CN111977818A - 一种城市河道黑臭水体综合治理方法 - Google Patents

一种城市河道黑臭水体综合治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市河道黑臭水体综合治理方法，属于水环境治理领域。本发明构建了一套立体化、全方位的河道生态快速重建和长期保持的治理体系。所述体系集曝气复氧系统、复合微生物菌剂、复合混凝剂、微生物载体、生态浮岛、生态缓冲带、生态过滤床、生态护岸带、活水循环控制系统、清水补给系统于一体，综合运用物理、化学、生物的技术手段对城市河道黑臭水体进行治理和生态修复，各种技术手段既单独发挥其对水体的治理和净化作用，相互之间又彼此作用、相互支持，治理效果显著，环境改善快速，正常生态可长期保持。

Description

一种城市河道黑臭水体综合治理方法
技术领域
本发明涉及水环境治理领域，具体涉及一种城市河道黑臭水体综合治理方法。
背景技术
近年来，由于城市河道水体污染越来越严重，河道水体黑臭化时有发生，城市居民的生活环境不断恶化。为了有效提升城市居民的生活水平，城市黑臭水体治理需要运用先进的治理技术，采取针对性比较强的城市黑臭水体治理技术，不断减少水环境污染。现阶段，城市黑臭水体治理技术正在不断完善，通过运用先进的城市黑臭水体治理技术，能够减少城市黑臭水体的进一步恶化，打造一个良好的城市形象。
国外从上世纪中叶开始深入研究黑臭水体治理方法，近年来尤其重视生物-生态修复方法的研究。我国城市黑臭水体治理起步较晚，常采用物理和化学方法治水，大部分治理方法尚未成熟。黑臭水体治理是一项复杂的系统工程，选用单一的方法治理难以恢复河流生态系统，需要综合应用多种方法同时治理。
近几年来，随着“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念的普及，各地将水环境治理提升到前所未有的高度。一年接着一年的环保督察，也让各地政府感受到了前所未有的压力与紧迫性，同时也催生了水环境治理市场急速发展，各种治水技术应运而生，呈现出五花八门、八仙过海的繁荣景象。但是，现有黑臭水体治理通常存在治标不治本，短期效果明显，却难以长期维持，水体环境易于再次恶化的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种城市河道黑臭水体综合治理方法，综合采用物理、化学和生物技术的手段对城市河道黑臭水体进行高效治理，使其快速恢复正常生态，并且达到长效治理的目的。
本发明对于城市河道黑臭水体的治理思想是：
一、建立以溶解氧为核心指标的评价体系。黑臭水体治理的关键是改善水体的溶解氧状态，使水体由低氧/厌氧恢复到正常的好氧状态。本发明以水样溶解氧为核心，建立包括臭阈值、透明度和色度等4项指标的黑臭水体评价体系。指标阈值为：溶解氧1mg/L、臭阈值100、透明度25cm、色度20，当其中任意一个指标值超过阈值时，则判定其为黑臭水体。
二、整治内源污染，综合各种手段治理黑臭水体。在重污染及排污口处采取物理、化学或生化处理方法，达到快速去除水中的污染物的目的，能够大幅度削减入河污染负荷。通过微生物复合菌进行水体营养结构恢复，稳定或重建生态系统和食物链结构，同时将河岸带修复、人工充氧等河道内工程措施作为污染负荷削减的重要补充手段，进一步降低污染水平。在河流水质得到有效改善的基础上，通过水生生物（如水生植物、鱼类、鸟类）等的恢复，逐步实现河流生态修复，达到消除黑臭的目的。
三、改善生态条件，让水流动起来。我国大多数城镇河流水深为1m～3m，在一般条件下，大气氧可以穿透上覆水体到达河流沉积物表层。然而，由于排污加剧，大量COD和氨氮等耗氧污染物在水—沉积物界面累积，导致溶氧大量消耗而形成缺氧跃变层。改善河流水生态条件，可以改变城市水体水土界面亏氧状况。流水不腐，是缓解甚至基本消除河流黑臭的关键因素。
四、构建岸边绿化带，增强水体自净能力。治理黑臭水体的最终目的是为人民群众提供一个环境友好的休闲场所，因此必须彻底清除沿河垃圾，严格控制有色有味污染源直排，对岸边带进行绿化改造，恢复其自然状态，建立河道保洁的长效运行管理机制。同时，采用岸边植物、挺水植物和沉水植物搭配构筑的景观修复途径，有效改变水生态系统的能量和物质流动方式，形成具有自净功能的水体。
基于上述治理思想，本发明提供了一种城市河道黑臭水体综合治理方法，包括如下步骤：
S1：内源控制
对河道进行底泥的清淤疏浚，对河道沿岸进行垃圾清理，水面漂浮物进行打捞，对水体进行曝气复氧；
S2：生态修复
包括向水体中投加复合微生物菌剂、复合混凝剂，在水体中安置微生物载体，在水体中安置生态浮岛，在河道沿岸水体中建立生态缓冲带，在河道水体中构建生态过滤床，在河道两岸构建生态护岸带；
S3：活水循环
在河道中设置潜水推流器，促进水体流速加快；
S4：清水补给
收集城市再生水、城市雨水、清洁地表水中的一种或多种，并注入河道中；
S6：后期维护
通过打捞水面垃圾、植物补种、复合菌剂投放及水质监测跟踪等措施，对目标水域水体进行持续治理，以保证治理效果的可持续性，最终达到优良、稳定的水质环境。
进一步地，步骤S1中所述清淤疏浚前，先进行底泥污染调查，明确清淤疏浚范围和疏浚深度，既要避免破坏河底水生生态，又要保证彻底清除底泥污染物；
进一步地，步骤S1中所述曝气复氧是采取多级增氧系统对水体进行曝气，采用的曝气复氧设备为微孔曝气增氧机。
进一步地，步骤S2中所述复合微生物菌剂制备步骤包括：驯化、扩繁目标水体中的有益微生物。
进一步地，步骤S2中所述的复合混凝剂以碱性氯化铝为主要成分。
进一步地，步骤S2中所述微生物载体为仿生水草。
进一步地，步骤S2中所述生态浮岛的建立步骤包括：在浮岛上种植水生植物。
进一步地，步骤S2中所述生态缓冲带的建立步骤包括：在河道沿岸水体中种植水生植物。
进一步地，步骤S2中所述生态过滤床的构建步骤包括：向网状笼中填充砾石和/或牡蛎壳，再将所述网状笼安置于河道中。
进一步地，步骤S2中所述生态护岸带构建步骤，包括：向土工袋内填充土壤，将填充了土壤的土工袋码放于河道两岸。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采取多级增氧系统对水体进行曝气，从而弥补了大气复氧的不足，增强与恢复水体的好氧微生物，抑制厌氧微生物，从而使水体中的污染物得以通过好氧得到分解，水体得到净化，从而使得水体可以稳定达标。采用微孔曝气技术改善水质：由于微小气泡具有强滞留性，能够提供更加充足的氧气，在好氧微生物的作用下，有机物污染指标COD和BOD明显下降，黑臭现象逐渐消失；由于气泡具有很强的气浮性、滞留性和扩散性，其上升作用弱，水体充氧后可有效抑制底层厌氧菌的有机质分解过程，减少水底氮、磷营养盐的释放量；被污染水体中的多种无机和有机悬浮物、活的浮游植物及死亡的残骸、大型水生植物碎屑、分解的有机体碎屑等是影响水色和透明度的主要物质，微孔曝气能够有效地促进好氧微生物降解污染物，从而减少水中有机质，使水体透明度明显提高，改善水色。
2、本发明所采用的复合微生物菌剂中的主要菌种是通过驯化、扩繁目标水体中的有益微生物制得，这样的复合微生物菌剂重新投放到目标水体中后，微生物因熟悉水体环境，增殖能力强，增殖速度快，不仅利于更加高效的消耗、分解和矿化有机物，提高水体透明度，从而达到污染治理的目的；而且，由于投放的菌剂以土著微生物为主，因而可最大程度降低对原有生境的改变，利于水体尽快回归正常生态。
3、本发明在水体中安放微生物载体，不仅可吸附大量的氨氮、氮、磷、重金属、苯等污染物，而且微生物载体对有益藻类着床生长极为有益，在投放一段时间后在载体周围会形成一种良好的藻菌共生生态系统，可为水生动物提供优良的饵料，同时提高水体的溶解氧含量。
4、本发明中的生态浮岛，运用无土栽培技术，利用漂浮材料作为载体和基质，人工把高等水生植物直接种植到受污染水域水面，并通过在浮岛下悬挂填料，充分开发水下空间，增加系统内微生物数量和种类，强化微生物净化作用，根本性提高生态浮岛的净化能力。
5、本发明中的生态缓冲带，利用永久性植被拦截污染物或有害物质，能有效过滤从农田流失的沉积物、营养物质和杀虫剂，能够通过泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收等作用对地表径流起到阻滞作用，同时有效减少地表和地下径流中固体颗粒的养分含量。缓冲带在控制非点源污染的同时，还可以增加生物多样性和植被覆盖率，提高邻近水域溶解氧含量，从而改善区域环境。
6、本发明中的生态过滤床，砾石或牡蛎壳的空隙对于水中悬浮行颗粒有过滤效果；过滤床底层处于缺氧状态，能够进行脱硝作用；表层与空气接触，能促进水中BOD的分解，也能使氨转化为硝酸盐；砾石或牡蛎壳空隙间所滞留的细颗粒具有吸附能力，间接去除水中部分的磷酸盐；砾石或牡蛎壳表面逐渐附生微生物，形成生物膜，能促进水中有机物的分解。同时，还可利用生态过滤床抬高一定水位，利用跌水增加水体的溶解氧含量，提高好氧菌的生物活性和群落数量，有效抑制水体和底泥中的厌氧反应，起到净水的作用。
7、本发明中的生态护岸带可对河岸起到保护作用，减小人为因素对城市河道的影响，同时，由于护岸带由装入土壤的土工袋构建而成，不影响沿岸植物的正常生长。
8、本发明中的活水循环控制系统，可提升河水流动速度，缩短水体置换周期，改变城市水体亏氧状况，增强水体自净能力。
9、本发明中的清水补给系统，将城市再生水、城市雨洪水、清洁地表水等作为城市河道的补充水源，不仅可增加水体流动性和环境容量，又不会增加水资源的额外消耗。
综上所述，本发明综合运用物理、化学、生物的技术手段对城市河道黑臭水体进行治理和生态修复，各种技术手段既单独发挥其对水体的治理和净化作用，相互之间又彼此作用、相互支持，形成一套立体化、全方位的河道生态快速重建和长期保持的治理体系，治理效果显著，环境改善快速，正常生态可长期保持。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
某城市河道黑臭水体的治理：
河道基本情况：
全长约1.6公里，其中明河段约1300m，暗河段约300m。部分河段为硬质驳岸，少部分河段为自然驳岸，平均河宽5m，水深约1m。
河道长期缺乏环境用水，加之河道沿岸还保留有部分农业用地，沿途存在地面径流水及雨污混流水排入河道情况，流域情况复杂，造成河道水体污染严重；底淤泥层厚度达30-40cm。其中含有大量的有机物、氮、磷、重金属等污染物。前期对河道下河排污口采取了临时截污措施，河道排污情况已基本解决，部分复排及新增排污情况时有发生，伴随河道淤泥情况，部分河段感观性较差，透明度低（约10cm），水体呈灰白色，并伴有异味。
水质分析：
通过对该河道现场情况仔细调研，选取5个代表性水质监测点，每隔2天进行一次水质监测，进行为期10天的水质跟踪监测，监测结果表明：水体呈灰白色，水质污染严重，恶臭味明显，全流域段COD、NH3-N和TP均严重超标，属劣Ⅴ类水质，严重影响流域周边环境和居民正常生活。
治理目标：
改善河道水环境质量，保证河道水体清澈，水质指标（纳入市级考核的主要水污染物水质指标：氨氮、总磷、COD）达到地表水环境质量Ⅳ类标准。
河道治理的具体实施步骤：
1、清淤疏浚
先对河道沿岸进行垃圾清理，对水面漂浮物进行打捞。将河道中的塑料袋、麻袋、玻璃瓶、金属块、石块等杂物分离取出；将一台耐磨损吸泥水泵安装在由全不锈钢材料制成的浮舟之上，通过一个液压升降设备，将吸泥清理耙精确下沉至所需要的深度，浮舟和吸泥清理耙不会直接接触池底，损坏底部自然形成的河床基地；清淤过程中，沿着河底进行柔和抽吸，不会产生湍流造成水体污染和河面臭气扩散；采用星盘筛对淤泥进行筛分处理，对筛下物进行脱水，脱水后的淤泥通过土地利用、填埋、堆肥至热等各种方式处理。
2、曝气复氧
在河道中安放多台微孔曝气增氧机，对河道水体进行曝气复氧。微孔曝气机产生的微小气泡具有强滞留性，能够提供更加充足的氧气，在好氧微生物的作用下，有机物污染指标COD和BOD明显下降，黑臭现象逐渐消失；由于气泡具有很强的气浮性、滞留性和扩散性，其上升作用弱，水体充氧后可有效抑制底层厌氧菌的有机质分解过程，减少水底氮、磷营养盐的释放量；微孔曝气能够有效地促进好氧微生物降解污染物，从而减少水中有机质，使水体透明度明显提高，改善水色。
3、投加复合微生物菌剂
从河道中取样，分离、筛选出硝化细菌、地衣芽孢杆菌、产软假丝酵母进行培养，将上述三种微生物作为主要菌种制备复合微生物菌剂，然后将复合微生物菌剂撒施于目标水域中，投放量为30g/m3。由于复合微生物菌剂的主要菌种来自目标水域，因此对目标水域的适应性较强，可以快速利用水中的有机物和氨氮。
4、投加复合混凝剂
向水体中投加以碱性氯化铝为主要成分的复合混凝剂，投加量25g/m3。混凝剂的投加，对水体中悬浮污染物快速起到混凝沉淀作用。
5、安放生物载体
河底安置仿生水草，使投加的复合微生物和土著微生物找到更加适宜的居住空间，从而培养起种类更丰富、数量巨大的适应于水体的微生物群体，通过微生物对水中营养盐、有机物的吸收分解，以降解污染物，强化水体的自净能力；随着水体水质的提升，大量水生动植物开始不断生长和繁衍，从而逐步恢复水体的良好生态系统，长期维护水质于健康的状态。
6、安置生态浮岛
在浮岛上种植蒲草、睡莲、浮萍等植物，并以50-100米的间隔距离将多个浮岛安置于河道水体中。一方面，水生植物自身具有净水功能，另一方面其发达的根系可作为微生物的富集空间，强化微生物的净化作用。
7、建立生态缓冲带
在河道沿岸水体中种植芦苇、水烛、茭白、伞草等挺水植物，从而拦截污染物或有害物质从两岸进入水体，能够通过泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收等作用对地表径流起到阻滞作用，同时有效减少地表和地下径流中固体颗粒的养分含量，还可提高邻近水域溶解氧含量，从而改善区域环境。
8、构建生态过滤床
在网状铁笼中填充砾石，搭建生态过滤床，生态过滤床的长度与河道宽度相当，以100米左右的间距将多个生态过滤床安置于河道中。通过这种方式，对水中悬浮物进行过滤；砾石表面附着微生物形成生物膜，促进有机物的分解；而且，通过生态过滤床形成跌水，从而增加水体溶氧含量。
9、构建生态护岸带
向土工袋内填充土壤，将填充了土壤的土工袋码放与河道两岸，对河岸起到保护作用，减小人为因素对城市河道的影响。
10、促进水循环
在河道中设置多个潜水推流器，潜水推流器之间的间隔距离在300米左右，以促进水体加速流动，缩短水体置换周期，改变水体亏氧状况。
11、清水补给
收集城市再生水、城市雨水、清洁地表水中的一种或多种，并注入河道中。增加水体流动性和环境容量。
12、后期维护
对河道进行定期巡视，对各段水质进行持续监测，打捞水面垃圾，对长势较差的植物进行补种，定期补充投加复合菌剂。
治理效果：
治理前后水质情况对比
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实施例二：
某河道黑臭水体的治理：
河道情况：
该河道流经某市中心城区，属于沱江的支流，位于沱江右岸。发源于仁寿县境内的龙泉山脉，上游蜿蜒于低山中谷之中，河谷较深，下游流经浅丘，河岸多台地。上游水面宽20米至50米，下游宽50米至150米。其干流在市境内长71.5公里，流域面积899.9平方公里，平均流量2.59立方米/秒至5.42立方米/秒。此次治理长度约为3.9公里。
水质分析：
根据水质检测数据，水质劣于地表水Ⅴ类标准，其中COD、氨氮、总磷指标均超过地表水Ⅲ类标准。通过现场踏勘调查发现，该区域水体现状受多种因素影响，造成水质出现劣V类的因素主要有内源污染和外源污染。其中内源污染即底泥沉积性污染物释放，外源污染包括生活污水直排、沿河餐饮店废水直排和沿河养殖畜禽粪便直排等。
治理目标：
采取安全、高效的综合措施，确保水质考核指标（纳入市级考核的主要水污染物水质指标）达到地表水环境质量Ⅲ类标准或达到上级考核要求(具体考核指标为：COD、氨氮和总磷三项指标)。
河道治理的具体实施步骤：
1、清淤疏浚
先对河道沿岸进行垃圾清理，对水面漂浮物进行打捞。将河道中的塑料袋、麻袋、玻璃瓶、金属块、石块等杂物分离取出；将一台耐磨损吸泥水泵安装在由全不锈钢材料制成的浮舟之上，通过一个液压升降设备，将吸泥清理耙精确下沉至所需要的深度，浮舟和吸泥清理耙不会直接接触池底，损坏底部自然形成的河床基地；清淤过程中，沿着河底进行柔和抽吸，不会产生湍流造成水体污染和河面臭气扩散；采用星盘筛对淤泥进行筛分处理，对筛下物进行脱水，脱水后的淤泥通过土地利用、填埋、堆肥至热等各种方式处理。
2、曝气复氧
在河道中安放多台微孔曝气增氧机，对河道水体进行曝气复氧。微孔曝气机产生的微小气泡具有强滞留性，能够提供更加充足的氧气，在好氧微生物的作用下，有机物污染指标COD和BOD明显下降，黑臭现象逐渐消失；由于气泡具有很强的气浮性、滞留性和扩散性，其上升作用弱，水体充氧后可有效抑制底层厌氧菌的有机质分解过程，减少水底氮、磷营养盐的释放量；微孔曝气能够有效地促进好氧微生物降解污染物，从而减少水中有机质，使水体透明度明显提高，改善水色。
3、投加复合微生物菌剂
从河道中取样，分离、筛选出枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、产阮假丝酵母进行培养，将上述三种微生物作为主要菌种制备复合微生物菌剂，然后将复合微生物菌剂撒施于目标水域中，投放量为35g/m3。由于复合微生物菌剂的主要菌种来自目标水域，因此对目标水域的适应性较强，可以快速利用水中的有机物和氨氮。
4、投加复合混凝剂
向水体中投加以碱性氯化铝为主要成分的复合混凝剂，投加量30g/m3。混凝剂的投加，对水体中悬浮污染物快速起到混凝沉淀作用。
5、安放生物载体
河底安置仿生水草，使投加的复合微生物和土著微生物找到更加适宜的居住空间，从而培养起种类更丰富、数量巨大的适应于水体的微生物群体，通过微生物对水中营养盐、有机物的吸收分解，以降解污染物，强化水体的自净能力；随着水体水质的提升，大量水生动植物开始不断生长和繁衍，从而逐步恢复水体的良好生态系统，长期维护水质于健康的状态。
6、安置生态浮岛
在浮岛上种植蒲草、睡莲、浮萍等植物，并以50-100米的间隔距离将多个浮岛安置于河道水体中。一方面，水生植物自身具有净水功能，另一方面其发达的根系可作为微生物的富集空间，强化微生物的净化作用。
8、建立生态缓冲带
在河道沿岸水体中种植芦苇、水烛、茭白、伞草等挺水植物，从而拦截污染物或有害物质从两岸进入水体，能够通过泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收等作用对地表径流起到阻滞作用，同时有效减少地表和地下径流中固体颗粒的养分含量，还可提高邻近水域溶解氧含量，从而改善区域环境。
8、构建生态过滤床
在网状铁笼中填充牡蛎壳，搭建生态过滤床，生态过滤床的长度与河道宽度相当，以100米左右的间距将多个生态过滤床安置于河道中。通过这种方式，对水中悬浮物进行过滤；牡蛎壳表面附着微生物形成生物膜，促进有机物的分解；而且，通过生态过滤床形成跌水，从而增加水体溶氧含量。
9、构建生态护岸带
向土工袋内填充土壤，将填充了土壤的土工袋码放与河道两岸，对河岸起到保护作用，减小人为因素对城市河道的影响。
11、促进水循环
在河道中设置多个潜水推流器，潜水推流器之间的间隔距离在200-300米之间，以促进水体加速流动，缩短水体置换周期，改变水体亏氧状况。
11、清水补给
收集城市再生水、城市雨水、清洁地表水中的一种或多种，并注入河道中。增加水体流动性和环境容量。
12、后期维护
对河道进行定期巡视，对各段水质进行持续监测，打捞水面垃圾，对长势较差的植物进行补种，定期补充投加复合菌剂。
治理效果：
治理前后水质情况对比
Figure 19081DEST_PATH_IMAGE002
经过一段时间的治理后，该河道的水质不管是从感官还是检测指标都得到明显的改善。

Claims (10)

1.一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、内源控制：包括对河道进行底泥的清淤疏浚，对河道沿岸进行垃圾清理，对水面漂浮物进行打捞，对水体进行曝气复氧；
S2、生态修复：包括向水体中投加复合微生物菌剂、复合混凝剂，在水体中安置微生物载体，在水体中安置生态浮岛，在河道沿岸水体中建立生态缓冲带，在河道水体中构建生态过滤床，在河道两岸构建生态护岸带；
S3、活水循环：包括在河道中设置潜水推流器；
S4、清水补给：包括收集城市再生水、城市雨水、清洁地表水中的一种或多种，并注入河道中；
S6、后期维护：包括打捞水面垃圾、植物补种、复合菌剂投放及水质监测跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S1中所述清淤疏浚前，先进行底泥污染调查，明确清淤疏浚范围和疏浚深度。
3.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S1中所述曝气复氧是采取多级增氧系统对水体进行曝气，采用的曝气复氧设备为微孔曝气增氧机。
4.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述复合微生物菌剂制备步骤包括：驯化、扩繁目标水体中的有益微生物。
5.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述的复合混凝剂以碱性氯化铝为主要成分。
6.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述微生物载体为仿生水草。
7.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述生态浮岛的建立步骤包括：在浮岛上种植水生植物。
8.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述生态缓冲带的建立步骤包括：在河道沿岸水体中种植水生植物。
9.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述生态过滤床的构建步骤包括：向网状笼中填充砾石和/或牡蛎壳，再将所述网状笼安置于河道中。
10.根据权利要求1所述的一种城市河道黑臭水体综合治理方法，其特征在于，步骤S2中所述生态护岸带构建步骤，包括：向土工袋内填充土壤，将填充了土壤的土工袋码放于河道两岸。
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