JP6073927B2 - 雨水を濾過するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、雨水を濾過するための装置および方法に関する。具体的には、本発明は、雨水から汚染物質を除去するために、雨水管内の雨水を濾過するための装置および方法に関する。

都市流出水とも呼ばれる雨水は、降雨、溶けた雪もしくは氷、洗浄水、その他の類似の水であって、異なる種類の表面から出る表面流出水である。この表面は、駐車場、歩道、屋根、その他同様の表面であり得、不透水性の表面と称され得る。この表面から流出する水は、例えばガソリン、油、重金属、ごみ、肥料、殺虫剤、および他の汚染物質によって、汚染される傾向がある。降雨時に、表面によって、汚染された雨水が、雨水管に運ばれる。雨水管は、排出する前に雨水の処理をして、あるいは処理をすることなく、運河、川、湖、貯水池、海、大洋、または他の地表水等の、受け入れ地表水に排出するための、排水システムに接続され得る。

雨水管は通常、排水システムに接続されている、水平な格子状の入口または側面の入口等の入口を有する鉛直管を備える。このような雨水管は、例えば、堆積物、砂、砂利、小石、小枝、ごみ、および同様の小さな物体を捕集するための、水だめまたは側溝とも呼ばれる、集水桝を備え得る。そして、集水桝は、物体を捕集するための、水をためておくトラップとして機能し、この物体が後続の排水システムに入ることを防ぐ。また、この集水桝は、排水システムから気体が漏れることも防ぐ。集水桝の上からの雨水は、後続の排水システムに排水される。集水桝は、バキューム車によって、適切な時間間隔で、空にされることができる。

先行技術において、雨水を濾過するための異なる種類の装置が存在する。米国特許出願公開第２００５／２３０３１７号明細書、および米国特許第５３６４５３５号明細書に開示されている装置等の、先行技術の装置は、雨水管に配置するための濾過材を備える。しかし、雨水から汚染物質を除去するために、雨水管内の雨水を濾過するための改良された装置が必要である。

雨水を濾過するためのこのような先行技術の装置に伴う１つの問題は、この装置が非効率的であり得、十分に汚染物質を除去し得ないことである。

雨水を濾過するためのこのような先行技術の装置に伴う別の問題は、雨水管内に装置を設置すること、および、例えば交換されるために、雨水管から装置を取り外すことも難しい可能性があることである。

雨水を濾過するためのこのような先行技術の装置に伴う１つの短所は、装置が雨水管の機能を妨げる可能性があることである。

米国特許出願公開第２００５／２３０３１７号明細書 米国特許第５３６４５３５号明細書

本発明の目的は、先行技術の装置の短所および問題を回避することである。本発明に係る装置および方法は、設置および交換が容易である上に、信頼性が高く効率のよい雨水の濾過につながる。幾つかの実施形態において、本発明は、効率のよい方法で装置を監視する可能性につながる。

本発明は、雨水管内の雨水を濾過するための装置に関し、装置は濾過ユニットおよび濾過ユニットを運ぶための搬送装置を備え、濾過ユニットは、底部と、頂部とを備える。この搬送装置は、凹部を備え、この凹部は、濾過ユニットの底部が凹部の中に配置されたまま、濾過ユニットは搬送装置の上部に配置されることが可能となるように、濾過ユニットの底部を受け、搬送装置を通って軸方向に延びている。それによって、雨水管内で装置が浮遊状態に配置されている場合、濾過ユニットの底部の少なくとも一部が、雨水管内の雨水の表面より下に配置されるように適合されている。さらに、雨水管内で装置が浮遊状態に配置されている場合、貫通孔が、搬送装置の外側表面から凹部に、半径方向に延びているため、雨水は、貫通孔を通って凹部に到達することができる。

雨水内の汚染物質の大部分は、雨水管内の雨水の表面に存在し、表面膜と呼ばれることもある。雨水管内で装置が浮遊状態に配置されている場合、濾過ユニットの底部の一部は、搬送装置によって水面に配置されている。さらに、搬送装置の貫通孔は、水面の雨水が濾過ユニットの底部と交わり得る結果をもたらし、雨水の表面に堆積した汚染物質を除去する。さらに、装置の構造が、容易な装置の設置および容易な濾過ユニットの交換につながる。例えば、濾過ユニットは、搬送装置から取り外し可能である。濾過ユニットは交換されることが可能であり、さらに、搬送装置は再利用されることが可能である。

濾過できない物体を、雨水管内の雨水の表面に誘導するために、濾過ユニットの頂部は、例えば濾過ユニットが先細または円錐形であることにより、傾斜面を有するように形成されることが可能である。例えば、小枝、ごみ、砂、および同様の濾過できない物体が、雨水管を通って落ちる場合、傾斜面に衝突し、傾斜面に沿って雨水の表面に進み、その後、さらに雨水管の集水桝に進む。したがって、濾過できない物体が濾過ユニットの上に堆積して、濾過ユニットの機能を妨げることが防がれる。

濾過ユニットは、複数の異なる濾過層を備え得る。例えば、濾過ユニットは、１以上の吸収材と、重金属を濾過するピートと、活性炭とを備える。濾過ユニットは、第１の吸収材を含む第１の濾過層と、重金属を濾過するピートを含む第２の濾過層と、活性炭を含む第３の濾過層と、第２の吸収材を含む第４の濾過層を備えてもよく、これらの濾過層は、順番に、または連続的に順番に配置され得る。第１の濾過ユニットは、上部に配置され、第４の濾過ユニットは下部に配置される。第４の濾過層は、少なくとも一部が濾過ユニットの底部に配置され得る。このように、信頼性が高く効率のよい、雨水からの汚染物質の濾過のために、濾過ユニットは配置されている。

搬送装置は、優れた浮遊性能のために、軽量材から作られることが可能である。例えば、搬送装置は、発泡ポリスチレン等の発泡プラスチックから作られている。

装置は、当該装置が配置されるべき雨水管より狭くなっているため、装置と雨水管の内壁との間に、間隙を形成することができる。

装置は、装置の状態と雨水管内の汚染物質を監視するための、センサを備え得る。この目的のため、装置は、識別番号および雨水内での装置の深さにより装置の重量を監視するための圧力センサを有する、ＲＦＩＤトランスポンダを備える。装置の重量から、収集された汚染物質の量が計算され得る。雨水管に突然の重度の汚染をもたらす、想定外の事象もまた、検出され得る。

別の態様によると、本発明は、雨水管内の雨水を濾過する方法にも関し、
ａ）底部と、頂部とを有する濾過ユニットを設けるステップと、
ｂ）浮遊する搬送装置と、貫通孔とを設けるステップであって、搬送装置は、濾過ユニットの底部が凹部の中に配置されたまま、濾過ユニットは搬送装置の上部に配置されることが可能となるように、搬送装置を通って軸方向に延びている凹部を有し、貫通孔は、搬送装置の外側表面から凹部に、半径方向に延びている、搬送装置と、貫通孔とを設けるステップと、
ｃ）濾過ユニットの底部を、搬送装置の凹部の中に配置するステップと、
ｄ）搬送装置および濾過ユニットを雨水管の中に配置するステップであって、それによって、濾過ユニットの底部の少なくとも一部が、雨水管内の雨水の表面より下に配置され、頂部の少なくとも一部が、この表面より上に配置されるステップと、
ｅ）搬送装置の貫通孔を通じて、雨水を、濾過ユニットの底部に提供するステップと、
ｆ）濾過ユニットの頂部によって、雨水管に入るすべての雨水の少なくとも大部分を受けるステップと
を含む。

本発明のさらなる特徴および長所は、以下の実施形態の記載、添付の図面、および従属請求項により、明らかになる。

次に、本発明は、実施形態を用い、添付の図面を参照して、さらに詳細に説明される。

本発明の一実施形態に係る、雨水を濾過するための装置であり、雨水管の中に設置されている装置の概略図である。 装置の濾過ユニットと搬送装置が互いに分離されている、図１の装置の概略断面図である。 一実施形態に係る装置であり、装置が部分的に雨水に浸されている、概略断面図である。

本発明の一実施形態に係る雨水を濾過するための装置１０が、図１に概略的に示されている。図１において、装置１０が、流入する雨水用の入口１２と、雨水を排出するための出口１３と、例えば、堆積物、砂、砂利、小石、小枝、ごみ、および同様の物体を捕集するための集水桝１４とを有する雨水管１１の中に配置されている。このように、雨水管１１から排出される前の雨水から汚染物質を除去するために、装置１０は、雨水管１１内の雨水を濾過するために配置されている。図１に係る雨水管１１は、従来の方法で水分トラップを形成する出口管１５を備える。雨水管１１は、鉛直方向に配置されて軸方向に延びる。ここで、出口管１５は、半径方向に延びている。出口管１５の一部は上向きに延び、水が、出口１３から雨水管１１の入口１２を封止している。図１において、雨水管１１内の水の表面が、点線Ａで示されている。あるいは、雨水管１１は、水分トラップなしで配置される。出口１３は、後続の排水システム１６に接続される。排水システム１６は、例えば、下水管や同様のものである。

装置１０は、濾過ユニット１７と、濾過ユニット１７を運ぶための搬送装置１８とを備える。濾過ユニット１７は、雨水を濾過して、雨水から汚染物質を除去するために配置されている。濾過ユニット１７は、搬送装置１８の上部に配置されているため、濾過ユニット１７は、雨水管１１の入口１２と搬送装置１８との間に配置されている。搬送装置１８は、濾過ユニット１７と集水桝１４、すなわち雨水管１１の底部との間に配置されている。

装置１０は、装置１０と雨水管１１の内壁２０との間に、間隙１９を形成するように配置されている。間隙１９は、例えば、堆積物、砂、砂利、小石、小枝、ごみ、および同様の濾過できない物体が、装置１０を通り過ぎて集水桝１４まで到達できるように配置されている。したがって、装置１０は、雨水管の断面積の１００％未満を占めるように配置されている。適切な間隙１９を形成するために、装置１０は、例えば雨水管の断面積の５０％〜９０％または７０％〜８０％を占めるように配置されている。濾過ユニット１７は、例えば雨水管の断面積の５０％〜９０％または７０％〜８０％を占めるように配置され、配置されている。

図２および図３もまた参照すると、濾過ユニット１７は、底部２１および頂部２２を備える。雨水の表面の汚染物質、すなわち表面膜内の汚染物質を除去するために、底部２１は、雨水管１１内の雨水の表面Ａと交わるように配置されている。例えば、底部２１は、少なくとも一部が雨水管１１内の雨水に浸水するように配置されている。すなわち、底部２１の少なくとも一部が、雨水管１１内の、雨水の表面Ａより下に配置されている。頂部２２は、表面Ａより上に配置されている。例えば、底部２１は、傾斜がつけられ、底部２１の最下部で細くなっている。

濾過ユニット１７は、濾過できない物体を間隙１９に誘導するための傾斜面２３を含む。例えば、濾過ユニット１７の頂部２２は、雨水管内の雨水の表面に、濾過できない物体を誘導するための傾斜面２３を含む。図面の実施形態によれば、濾過ユニット１７の頂部２２は先細で、先端が、雨水管１１の入口１２に向かって上向きの、搬送装置１８から離れる方向に配置されているため、物体を傾斜面２３に沿って間隙１９に誘導するために、傾斜面２３は、装置の先端と最も広い部分との間に延びている。例えば、濾過ユニット１７は、円錐として配置されている。濾過ユニット１７の底部２１は、濾過ユニット１７の頂部２２の最も広い部分よりも狭くなるように配置されている。

濾過ユニット１７は、雨水から異なる種類の汚染物質を濾過するために配置されている。一実施形態によれば、濾過ユニットは、例えば、第１の吸収材を含む第１の濾過層２４と、重金属を濾過するピートを含む第２の濾過層２５と、活性炭を含む第３の濾過層２６と、第２の吸収材を含む第４の濾過層２７等の、複数の濾過層を備える。濾過ユニットは、追加の濾過層を随意的に含む。上記の濾過層２４〜２７は、上から下へ順に、例えば連続的に、順に配置されているため、第１の濾過層２４は、濾過ユニット１７の頂部２２の中に、雨水管１１の入口１２に向かう方向に配置され、第４の濾過層２７は少なくとも一部は、濾過ユニット１７の底部２１に、搬送装置１８に向かう方向に配置されている。例えば、第１の濾過層２４の第１の吸収材は、毛細管を有する材料を含み、雨水が毛管力によって毛細管に入る。例えば、第１の濾過層２４の吸収材は、吸収材の重量の１０〜２０倍または１０〜１８倍を吸収するように配置されている。一実施形態によれば、毛細管が満杯の場合に毛細管が閉じられるように、第１の濾過層２４の吸収材は配置されている。例えば、第１の濾過層２４の吸収材は、粒状の合成繊維等の合成繊維である。例えば、第１の濾過層２４の吸収材は、以下の表１に設定される要件を満たす。

第２の濾過層２５は、例えば、重金属を濾過する粒状のピートを備える。例えば、第２の濾過層２５は、鉛、水銀、カドミウム等の重金属を、雨水から除去するために配置されている。

第３の濾過層２６は、第１の濾過層２４と第２の濾過層２５を通過した後の雨水の中に残っている汚染物質を、除去するように配置されている。一実施形態によれば、第３の濾過層２６の活性炭は、粒状物として形成されている。例えば、第３の濾過層２６の活性炭は、１ｍｍ〜１０ｍｍ、２ｍｍ〜７ｍｍ、または３ｍｍ〜５ｍｍの粒径を有する粒状物として形成される。例えば、活性炭は、水処理用の従来の活性炭である。

第４の濾過層２７は、雨水管内の雨水の、表面Ａの汚染物質を除去するために配置されている。したがって、第４の濾過層２７は、表面Ａにあるように配置され、第４の濾過層２７の一部が雨水に浸水されている。一実施形態によれば、第４の濾過層２７は、例えば、上記の表１に設定される要件を満たすような、第１の濾過層２４と同様の種類の吸収材を備える。例えば、第４の濾過層の吸収材は、合成繊維のフェルトまたはフリースである。

濾過ユニット１７は、例えば、雨水透過性ハウジングを形成するカバーを備える。例えば、カバーは、穿孔が０．１ｍｍ〜５ｍｍ、０．５ｍｍ〜２ｍｍ、または０．５ｍｍ〜約１ｍｍの直径を有する、有孔プラスチックカバーである。カバーは、図示されていない。

搬送装置１８は、濾過ユニット１７を搬送するために配置されている。このため、濾過ユニット１７の頂部２２は、雨水管１１内の雨水の表面Ａより上に配置され、濾過ユニット１７の底部２１の少なくとも一部は、この表面Ａより下に配置されている。例えば、搬送装置１８は、浮遊材料、すなわち発泡プラスチック材料等の水よりも低い密度を有する材料に入れて配置されている。例えば、搬送装置１８は、発泡ポリスチレンで形成される。

搬送装置１８は、濾過ユニット１７の底部２１を受けるための凹部２８を備える。凹部２８は、搬送装置１８を通って軸方向に延びているため、底部２１を凹部２８中に配置したまま、濾過ユニット１７を搬送装置１８の上部に配置することが可能である。装置１９が雨水管１１の中に配置される場合、装置１９は浮遊し、濾過ユニット１７は、流入する雨水と交わるように配置されている。この雨水は、矢印Ｂによって図３に示されている。例えば、濾過ユニット１７の頂部２２は、まず、略鉛直方向に降る、流入する雨水Ｂと交わるように、配置されている。流入する雨水が濾過ユニット１７と接触するとき、濾過できない物体が、濾過ユニット１７の形状によって間隙１９に誘導され、間隙１９内の雨水の表面Ａに誘導される。雨水の濾過できる部分は、濾過ユニット１７によって濾過される。例えば、入って来る雨水Ｂの大部分は、まず第１の濾過層２４と交わり、第１の濾過層２４を通り過ぎた雨水は、その後第２の濾過層２５と交わり、続いて第３の濾過層２６および第４の濾過層２７と交わる。

図示された実施形態によれば、底部２１を凹部２８に誘導し、装置１０の組み立てを容易にするために、凹部２８は、任意に傾斜して、その上端で広がっている。例えば、搬送装置１８は、濾過ユニット１７を支持するために、上部が広がった搬送装置１８を形成する、任意のフランジ２９を備える。

搬送装置１８は、雨水を凹部２８に導水し、表面Ａで雨水中の汚染物質を除去するために、濾過ユニット１７の底部２１に接触させるための、貫通孔３０を備える。貫通孔３０は、搬送装置１８の外側表面から凹部２８に、半径方向に延びている。このように、装置１０が雨水管１１の中に配置されている場合、搬送装置１８は、一部が雨水に浸水されるため、表面Ａより下に置かれ、凹部２８の少なくとも一部と複数の貫通孔３０の少なくとも一部が、雨水管１１内の雨水の表面Ａより下に配置される。次に、濾過ユニット１７の底部２１の少なくとも一部、すなわち第４の濾過層２７の少なくとも一部は、凹部２８の中に配置され、表面Ａより下にある。結果として、表面Ａの雨水は、矢印Ｃによって示されているように、貫通孔３０を通じて半径方向に導水される。半径方向に導水された雨水Ｃは、凹部２８に導水され、雨水内の汚染物質を除去するための濾過ユニット１７と接触する。例えば、雨水Ｃは、濾過ユニット１７の底部２１の、第４の濾過層２７に導水されるため、表面Ａの汚染物質、または表面Ａの近くの汚染物質が、濾過ユニット１７と交わり、濾過ユニット１７によって除去される。

本発明の一実施形態によれば、装置１０は、濾過ユニット１７の濾過容量を検出するためのセンサ３１を備える。例えば、センサ３１は、周囲の圧力を検出するための感圧センサである。センサ３１は、雨水管１１内の雨水の表面Ａより下に配置されている。この圧力は容易に計算され、雨水中の装置１０の深さを取得し、装置１０の深さの変化が計算され得る。この深さは、装置１０の重量に対応しており、加えられた重量、すなわち濾過ユニット１７内の濾過後の材料の重量が計算される。この重量は、濾過ユニット１７の総重量容量と比較され、残りの濾過容量が計算される。センサ３１は、例えば、異なる雨水管１１の中に配置される複数の装置１０を監視するための中央監視ユニットに接続されている。一実施形態によれば、センサ３１は、識別番号および圧力センサを有する、ＲＦＩＤトランスポンダ内に含まれる。この圧力センサは、装置の重量を検出して、所定の重量を超えた場合、または急激な重量変化が検出された場合に、信号を中央監視ユニットに送るためのものである。装置１０の所定の重量を超えた場合、濾過ユニット１７は満杯であり、交換する必要があると示している可能性がある。急激な重量変化の検出は、かなりの量の汚染物質の局所での排出を示す可能性があり、これは、交通事故その他の事象等に関連している可能性がある。

Claims (15)

1. 雨水管（１１）内の雨水を濾過するための装置（１０）であって、前記装置（１０）が、濾過ユニット（１７）と、前記濾過ユニット（１７）を運ぶための搬送装置（１８）とを備え、
   前記濾過ユニット（１７）が、底部（２１）と、頂部（２２）とを備えている、装置（１０）において、前記搬送装置（１８）は、
   凹部（２８）であって、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）が前記凹部（２８）の中に配置されたまま、前記濾過ユニット（１７）は前記搬送装置（１８）の上部に配置されることが可能となるように、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）を受け、前記搬送装置（１８）を通って軸方向に延びており、それによって、前記雨水管（１１）内で前記装置（１０）が浮遊状態に配置されている場合、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）の少なくとも一部が、前記雨水管（１１）内の前記雨水の表面（Ａ）より下に配置されるように適合されている、凹部（２８）と、
   前記搬送装置（１８）の外側表面から前記凹部（２８）に、半径方向に延びている貫通孔（３０）であって、それによって、前記雨水管（１１）内で前記装置（１０）が浮遊状態に配置されている場合、前記表面（Ａ）の雨水が、前記貫通孔（３０）を通って前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）に到達することができる、貫通孔（３０）と
   を備えることを特徴とする、装置。
2. 前記濾過ユニット（１７）の前記頂部（２２）が、濾過できない物体を前記雨水管（１１）内の前記雨水の前記表面（Ａ）に誘導するための傾斜面（２３）を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記濾過ユニット（１７）の前記頂部（２２）が、先細である、請求項２に記載の装置。
4. 前記濾過ユニット（１７）が、吸収材と、重金属を濾過するピートと、活性炭とを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記濾過ユニット（１７）が、第１の吸収材を含む第１の濾過層（２４）と、前記重金属を濾過するピートを含む第２の濾過層（２５）と、前記活性炭を含む第３の濾過層（２６）と、第２の吸収材を含む第４の濾過層（２７）とを備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記濾過層（２４から２７）が、順番に配置され、前記第４の濾過層（２７）の少なくとも一部が、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）に配置されている、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１の濾過層（２４）の前記第１の吸収材が、粒状の合成繊維を備え、前記第２の濾過層（２５）の前記重金属を濾過するピートが粒状物として形成され、前記第３の濾過層（２６）の前記活性炭が粒状物として形成され、さらに、前記第４の濾過層（２７）の前記吸収材が合成繊維のフェルトまたはフリースである、請求項５または６に記載の装置。
8. 前記搬送装置（１８）が、発泡ポリスチレン等の発泡プラスチックから作られている、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記濾過ユニット（１７）が穿孔プラスチックカバーを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記装置（１０）が、前記装置（１０）が配置されるべき前記雨水管（１１）より狭くなっているため、前記装置（１０）と前記雨水管（１１）の内壁（２０）との間に、間隙（１９）を形成することができる、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記装置が、識別番号と、前記装置の重量を監視するための圧力センサ（３１）とを有するＲＦＩＤトランスポンダを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 雨水管（１１）内の雨水を濾過する方法であって、
    ａ）底部（２１）と、頂部（２２）とを有する濾過ユニット（１７）を設けるステップと、
    ｂ）浮遊する搬送装置（１８）と、貫通孔（３０）とを設けるステップであって、前記搬送装置（１８）は、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）が凹部（２８）の中に配置されたまま、前記濾過ユニット（１７）は搬送装置（１８）の上部に配置されることが可能となるように、前記搬送装置（１８）を通って軸方向に延びている前記凹部（２８）を有し、前記貫通孔（３０）は、前記搬送装置（１８）の外側表面から前記凹部（２８）に、半径方向に延びている、搬送装置（１８）と、貫通孔（３０）とを設けるステップと、
    ｃ）前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）を、前記搬送装置（１８）の前記凹部（２８）の中に配置するステップと、
    ｄ）前記搬送装置（１８）および前記濾過ユニット（１７）を前記雨水管（１１）の中に配置するステップであって、それによって、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）の少なくとも一部が、前記雨水管（１１）内の雨水の表面（Ａ）より下に配置され、前記頂部（２２）の少なくとも一部が、前記表面（Ａ）より上に配置される、ステップと、
    ｅ）前記搬送装置（１８）の前記貫通孔（３０）を通じて、雨水を、前記濾過ユニット（１７）の前記底部（２１）に提供するステップと、
    ｆ）前記濾過ユニット（１７）の前記頂部（２２）によって、前記雨水管（１１）に入るすべての雨水の少なくとも大部分を受けるステップとを含む、方法。
13. 前記搬送装置（１８）および前記濾過ユニット（１７）を前記雨水管（１１）に配置するステップであって、それによって、間隙（１９）が、前記搬送装置（１８）および前記濾過ユニット（１７）と前記雨水管（１１）の内壁との間に形成される、ステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記濾過ユニット（１７）の前記頂部（２２）の傾斜面（２３）によって、前記間隙（１９）に濾過できない材料を誘導するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 圧力センサ（３１）を有するＲＦＩＤトランスポンダによって装置の重量を検出するステップと、所定の重量を超えた場合、または一定期間中の所定の重量変化を超えた場合に、信号を中央監視ユニットに送るステップとを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

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