JP3989059B2 - Waste water treatment equipment containing phosphate ions - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水、とくに家庭排水または集合住宅の排水などのリン酸イオンを含む生活排水の処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
川や湖の富栄養化の原因の1つにリン化合物の存在があることは周知である。また、このリン化合物は一般家庭の生活排水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。
【0003】
リン化合物の処理装置は種々提案されているが、家庭排水については鉄の電解溶出法が知られている(特開平3−89998号公報)。この技術は、排水中のリン酸イオンを鉄イオンと反応させ水不溶性の塩、たとえばFePO4やFe(OH)x(PO4)yとして凝集沈殿させて除去しようとする技術であり、電解槽中に設置された鉄製の電極に通電して排水中に鉄イオンを溶出させるものである。そして、かかる電界溶出法を用いた汚水処理装置として、たとえば嫌気槽、好気槽および処理水槽からなり、該処理水槽の汚水を、リン酸と反応する鉄イオンを溶出する処理装置を介して、嫌気槽に返送するように構成されたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記電解槽中に設置された電極のうち陽極側の電極は、通電により鉄イオンが溶出するため、該電極の厚さおよび幅が次第に減少する。かかる電極の減少度合(溶出量)は、図6(a)〜(c)に示すように、時間の経過とともに、電極50の下部51およびエッジ部52が溶けやすく、電極の厚さは均一に減少しない。その結果、電極は長期使用の最中に、電極の途中の部分にき裂が発生し、下部電極部分が自重により上部電極部分から剥離して、電解槽の底部に脱落してしまう。したがって、電極を最後まで有効に活用することができないため、不経済である。また、前記電極の脱落が生じると、リン除去効率が低下するため、新しい電極に交換される。このばあい、電極の脱落片を取り除かずにいると、交換時に陽極側の電極と陰極側の電極とが前記堆積した電極の脱落片に接触して、電極間に直接電流が流れるため、電極間に電解が生じないという問題が起こりうる。
【0005】
本発明は、叙上の事情に鑑み、電極の脱落を防止することにより、処理効率の低下を防止し、メンテナンスの回数を低減させることができるリン酸イオン含有排水の処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【0007】
また本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【0008】
また本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面とは反対側の裏面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【0009】
また本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面および該電解面とは反対側の裏面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【0010】
さらに本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面、該電解面とは反対側の裏面および側面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置を説明する。
【0012】
図1は本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の一実施の形態を示す説明図、図2は図1における処理装置の拡大図、図3は電極の一実施の形態を示す正面図、図4は図3における電極の側面図、図5は電極の他の実施の形態を示す正面図である。
【0013】
本発明の処理装置は、たとえば合併浄化槽に用いられる。かかる合併浄化槽は、図1に示すように、第1嫌気ろ床槽Aと、第2嫌気ろ床槽Bと、生物ろ過槽Cと、処理水槽Dと、消毒槽Eとからなり、前記第1嫌気ろ床槽Aに流入した排水を各槽にて処理したのち、消毒槽Eから排出するようにされている。そして処理装置1が、前記処理水槽DからエアポンプFにより揚水された処理水を第1嫌気ろ床槽Aへ戻す循環経路に設置されている。
【0014】
前記処理装置1は、図1〜2に示すように、排水の流入口2と流出口3を有する排水処理室4と、該処理室4内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置されている電極5、6と、該電極5、6に通電するための電源7と、前記排水処理室4内の排水中に空気を供給する空気ばっ気装置8を備えている。
【0015】
前記電極5、6は、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄−アルミニウム合金などの鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオン発生源から製作することができる。
【0016】
前記電極5、6のうち陽極(アノード)側の電極、たとえば電極5の表面は、有機物および無機物の酸化被膜が発生するが、陰極(カソード)側の電極6は表面から水素ガスが発生している。かかる水素ガスにより、電極6の表面は洗浄され、酸化被膜が生じない。このため、陽極側の電極5の表面に酸化被膜が発生して鉄イオンまたはアルミニウムイオンの溶出量が減少してきたばあいに、所定の時間間隔で極性を反転する。これにより、鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出をほぼ一定に維持することができるため、脱リン性能を一定に維持することができる。前記反転の時間として、たとえば1時間未満のばあい鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出量が低下するため、1時間以上にするのが好ましい。
【0017】
前記電極5、6は、図2〜4に示すように、少なくとも浸漬部Rが先細りにされている。かかる先細りは、たとえば前記電極5、6間の電解面9および該電解面9とは反対側の裏面10にテーパを形成してうることができる。このテーパ角度αは、電極5、6の幅寸法と厚さ寸法、浸漬部Rの寸法、および電解電流などにより、適宜選定することができるが、たとえば前記幅×厚さ寸法が180×5mmであり、前記浸漬部Rの寸法が200mmであり、前記電解電流が0.5〜1.3Aであるばあい、通常0.5〜10°であり、好ましくは2〜8°であり、とくに好ましくは3〜5°である。なお、本実施の形態では、前記電解面9および裏面10のテーパ角度αは同じにされているが、本発明においては、とくにこれに限定されるものではなく、電解面9のテーパ角度αと裏面10のテーパ角度αとを異ならせることができる。
【0018】
本実施の形態では、電極5、6が、電解面9および裏面10にテーパが形成され、先細りにされているため、電極5、6の下部から均一に溶解、すなわち下部から徐々に薄くなっていくので、電極が使用中に途中から薄くなって脱落するのを防止することができる。その結果、従来と同じ体積の電極を使用するばあい、本実施の形態の電極の方が従来の電極よりも長時間溶出させることができるため、経済的になり、処理効率を維持することができる。また電極の交換時期が長くなるため、メンテナンスの回数を低減することができる。
【0019】
なお、本実施の形態では、電極の電解面および裏面にテーパが形成されているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、前記裏面のテーパを省き、電解面のテーパだけにするか、または逆に電解面のテーパを省き、裏面のテーパだけにすることができる。または図5に示すように、電極の電解面9、裏面10および側面11にテーパを形成することもできる。かかる側面11のテーパ角度βは、前記テーパ角度αと同じ角度にすることができる。また本実施の形態におけるテーパは単一テーパ(ストレートテーパ)に形成されてるが、2段テーパまたは多段テーパに形成することもできる。
【0020】
前記空気ばっ気装置8は、排水処理室4の底中央に設置される多孔質の散気管12または散気板と、該散気管12に圧縮空気を吸き込むためのエアポンプ13とから構成されており、前記散気管12とエアポンプ13はパイプ14により接続されている。
【0021】
本実施の形態では、前記散気管12は排水処理室4の底中央に設置されているが、本発明においては、とくにこれに限定されるものではなく、排水を撹拌し、排水の流出とともに、排水中のリン酸イオンと電極から溶出した鉄イオン(アルミニウムイオン)との反応生成物である水不溶性の塩を流出させやすい位置を適宜選定して設置することができる。たとえば前記散気管12は、排水処理室4の流出口3側の壁4aに対して垂直に設置されているが、散気管12を壁4aに近づけ、かつ壁4aに対して平行、すなわち図2の紙面垂直方向にするとともに、少し底から高い位置に配置することにより、処理室内の排水の対流を生じやすくする。また、散気管12を処理室内の排水中で上下方向に動かすことで排水の対流を生じやすくすることもできる。なお、本実施の形態では、前記排水の撹拌により、鉄イオンとリン酸イオンとの反応性を向上させることもできる。
【0022】
鉄(アルミニウム)の電解溶出法には、従来公知の方法が採用でき、電極への通電は連続的でも断続的、パルス的でもよい。通電量はリン酸イオンや他のイオンの濃度、排水の流量などによって異なるが、鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンの排水中の濃度/リン酸イオン濃度の比(以下、「Fe/P」と略す)が0.8〜3.0、好ましくは1.0〜2.5となるように調節すればよい。
【0023】
本発明における、リン酸イオン含有排水の鉄(アルミニウム)の電解溶出法による処理は、電極から溶出した鉄イオン(アルミニウムイオン)が排水中のリン酸イオンと反応して水不溶性のリン酸と鉄(アルミニウム)との塩を生成させる反応(反応A)を利用するものであるが、排水中は水酸イオンが存在しており、溶出した鉄イオン(アルミニウムイオン)は水酸イオンとも反応する(反応B)。反応Bは反応Aよりも速いので、リン酸イオンを捕捉するためには電流量を多くして鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出量を増す必要がある。
【0024】
しかしながら、排水中にカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンが存在すると、それらのイオンは水酸イオンと反応する(反応D)。この反応Dは鉄イオン(アルミニウムイオン)と水酸イオンとの反応Bに優先するため、反応Bが抑制され、鉄イオン(アルミニウムイオン)はリン酸イオンとの反応Aに有効に利用される。さらに、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンもリン酸イオンと反応して水不溶性の塩を形成するので、リン酸イオンの除去に貢献する。
【0025】
このため、本発明では、カルシウムイオンまたはマグネシウムイオンを添加し、鉄イオン(アルミニウムイオン)と水酸イオンの反応Bを抑制し、鉄イオン(アルミニウムイオン)とリン酸イオンの反応Aを効率よく行なわせることもできる。これにより、通電量を低減することができ、節電できるとともに鉄やアルミニウムの溶出量を低減できる。
【0026】
本発明の排水の処理装置は前述のように一般家庭排水にとくに有利に利用できる。したがって、単独で使用してもよいが、他の浄化システム、たとえば活性汚泥法、膜分離法、嫌気・好気循環法などと組合せて家庭用、集合住宅用の総合排水浄化システムとすることができる。また、大規模処理システム(し尿処理場)にも利用できる。
【0027】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【0028】
実施例
図1に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口からリン酸イオン濃度5mg/リットル(H3PO4として添加)、Na+200mg/リットルおよびCa2+20mg/リットルを含む供試排水を流速1リットル/minで流入させた。
【0029】
排水中に浸漬させる電極としては、高純度の鉄板を用いた。電極への通電量はFe/Pが1.5となるように1.2Aとし、1時間ごとに極性を反転させた。
【0030】
そして電極の電気分解により、溶出した鉄イオンはリン酸イオンと反応して水不溶性の塩が生成される。生成された塩は流入水とともに、散気管から発生する空気(2リットル/min)で撹拌され、流出側へと流れ出る。したがって、水不溶性の塩の堆積はほとんどなかった。
【0031】
ついで流出口で採取した排水を孔径0.45μmのフィルターで濾過した濾液をJIS K 0102に規格された全リン分析法(46.3)に準拠して調べた結果、リンの除去効率が90%以上であることがわかった。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電極がテーパにより、先細りにされているため、電極が従来より下部から均一に溶解し、途中で薄くなって脱落するのを防止することができる。このため、従来より長く使用できるため、経済的であり、かつ、電極の交換時期を遅くし、メンテナンスの回数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図2】図1における処理装置の拡大図である。
【図3】電極の一実施の形態を示す正面図である。
【図4】図3における電極の側面図である。
【図5】電極の他の実施の形態を示す正面図である。
【図6】従来の電極の溶解量の減少度合を示す説明図である。
【符号の説明】
1 処理装置
2 流入口
3 流出口
4 処理室
5、6 電極
7 電源
8 空気ばっ気装置
9 電解面
10 裏面
11 側面
R 浸漬部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a treatment apparatus for domestic wastewater containing phosphate ions, such as wastewater, particularly domestic wastewater or collective housing wastewater.
[0002]
[Prior art]
It is well known that the presence of phosphorus compounds is one of the causes of eutrophication of rivers and lakes. Moreover, although this phosphorus compound exists abundantly in the domestic household wastewater, the present condition is that the purification process is difficult and an effective measure cannot be taken.
[0003]
Various treatment apparatuses for phosphorus compounds have been proposed, but an iron electrolysis method is known for domestic wastewater (Japanese Patent Laid-Open No. 3-89998). This technique is a technique in which phosphate ions in waste water are reacted with iron ions to coagulate and remove them as water-insoluble salts such as FePO 4 and Fe (OH) x (PO 4 ) y. An iron electrode installed inside is energized to elute iron ions into the waste water. And as a sewage treatment apparatus using such an electric field elution method, for example, an anaerobic tank, an aerobic tank, and a treated water tank, the sewage in the treated water tank is passed through a treatment apparatus that elutes iron ions that react with phosphoric acid, Some are configured to be returned to an anaerobic tank.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Among the electrodes installed in the electrolytic cell, the anode-side electrode elutes iron ions when energized, so that the thickness and width of the electrode gradually decrease. As shown in FIGS. 6A to 6C, the degree of decrease (elution amount) of the electrode is such that the
[0005]
In view of the above circumstances, the present invention provides a phosphate ion-containing wastewater treatment apparatus that prevents the electrode from falling off, thereby preventing a reduction in treatment efficiency and reducing the number of maintenance operations. Objective.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The apparatus for treating wastewater containing phosphate ions according to the present invention is a wastewater treatment apparatus containing phosphate ions, and includes a wastewater treatment chamber having a wastewater inlet and outlet, and at least a portion of the wastewater in the treatment chamber. And at least one electrode including an iron ion and / or aluminum ion source and a power source for energizing the electrode, and at least the immersion portion of the electrode is tapered. It is characterized by becoming.
[0007]
The phosphate ion-containing wastewater treatment apparatus of the present invention is a wastewater treatment apparatus containing phosphate ions, and includes at least one wastewater treatment chamber having a wastewater inlet and outlet, and the wastewater in the treatment chamber. The electrode is arranged so as to be immersed, at least one of which includes an iron ion and / or aluminum ion source and a power source for energizing the electrode. A taper is formed and the immersion part is tapered .
[0008]
The phosphate ion-containing wastewater treatment apparatus of the present invention is a wastewater treatment apparatus containing phosphate ions, and includes at least one wastewater treatment chamber having a wastewater inlet and outlet, and the wastewater in the treatment chamber. And an electrode containing at least one iron ion and / or aluminum ion source and a power source for energizing the electrode, and an electrolytic surface of at least the immersion part of the electrode; Is characterized in that a taper is formed on the back surface on the opposite side and the immersion part is tapered .
[0009]
The phosphate ion-containing wastewater treatment apparatus of the present invention is a wastewater treatment apparatus containing phosphate ions, and includes at least one wastewater treatment chamber having a wastewater inlet and outlet, and the wastewater in the treatment chamber. And an electrode including at least one source of iron ions and / or aluminum ions, and a power source for energizing the electrode, and an electrolytic surface of at least the immersed portion of the electrode, and A taper is formed on the back surface opposite to the electrolytic surface, and the immersion portion is tapered .
[0010]
Furthermore, the phosphate ion-containing wastewater treatment apparatus of the present invention is a wastewater treatment apparatus containing phosphate ions, and includes at least one wastewater treatment chamber having a wastewater inlet and outlet, and the wastewater in the treatment chamber. An electrode including at least one iron ion and / or aluminum ion source and a power source for energizing the electrode, and at least an electrolytic surface of the electrode at the immersion part, A taper is formed on the back surface and the side surface opposite to the electrolytic surface, and the immersion portion is tapered .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the processing apparatus of the phosphate ion containing waste_water | drain of this invention is demonstrated based on an accompanying drawing.
[0012]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a treatment apparatus for phosphate ion-containing waste water of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of the treatment apparatus in FIG. 1, and FIG. 3 is a front view showing an embodiment of an electrode, 4 is a side view of the electrode in FIG. 3, and FIG. 5 is a front view showing another embodiment of the electrode.
[0013]
The processing apparatus of this invention is used for a merged septic tank, for example. As shown in FIG. 1, the combined septic tank comprises a first anaerobic filter bed tank A, a second anaerobic filter bed tank B, a biological filter tank C, a treated water tank D, and a disinfection tank E. 1 Anaerobic filter The waste water flowing into the floor tank A is treated in each tank and then discharged from the disinfection tank E. And the processing apparatus 1 is installed in the circulation path which returns the treated water pumped up by the air pump F from the said treated water tank D to the 1st anaerobic filter bed tank A.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the treatment apparatus 1 is disposed such that a
[0015]
The
[0016]
Among the
[0017]
As for the said
[0018]
In the present embodiment, since the
[0019]
In this embodiment, taper is formed on the electrolytic surface and the back surface of the electrode. However, the present invention is not limited to this, and the taper on the back surface is omitted and only the taper of the electrolytic surface is provided. Or, conversely, the taper of the electrolytic surface can be omitted and only the taper of the back surface can be obtained. Alternatively, as shown in FIG. 5, a taper can be formed on the
[0020]
The
[0021]
In the present embodiment, the
[0022]
A conventionally known method can be adopted as the electrolytic elution method for iron (aluminum), and the electrode may be energized continuously, intermittently, or pulsed. The amount of energization varies depending on the concentration of phosphate ions and other ions, the flow rate of wastewater, etc., but the ratio of the concentration of iron ions and / or aluminum ions in the wastewater / phosphate ion concentration (hereinafter abbreviated as “Fe / P”). ) May be adjusted to 0.8 to 3.0, preferably 1.0 to 2.5.
[0023]
In the present invention, the treatment by the electrolytic elution method of iron (aluminum) of the phosphate ion-containing wastewater is carried out by reacting the iron ion (aluminum ion) eluted from the electrode with the phosphate ion in the wastewater to form water-insoluble phosphoric acid and iron. Although a reaction (reaction A) that forms a salt with (aluminum) is utilized, hydroxide ions are present in the waste water, and the eluted iron ions (aluminum ions) also react with the hydroxide ions ( Reaction B). Since reaction B is faster than reaction A, in order to capture phosphate ions, it is necessary to increase the amount of current and increase the elution amount of iron ions (aluminum ions).
[0024]
However, when calcium ions or magnesium ions are present in the waste water, these ions react with hydroxide ions (Reaction D). Since this reaction D has priority over reaction B between iron ions (aluminum ions) and hydroxide ions, reaction B is suppressed, and iron ions (aluminum ions) are effectively used for reaction A with phosphate ions. Furthermore, calcium ions and magnesium ions also react with phosphate ions to form water-insoluble salts, thus contributing to the removal of phosphate ions.
[0025]
For this reason, in this invention, calcium ion or magnesium ion is added, reaction B of iron ion (aluminum ion) and hydroxide ion is suppressed, and reaction A of iron ion (aluminum ion) and phosphate ion is efficiently performed. It can also be made. Thereby, the amount of energization can be reduced, power can be saved, and the elution amount of iron and aluminum can be reduced.
[0026]
As described above, the wastewater treatment apparatus of the present invention can be used particularly advantageously for general household wastewater. Therefore, it may be used alone, but it can be combined with other purification systems such as activated sludge method, membrane separation method, anaerobic / aerobic circulation method, etc. to make a comprehensive wastewater purification system for households and collective housing. it can. It can also be used in large-scale processing systems (human waste treatment plants).
[0027]
Next, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to such examples.
[0028]
EXAMPLE Using an iron electrolysis elution waste water treatment apparatus shown in FIG. 1, a phosphate ion concentration of 5 mg / liter (added as H 3 PO 4 ), Na + 200 mg / liter and Ca 2+ 20 mg / liter is supplied from the inlet. The test wastewater was introduced at a flow rate of 1 liter / min.
[0029]
A high-purity iron plate was used as the electrode immersed in the waste water. The amount of current applied to the electrode was 1.2 A so that Fe / P was 1.5, and the polarity was reversed every hour.
[0030]
Then, by electrolysis of the electrode, the eluted iron ions react with phosphate ions to produce water-insoluble salts. The generated salt is stirred together with the inflowing water by the air (2 liter / min) generated from the air diffuser and flows out to the outflow side. Therefore, there was almost no accumulation of water-insoluble salts.
[0031]
Next, as a result of examining the filtrate obtained by filtering the waste water collected at the outlet with a filter having a pore diameter of 0.45 μm in accordance with the total phosphorus analysis method (46.3) standardized in JIS K 0102, the removal efficiency of phosphorus was 90%. It turns out that it is above.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the electrode is tapered by the taper, it is possible to prevent the electrode from being uniformly dissolved from the lower part than before and becoming thinner and falling off in the middle. For this reason, since it can be used longer than before, it is economical, and the replacement time of the electrodes can be delayed, so that the number of maintenance can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a treatment apparatus for phosphate ion-containing waste water of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the processing apparatus in FIG.
FIG. 3 is a front view showing an embodiment of an electrode.
4 is a side view of the electrode in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a front view showing another embodiment of an electrode.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the degree of decrease in the dissolution amount of a conventional electrode.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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