WO2019181254A1 - 純水製造装置 - Google Patents

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章吾 高松
和巳 塚本
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栗田工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a pure water production apparatus, and more particularly to a pure water production apparatus suitable for a pure water production apparatus in a ship.
  • the boiler in a ship is used for the following uses, for example.
  • a main boiler is installed as a steam generator for supplying superheated steam to the turbine.
  • Diesel ships need a large amount of steam for heating, cooking, hot water supply, heating, etc. for fuel, lubricating oil, cooling fresh water, and install an auxiliary boiler that supplies saturated steam to supplement the diesel engine .
  • a boiler for supplying boiler exhaust (non-combustible) with an oxygen concentration ⁇ 5% is installed as an inert gas for pushing out the volatile gas in the cargo tank.
  • low-pressure / medium-pressure boilers are mainly used as inboard boilers in any application.
  • the quality of the fresh water rarely leads to poor operation.
  • Turbine ships need to produce steam for operating steam turbines mainly in boilers, which greatly affects the number of boilers operating on fuel efficiency. Therefore, in recent years, an approach for reducing fuel consumption by reducing the number of operating boilers by using a high-pressure boiler as a boiler and operating a plurality of steam turbines with one high-pressure boiler has been studied.
  • Patent Document 2 As a pure water production apparatus for boilers, an apparatus in which a UF membrane device, an RO device, and electric membrane ions are installed in series is known (Patent Document 2).
  • An object of the present invention is to provide a pure water production apparatus capable of producing pure water with high quality stably.
  • the pure water production apparatus of the present invention is a pure water production apparatus for producing pure water by treating the treated water with at least an RO apparatus.
  • At least one is provided with an adding means for adding a slime control agent substantially free of a hardness component and a halogen substance.
  • the pure water production apparatus of one aspect of the present invention is a pure water production system capable of producing pure water by treating water to be treated with at least the RO device, and capable of passing water in series or in parallel with the main series. And a preliminary sequence for use.
  • the pure water production apparatus is for ship use.
  • the preliminary series includes an ion exchange resin device.
  • an electrodeionization apparatus for treating the permeated water of the RO apparatus is provided.
  • the pure water production apparatus of the present invention has means for adding a slime control agent substantially free of hardness components and halogen substances to at least one of treated water, RO feed water, and RO concentrated water.
  • a slime control agent substantially free of hardness components and halogen substances as a slime control agent as in the present invention, the slime adhesion of the RO membrane is prevented (including suppression) while preventing the occurrence of the above trouble. can do.
  • the pure water production apparatus includes a preliminary series, it is possible to produce pure water with good water quality by operating the preliminary series immediately when the performance of the main series is reduced or the main series fails. Can continue. In this case, the ship equipped with the pure water production apparatus of the present invention is not affected by the failure of the main series, even if the performance of the main series deteriorates or the main series of the pure water production apparatus fails. You can sail to the port of call.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a pure water production apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the pure water production apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1 shows a pure water production apparatus according to an embodiment.
  • Fresh water obtained by distilling seawater is introduced into the fresh water tank 1.
  • a part of the fresh water in the fresh water tank 1 is used as water supply for a low pressure boiler or an intermediate pressure boiler.
  • Fresh water in the fresh water tank 1 is supplied to an RO (reverse osmosis) device 6 via a pipe 2, a valve 3, a feed water pump 4 and an MF (microfiltration) membrane device 5 constituting the main series 10.
  • the concentrated water of the RO device 6 is returned to the fresh water tank 1 through the pipe 7, and a part thereof is discharged out of the system through the blow pipe 8 and the blow valve 9 branched from the pipe 7.
  • the electrodeionization apparatus 11 includes a cathode and an anode, a plurality of cation exchange membranes and anion exchange membranes arranged between the cathode and anode, and a concentration formed between these membranes.
  • the RO permeated water is deionized while passing through the desalting chamber to become pure water. Part of this pure water is taken out via the pipe 12 and the valve 13 and used as water supply for a high-pressure boiler or the like.
  • the remaining pure water is returned to the fresh water tank 1 via the pipe 15.
  • the concentrated water of the electrodeionization apparatus 11 is returned to the fresh water tank 1 through the pipe 16.
  • Hardness components and halogen substances are substantially reduced by the slime control agent adding device 18 (comprising a chemical tank and a chemical injection pump) with respect to the RO concentrated water returned from the RO device 6 to the fresh water tank 1 through the pipe 7.
  • the slime control agent which does not contain can be added.
  • the slime failure of the fresh water tank 1 to which the RO concentrated water is returned is prevented, and further, the fresh water diffused in the fresh water tank 1 is supplied as the RO feed water. Is prevented. Further, as described above, deterioration of the electrodeionization apparatus 11 and ion exchange resin described later is prevented.
  • a slime control agent that does not substantially contain a hardness component and a halogen substance as a slime control agent, scale generation in a boiler heat exchanger or the like is also prevented.
  • Slam control agent may be added to any of RO water supply, RO concentrated water and fresh water. If the slime control agent is added to the RO feed water, the RO feed water is a high-pressure line, so a high-pressure pump is required. If added to a high concentration, the RO membrane and the ion exchange resin of the electrodeionization apparatus 11 may be deteriorated. .
  • the slime control agent is added to the fresh water tank 1, it is considered that it takes time to sufficiently mix uniformly in the tank. Therefore, it is preferable to add a slime control agent to the RO concentrated water so that the chemical can be easily added and can be easily mixed in a fresh water tank. However, it is desirable to add it to the fresh water tank when operating only the backup line.
  • the slime control agent should be an agent that does not substantially contain halogen substances such as chlorine and bromine and hardness components (Ca, Mg). However, even if it is an agent that does not contain chlorine or bromine, it is common to contain a trace amount of hardness components, and it is not sufficient to use demineralized water as preparation water, so use hydrazine as a slime control agent. However, it is preferable to perform slime control of the RO membrane while preventing the occurrence of trouble. It is preferable to prepare and use a chemical solution in which hydrazine is adjusted to a predetermined concentration with demineralized water.
  • the pure water production apparatus shown in FIG. 1 is provided as the main series 10, and a spare series 20 is further provided separately from this.
  • fresh water from the fresh water tank 1 is passed through the MF membrane device 25 by the pipe 21, the valve 22, the pipe 23, and the water supply pump 24, and the MF filtered water is passed through the ion exchange resin device 26 for deionization. It is configured to produce pure water by processing.
  • the pure water from the preliminary series 20 flows from the pipe 27 in the order of the pipe 12 to the fresh water tank 1 through the pipe 15, and a part thereof is taken out through the valve 13 during use.
  • the quality of pure water (such as specific resistance or electrical conductivity) from the electrodeionization device 11 is measured by a sensor such as a resistivity meter or an electric conductivity meter, and the flow rate of pure water from the electrodeionization device 11 is a flow rate. Measurement is performed by sensors, and detection signals from these sensors are input to a controller (not shown). The controller monitors the quality and quantity of pure water during the operation of the main series 10 described above, and at least one of the quality and quantity of water falls below a set value for a predetermined period or longer (poor water quality or water quantity is low).
  • the main system 10 When operating the standby system 20, the main system 10 may be stopped, and the entire amount of pure water produced by the pure water production apparatus may be manufactured by the standby system 20, and both the main system 10 and the standby system 20 are operated, The pure water from the main line 10 and the pure water from the backup line 20 may be merged and taken out.
  • the main series 10 and the backup series 20 are installed in parallel, but a series connection pipe 30 indicated by a two-dot chain line in FIG. 2 may be provided.
  • the amount of pure water from the electrodeionization device 11 is sufficient, but if the water quality is poor, the pure water from the electrodeionization device 11 is passed through the preliminary series 20 with the valve 22 closed. After processing, pure water with good water quality is flowed in the order of the pipes 27 and 12, returned to the fresh water tank 1 through the pipe 15, and a part is taken out through the valve 13 during use.
  • the pipe 21 for supplying the fresh water in the fresh water tank 1 to the standby system 20 is directly connected to the fresh water tank 1, but the pipe 21 may be branched from the pipe 2.
  • the MF membrane device 5 is used, but a UF membrane device may be used. These membrane devices may be omitted. 1 and 2, only one stage of the RO device 6 is shown, but it may be installed in two or more stages.
  • the ion-exchange resin device 26 is space-saving; has a fast start-up; can withstand fluctuations in the quality of raw water; and has features such as simple and unnecessary maintenance work.
  • the ion exchange resin apparatus has a shorter life until breakthrough compared to an electrodeionization apparatus or the like, but it is only necessary to stably demineralize for a short period until the next port of call. Can be used.
  • the ion exchange resin apparatus only one tower or two towers may be arranged in series. In the case of two towers, various combinations such as cation exchange ⁇ anion exchange, anion exchange ⁇ cation exchange, anion / cation mixture ⁇ anion / cation mixture can be employed.
  • the cation exchange resin and anion exchange resin are packed in the tower in a layered state, and the pipe is divided into the upper and lower chambers with horizontal water shielding plates in the tower and drained from the upper chamber and introduced into the lower chamber A two-stage treatment of cation exchange / anion exchange may be performed in one tower, such as a method of providing a cation.
  • the preliminary line 20 is basically not used for desalination and may be stopped in the soaking state, but the generation of bacteria is suppressed.
  • the water is circulated in the standby system 20 using the pipe 28 so that water can be collected immediately after the switching.
  • the water temperature and water quality are kept within a predetermined range by, for example, periodically blowing out of the system. It is preferable to control so that it becomes.
  • the return water from the pipe 28 is returned to the fresh water tank 1, it takes in water in which atmospheric CO 2 is dissolved, and a load is applied to the ion exchange resin. Therefore, it is preferably returned to the pipe 23.

Abstract

淡水タンク1内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク1内の淡水は、主系列10を構成する配管2、バルブ3、給水ポンプ4及びMF膜装置5を介してRO装置6へ供給される。RO装置6の透過水は、電気脱イオン装置11に供給される。予備系列20は、淡水タンク1からの淡水を配管21、バルブ22及び給水ポンプ24によってMF膜装置25に通水し、MF濾過水をイオン交換樹脂装置26に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。被処理水、RO給水、RO濃縮水のいずれかに対し硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤が添加可能とされている。

Description

純水製造装置
 本発明は、純水製造装置に係り、特に船舶内の純水製造装置に好適な純水製造装置に関する。
 海洋を航行する船舶では、飲料水や生活用水等の水を確保することが重要となる。そこで船舶には、海水から蒸留等により淡水を造水する造水装置が搭載されていることが多い。造水装置で製造した淡水は飲料水等のほかボイラ給水としても使用されることがある(特許文献1)。
 ここで、船内におけるボイラは例えば以下のような用途で用いられている。
(1) タービン船では過熱蒸気をタービンに供給する蒸気発生装置として主ボイラを設置する。
(2) ディーゼル船では、燃料、潤滑油、冷却清水の加熱、調理、給湯、暖房などのために大量の蒸気が必要であり、ディーゼル機関を補うために飽和蒸気を供給する補助ボイラを設置する。
(3) タンカー船では、カーゴタンク内の揮発性ガスを押し出すためのイナートガスとして酸素濃度≦5%のボイラ排気(不燃性)を供給するためのボイラを設置する。
 従来はいずれの用途においても船内ボイラとして低圧・中圧ボイラが主に用いられている。この場合は、ボイラ給水として淡水を用いたときに淡水の水質が運転不良につながることは少ない。
 タービン船は蒸気タービンを稼働するための蒸気を主にボイラで製造する必要があり燃費へのボイラ稼働台数の影響が大きい。そこで近年、ボイラとして高圧ボイラを使用して1台の高圧ボイラで複数の蒸気タービンを稼働することで、ボイラ稼働台数を削減して燃費の改善を図る取組みが検討されている。
 船内ボイラとして高圧ボイラを使用する場合は、ボイラ給水が高温であるため水質の悪さ(例えば腐食性)がボイラの運転不良に繋がりやすい。ボイラが運転不良となったときの影響が甚大であることから、ボイラ給水の水質を淡水からさらに高度化し、脱塩処理した純水をボイラ給水として使用することが望ましい。
 ボイラ用純水製造装置として、UF膜装置とRO装置と電気膜イオンとを直列に設置したものが知られている(特許文献2)。
特開2007-132227号公報 特開2003-136065号公報
 RO装置への通水を継続すると、RO膜にスライムが付着し、濾過性能が低下する。通常の場合、船内にはRO装置の薬品洗浄設備が設置されていないので、航行中にRO装置がスライム付着によって性能が低下した場合でも、RO装置を薬品洗浄できず、RO装置の性能を回復させることができない。
 本発明は、安定して高い水質の純水を製造することができる純水製造装置を提供することを目的とする。
 本発明の純水製造装置は、被処理水を少なくともRO装置によって処理して純水を製造する純水製造装置において、該被処理水、該RO装置への給水、該RO装置の濃縮水の少なくとも1つに、硬度成分とハロゲン物質とを実質的に含まないスライムコントロール剤を添加する添加手段を備えたことを特徴とする。
 本発明の一態様の純水製造装置は、被処理水を少なくとも前記RO装置で処理して純水を製造する主系列と、該主系列に対し直列又は並列に通水可能な、純水製造用の予備系列とを有する。
 本発明の一態様の純水製造装置は、船舶搭載用である。
 本発明の一態様では、前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する。
 本発明の一態様では、前記RO装置の透過水を処理する電気脱イオン装置を有する。
 本発明の純水製造装置は、被処理水、RO給水、RO濃縮水の少なくとも1つに、硬度成分とハロゲン物質とを実質的に含まないスライムコントロール剤を添加する手段を有する。
 RO膜へのスライム付着によるバイオファウリングを防止するため、スライムコントロール剤として塩素系殺菌剤を用いると、電気式脱塩装置やイオン交換樹脂塔のイオン交換樹脂の劣化が発生しやすく、またRO濃縮水からタンクに循環され混合された淡水が供給される低・中圧ボイラにおいて腐食が発生しやすい。
 スライムコントロール剤として硬度成分が混入した剤を用いると、ボイラ系の熱交換器などにおいてスケールが発生しやすい。
 本発明のようにスライムコントロール剤として硬度成分とハロゲン物質とを実質的に含まないスライムコントロール剤を用いることにより、上記トラブルの発生を防止しつつRO膜のスライム付着を防止(抑制を含む。)することができる。
 本発明の一態様の純水製造装置は、予備系列を備えるので、主系列の性能が低下したり、主系列が故障したときに直ちに予備系列を作動させることにより、良好な水質の純水製造を続行することができる。
 この場合、本発明の純水製造装置を搭載した船舶は、主系列の性能が低下したり、純水製造装置の本系列が故障したときでも、本系列の故障を修理することなく、次の寄港地まで航行できる。
図1は実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。 図2は実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。
 図1は実施の形態に係る純水製造装置を示すものである。
 海水を蒸留して得られた淡水が淡水タンク1内に導入される。淡水タンク1内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク1内の淡水は、主系列10を構成する配管2、バルブ3、給水ポンプ4及びMF(精密濾過)膜装置5を介してRO(逆浸透)装置6へ供給される。RO装置6の濃縮水は、配管7を介して淡水タンク1に返送され、その一部は配管7から分岐したブロー配管8及びブロー弁9を介して系外に排出される。
 RO装置6の透過水は、電気脱イオン装置11に供給される。電気脱イオン装置11は、特許文献2の通り、陰極及び陽極と、該陰極と陽極の間に配列された複数のカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらの膜同士の間に形成された濃縮室及び脱塩室と、該脱塩室に充填されたイオン交換体と、該陽極と陰極との間に電圧を印加する電源装置とを有する。RO透過水は、該脱塩室を通過する間に脱イオン処理され、純水となる。この純水は、配管12及びバルブ13を介して一部が取り出され、高圧ボイラ等の給水として使用される。純水の残部は、配管15を介して淡水タンク1へ返送される。電気脱イオン装置11の濃縮水は、配管16を介して淡水タンク1へ返送される。
 RO装置6から配管7を介して淡水タンク1に返送されるRO濃縮水に対しスライムコントロール剤添加装置18(薬液タンクと薬注ポンプとからなる。)によって、硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤が添加可能とされている。このスライムコントロール剤の添加により、RO濃縮水が返送される淡水タンク1のスライム障害が防止され、さらに淡水タンク1内で濃度拡散した淡水がRO給水として供給されることにより、RO膜のスライム障害が防止される。また、前述の通り、電気脱イオン装置11や、後述のイオン交換樹脂の劣化が防止される。スライムコントロール剤として硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤を用いることにより、ボイラ系の熱交換器などにおけるスケール生成も防止される。
 RO給水とRO濃縮水と淡水のいずれにスラムコントロール剤を添加してもよい。スライムコントロール剤をRO給水に添加すると、RO給水は高圧ラインのため高圧用のポンプが必要であり、また高濃度に添加するとRO膜や電気脱イオン装置11のイオン交換樹脂の劣化が懸念される。スライムコントロール剤を淡水タンク1に添加すると、タンク内での十分な均一混合に時間がかかると考えられる。よって、容易に薬剤添加でき、かつ淡水タンクで容易に混合できるようにRO濃縮水にスライムコントロール剤を添加することが好ましい。ただし予備系列のみを運転する際は淡水タンクに添加するのが望ましい。
 スライムコントロール剤としては塩素や臭素などハロゲン物質や硬度成分(Ca,Mg)を実質的に含まない剤である必要がある。ただし塩素や臭素を含まない剤であっても硬度成分を微量に含むことが一般的であり、調製水として脱塩水を用いるだけでは不十分であることから、スライムコントロール剤としてはヒドラジンを用いることが、トラブルの発生を防止しつつRO膜のスライムコントロールを行うためには好ましい。ヒドラジンを脱塩水で所定濃度に調整した薬液を調製して使用するのが好ましい。
 図2を参照して別の実施の形態について説明する。
 この実施の形態では、図1に示した純水製造装置を主系列10として備えると共に、これとは別にさらに予備系列20を備える。
 予備系列20は、淡水タンク1からの淡水を配管21、バルブ22、配管23及び給水ポンプ24によってMF膜装置25に通水し、MF濾過水をイオン交換樹脂装置26に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。予備系列20からの純水は配管27から前記配管12の順に流れ配管15を介して淡水タンク1へ返送され、使用時はバルブ13を介して一部が取り出される。
 電気脱イオン装置11からの純水の水質(比抵抗又は電気伝導度など)が比抵抗計、電気伝導度計などのセンサで計測されると共に、電気脱イオン装置11からの純水流量が流量センサで計測され、これらのセンサの検出信号が制御器(図示略)に入力される。該制御器は、以上の主系列10の運転の間中、純水の水質及び水量を監視しており、水質及び水量の少なくとも一方が所定期間以上、設定値を下回る(水質が悪い又は水量が少ない)場合には、主系列10に何らかの異常が生じたものと判断し、純水製造装置の管理部門に衛星通信システム等を利用して異常を通知すると共に、予備系列20による純水製造を開始させる。
 予備系列20を作動させる場合、主系列10を停止し、純水製造装置で製造する純水の全量を予備系列20で製造してもよく、主系列10及び予備系列20の双方を作動させ、主系列10からの純水と予備系列20からの純水とを合流させて取り出してもよい。
 上記説明の図2では、主系列10と予備系列20とを並列に設置しているが、図2中に二点鎖線で示される直列接続用配管30を設けてもよい。電気脱イオン装置11からの純水の水量は十分であるが、水質が不良の場合には、バルブ22は閉じたまま電気脱イオン装置11からの純水を予備系列20に通水して仕上げ処理し、良好な水質の純水を配管27,12の順に流し、配管15を介して淡水タンク1へ返送し、使用時にバルブ13を介して一部を取り出す。
 このように、主系列10と並列又は直列に通水可能な予備系列20を設置しているので、主系列10にトラブルが生じた場合でも純水を安定して製造することができる。また、高圧ボイラに純水が安定して供給されるので、船舶を次の寄港地まで航行させることができる。
 上記実施の形態では、淡水タンク1内の淡水を予備系列20へ供給する配管21は淡水タンク1に直接に接続されているが、該配管21は配管2から分岐されてもよい。
 上記実施の形態ではMF膜装置5が用いられているが、UF膜装置が用いられてもよい。これらの膜装置は省略されてもよい。図1,2では、RO装置6は1段だけ図示されているが、2段以上に設置されてもよい。
 イオン交換樹脂装置26は、省スペースである;立ち上がりが早い;原水水質の変動に耐えられる;メンテナンス作業が簡易または不要である等の特徴を有している。イオン交換樹脂装置は、電気脱イオン装置等に比べて、破過までの寿命が短いが、次の寄港地まで短期間だけ安定して脱塩処理できればよいので、予備系列20にイオン交換樹脂装置を用いることができる。特に装置の単純化による省スペース化を図るため非再生型のイオン交換樹脂装置とすることが好ましい。
 イオン交換樹脂装置としては1塔のみ、または2塔直列で配置すればよい。2塔の場合、カチオン交換→アニオン交換、アニオン交換→カチオン交換、アニオン・カチオン混合→アニオン・カチオン混合など各種の組み合わせを採用することができる。また、塔内に層状態でカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を充填する方式や、塔内に水平遮水板で上室・下室に区分すると共に上室から排水して下室に導入する配管を設ける方式など1塔でカチオン交換・アニオン交換の2段処理を行うようにしてもよい。
 より安定処理が求められる場合には、図2の通り予備系列においてMF膜装置25やUF膜装置などにより膜濾過処理を行うことが好ましい。
 主系列10とは異なる除去メカニズムの予備系列20を設置することにより、主系列と同じ原因でのトラブルを回避できるというメリットもある。
 図2の場合、主系列10が正常運転している間は、予備系列20は基本的に脱塩には使用せず、浸漬状態で通水停止してもよいが、菌の発生を抑制して、切替え後にすぐに採水できるように、配管28を用いて予備系列20内で水を循環させてスタンバイしておくことが好ましい。
 この場合、予備系列内の水温の上昇(50℃超)やイオン交換樹脂からの溶出有機物の蓄積が懸念されるため、定期的に系外にブローするなどして水温や水質が所定範囲内になるよう制御するのが好ましい。また、配管28からの戻り水を淡水タンク1に戻すと、大気中のCOが溶解した水を取込むことになりイオン交換樹脂に負荷がかかるので、配管23に返送するのが好ましい。
 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
 本出願は、2018年3月23日付で出願された日本特許出願2018-056367に基づいており、その全体が引用により援用される。
 1 淡水タンク
 6 RO装置
 10 主系列
 11 電気脱イオン装置
 18 スライムコントロール剤添加装置
 20 予備系列
 26 イオン交換樹脂装置

Claims (6)

  1.  被処理水を少なくともRO装置によって処理して純水を製造する純水製造装置において、該被処理水、該RO装置への給水、及び該RO装置の濃縮水の少なくとも1つに、硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤を添加する添加手段を備えたことを特徴とする純水製造装置。
  2.  被処理水を少なくとも前記RO装置で処理して純水を製造する主系列と、該主系列に対し直列又は並列に通水可能な、純水製造用の予備系列とを有することを特徴とする請求項1の純水製造装置。
  3.  船舶搭載用である請求項1又は2の純水製造装置。
  4.  前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する請求項2又は3の純水製造装置。
  5.  前記RO装置の透過水を処理する電気脱イオン装置を有する請求項2~4のいずれかの純水製造装置。
  6.  前記スライムコントロール剤は、ヒドラジンである請求項1~5のいずれかの純水製造装置。
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