CN112759106B - 一种含重金属废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理领域,公开了一种含重金属废水处理方法,包括以下步骤:(1)调节废水的pH值至6.7‑8.3;(2)将二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物、二甲基二硫代氨基甲酸盐,铁盐以及阳离子聚丙烯酰胺先后加入至步骤(1)的产物中,进行第一、第二和第三反应;(3)将步骤(2)得到的产物进行固液分离,得到固相絮体和分离出水;将所述固相絮体经浓缩后压滤,其中,得到的浓缩上清液及压滤出水返回至步骤(2);(4)将所述分离出水进行非均相芬顿处理,得到排出水。该方法能够实现同步除去废水中的重金属元素,并降低废水的COD值,使得排出水的重金属元素含量达标,排出水的COD值降至400mg/L以下,满足企业后续生化处理进水水质要求。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域,具体地,涉及一种含重金属废水的处理方法。
背景技术
随着环保要求的提高,COD和重金属的排放受到了更加严格的限制。GB 31571-2015和GB 31570-2015中规定,COD的排放限值为60mg/L,对于环境承载能力开始减弱等地区,还应执行50mg/L的特别排放限值,而对于重金属的排放要求则更加严格,监控点提前到了车间或生产设施废水排放口,对总铅、总砷、总镉、总镍、总汞、总铬的具体排放限值进行了限定。
高COD含重金属废水的处理难点有两个,一个为COD的去除,另一个为重金属的脱除。
对于高COD废水的处理,混凝沉淀法、高级氧化法、电化学法等均有应用。混凝沉淀法主要是通过添加凝聚剂和絮凝剂来去除悬浮物和难降解大分子有机物,缺点是去除效果有限;高级氧化法(臭氧、Fenton试剂等)通过产生的强氧化性羟基自由基氧化降解有机物,在难降解有机废水的处理方面应用越来越广泛,缺点是臭氧的利用率较低,氧化能力不足,传统Fenton法需来回调pH值;电化学法存在电极使用寿命较短和结垢的问题。
废水中重金属的脱除方法大致分三类,化学处理法(化学沉淀法、电解法和氧化还原法等)、物理处理法(吸附法、离子交换法和膜分离法等)和生物处理法(生物吸附、生物絮凝和植物修复等)。聚酰胺胺树枝状聚合物由于其优良的重金属吸附性能而被研究,但多集中于合成,应用研究较少。在应用研究中,投加浓度大,使用成本高。
CN107814449A公开了一种含盐废水的处理方法,通过传统芬顿氧化、石灰软化、膜分离、膜分离浓水絮凝后结晶脱盐对含盐废水进行处理。但该方法仅适用于COD不高(小于300mg/L)、不含重金属、盐含量较高废水的处理。
CN105712569A公开了一种含硒废水的深度处理方法,通过传统芬顿氧化、壳聚糖吸附和好氧生物处理,实现含硒废水的达标处理。但该方法也仅能够处理COD值较低,且不含或仅含一种重金属的废水,与此同时,其所采用的传统芬顿氧化法需多次调解pH值,工艺操作更为复杂。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法同时去除废水中的重金属元素以及COD的问题,提供一种含重金属废水的处理方法与应用,该方法能够实现同步除去废水中的重金属元素,并降低废水的COD值,使得排出水的重金属元素含量符合GB31571-2015和/或DB11/307-2013的规定,并且排出水的COD值降至400mg/L以下,满足企业后续生化处理进水水质要求。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种含重金属废水处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)调节废水的pH值至6.7-8.3;
(2)将二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物、二甲基二硫代氨基甲酸盐,铁盐以及阳离子聚丙烯酰胺先后加入至步骤(1)的产物中,进行第一、第二和第三反应;
(3)将步骤(2)得到的产物进行固液分离,得到固相絮体和分离出水;将所述固相絮体经浓缩后压滤,其中,得到的浓缩上清液及压滤出水返回至步骤(2);
(4)将所述分离出水进行非均相芬顿处理,得到排出水。
本发明第二方面提供一种本发明所述处理方法在处理含重金属废水中的应用。
通过上述技术方案,本发明所提供的含重金属废水的处理方法及应用获得以下有益的技术效果:
本发明所提供废水的处理方法,通过二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物、二甲基二硫代氨基甲酸盐、铁盐以及阳离子聚丙烯酰胺相互配合,能够实现废水中的重金属元素以及COD的同步去除,经处理后得到的排出水中重金属元素含量以及COD值显著降低,废水中重金属含量达标排放,满足GB31571-2015的规定,更进一步地,满足DB11/307-2013的规定,得到排出水能够满足后续生化处理单元进水水质的要求。
更进一步地,本发明所提供的方法,能够适用对于含重金属元素,COD在2000-8000mg/L的废水的处理,实现同步去除废水中的COD和重金属元素,经处理后得到的排出水具有低的COD值以及重金属元素含量,能够满足后续生化处理单元进水水质的要求。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种含重金属废水处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)调节废水的pH值至6.7-8.3;
(2)将二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物、二甲基二硫代氨基甲酸盐,铁盐以及阳离子聚丙烯酰胺先后加入至步骤(1)的产物中,进行第一、第二和第三反应;
(3)将步骤(2)得到的产物进行固液分离,得到固相絮体和分离出水;将所述固相絮体经浓缩后压滤,其中,得到的浓缩上清液及压滤出水返回至步骤(2);
(4)将所述分离出水进行非均相芬顿处理,得到排出水。
本发明中,通过对含重金属废水进行pH值的精准调节、采用含有二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物、二甲基二硫代氨基甲酸盐、铁盐与阳离子聚丙烯酰胺的复配物进行混凝沉降,并采用非均相芬顿反应处理,能够实现废水中COD和重金属元素的同步去除,极大地简化了污水处理的工艺,并且经过处理的排出水中重金属元素的含量以及COD值显著降低,排出水的重金属元素含量达标,能够满足企业后续生化处理进水水质要求。
发明人研究发现,废水处理过程中,废水的pH值对废水处理的效果,特别是废水中重金属元素以及COD的去除有重大的影响,本发明中,发明人通过大量的试验研究发现,调节废水的pH值至6.7-8.3时,能够有效去除废水中的重金属元素以及COD,显著降低处理后的排出水中各重金属元素的含量,并降低COD值。
根据本发明,采用碱性物质调节废水的pH值。
根据本发明,所述碱性物质选自氢氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
根据本发明,所述重金属元素选自铅、汞、镍、钴、锰中的至少一种。
根据本发明,所述废水的COD值为1500mg/L以上,优选为2000-8000mg/L。
本发明中,为了进一步提高废水的回收利用率,优选地,将步骤(3)中,固相絮体经浓缩、压滤处理得到的浓缩上清液以及压滤出水返回至步骤(2)中,用于与二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物、二甲基二硫代氨基甲酸盐、铁盐与阳离子聚丙烯酰胺继续进行混合反应。
根据本发明,所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物具有式(1)所示的结构:
(CH2)n{N[CH2CH2CONHCH2CH2N(CSSM)2]2}2 式(1),
其中,n为2-12之间的整数,M选自Na+、NH4 +和K+中的至少一种。
根据本发明,所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物选自二硫代羧酸钠封端的丁二胺核聚酰胺胺、二硫代羧酸铵封端的乙二胺核聚酰胺胺和二硫代羧酸钾封端的己二胺核聚酰胺胺中的至少一种。
根据本发明,所述二甲基二硫代氨基甲酸盐选自二甲基二硫代氨基甲酸钠、二甲基二硫代氨基甲酸铵和二甲基二硫代氨基甲酸钾中的至少一种。
根据本发明,所述铁盐选自聚硅酸铁、聚合硫酸铁、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铁和聚硅酸硫酸铁中的至少一种。
根据本发明,所述阳离子聚丙烯酰胺的阳离子度为30%-70%,优选为40%-60%。
根据本发明,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物的用量为20-100mg/L,优选为40-80mg/L。
根据本发明,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述二甲基二硫代氨基甲酸盐的用量为10-70mg/L,优选为20-60mg/L。
根据本发明,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述铁盐的用量为600-2000mg/L,优选为800-1700mg/L。
根据本发明,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述阳离子聚丙烯酰胺的用量为4-12mg/L,优选为6-10mg/L。
根据本发明,步骤(2)中,所述混合反应的时间为5-54min,优选为10-38min。
本发明中,为了进一步改善废水处理的效果,优选地,将二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物和二甲基二硫代氨基甲酸盐、铁盐与阳离子聚丙烯酰胺依次加入步骤(1)得到的废水中,并分别进行第一反应、第二反应和第三反应。
具体的,将二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物和二甲基二硫代氨基甲酸盐加入步骤(1)的产物中,进行第一反应后,加入铁盐进行第二反应后,加入阳离子聚丙烯酰胺进行第三反应。
优选地,所述第一反应的反应时间为2-30min,优选为5-20min。
优选地,所述第二反应的反应时间为1-15min,优选为2-10min。
优选地,所述第三反应的反应时间为2-9min,优选为3-8min。
根据本发明,所述固液分离的时间为3-15min,优选为5-10min。
本发明中,可以采用现有技术中常规的固液分离方式实现固液分离,例如过滤和/或离心。
根据本发明,所述非均相芬顿处理的过程为:
在催化剂的作用下,将H2O2与所述分离出水接触反应,除去分离出水中的COD。
根据本发明,所述催化剂选自负载铁氧化铝、负载铜氧化铝、负载铁活性炭和负载铜活性炭中的至少一种。
根据本发明,H2O2的加入量与所述分离出水中COD的质量比为(0.7-5):1。
本发明中,为了进一步除去分离出水中的有机物,获得具有更低COD值的排出水,发明人对非均相芬顿处理过程中的H2O2与分离出水中COD的质量比进行了研究,研究表明,当H2O2与分离出水中COD的质量比为满足上述范围时,更有利于分离出水中有机物的去除,能够获得具有更低COD值的排出水。
更进一步地,所述H2O2与分离出水中COD的质量比优选为(1.2-4):1。
根据本发明,所述接触反应的时间为10-60min,优选为15-40min。
本发明第二方面提供一种本发明所述方法在处理含重金属废水中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中,水中重金属元素的含量和COD值分别依据HJ 700-2014、HJ 694-2014、HJ550-2009、HJ 828-2017的规定测得。
实施例以及对比例所用各原料均为市售品。
实施例1
(1)在废水调节池中调节废水pH值至7.5;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸钠封端的丁二胺核聚酰胺胺60mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸钠40mg/L,搅拌反应15min后加入聚硅酸铁1200mg/L,搅拌反应6min后加阳离子度为50%的阳离子聚丙烯酰胺8mg/L,继续搅拌反应6min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为8min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铁氧化铝,H2O2与COD的质量比为3:1,反应时间为30min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例2
(1)在废水调节池中调节废水pH值至6.7;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸铵封端的乙二胺核聚酰胺胺40mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸铵20mg/L,搅拌反应5min后加入聚合硫酸铁800mg/L,搅拌反应2min后加阳离子度为40%的阳离子聚丙烯酰胺6mg/L,继续搅拌反应3min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为5min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铜氧化铝,H2O2与COD的质量比为1.2:1,反应时间为15min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例3
(1)在废水调节池中调节废水pH值至8.3;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸钾封端的己二胺核聚酰胺胺80mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸钾60mg/L,搅拌反应20min后加入硫酸铁1700mg/L,搅拌反应10min后加阳离子度为60%的阳离子聚丙烯酰胺10mg/L,继续搅拌反应8min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为10min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铁活性炭,H2O2与COD的质量比为4:1,反应时间为40min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例4
(1)在废水调节池中调节废水pH值至7.1;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸钠封端的丁二胺核聚酰胺胺50mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸钠30mg/L,搅拌反应10min后加入氯化铁1000mg/L,搅拌反应4min后加阳离子度为50%的阳离子聚丙烯酰胺7mg/L,继续搅拌反应4min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为6min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铜活性炭,H2O2与COD的质量比为2:1,反应时间为20min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例5
(1)在废水调节池中调节废水pH值至7.9;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸铵封端的乙二胺核聚酰胺胺70mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸铵50mg/L,搅拌反应18min后加入聚合氯化铁1400mg/L,搅拌反应8min后加阳离子度为50%的阳离子聚丙烯酰胺9mg/L,继续搅拌反应7min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为9min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铁氧化铝,H2O2与COD的质量比为3.5:1,反应时间为35min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例6
(1)在废水调节池中调节废水pH值至6.9;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸钾封端的己二胺核聚酰胺胺30mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸钾15mg/L,搅拌反应4min后加入聚硅酸硫酸铁700mg/L,搅拌反应1min后加阳离子度为50%的阳离子聚丙烯酰胺5mg/L,继续搅拌反应2min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为4min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铜氧化铝,H2O2与COD的质量比为1:1,反应时间为12min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例7
(1)在废水调节池中调节废水pH值至8.1;
(2)废水自流入反应池,加二硫代羧酸钠封端的丁二胺核聚酰胺胺90mg/L、二甲基二硫代氨基甲酸钠65mg/L,搅拌反应25min后加入聚硅酸铁1900mg/L,搅拌反应12min后加阳离子度为50%的阳离子聚丙烯酰胺11mg/L,继续搅拌反应9min;
(3)混合液流入沉淀池进行固液分离,停留时间为13min,絮体浓缩后压滤,填埋,絮体浓缩上清液及压滤出水回流至反应池;
(4)沉淀池出水进入非均相芬顿反应池,催化剂为负载铁活性炭,H2O2与COD的质量比为4.5:1,反应时间为50min。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
实施例8
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是步骤(4)中H2O2与COD的质量比为0.5:1。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例1
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是步骤(1)中将废水的pH值调至6.5。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例2
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是步骤(1)中将废水的pH值调至8.5。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例3
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是步骤(2)中不加二甲基二硫代氨基甲酸钠。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例4
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是将步骤(2)中聚硅酸铁替换为聚合氯化铝。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例5
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是将步骤(2)中阳离子聚丙烯酰胺替换为阴离子聚丙烯酰胺。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例6
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是将步骤(4)中非均相芬顿替换为均相芬顿。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
对比例7
按照实施例1的方式进行,唯一改变的是步骤(2)中不加二硫代羧酸钠封端的丁二胺核聚酰胺胺。排出水中的各重金属含量和COD值如表1所示。
表1
由表1可知,含重金属废水经本发明所述方法处理后,COD和重金属得以同步被去除,重金属达标排放,COD满足废水处理场进水要求。
更进一步地,将分离出水进行非均相芬顿处理,并使得H2O2的加入量与所述分离出水中COD的质量比满足一定条件时,能够进一步降低排出水的COD值。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (19)
1.一种含重金属废水处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)调节废水的pH值至6.7-8.3;
(2)步骤(1)所得废水首先与二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物和二甲基二硫代氨基甲酸盐进行第一搅拌反应,然后与铁盐进行第二搅拌反应,最后与阳离子聚丙烯酰胺进行第三搅拌反应;
所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物具有式(1)所示的结构:
(CH2)n{N[CH2CH2CONHCH2CH2N(CSSM)2]2}2式(1),
其中,n为2-12之间的整数,M选自Na+、NH4 +和K+中的至少一种;
所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物选自二硫代羧酸钠封端的丁二胺核聚酰胺胺、二硫代羧酸铵封端的乙二胺核聚酰胺胺和二硫代羧酸钾封端的己二胺核聚酰胺胺中的至少一种;
所述铁盐选自聚硅酸铁、聚合硫酸铁、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铁和聚硅酸硫酸铁中的至少一种;
(3)将步骤(2)得到的产物进行固液分离,得到固相絮体和分离出水;将所述固相絮体经浓缩后压滤,其中,得到的浓缩上清液及压滤出水返回至步骤(2);
(4)将所述分离出水进行非均相芬顿处理,得到排出水;
所述非均相芬顿处理的过程为:
在催化剂的作用下,将H2O2与所述分离出水接触反应,除去分离出水中的COD;
所述H2O2与所述分离出水中COD的质量比为(0.7-5):1。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其中,所述重金属元素选自铅、汞、镍、钴、锰中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的处理方法,其中,所述废水的COD值为1500mg/L以上。
4.根据权利要求3所述的处理方法,其中,所述废水的COD值为2000-8000mg/L。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其中,步骤(1)中,采用碱性物质调节废水的pH值。
6.根据权利要求5所述的处理方法,其中,所述碱性物质选自氢氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述二甲基二硫代氨基甲酸盐选自二甲基二硫代氨基甲酸钠、二甲基二硫代氨基甲酸铵和二甲基二硫代氨基甲酸钾中的至少一种。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述阳离子聚丙烯酰胺的阳离子度为30%-70%。
9.根据权利要求8所述的处理方法,其中,所述阳离子聚丙烯酰胺的阳离子度为40%-60%。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物的用量为20-100mg/L;
和/或,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述二甲基二硫代氨基甲酸盐的用量为10-70mg/L;
和/或,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述铁盐的用量为600-2000mg/L;
和/或,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述阳离子聚丙烯酰胺的用量为4-12mg/L。
11.根据权利要求10所述的处理方法,其中,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述二硫代羧酸封端的聚酰胺胺树枝状聚合物的用量为40-80mg/L;
和/或,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述二甲基二硫代氨基甲酸盐的用量为20-60mg/L;
和/或,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述铁盐的用量为800-1700mg/L;
和/或,步骤(2)中,基于步骤(1)的产物的用量,所述阳离子聚丙烯酰胺的用量为6-10mg/L。
12.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述第一搅拌反应的反应时间为2-30min;
和/或,所述第二搅拌反应的反应时间为1-15min;
和/或,所述第三搅拌反应的反应时间为2-9min。
13.根据权利要求12所述的处理方法,其中,所述第一搅拌反应的反应时间为5-20min;
和/或,所述第二搅拌反应的反应时间为2-10min;
和/或,所述第三搅拌反应的反应时间为3-8min。
14.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述固液分离的时间为3-15min。
15.根据权利要求14所述的处理方法,其中,所述固液分离的时间为5-10min。
16.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述催化剂选自负载铁氧化铝、负载铜氧化铝、负载铁活性炭和负载铜活性炭中的至少一种。
17.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述H2O2与所述分离出水中COD的质量比为(1.2-4):1;
和/或,所述接触反应的时间为10-60min。
18.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理方法,其中,所述接触反应的时间为15-40min。
19.一种权利要求1-18中任意一项所述方法在处理含重金属废水中的应用。
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