部放空管9的阀门设有时间控制，可调节开关阀的时间，调节范围从0-5分钟之间，具体时间设定经现场调试后确定；
2)当进行气反洗时，关闭上层出水阀23、下层出水阀24、上层进水管兼反冲洗排水管1之进水段的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管3之进水段的阀门，打开上层排气管5的阀门、下层排气管6的阀门、上层压缩空气进气管7的阀门、下层压缩空气进气管8的阀门，冲洗0.5-2分钟后关闭上层压缩空气进气管7的阀门、下层压缩空气进气管8的阀门，接着进行水反洗，关闭上层出水阀23、下层出水阀24、上层进水管兼反冲洗排水管1之进水段的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管3之进水段的阀门，打开上层出水管兼反冲洗进水管2之进水段的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管4之进水段的阀门、上层反冲洗排水阀21和下层反冲洗排水阀22，再启动外部水池中的反冲洗水泵，冲洗5-8分钟后关闭反冲洗泵，关闭上层出水管兼反冲洗进水管2之进水段的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管4之进水段的阀门、上层反冲洗排水阀21、下层反冲洗排水阀22、上层排气管5的阀门、下层排气管6的阀门；
3)反冲洗结束后进入过滤状态，并进行周而复始的连续运行。
本发明设备自动运行时，由本发明设备的进水、出水压力差来自动控制系统的运行，在正常的运行过滤中有一种自然阻力压差，当进水和出水的压力差大于设定时，压差值在调试过程中确定，此时本发明则进入自动反冲洗的过程，自动反冲洗过程和手动控制反冲洗运行过程一样。当本发明在运行过程中压差未能达到设定值时，此时要对本发明进行一次强制反冲洗，则只要按一下强制反冲洗按钮即可进行一次自动反冲洗过程。
本发明采用多介质过滤的废水净化系统已经在实际工程中应用，参照排放标准为《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)，比较的主要污染物(单位为mg/L)实际去除效率比较见表2-1、表2-2，钢铁行业排放水指标见表1
表1钢铁行业排放水指标
表2－1本发明主要污染物(单位为mg/L)实际去除效率
表2－2本发明主要污染物(单位为mg/L)实际去除效率
由表1、表2-1、2-2可见，本发明采用多介质过滤的废水净化系统具有很好的去除污染物的作用，各项污染物排放指标不仅远低于单层多介质过滤器的排放指标，也远低于《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)限定的排放指标，取得了意想不到的技术效果。
Claims (7)
1.一种采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：它是由上层筒体(16)和下层筒体(18)组合成两个独立层，在上层筒体(16)内的下部设有上层布水器及支撑组件(17)，在下层筒体(18)内的下部设有下层布水器及支撑组件(19)，上层筒体(16)的顶部设有上层排气管(5)，下层筒体(18)的侧上部设有下层排气管(6)；在上层筒体(16)的上侧部连接有上层进水管兼反冲洗排水管(1)，在下层筒体(18)的上侧部连接有下层进水管兼反冲洗排水管(3)；在上层筒体(16)的底部分别连接有上层出水管兼反冲洗进水管(2)、上层底部放空管(27)，在下层筒体(18)的底部分别连接有下层出水管兼反冲洗进水管(4)、下层底部放空管(9)；上层布水器及支撑组件(17)的布气管进口与上层压缩空气进气管(7)连接，下层布水器及支撑组件(19)的布气管进口与下层压缩空气进气管(8)连接；在上层筒体(16)和下层筒体(18)内分别自下而上布设多介质过滤料层，所述多介质过滤料层的高度占所在上层筒体(16)、下层筒体(18)的筒内高度的50％～80％，所述的多介质过滤料层由三种不同的滤料组成，底层为石榴石和钛铁矿石滤料，中层为石英砂滤料，顶层为无烟煤滤料，其中：
上层筒体(16)内多介质过滤料层的各层高度占多介质过滤料层总高度为：底层10％～15％，中层40％～50％，上层38％～45％；
下层筒体(18)内多介质过滤料层的各层高度占多介质过滤料层总高度为：底层15％～20％，中层38％～45％，上层38％～45％。
2.如权利要求1所述的采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：所述的上层筒体(16)内、下层筒体(18)内的多介质过滤料层以上空间为反冲洗空间，所述反冲洗空间高度为多介质过滤料层高度的45％～55％。
3.如权利要求2所述的采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：所述的上层进水管兼反冲洗排水管(1)的进水段、下层进水管兼反冲洗排水管(3)的进水段分别与外部水池中的进水泵连接；在上层进水管兼反冲洗排水管(1)的下排水段还设有上层反冲洗排水阀(21)，在下层进水管兼反冲洗排水管(3)的下排水段还设有下层反冲洗排水阀(22)。
4.如权利要求3所述的采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：所述的上层出水管兼反冲洗进水管(2)的进水段、下层出水管兼反冲洗进水管(4)的进水段分别与外部水池中的反冲洗水泵连接；在上层出水管兼反冲洗进水管(2)的出水段设有上层出水阀(23)，在下层出水管兼反冲洗进水管(4)的出水段设有下层出水阀(24)。
5.如权利要求1、2、3或4所述的采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：在上层压缩空气进气管(7)上设有上层压缩空气进气管阀(25)，在下层压缩空气进气管(8)上设有下层压缩空气进气管阀(26)。
6.如权利要求5所述的采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：在上层筒体(16)上分别设置上层上部人孔(10)、上层下部人孔(11)、上层底部人孔(12)，在下层筒体(18)上分别设置下层上部人孔(13)、下层下部人孔(14)、下层底部人孔(15)。
7.如权利要求6所述的采用多介质过滤的废水净化系统，其特征在于：它还设有开启、关闭上层进水管兼反冲洗排水管(1)的阀门、下层进水管兼反冲洗排水管(3)的阀门、上层出水管兼反冲洗进水管(2)的阀门、下层出水管兼反冲洗进水管(4)的阀门、上层排气管(5)的阀门、下层排气管(6)的阀门、上层底部放空管(27)的阀门、下层底部放空管(9)的阀门以及上层反冲洗排水阀(21)、下层反冲洗排水阀(22)、上层出水阀(23)、下层出水阀(24)、上层压缩空气进气管阀(25)、下层压缩空气进气管阀(26)的自动控制系统。
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