JP2011519718A - 微細気泡を液体に散気するための装置 - Google Patents

Abstract

微細気泡を液体に散気するための装置（１）は、通気開口（３）を有するベースプレート（２）を備える。通気開口は、通気機構（３）と連結すると共に、バルブのように閉鎖可能とする。ベースプレート（２）の上側に作動位置でバルブ素子（１２）を直に固定する。

Description

本発明は、微細気泡を液体に散気するための装置に関し、特に、ベースプレートとその中に形成された通気開口とを備え、この通気開口は通気機構と連結し、バルブのように閉鎖可能とする装置に関する。

浄水施設における好気的プロセスを応用した汚水の生物による浄化について、微細気泡を散気するための装置を投入し、これらを貯水池の底に配置する。これらの装置は“エアレーション装置”と称する。これらの装置は、少なくとも１個のプレート状基材を備える。この基材は、穿孔、スリット等を有するか、あるいは他の通気性のプレート、シート又はメンブレンを有し、一般的には伸張性又は剛性の気泡放出素子を備える。基材と気泡放出素子との間には、穿孔性メンブレンの場合、大幅に拡張可能な中間スペースを備える。このスペースには好適には空気とする気体が供給され、それらは適切な圧力下で穿孔を介して微細気泡として浄化すべき汚水に散気される。

このような微細気泡で水を酸素処理するためのプレート状エアレーション装置は、例えば、欧州公開特許第００２８７２８号公報に記載されている。給気管に接続した給気開口を備える気密のベースプレートには、穿孔付きの上方の空気分配シートがクランププロファイルを介して固定され、ウェブを介して支持される。空気分配シートは、所定の位置でシーリングディスクによって給気開口に正反対にシールされるため、上方の空気分配シートがベースプレート上に置かれ、給気を遮断する際に、シーリングディスクは給気開口に当接する。その結果、一種のバルブが形成される。これは、水及びそれに含まれる汚染粒子が給気開口を通じて給気管に侵入するのを防止する。このエアレーション装置は原理上、ガス接続及び通気開口自体が露出して配置されるため、逆流する汚水に対して無保護であるのが不利である。よって損害事故では、通気機構が逆流する汚水に対して防護されない。空気分配シートの亀裂では、シーリングディスクと共に通気機構がベースプレートの上面及びそこに形成された給気開口に当接する。しかしながら、シーリングディスクが空気分配シートの材料に因る一定歪みによって直に給気開口に接触して、これを完全にカバーすると、通気機構は容易に解除可能となり、離脱することができる。汚水中に懸濁した粒子は通気開口に当接し、これを遮蔽又は詰まらせる。このような事象は、一層大きな損害を引き起こし、これはエアレーション装置全体の労力を要する修理作業及びそれに伴う費用及び稼動の停止のみならず、極端な場合には新しいエアレーション装置を交換して投入することになる。

ドイツ公開特許第３３１６１４０号公報には、液体を微細気泡で曝気するためのフラット型エアレーション装置が公知である。この装置では、特に多孔性の固い材料から成るガス分配素子が可撓性ベース素子と結合する。液体に対する給気の中断に際し、給気開口を密閉するために、剛性のガス分配器及び気泡放出素子は給気開口に対置した弾性シーリング素子を下側に備える。このシーリング素子は、無圧状態で給気開口の縁部に当接する。このエアレーション装置のガス分配素子は、剛性材料であるため、空気がガス分配素子とベース本体との間の中間スペースに吸入する際に、当然のことながら隆起せず、ガス分配素子の表面が拡大することはない。したがって、中間スペースにおける空気分布及び圧力分布はベース素子の隆起でのみ可能となる。当然のことながら制限が与えられ、汚水への空気放出及び汚水の浄化は低減されてのみ可能となる。更に、ガス分配素子の材料が剛性であるため、メインテナンス及び修理作業又はガス分配素子の交換を行うことが比較的難しい。

欧州公開特許第００２８７２８号公報 ドイツ公開特許第３３１６１４０号公報

本発明の課題は、確実かつ効率的な給気を保障すると共に、汚水への最適なガス分配及び散気を実現し、ガス放出の障害を確実に回避するようなエアレーション装置を提案することにある。更に、この装置は簡単に構成され、容易に修理可能であると共に、低コストであるものとする。

この課題を解決するために、本発明による装置は請求項１に掲げた事項を特徴とする。有利な実施形態及び変形については、従属請求項に記載したとおりである。

バルブ素子を作動位置でベースプレートの上側に直に固定することにより、通気開口からのガスの排出が損害なしに連続的に最適化されるだけでなく、同時に空気のような気体の圧力分配も最適化される。バルブ素子は、基本的に一種の逆止弁であり、好適には弾性材料から作製される。例えば、少なくとも１個のカット及びスリットを備え、この逆止弁によって如何なる原因かを問わずに給気の中断に際して通気開口を確実に閉鎖することができる。ガス分配器として好んで使用される穿孔したメンブレンの亀裂又はエアレーション装置における他の比較可能な障害に際しても、通気開口は還流した汚水及びそこに懸濁する粒子から防護可能となる。バルブ素子が基材に直接的に取り付けられるからである。更に、通気開口から流出するガスはベースプレートでバルブ素子によって最適に圧力調節される。この種のバルブ素子は容易に作製可能かつ取付可能であり、容易に障害を取り除くことができる。

用途及び目標設定に応じてバルブ素子は様々なスリット形状を有することができる。大きな流量が所望されるならば、流体技術上の理由からアーチ形状が有利である。バルブ素子が通気開口の円形に対応して円形又は概ね丸い形状とするならば、特に有利である。更に、直接的に取り付けたバルブ素子を備える通気開口が縦長のベースプレートを使用する際に、ベースプレートの短い方の側部又は端両側に配置されると共に、アーチ状スイッチの凹面側はベースプレートの対向する端両側に向くことが有利である。このように、バルブ素子は給気に際してフラップのように開放可能であるため、最適かつ均等な圧力分配及びガス分配がエアレーション装置の全長に亘って調整可能となり、弾性的に変形可能な穿孔のあるメンブレンの全面に亘って同一のガス圧力が容易に達成可能となる。その結果、気体は均等に分配されて汚水に放出可能となる。

バルブ素子にスリット形状を選択することにより、１以下の指数となる圧力損失に係る特性曲線が求められ、ガス分配の調整領域に有利な影響作用を有する。更に、弾性材料から成るスリット付きのバルブ素子は、給気の停止又は中断に際して有利である。この場合、バルブ素子が完全に閉じる前に、残留ガスが次第に穿孔されたメンブレンを通じてエアレーション装置から逸流する。ガス圧力の低下により、メンブレンは連続的に弛緩し、メンブレンに係る外部（汚水）からの過度の圧力上昇が回避可能となる。このメンブレンの付加軽減効果は更に作用するため、メンブレンの穿孔が狭くなり、汚染粒子が穿孔から搾り出される。

バルブ素子の弾性材料はメンブレンの弾性材料に一致するのが製造技術的に好適である。

基本的に、バルブ素子は従来型のエアレーション装置に投入又は追加装備することができる。バルブ素子の効果及び有利性を最適に活用するために、ベース本体として平面図では基本的に矩形とする基板及びその上側に取り付けた弾性の穿孔されたメンブレンを備えるエアレーション装置にバルブ素子を利用するのが好適である。

装置がモジュラー工法で用意されているならば、簡単に構成された容易に“操作可能な”エアレーション装置が実現する。それにより、多くの労力及び費用を要せずに作製、運搬及び取り付けが可能となる。個々の構造部材は可能な限り互いに解除可能として結合するため、容易に分離することができる。その結果、バルブ素子、メンブレン、ベースプレート、閉鎖部材、通気機構等の個々のエアレーション装置の部材は、容易にアクセス可能であり、エアレーション装置の個別部材における修理、交換、清浄又は保全作業が大きな労力及び費用を必要とせずに実行可能となる。

個別の構造部材のそれぞれの連結については、加圧結合及び／又は形状結合とする形態、あるいは統合結合とする形態を選択することができる。

例えば、メンブレンをベースプレートの長手方向側部及び正面側部に解除可能として固定するのが好適である。メンブレンは、溝内のベースプレートの長手方向側部及び対応して形成された閉鎖部材にクランプ固定することが可能である。このような固定方法は、ベースプレートの正面側部にも応用可能である。メンブレンは、同様に解除可能としてベースプレートに取り付けた閉鎖部材を介して保持されるのが好適である。

閉鎖部材とベースプレートとの解除可能な結合は、単純な差込結合とすることができる。閉鎖部材は、メンブレンをベースプレートの正面側部に固定するために、クランプ溝を備えることができる。この溝では、ベースプレートがメンブレンと結合する。その際、メンブレンはベースプレートの正面側部の周りに“包囲”可能であり、嵌め合いによって閉鎖部材のクランプ溝内に挟むように保持される。

形状結合及び加圧結合に加えて、安全上の理由から所望されるならば、構造部材を互いに接合することも可能である。いくつかのケースにおいては、前記接合がメンブレンをベースプレートに結合する際に特に所望される。高いガス圧力における弾性メンブレンはベースプレートとの結合、即ち、その縁部において強く引張する応力を受けるからである。メンブレンの引き出し及びエアレーション装置の対応する故障を防止すると共に、結合箇所を補強するために、強力な両面接着テープとする簡単な粘着ストリップを備えるか、あるいは適当な接着剤をビード形状に所望の箇所に塗布することができる。後者の変形としては、ポリウレタン接着剤が実証済みであり、特に、ポリウレタン、ＥＰＤＭ、バイトン、三フツ化ポリエチレン、ポリカーボネート等の重縮合物又は重付加生成物と結合したメンブレン材料として好適である。このような材料対合は、バルブ素子をベースプレートに接合固定する際にも適している。そこで明らかなように、上記の接着結合は、特に、バルブ素子及びメンブレンの取り付けとする、エアレーション装置の簡単かつ迅速に実行可能な取り付けを可能にする。

それにも拘わらず、バルブ素子は、更に解除可能としてベースプレートに取り付けられる。例えば、通気開口及びバルブ素子の緑部における固定領域では解除可能とする接着剤又は粘着ストリップを備えることができる。

閉鎖部材もまたベースプレートと付加的に接着結合することが可能である。そのために、閉鎖部材で対応する穿孔に導入されるポリウレタン接着剤が好適である。製造技術上及び閉鎖部材をベースプレートに接合することに鑑みて、閉鎖部材をプラスチック射出成形部材として備えるのが好適である。

通気機構として、適正な圧力下でベースプレートと穿孔されたメンブレンとの間の中間スペースに導出可能とする市販の通気機構を使用することができる。ここでもまた、通気機構がベースプレートと解除可能として結合するならば、エアレーション装置及びその部材に係る作業にとって有利となる。

本発明によるバルブ素子を備え、メンブレンを取り外したエアレーション装置を示す平面図である。 作動位置においてベースプレートとこれに固定したメンブレンとを備えるエアレーション装置を示す断面図である。 通気機構を備えるエアレーション装置を示す正面図である。 図１に示したエアレーション装置を示す分解図である。 バルブ素子を備える通気開口を示す図１の詳細図である。 図１の線ＶＩ−ＶＩに沿ってエアレーション装置を破断して示す縦断面図である。 バルブ素子の機能を示し、作動位置におけるエアレーション装置を拡大して示す縦断面図である。 図８ａ〜８ｅは、バルブ素子の様々な実施形態を示す平面図である。 図７に対する代替としたバルブ素子を開放位置で通気開口において示す断面図である。 本発明によるエアレーション装置の閉鎖部材を詳細に示す斜視図である。 図１０に示した閉鎖部材を示す側面図又は断面図である。 結合されたベースプレートとメンブレンとを備える閉鎖部材を図１０の線XII−XIIに沿って破断して示す詳細な断面図である。 バルブ素子を備えるエアレーション装置に通気チャンネル及びベースプレート接続部材を備える通気機構を図解して示す斜視図である。

以下、本発明による装置を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
図１〜６は、微細気泡を液体に散気するためのエアレーション装置１を様々な角度から示している。装置１は、プラスチックから成る剛性のベースプレート２と、そこに形成した通気開口３とを備える。通気開口３は、以下に詳述するように、通気機構４（図１３参照）と結合すると共に、バルブのように直に通気開口３において閉鎖可能となる。

装置１及びベースプレート２は、基本的に平面図では縦長及び矩形である。ガス分配器として使用されるポリマー材料から成る弾性の穿孔されたメンブレン５（例えば、図２）はベースプレート２の長手方向側部６及び正面側部７に解除可能として保持される。図１０〜１２に詳細に示すように、ベースプレート２の正面側部７では、各１個の閉鎖部材８が解除可能としてベースプレート２と結合する。

通気機構４（特に、図６，７及び１３参照）はベースプレート２の下側の正面側部に配置され、ベースプレート２の一方の正面側部７を介して導出する管状通気チャンネル９を備える。管状通気チャンネル９は、皿状に形成され、ステップ状縁部を備えるベースプレート接続部材１０に導通するため、通気チャンネルは嵌め合いでベースプレート２の通気開口３に解除可能として保持可能となる（図６及び７参照）。上側では、ベースプレート接続部材１０が気体の最適化された吐出のための格子構造及びバルブ素子１２に係るオーバーレイとする格子構造を有する（図４及び５参照）。

通気開口３のバルブのような閉鎖可能性は、弾性材料から形成されたバルブ素子１２によって実現する。バルブ素子は、ベースプレート２の上側に直に固定される。そのために、バルブ素子１２は通気開口３の緑部を超える管状固定領域を備えるように形成され、該領域によってベースプレート２に固定される。その際、バルブ素子１２は、ポリウレタン接着剤等の固定領域に塗布された接着剤によって容易にベースプレート２に接合可能となる。しかしながら、バルブ素子１２の気密性の目的に適う強力な付着性を有する両面接着テープ１３を使用するのが好適である。バルブ素子１２をベースプレート２に取り付けること、及びそれを取り外すことが容易化されるからである。

バルブ素子１２は、図４，５及び８ａでは円弧形状として示される少なくとも１個のスリット１４を備える。代替的には、例えば、図８ｂ〜８ｅに示したような二重アーチ形状（図８ｂ）、星形（図８ｅ）、Ｙ字形状（図８ｃ）又は十字形状（図８ｄ）とする他のスリット形状とすることができる。自明のことながら、Ｖ字形状のような上記以外のスリット形状を選択することも可能である。ガス流、流れ調節及び通気開口のシーリシグに係るバルブ素子１２の態様に鑑みて、アーチ形状は特に良好に適することが判明した。詳述するならば、アーチ状弾性バルブ素子１２は装置１の作動位置において、通気開口３から流出するガス（矢印Ｇ参照）によって開放される。バルブ素子は基本的に円形であるため、流れ方向で均等に湾曲し、ガスを規定のように流出させる。その結果、ベースプレート２とメンブレン５との間の中間スペース１５で均等な流れ及び均等な圧力を調整することができる。それにより、メンブレン５を通じた汚水の曝気及び換気が改善され、効率が高まる。

通気の中断に際しても、アーチ状バルブ素子１２は有利である。簡単なフラップ作用を有するからである。必要とあらば、通気開口３における対応する背圧と共に、バルブ素子１２の弾力がバルブ素子１２を通気開口３に気密に当接させ、通気開口を護るように閉鎖する。メンブレン５の亀裂においても、通気開口３は確実かつ気密にカバーされる。

既述のように、バルブ素子１２は気体に対して“流れを転向するように”作用可能であるため、通気開口３又はバルブ素子１２の配置の選択に応じて、ベースプレート２には様々なスリット形状をバルブ素子１２に備えることができる（図８ａ〜８ｅ参照）。通気における、例えば、中心又は十字形状のスリット付きバルブ素子１２の開放位置は、図９として掲げた断面図に示した通りである。

図２は、エアレーション装置１（通気機構又はガス接続なし）を示す断面図であり、作動位置における装置を示している。ベースプレート２の長手方向側部６に固定した弾性メンブレン５は、ベースプレート２とメンブレン５との間の中間スペース１５に導入されたガスに因って湾曲される。

ベースプレート２は、それ自体は公知の方法とするストランド成形部材によって形成される。概念“ベースプレート”は一般的なものと理解され、正確に平坦な形状に限定されるものではない。図示の実施形態において、ベースプレート２は僅かに湾曲したベースプレート本体１６を備える。この本体と一体化したウェブ１７は、ベースプレート２を補強するためにクロスブレーシングを有する。ベースプレート２の長手方向側部６には壁（上方の側方部材１８及び下方の側方部材１９）を備える。ベースプレート本体１６は、壁及び側方部材１８，１９の殆ど中位の高さで接続する。下方の側方部材１９は、浄水池の底にエアレーション装置１を固定するために図１に示したブラケット２１を有する取付プレート２０と底部側で結合する（図３参照）。

ベースプレート本体１６の緑部領域、即ち、側方部材１８，１９に対する遷移部には、弾性メンブレン５をクランプ固定するための長手方向溝２２を形成する。メンブレン５は、長手方向溝２２に適合する閉鎖部材２３によってクランプ固定される。メンブレン５を長手方向溝２２に容易に導入すると共に、長手方向溝２２から容易に除去するために、上方の側方部材１８は側方に転向可能である。この解除可能なクランプ固定の他に、メンブレン５は接着剤によって長手方向溝２２に固定することができる。その際、閉鎖部材２３に接着剤をピード形状に塗布することが考えられる。接着剤は膨張可能とするのが有利であり、メンブレン５を固くクランプする閉鎖部材２３を付加的にクランプすると共に、長手方向溝２２に押圧する。このことは、作動中に比較的高いガス圧力が加えられ、メンブレン５の縁部領域で起こり得る引き出しに対抗するならば、特に好適とすることができる。

図３，４，６，７及び１３に示したように、通気機構４、特に、管状通気チャンネル９は、ベースプレート２の通気開口３で通気機構４の嵌め合いに並列してベースプレート２の増強を目的として形成されたウェブ１７に解除可能として装着されると共に、ベースプレート２に保持される（図６及び７参照）。詳細には、管状通気チャンネル９をベースプレート上側で平坦に形成する。通気チャンネルは、側方に突出し、一体化して取り付けられた足部２４を備える。これらの足部は、ベースプレート２のウェブ１７における差込孔２５（図７）に受け入れられる。この差込結合は容易には解除可能でないため、通気チャンネルの上側には更にクロスウェブ２６を備える（図７及び１３参照）。このウェブはベースプレート本体１６の下側に対して当接する。

更に、図６、１０及び１１から明らかなように、閉鎖部材８はベースプレート２と解除可能として連結するためにタップ２７を備える。タップは、ベースプレート２の正面側部７において、例えば、ベースプレート２の下方側方部材１９に差し込まれる。所望であるならば、特に堅固な保持のための接着剤を使用することができる。更に、閉鎖部材８は、ベースプレート２の長手方向溝２２に対して整列したベースプレート２における閉鎖部材８の装着位置に配置された穿孔２８を備える。これらの穿孔２８は、長手方向溝２２に導入された接着剤のための“接着オーバーフロー”として有用であり、閉鎖部材８とベースプレート２との間の付加的な接着結合にも供する。

ベースプレート２の閉鎖部材８は、基本的にアーチ状にベースプレート２の断面形状に対応して形成される（図１０参照）。閉鎖部材８は多くの機能を果たす。これらの部材はベースプレート２を閉鎖し、メンブレン５をベースプレート２の端面７にクランプ固定すると共に、ベースプレート２の端面７をカバーすることに供する。クランプ機能については、図１２の断面図に詳細に示している（図７参照）。メンブレン５は、ベースプレート２の（正面）縁部の周りに巻き付き、ベースプレート２の閉鎖部材８におけるクランプ溝２９に挟むように保持される。閉鎖部材８のクランプ溝領域は、断面図に示すように、開口に向けてクランプ溝２９を狭めるような上方のブラケット３０を備え（図１２参照）、該脚部はメンブレン５の上側に固く当接すると共に押圧され、メンブレン５の固定を増強する。

更に、メンブレン５は接着剤によってクランプ溝２９に付加的に固定することができる。そのため、閉鎖部材８をベースプレート２に取り付ける前に、リブ３２によって形成したクランプ溝２９内に設けたスペース３１には接着剤３３を導入することができる。特に堅固に保持するために、ポリウレタン接着剤が実証済みである。その拡張特性によって、増強されたクランプ作用が実現されるからである。

メンブレン５を簡単に取り付け可能とするために、両面が付着する粘着テープ３４をベースプレート本体１６の上端側縁部に貼り付ける（図４参照）。この固定により、ベースプレートとメンブレン中間スペース１５の付加的な気密性が実現する。

浄水池の汚水に微細気泡を散気するための本発明による装置１を浄水池に設置する際に、多くの装置１を互いに整列させるか、並び合わせて配置することができる。

ベースプレート２は上下に重なり合わせて配置することも可能である。下方の側方部材１９に対応する底部側及び足部側の凹所を備え、それらの中で下方に位置するベースプレート２の上方の側方部材１８を受けることができる（図２参照）。

Claims (17)

1. 微細気泡を液体に散気するための装置（１）であって、ベースプレート（２）とその中に形成された通気開口（３）とを備え、該通気開口は通気機構（４）と連結すると共に、バルブのように閉鎖可能である装置において、ベースプレート（２）の上側に作動位置でバルブ素子（１２）を固定したことを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置において、バルブ素子（１２）を弾性材料で形成したことを特徴とする装置。
3. 請求項２記載の装置において、バルブ素子（１２）は少なくとも１個のスリット（１４）を備えることを特徴とする装置。
4. 請求項３記載の装置において、バルブ素子（１２）は通気開口（３）の縁部から突出した固定領域を備え、該領域内でベースプレート（２）に前記バルブ素子を取り付け、好適には接着することを特徴とする装置。
5. 請求項４記載の装置において、少なくとも１個のスリット（１４）をアーチ状、直線状、Ｙ字状、十字状又は星状に形成したことを特徴とする装置。
6. 請求項２〜５の何れか一項に記載の装置において、バルブ素子（１２）と通気開口（３）とは基本的に円形とし、アーチ状スリット（１４）の屈曲は通気開口（３）の円形の屈曲に一致することを特徴とする装置。
7. 請求項２〜６の何れか一項に記載の装置において、スリット（１４）が通気開口（３）の縁部まで延在することを特徴とする装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の装置において、ベースプレート（２）は２個の長手方向側部（６）と２個の正面側部（７）とを備え、バルブ素子（１２）を有する通気開口（３）をベースプレート（２）の長手方向中間部の領域でベースプレート（２）の正面側部（７）の一方の近傍に配置したことを特徴とする装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の装置において、通気機構（４）をベースプレート（２）の下側に解除可能として取り付けたことを特徴とする装置。
10. 諦求項１〜９の何れか一項に記載の装置において、通気機構（４）は少なくとも１個の管状通気チャンネル（９）と少なくとも１個のベースプレート接続部材（１０）とを備え、ベースプレート（２）の通気開口（３）で嵌め合いに配置されたベースプレート接続部材は排気のための上側の格子構造（１１）を有することを特徴とする装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置において、正面側部の閉鎖部材（８）をベースプレート（２）に解除可能として取り付け、これらの閉鎖部材は少なくとも１個の差込接続部（２７）を介してベースプレート（２）と連結されることを特徴とする装置。
12. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の装置において、ベースプレート（２）は穿孔されたメンブレン（５）をクランプ固定するための長手方向溝（２２）を縁部に備え、各々の長手方向溝（２２）に適合するロック部材（２３）を具備することを特徴とする装置。
13. 請求項１２記載の装置において、バルブ素子（１２）の弾性材料はメンブレン（５）の材料に一致することを特徴とする装置。
14. 請求項１１〜１３の何れか一項に記載の装置において、閉鎖部材（８）はメンブレン（５）をベースプレート（２）に保持するためのクランプ溝（２９）を備えること特徴とする装置。
15. 請求項１４記載の装置において、クランプ溝（２９）はリブ（３２）を備えることを特徴とする装置。
16. 請求項１２〜１５の何れか一項に記載の装置において、穿孔されたメンブレン（５）はベースプレート（２）の長手方向側部（６）及び／又は正面側部（７）に付加的に接着され、好適にはポリウレタン接着剤とする接着剤（３３）は、ベースプレート（２）の長手方向溝（２２）及び、必要とあらば閉鎖部材（８）のクランプ溝（２９）に導入されることを特徴とする装置。
17. 請求項１〜１６の何れか一項に記載の装置において、ベースプレート（２）は湾曲し、補強ウェブ（１７）と一体化して、例えば、押出プレス部として形成されることを特徴とする装置。
    

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