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水污染控制工程(下)主講:成官文水污染控制工程(下)1教學要求:1、掌握生物膜法的微生物學特征和工藝特征2、掌握高負荷生物濾池、曝氣生物濾池、塔式生物濾池以及生物轉盤三相傳質和工藝運行特點。3、掌握生物接觸氧化特點及其工藝設計教學時數(shù):8h第五章污水的生理處理-生物膜法教學要求:第五章污水的生理處理-生物膜法2一、概述生物膜——是使細菌、放線菌、藍綠細菌一類的微生物和原生動物、后生動物、藻類、真菌一類的真核微生物附著在濾料或某些載體上生長繁殖,并在其上形成膜狀生物污泥。生物膜法:污水經過從前往后具有細菌→原生動物→后生動物、從表至里具好氧→間氧→厭氧的生物處理系統(tǒng)而得到凈化的生物處理技術。一、概述生物膜——是使細菌、放線菌、藍綠細菌31、生物構造及其對有機物的降解構造:生物膜(好氧層+兼氧層+厭氧層)+附著水層(高親水性)。微生物:沿水流方向為細菌——原生動物——后生動物的食物鏈或生態(tài)系統(tǒng)。具體生物以菌膠團為主、輔以球衣菌、藻類等,含有大量固著型纖毛蟲(鐘蟲、等枝蟲、獨縮蟲等)和游泳型纖毛蟲(楯纖蟲、豆形蟲、斜管蟲等),它們起到了污染物凈化和清除池內生物(防堵塞)作用。污染物:重→輕(相當多污帶→α中污帶→β中污帶→寡污帶).供氧:借助流動水層厚薄變化以及氣水逆向流動,向生物膜表面供氧。傳質與降解:有機物降解主要是在好氧層進行,部分難降解有機物經兼氧層和厭氧層分解,分解后產生的H2S,NH3等以及代謝產物由內向外傳遞而進入空氣中,好氧層形成的NO3--N、NO2--N等經厭氧層發(fā)生反硝化,產生的N2也向外而散入大氣中。生物膜更新:經水力沖刷,使膜表面不斷更新(DO及污染物),維持生物活性(老化膜固著不緊)。1、生物構造及其對有機物的降解42、生物膜的主要特征:1)微生物相方面的特征:a、參與凈化反應微生物多樣化。與活性污泥法相比,膜法具有更好的生物多樣性,生物膜固著在載體上時間長或生物平均停留時間(泥齡)長,其除細菌廣泛存在外,世代時間長、比增殖速度小的微生物,如硝化菌等也大量存在,此外,絲狀菌,藻類眾多,線蟲、纖毛蟲、輪蟲以及昆蟲等也都較廣泛地存在(見P200表5-1)。b、食物鏈長,污泥產率低。生物膜的生物中動物性營養(yǎng)所占比例較大,能棲息高營養(yǎng)水平的生物,其在捕食性纖毛蟲,線蟲之上還棲息有寡毛類和昆蟲,因而污泥少。c、能夠存活世代較長的微生物,在生物膜法中,Qc與污水的停留時間無關,因此硝化細菌等可以增值(特別是在冬季低溫)。d、可分段運行,形成優(yōu)勢微生物種群,提高降解能力。2、生物膜的主要特征:52)工藝方面的特征:a、對水質水量變動有較強適應性——順水流方向形成了微生態(tài)系統(tǒng)。b、污泥沉降性能好,宜于固液分離。膜法污泥的生物組分中動物所占比重較大,含水率相對低,且剝落泥塊體積較大,故沉降性能好,宜固液分離。但若厭養(yǎng)層過厚,剝落污泥中有輕散顆粒,影響出水水質。c、能處理低濃度污水。生物膜能處理活性污泥法不能處理的低濃度污水和微污染的原水,使B0D5降至5-10mg/L。d、易于維護管理、節(jié)能。無污泥回系統(tǒng),甚至無曝氣系統(tǒng),節(jié)能并易運行管理。與活性污泥法相比:①活性污泥法系人工強化生物處理系統(tǒng),生物量大,處理能力強,而膜法更趨于自然凈化原理。②活性污泥法為人工強化三相傳質,膜法趨向濃度差擴散傳質,傳質效果較活性污泥差,處理效率較活性污泥差。③適于工業(yè)廢水處理站和小規(guī)模生活污理廠。2)工藝方面的特征:6二、生物濾池

1、概述;原理:土壤自然凈化原理進展:早期濾料為石頭,磚塊、陶料等。其掛膜后易堵塞,且負荷低;隨著濾料輕質化,濾料可以高架與濾料層變厚,因而可以增加水力負荷,改善氣液傳質,提高負荷(形成高負荷生物濾池);也可以通過曝氣傳質、提高負荷(接觸氧化)。2、普通生物濾池:(現(xiàn)在少見,只需要了解)構造:池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)(P204圖5-2)。a、池體、一般深2~2.5m,池壁超高0.5~0.9m(防風),其底部為承托層(排水系統(tǒng)和大塊濾料(起支撐、排水以及通水)中部為工作層(掛膜),上部為配水系統(tǒng),壁可設孔也可不開孔,開孔在冬季有影響。二、生物濾池1、概述;原理:土壤自然凈化原理7b、濾料:碎石、卵石、爐渣、焦炭等,總厚度1.5~2.0m,其中工作層1.3-1.8m,粒徑20-40mm;承托層0.2m,粒徑70-100mm。這種濾料比表面積較大,且較粗糙,易掛膜,孔隙率一般,利于供氧與傳質,且易就地取材,但材料比重大,荷載重,工作層不厚,工作效率不變,占地大。c、布水裝置:固定噴咀式布水系統(tǒng)——即投配池、布水管、噴咀組成。污水流入投配池是連續(xù)的,但布水是間歇式,噴水周期5-8min。投配池內設虹吸裝置(間歇供水,使濾料排水后間歇充氧,生物膜再生)。排水干管布設在濾池表面下0.5-0.8m,支(豎)管依據(jù)噴咀服務半徑設置,高出濾料之上0.15-0.2m,豎管上安裝噴咀,通過噴咀均勻布水。d、排水系統(tǒng):包括滲水裝置、匯水溝、總排水溝(或集水槽),見圖5-2,匯水溝i=0.01-0.02(橫向)、集水槽i=0.05-0.01(縱向-書中出錯)。作用:排放處理后出水,保證間歇階段的通風(底部h≥0.6m);匯水溝寬0.15m,間距2.5-4.0m(與布水間距一致);排水溝內流速>0.7m/s;滲水裝置可以是大塊濾料,也可以是圖5-4混凝土板,滲水裝置排水口面積占濾池總面積的20%以上。b、濾料:碎石、卵石、爐渣、焦炭等,總厚度1.5~2.0m,83、高負荷生物濾池:1)特征:通過限制進水BOD值(≤200mg/L)或采用處理水回流,均化水質,提高或加大水力負荷(10倍),及時沖刷和更新過厚生物膜,保持較高生物活性,改善處理環(huán)境狀況(抑制厭氧、減少臭味散發(fā))。設原污水量Q、回流水量QR、則回流比R=QR/Q,噴總水量(1+R)Q,進水BOD濃度Sa=(S0+RSe)/(1+R),具體工藝回流比R建議值見P207表5-3,城市生活污水一般一段1.5,二段各段1.0;對工業(yè)廢水可參照選取。3、高負荷生物濾池:92)工藝流程a、一段法(見P207圖5-5共5種典型流程)部分污泥回流,圖中排剩余污泥無。工藝1:污泥回流初沉池,濾池出水回流濾池,利于改善水力負荷,減輕二沉池負荷。工藝2:污泥回流初沉池,二沉池出水回流過濾池,(較工藝1比,二沉池負荷略重)。工藝3:污泥與二沉池出水同時回流初沉池,加大初沉池負荷(二者回流量大)。工藝4:具有吸附再生工藝特點,但出水水質差,初沉水力負荷大。工藝5:濾池出水與污泥均回流到初沉池,初沉水力負荷大2)工藝流程10b、當污水濃度較高時或對處理出水要求較高時,建議考慮二段法(見P208圖5-6、7)。二段法強化了優(yōu)勢生物種群,但第二段因污染物少或負荷率低,生物膜生長差,其容積負荷未充分發(fā)揮。但二段法能很好解決一段法生物膜積存與堵塞現(xiàn)象。為充分發(fā)揮二段法工藝效果與作用,建議采用圖5-7的交替出水工藝。。b、當污水濃度較高時或對處理出水要求較高時,建議考慮二段法(113)構造特點:構造與普通生物濾池同(池體、濾料、出水與排水系統(tǒng)),不同之處如下:a、池形.圓形(P210圖5-9)b、濾料:聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的人工濾料,濾料質輕、耐蝕、高強,呈波狀、管狀和蜂窩狀,使濾料表面積大,空隙率高(具體見P209表5-4)。當采用自然通風時,濾層厚度≤2m,其中工作層1.8m,承托層0.2m;當采用人工通風時,濾層厚度2~4m。c、施轉式排水器(見P216圖5-10),在橫管的同一側開有一系列間距不等的孔口,中心疏,二頭密,使污水從孔口噴出時產生反作用力,從而反向自由旋轉布水(間歇或周期)。豎管連接裝置具體見P210圖5-8。3)構造特點:124)裝置的需氧與供氧a、生物膜量:由于在不同厚度的污水濃度不一樣,其微生物量不一樣,進水端生物膜厚,出水端生物膜薄,故生物量計算困難。生物膜量計算有二種方法。一種是測膜的厚度(不同深度)—用顯微鏡,后按表面積計算;另一種方法是稱重法,先取定量的濾料或一定面積的膜稱重,掛膜后再取一定量濾料或一定面積的濾料稱重(烘干),得出單個濾料或單位面積的生物量。b、需氧量O2=a′BODr+b′P=a′Sa+b′P=a′(S0-Se)+b′P式中:a′:降解1KgBOD5所需氧量。對城市污水取1.46.b′:單位重量生物膜的所需氧量,取值:對城市污水0.18kg/kg.P:每m3濾料上的生物膜量。4)裝置的需氧與供氧13C、濾池供氧:生物濾池供氧是通過氣水逆向運動,由污水或膜表面擴散傳質的。其通風傳質的影響因素有:濾池內外的溫差、風力、濾料類型、水力負荷(布水量),其中主要是溫差。由于濾池內部溫度較水溫略高(冬季),空氣向上流動;夏季濾池內溫度低于池外氣溫,空氣下向流動。溫差與空氣流速的關系為:V=0.075×⊿T-0.15(m/min),當溫差=2℃時,V=O,供氧效果不好。一般情況下溫差在6℃左右,V=0.3m/min=432m/d.,即每m3濾料通過氣量432m3,總供氧量432×0.28=120.96kg。盡管其氧的利用率低(5%左右),但供氣富裕,實際可利用氧量≥6kg/m3。故采用BOD負荷1.2kg/m3·d時,供氧是沒問題的。C、濾池供氧:14①池體:一般采用負荷法計算。取值:容積負荷1.2kgBOD5/(m3濾料.d);表面面積負荷1.1~2kgBOD5/(m3濾料.d);水力負荷10-30m3/(m3.d),其主要取決于污水濃度或回流比:a、進水濃度(BOD)Sa=αSe(Se為出水濃度),α見表5-5的取值,它反映了其可降解的能力(-1)Se。b、回流稀釋倍數(shù)n=(S0-Sa)/(Sa-Se)c、濾料容積V=Q(n+1)Sa/NV為容積負荷.d、濾池表面積A=V/DD為濾料層高度?;虬幢砻尕摵捎嬎鉇=Q(n+1)Sa/NANA面積負荷或按水力負荷計算A=Q(n+1)/NqNq水力負荷例題見213例5-2①池體:一般采用負荷法計算。15②旋轉布水器計算與設計。a、旋轉布水器的直徑D′=D-200mm(D濾池直徑)b、布水橫管的數(shù)目及其管徑D〞,橫管數(shù)目一般2-4根選擇數(shù)目依據(jù)管中流速v=0.5~1.0m/sD〞=(q/4v)0.5q設計流量。c、布水橫管的出水孔口數(shù)(m)、孔口直徑(d)及每個孔口距池中心的距離(ri)設計依據(jù):V>0.5m/s以及每個孔口的噴灑面積基本相等。則m=1/[1-(1-a/D′)a為最末端2個出流孔口間距的2倍,取0.08m;出口孔徑一般10-15mm,不得小于10mm。每個出流孔口距濾池中心的距離(ri)ri=R(i/m)0.5(中間間距大、外側小)R為布水半徑(D′/2),i為從池中心算起,每個孔口的排列順序,一般從300mm,開始逐步減少到40mm。②旋轉布水器計算與設計。16d.每分鐘的施轉周數(shù)n=34.78×106/m·d2·D′e.工作水頭(包括沿程水程、局部水損,而局部水損又含孔口阻力,管口降速水頭)∴H=h1+h2+h3,其中h1=294D·q2/103k2式中:h1=294×Dq2/103k2(沿程)h2=256×106q2/m2d4(孔口局部水損)h3=81×106q2/D〞4(流速恢復水頭)(孔口局部水損)(流速恢復水頭)k的取值見表5-6C阻力系數(shù)=式中n為粗糙系數(shù)。R為水力強。書中已降K的經驗值編成表5-6,直接查閱∴按上式計算,所需H一般為0.2—1.0m,水頭較?。ú妓鞯膬?yōu)點),實踐證明,上述計算結果偏小(<實際水頭),工程設計中應在計算結果上放大50%-100%。d.每分鐘的施轉周數(shù)n=34.78×106/m·d2·D′17水污染控制工程(下)主講:成官文水污染控制工程(下)18教學要求:1、掌握生物膜法的微生物學特征和工藝特征2、掌握高負荷生物濾池、曝氣生物濾池、塔式生物濾池以及生物轉盤三相傳質和工藝運行特點。3、掌握生物接觸氧化特點及其工藝設計教學時數(shù):8h第五章污水的生理處理-生物膜法教學要求:第五章污水的生理處理-生物膜法19一、概述生物膜——是使細菌、放線菌、藍綠細菌一類的微生物和原生動物、后生動物、藻類、真菌一類的真核微生物附著在濾料或某些載體上生長繁殖,并在其上形成膜狀生物污泥。生物膜法:污水經過從前往后具有細菌→原生動物→后生動物、從表至里具好氧→間氧→厭氧的生物處理系統(tǒng)而得到凈化的生物處理技術。一、概述生物膜——是使細菌、放線菌、藍綠細菌201、生物構造及其對有機物的降解構造:生物膜(好氧層+兼氧層+厭氧層)+附著水層(高親水性)。微生物:沿水流方向為細菌——原生動物——后生動物的食物鏈或生態(tài)系統(tǒng)。具體生物以菌膠團為主、輔以球衣菌、藻類等,含有大量固著型纖毛蟲(鐘蟲、等枝蟲、獨縮蟲等)和游泳型纖毛蟲(楯纖蟲、豆形蟲、斜管蟲等),它們起到了污染物凈化和清除池內生物(防堵塞)作用。污染物:重→輕(相當多污帶→α中污帶→β中污帶→寡污帶).供氧:借助流動水層厚薄變化以及氣水逆向流動,向生物膜表面供氧。傳質與降解:有機物降解主要是在好氧層進行,部分難降解有機物經兼氧層和厭氧層分解,分解后產生的H2S,NH3等以及代謝產物由內向外傳遞而進入空氣中,好氧層形成的NO3--N、NO2--N等經厭氧層發(fā)生反硝化,產生的N2也向外而散入大氣中。生物膜更新:經水力沖刷,使膜表面不斷更新(DO及污染物),維持生物活性(老化膜固著不緊)。1、生物構造及其對有機物的降解212、生物膜的主要特征:1)微生物相方面的特征:a、參與凈化反應微生物多樣化。與活性污泥法相比,膜法具有更好的生物多樣性,生物膜固著在載體上時間長或生物平均停留時間(泥齡)長,其除細菌廣泛存在外,世代時間長、比增殖速度小的微生物,如硝化菌等也大量存在,此外,絲狀菌,藻類眾多,線蟲、纖毛蟲、輪蟲以及昆蟲等也都較廣泛地存在(見P200表5-1)。b、食物鏈長,污泥產率低。生物膜的生物中動物性營養(yǎng)所占比例較大,能棲息高營養(yǎng)水平的生物,其在捕食性纖毛蟲,線蟲之上還棲息有寡毛類和昆蟲,因而污泥少。c、能夠存活世代較長的微生物,在生物膜法中,Qc與污水的停留時間無關,因此硝化細菌等可以增值(特別是在冬季低溫)。d、可分段運行,形成優(yōu)勢微生物種群,提高降解能力。2、生物膜的主要特征:222)工藝方面的特征:a、對水質水量變動有較強適應性——順水流方向形成了微生態(tài)系統(tǒng)。b、污泥沉降性能好,宜于固液分離。膜法污泥的生物組分中動物所占比重較大,含水率相對低,且剝落泥塊體積較大,故沉降性能好,宜固液分離。但若厭養(yǎng)層過厚,剝落污泥中有輕散顆粒,影響出水水質。c、能處理低濃度污水。生物膜能處理活性污泥法不能處理的低濃度污水和微污染的原水,使B0D5降至5-10mg/L。d、易于維護管理、節(jié)能。無污泥回系統(tǒng),甚至無曝氣系統(tǒng),節(jié)能并易運行管理。與活性污泥法相比:①活性污泥法系人工強化生物處理系統(tǒng),生物量大,處理能力強,而膜法更趨于自然凈化原理。②活性污泥法為人工強化三相傳質,膜法趨向濃度差擴散傳質,傳質效果較活性污泥差,處理效率較活性污泥差。③適于工業(yè)廢水處理站和小規(guī)模生活污理廠。2)工藝方面的特征:23二、生物濾池

1、概述;原理:土壤自然凈化原理進展:早期濾料為石頭,磚塊、陶料等。其掛膜后易堵塞,且負荷低;隨著濾料輕質化,濾料可以高架與濾料層變厚,因而可以增加水力負荷,改善氣液傳質,提高負荷(形成高負荷生物濾池);也可以通過曝氣傳質、提高負荷(接觸氧化)。2、普通生物濾池:(現(xiàn)在少見,只需要了解)構造:池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)(P204圖5-2)。a、池體、一般深2~2.5m,池壁超高0.5~0.9m(防風),其底部為承托層(排水系統(tǒng)和大塊濾料(起支撐、排水以及通水)中部為工作層(掛膜),上部為配水系統(tǒng),壁可設孔也可不開孔,開孔在冬季有影響。二、生物濾池1、概述;原理:土壤自然凈化原理24b、濾料:碎石、卵石、爐渣、焦炭等,總厚度1.5~2.0m,其中工作層1.3-1.8m,粒徑20-40mm;承托層0.2m,粒徑70-100mm。這種濾料比表面積較大,且較粗糙,易掛膜,孔隙率一般,利于供氧與傳質,且易就地取材,但材料比重大,荷載重,工作層不厚,工作效率不變,占地大。c、布水裝置:固定噴咀式布水系統(tǒng)——即投配池、布水管、噴咀組成。污水流入投配池是連續(xù)的,但布水是間歇式,噴水周期5-8min。投配池內設虹吸裝置(間歇供水,使濾料排水后間歇充氧,生物膜再生)。排水干管布設在濾池表面下0.5-0.8m,支(豎)管依據(jù)噴咀服務半徑設置,高出濾料之上0.15-0.2m,豎管上安裝噴咀,通過噴咀均勻布水。d、排水系統(tǒng):包括滲水裝置、匯水溝、總排水溝(或集水槽),見圖5-2,匯水溝i=0.01-0.02(橫向)、集水槽i=0.05-0.01(縱向-書中出錯)。作用:排放處理后出水,保證間歇階段的通風(底部h≥0.6m);匯水溝寬0.15m,間距2.5-4.0m(與布水間距一致);排水溝內流速>0.7m/s;滲水裝置可以是大塊濾料,也可以是圖5-4混凝土板,滲水裝置排水口面積占濾池總面積的20%以上。b、濾料:碎石、卵石、爐渣、焦炭等,總厚度1.5~2.0m,253、高負荷生物濾池:1)特征:通過限制進水BOD值(≤200mg/L)或采用處理水回流,均化水質,提高或加大水力負荷(10倍),及時沖刷和更新過厚生物膜,保持較高生物活性,改善處理環(huán)境狀況(抑制厭氧、減少臭味散發(fā))。設原污水量Q、回流水量QR、則回流比R=QR/Q,噴總水量(1+R)Q,進水BOD濃度Sa=(S0+RSe)/(1+R),具體工藝回流比R建議值見P207表5-3,城市生活污水一般一段1.5,二段各段1.0;對工業(yè)廢水可參照選取。3、高負荷生物濾池:262)工藝流程a、一段法(見P207圖5-5共5種典型流程)部分污泥回流,圖中排剩余污泥無。工藝1:污泥回流初沉池,濾池出水回流濾池,利于改善水力負荷,減輕二沉池負荷。工藝2:污泥回流初沉池,二沉池出水回流過濾池,(較工藝1比,二沉池負荷略重)。工藝3:污泥與二沉池出水同時回流初沉池,加大初沉池負荷(二者回流量大)。工藝4:具有吸附再生工藝特點,但出水水質差,初沉水力負荷大。工藝5:濾池出水與污泥均回流到初沉池,初沉水力負荷大2)工藝流程27b、當污水濃度較高時或對處理出水要求較高時,建議考慮二段法(見P208圖5-6、7)。二段法強化了優(yōu)勢生物種群,但第二段因污染物少或負荷率低,生物膜生長差,其容積負荷未充分發(fā)揮。但二段法能很好解決一段法生物膜積存與堵塞現(xiàn)象。為充分發(fā)揮二段法工藝效果與作用,建議采用圖5-7的交替出水工藝。。b、當污水濃度較高時或對處理出水要求較高時,建議考慮二段法(283)構造特點:構造與普通生物濾池同(池體、濾料、出水與排水系統(tǒng)),不同之處如下:a、池形.圓形(P210圖5-9)b、濾料:聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的人工濾料,濾料質輕、耐蝕、高強,呈波狀、管狀和蜂窩狀,使濾料表面積大,空隙率高(具體見P209表5-4)。當采用自然通風時,濾層厚度≤2m,其中工作層1.8m,承托層0.2m;當采用人工通風時,濾層厚度2~4m。c、施轉式排水器(見P216圖5-10),在橫管的同一側開有一系列間距不等的孔口,中心疏,二頭密,使污水從孔口噴出時產生反作用力,從而反向自由旋轉布水(間歇或周期)。豎管連接裝置具體見P210圖5-8。3)構造特點:294)裝置的需氧與供氧a、生物膜量:由于在不同厚度的污水濃度不一樣,其微生物量不一樣,進水端生物膜厚,出水端生物膜薄,故生物量計算困難。生物膜量計算有二種方法。一種是測膜的厚度(不同深度)—用顯微鏡,后按表面積計算;另一種方法是稱重法,先取定量的濾料或一定面積的膜稱重,掛膜后再取一定量濾料或一定面積的濾料稱重(烘干),得出單個濾料或單位面積的生物量。b、需氧量O2=a′BODr+b′P=a′Sa+b′P=a′(S0-Se)+b′P式中:a′:降解1KgBOD5所需氧量。對城市污水取1.46.b′:單位重量生物膜的所需氧量,取值:對城市污水0.18kg/kg.P:每m3濾料上的生物膜量。4)裝置的需氧與供氧30C、濾池供氧:生物濾池供氧是通過氣水逆向運動,由污水或膜表面擴散傳質的。其通風傳質的影響因素有:濾池內外的溫差、風力、濾料類型、水力負荷(布水量),其中主要是溫差。由于濾池內部溫度較水溫略高(冬季),空氣向上流動;夏季濾池內溫度低于池外氣溫,空氣下向流動。溫差與空氣流速的關系為:V=0.075×⊿T-0.15(m/min),當溫差=2℃時,V=O,供氧效果不好。一般情況下溫差在6℃左右,V=0.3m/min=432m/d.,即每m3濾料通過氣量432m3,總供氧量432×0.28=120.96kg。盡管其氧的利用率低(5%左右),但供氣富裕,實際可利用氧量≥6kg/m3。故采用BOD負荷1.2kg/m3·d時,供氧是沒問題的。C、濾池供氧:31①池體:一般采用負荷法計算。取值:容積負荷1.2kgBOD5/(m3濾料.d);表面面積負荷1.1~2kgBOD5/(m3濾料.d);水力負荷10-30m3/(m3.d),其主要取決于污水濃度或回流比:a、進水濃度

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