CN104355431A - 一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,含盐废水收集箱、一级前置过滤器、一级膜浓缩增压泵、一级振动膜过滤装置、脱盐水箱之间采用管道连接,构成一级回收单元;一级振动膜过滤装置产生的浓缩液进入一次浓缩液箱,一次浓缩液箱依次与二级前置过滤器、二级膜浓缩增压泵和二级振动膜过滤装置构成二级浓缩单元,二级振动膜过滤装置产水进入脱盐水箱,浓缩液进入二次浓缩液箱;脱盐水箱内产水再经过反渗透保安过滤器和反渗透膜装置进入成品水箱,反渗透膜装置产水的浓缩液回流至含盐废水收集箱中。本发明不需要复杂的预处理工艺,无需对废水进行软化、除油等措施,大大缩短了处理工艺流程,降低了***投资成本和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及高含盐废水处理回收利用领域,更具体地说,涉及一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备。
背景技术
高盐废水是指含盐量质量分数至少1%的废水,这类废水大多含有高浓度无机盐、难降解有机物、重金属以及SS等,很难进行生物处理。生物难降解有机污染物,是指被微生物分解时速度很慢、分解又不彻底的有机物,也包括某些有机物的代谢产物,这类污染物化学稳定性好,在环境中存在的时间长,可通过食物链富集,危害人类健康。
高含盐废水主要来自于工业水处理反渗透***产生浓缩液和化工、制药等企业生产产生的高盐废水。反渗透技术在20世纪末得到了快速的发展,其应用已经渗透到人们生活和生产的各个方面。反渗透膜是被广泛应用于石油化工、电力、生物工程、医药和保健、食品工程等行业工业给水领域,但反渗透膜***只有70~80%的水利用率,使其产生20%~30%的浓缩液排放,产生大量的含盐废水。另外,随着我国行业的快速发展,难降解高盐度废水所带来的环境污染和危害问题也越来越严重,直接导致水质矿化度显著提高,加速盐碱化、沙漠化进程,给生态环境带来严重的负面影响。
随着水资源的短缺,废水(高含盐)的处理回收利用越来越受到人们的重视,同时,由于人口增长和工业发展,环境污染日益严重,废水零排放的需求与日俱增。
目前,废水主要有两种处理方式:非生物法(物理、化学)和生物法。虽然生物法是比较经济的废水处理办法,但由于含盐废水高含盐量,严重抑制了生物活性,不利于废水的生化处理。因此,采用生物处理高盐废水目前还未取得实质性的突破,还有待进一步研究。
因此,能对高盐废水回收利用和实现零排放的方法依然是采用物理化学的方法,目前主流的处理方法通常采用膜浓缩和蒸发的方式进行。由于高盐废水通常伴随着高悬浮物、高盐度和重金属、甚至有时含有石油类物质等,若采用传统的反渗透膜进行浓缩回收,则需要非常复杂的预处理,先必须除去水中的SS、硬度和油类物质,才能进入反渗透***进行处理,这样大大的增加了***的复杂性和处理成本,而且,普通的卷式膜通常只能处理含盐量低于2%的废水,虽然海水淡化膜可以处理含盐量在3.5%~4.5%的废水,但卷式膜非常容易结垢,进水要求极高,维护困难;同样,采用蒸发的方式也需要进行复杂的预处理使进水较为洁净才能进行蒸发处理,通常需要严格控制进水SS、COD、含油量、硬度指标等,而且直接蒸发势必需要消耗大量的能源,经济性较差。
因此,高盐复杂废水的处理回收利用及零排放技术,一直是环保领域的一个重要的研究课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,提供一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,无需进行复杂预处理,可以实现短流程、简洁、经济、零排放的处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,包括含盐废水收集箱、一级前置过滤器、一级膜浓缩增压泵、一级振动膜过滤装置、脱盐水箱、一次浓缩液箱、二级前置过滤器、二级膜浓缩增压泵、二级振动膜过滤装置、二次浓缩液箱、反渗透膜装置和成品水箱;
含盐废水收集箱、一级前置过滤器、一级膜浓缩增压泵、一级振动膜过滤装置、脱盐水箱之间采用管道连接,构成一级回收单元;一级振动膜过滤装置产生的浓缩液进入一次浓缩液箱,一次浓缩液箱依次与二级前置过滤器、二级膜浓缩增压泵和二级振动膜过滤装置构成二级浓缩单元,二级振动膜过滤装置产水进入脱盐水箱,浓缩液进入二次浓缩液箱;脱盐水箱内产水再经过反渗透保安过滤器和反渗透膜装置进入成品水箱,反渗透膜装置产水的浓缩液回流至含盐废水收集箱中。
上述方案中,所述一级振动膜过滤装置和二级振动膜过滤装置包括过滤单元、扭力连杆、振动盘、高频振动电机、机架、连接管、控制***组成,过滤单元为叠式反渗透,过滤单元通过扭力连杆连接到振动盘,高频振动电机固定在振动盘上,电机运转产生的振动传递到振动盘,振动盘将振动传递到扭力连杆,产生共振。
上述方案中,所述一级振动膜过滤装置的运行压力在2.5MPa~3.5MPa之间,所述二级振动膜过滤装置的运行压力在4.0MPa~5.5MPa之间。
上述方案中,所述二次浓缩液箱还连接蒸发结晶***,蒸发结晶***包括废水进料单元、废水循环单元、热交换及热补充单元和结晶盐滤除单元;
所述废水进料单元包括采用管道依次连接的废水收集箱、废水给水泵、前置过滤器和辅换热器;辅换热器的废水出口连接到废水循环单元主管上;
所述废水循环单元包括采用管道连接的闪蒸罐和循环泵,所述循环泵的出口管依次设置浓缩液回流接口和进料接口,分别连接至结晶盐回收单元和辅换热器;
所述热交换及热补充单元包括蒸汽压缩机、主换热器和蒸汽补充管,所述辅换热器热介质进口与主换热器二次的蒸汽出口连接,所述蒸汽压缩机进口连接闪蒸罐二次蒸汽出口,蒸汽压缩机的出口连接至所述主换热器的二次蒸汽进口,主换热器上设置一路外来蒸汽补充管,并设置冷凝水回流口;
所述结晶盐滤除单元包括结晶盐分离器,所述结晶盐分离器的进口连接循环泵的出口管的浓缩液回流接口,结晶盐分离器出口连接至废水收集箱。
上述方案中,所述辅换热器采用板式换热器。
上述方案中,所述闪蒸罐材质选用玻璃钢或不锈钢耐腐蚀衬里,其内的循环回流管为浸没式。
上述方案中,所述主换热器的废水流通流道采用人字型板片。
实施本发明的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,具有以下有益效果:
(1)本发明不需要复杂的预处理工艺,无需对废水进行软化、除油等措施,大大缩短了处理工艺流程,降低了***投资成本和维护成本;
(2)本发明采用的高频振动膜过滤***,其高频振动原理大大提高了膜过滤效率,同时降低了膜污堵和结垢的倾向,增强了膜的使用寿命;
(3)本***不需要像传统工艺投加大量的化学药剂,废水经过简单的过滤即可进入膜过滤***;
(4)由于过滤效率的提高,运行压力及能耗较传统膜设备降低30%以上;本发明工艺流程短,减少了设备,从而节省了设备占地面积。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备的示意图;
图2是蒸发结晶***的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示,本发明反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备包括含盐废水收集箱101、一级前置过滤器102、一级膜浓缩增压泵103、一级振动膜过滤装置104、脱盐水箱105、一次浓缩液箱106、二级前置过滤器107、二级膜浓缩增压泵108、二级振动膜过滤装置109、二次浓缩液箱、反渗透膜装置112和成品水箱。
高含盐废水进入含盐废水收集箱101,然后经管道进入一级前置过滤器102滤除大于150微米颗粒物,然后经一级膜浓缩增压泵103泵入一级振动膜过滤装置104,通过一级振动膜过滤装置104产生的脱盐水进入脱盐水箱105,而104产生的浓缩液则进入一次浓缩液箱106,一次浓缩液箱106中浓缩液经管道进入二级前置过滤器107滤除大颗粒物,然后通过二级膜浓缩增压泵108泵入二级振动膜过滤装置109,二级振动膜过滤装置109产生的脱盐水进入脱盐水箱105,脱盐水箱105中脱盐水经管道进入反渗透保安过滤器110,然后经过反渗透高压泵111泵入反渗透装置112,反渗透装置112产品水送到回用水用水点或产品水箱,反渗透装置112产生的浓缩液通过管道回流至废水收集箱101。
一级前置过滤器102和二级前置过滤器107过滤件材质采用双相不锈钢2501,流速控制在10m/h,过滤精度为150微米,主要用于滤除水中大颗粒杂质。
一级膜浓缩增压泵103和二级膜浓缩增压泵108的过流材质选用耐腐蚀双相不锈钢2507,采用多级立式离心泵。
一级振动膜过滤装置104和二级振动膜过滤装置109包括过滤单元、扭力连杆、振动盘、高频振动电机、机架、连接管、控制***。其中,过滤单元为叠式反渗透,采用开放式流道设计,流道宽度为2mm,过滤膜为反渗透膜片,材质为ESPA,其脱盐率通常在90%~95%。过滤单元通过扭力连杆连接到振动盘,高频振动电机固定在振动盘上,当电机通电运转时,会产生每秒50~60次的振动(其振动频率可采用变频器来调节电机),振幅为2mm,电机运转产生的振动传递到振动盘,振动盘将振动传递到扭力连杆,产生共振,这样过滤单元也会跟随产生高频振动,振动在膜表面产生剪切作用,可以有效提高膜的过滤效率,同时防止膜表面污堵和结垢。
一级振动膜过滤装置104的运行压力在2.5MPa~3.5MPa之间,进水流速控制在2~3m/s,运行通量20L/(m2·h),其脱盐率约为90%,回收率为55%~75%。一次浓缩后的浓缩液含盐量(wt%)通常在4.5%~5.5%,通常根据废水含盐量的高低来设定其回收率。
二级振动膜过滤装置109的运行压力在4.0MPa~5.5MPa之间,进水流速控制在2~3m/s,运行通量为15L/(m2·h),通过二级振动膜过滤装置109对一级振动膜过滤装置104产生的浓缩液进一步浓缩回收,其回收率可达50%;经过两级回收,***的废水的回收可高达90%~95%。二级排放的浓缩液排至二次浓缩液箱,二次浓缩液的含盐量(wt%)通常在8.5%~9.5%,二次浓缩液可采取蒸发的方式处理,实现废水零排放。
如图2所示为与二次浓缩液箱连接的蒸发结晶***,包括废水进料单元、废水循环单元、热交换及热补充单元和结晶盐滤除单元。
废水进料单元包括采用管道依次连接的废水收集箱201、废水提升泵202、前置过滤器203和辅换热器204;辅换热器204的废水出口连接到废水循环单元主管上。废水提升泵202其过流材质选用耐腐蚀双相不锈钢2501。前置过滤器203其过滤精度为100微米,流速小于10m/h,过滤网材质选用耐腐蚀双相不锈钢2501,其主要功能是滤除废水中的大颗粒物质。辅换热器204采用板式换热器,其板片材质采用耐磨损、耐腐蚀、耐酸高钼合金Al-6XN,辅换热器204内被设计为最大的流速和剪切率,以此来增加热传递效率和减小结垢现象;二次蒸汽经过辅换热器204后变为冷凝水回收利用。
废水循环单元包括采用管道连接的闪蒸罐205和循环泵206,循环泵206的出口管依次设置浓缩液回流接口和进料接口,分别连接至结晶盐回收单元和辅换热器204。循环泵206其过流材质选用耐磨损、耐腐蚀、耐酸高钼合金Al-6XN;其循环流量为给料流量的200~250倍。闪蒸罐205材质选用玻璃钢或不锈钢耐腐蚀衬里,其内的循环回流管采用浸没式设计,这样含有大量饱和蒸汽的过热水进入闪蒸罐205后,避免因持续沸腾产生大量的水雾和泡沫。
热交换及热补充单元包括蒸汽压缩机208、主换热器207和蒸汽补充管210,辅换热器204热介质进口与主换热器207二次的蒸汽出口连接,蒸汽压缩机208进口连接闪蒸罐205二次蒸汽出口,蒸汽压缩机208的出口连接至主换热器207的二次蒸汽进口,主换热器207上设置一路外来蒸汽补充管210,并设置冷凝水回流口。
主换热器207其废水采用升膜和降膜设计,废水流通流道采用人字型板片,最大限度的产生湍流,提升换热器换热效率,避免换热器结垢;主换热器207板片材质选用高钼合金Al-6XN,运行时控制其进出水温差在3℃以内,流速控制在3~6m/s,能有效避免结垢;***损失热量通过外来蒸汽管补充,通常热损失在4%~7%左右。补充蒸汽需要被引入主换热器207内部的一套独立的***。主换热器207的清洁(供热)端,被划分成2个系列,称为:工艺蒸汽系列和补充蒸汽系列。主换热器207的污浊(低温)端是一个独立的***,污水在该处循环,而清洁端与污浊端是公用的一个整体。
蒸汽压缩机208选用单级离心蒸汽压缩机208,其与蒸汽接触材质为316L。
结晶盐滤除单元包括结晶盐分离器209,结晶盐分离器209的进口连接循环泵206的出口管的浓缩液回流接口,结晶盐分离器209出口连接至废水收集箱201。
本发明采用的蒸发器的热交换器设置在蒸发罐外部。在蒸发罐内部没有挂膜降流管或其他元件。因此没有必要进入罐内进行维修或保养工作,这就使设备的维修保养非常容易。由于热交换器是外置式的,罐体就可以用玻璃钢来制作,这大大降低了对蒸发罐体的材质要求。
本发明闪蒸罐205内部使用了淹没式沸腾工艺,一个闪蒸罐205完成了蒸发器和结晶器两项工作。和其他MVR蒸发器不一样,在闪蒸罐205内不需要将盐和悬浮性固体物质去除。此外,淹没式沸腾工艺,最大限度地减少了压缩蒸汽***的水雾或泡沫的遗留,并且该工艺可以在很小的罐体内完成而不需要其它类型蒸发器的大型闪蒸罐205。
本发明采用的闪蒸罐205采用高流速循环工艺,这也是该***的独特之处。当蒸发器和结晶器***运行时,高流速再循环水泵,使水在闪蒸罐205与热交换器之间循环,并使***保持较高的热传递效率。这种高流速过程,产生机械摩擦,使换热器***表面不产生盐垢。(即溶液中的盐类晶体被水泵送入换热器,在换热过程中冲刷换热器盘片,从而实现清洁的目的。)
本发明采用的闪蒸罐205可应用于高TSS,高含有机物、高COD和高含盐的工况。当其他***易堵塞而失去热交换能力时,该***可以正常运行。
本发明蒸发结晶***的工作过程如下:
废水由废水收集箱201收集,经废水提升泵202通过前置过滤器203后,废水经过辅助热交换器进行预热处理输送到循环***内,经主换热器207换热后进入闪蒸罐205。废水自闪蒸罐205经循环泵206的大流量比循环中进入主换热器207,经换热后形成过热水(水中含有大量蒸汽),过热水循环至闪蒸罐205,产生大量二次蒸汽,蒸汽从闪蒸罐205顶部被抽入蒸汽压缩机208,被蒸汽压缩机208压缩后提高温度,进入主换热器207与废水进行换热。
污浊的废水通过循环泵206作用从闪蒸罐205分离室进入预-热交换器然后再进入闪蒸罐205分离室。该循环***内的水在辅换热器204内被设计为最大的流速和剪切率,以此来增加热传递效率和减小结垢现象。加之循环水流会被封闭在一个淹没式沸腾的条件下,该条件减缓了沸腾,由此缩放比例,在辅换热器204内将特定的废水闪蒸为蒸汽进入闪蒸罐205。
在闪蒸罐205分离容器内循环废水闪蒸后产生的蒸汽被叶轮式蒸汽压缩机208压缩升温。蒸汽压缩机208将水蒸汽的升温、升压,然后水蒸气被送到辅热交换器的清洁端。在辅热交换器内部,高温和高压的蒸汽通过盘片将其潜热传递给循环的污水,蒸汽凝结成过饱和水。
空气压缩机将过饱和冷凝液从主换热器207传输到辅换热器204,该辅换热器204将进水预加热,并且使出水冷却。通常情况下热损失为4-7%,补充热量和初始启动时所需热量可以通过蒸汽或电提供。补充蒸汽或热源液体需要被引入主换热器207内部的一套独立的***。主换热器207的清洁(供热)端,被划分成2个系列,称为:工艺蒸汽系列和补充蒸汽系列。主换热器207的污浊(低温)端是一个独立的***,污水在该处循环,而清洁端与污浊端是公用的一个整体。
当***运行时,循环污水被浓缩,蒸汽在闪蒸罐205内释放并被鼓风机移走。由于有新加入的污水,闪蒸罐205内液位保持稳定。热源物和废水的性质决定了污水可以被浓缩的程度。去除和控制干扰气流总是可以使浓缩污水保持最大的浓缩度。
反渗透装置用于对振动膜过滤***的产水进一步精制,反渗透装置运行压力在1.5MPa~2.0MPa之间,进水流速控制在2~3m/s,运行通量22L/(m2·h),其脱盐率约为97%,回收率为75%~80%。使其含盐量降低到200mg/L以内,使其达到更高的工业用水标准,普通反渗透所产生的浓缩液回流至废水收集箱。
本发明是对常规卷式反渗透膜无法进一步处理的反渗透浓水和高含盐水进行处理和回收利用,通常反渗透浓水的含盐量在3000mg/L~6000mg/L,可采用传统卷式膜进行一次回收,可回收60%~75%,经过传统膜回收后产生的浓缩液含盐量在1.2%~2%,若采用传统卷式膜,则无法进行有效浓缩和回收利用,可采取本发明的振动膜过滤***进行浓缩回收利用,采用本发明的方法可进一步回收80%~90%的浓缩液,至此,可使***总的水回收利用率达到95%~98%。而电力、化工、医药等工业会直接产生1.5%~6%的高含盐废水,采用常规的卷式膜浓缩成本太高,而且膜容易污堵和结垢,采用本发明的方法可将高盐废水直接浓缩回收利用,回收利用率可达50%~90%,剩余浓缩液则可采取自然蒸发或其他蒸发方式实现零排放。
本发明还提供了一个具体实施例如下:
选取某电厂脱硫废水和化水车间反渗透浓水、离子交换再生废水混合水,其中脱硫废水18m3/hr,化水车间废水4m3/hr,两者混合后进入本***共计22m3/hr。
综合高盐废水含盐量为2500mg/L,TSS为70mg/L,COD为95;经过一级振动膜处理后,回收废水12m3/hr,产品水含盐量TDS为2891mg/L,TSS为~0,COD为10.04;一级振动膜装置产生的浓缩液为10m3/hr,浓缩液含盐量为51910.98mg/L,COD为198.84,TSS为155.55mg/L;一级振动膜运行压力为3.45MPa,回收率为55%。详细水质见下表:
表1原水水质及一级振动膜处理后水质
一级振动膜装置产生的浓缩液为10m3/hr,浓缩液含盐量为51910.98mg/L,COD为198.84,TSS为155.55mg/L;经二级振动膜装置处理后,产品水含盐量TDS为6191.79mg/L,TSS为~0,COD为21.04;二级振动膜装置产生的浓缩液为5m3/hr,浓缩液含盐量为97630.18mg/L,COD为376.66,TSS为311.10mg/L;一级振动膜运行压力为6.21MPa,回收率为50%。
表2二级振动膜处理后水质
振动膜装置产生的脱盐水共计17m3/hr,经反渗透装置处理后含盐量为98.15mg/L,COD为0.33,TSS为~0。
表3反渗透膜处理后水质
通过本实例,本发明一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理和回用的方法及设备具有较好的适应性,实现高盐废水的高回收利用率,综合回收率为77%,且对于原水高含盐量、高硬度、高SS、高COD的情况下,无需复杂的预处理,即可实现高盐废水的高回用率。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,包括含盐废水收集箱、一级前置过滤器、一级膜浓缩增压泵、一级振动膜过滤装置、脱盐水箱、一次浓缩液箱、二级前置过滤器、二级膜浓缩增压泵、二级振动膜过滤装置、二次浓缩液箱、反渗透膜装置和成品水箱;
含盐废水收集箱、一级前置过滤器、一级膜浓缩增压泵、一级振动膜过滤装置、脱盐水箱之间采用管道连接,构成一级回收单元;一级振动膜过滤装置产生的浓缩液进入一次浓缩液箱,一次浓缩液箱依次与二级前置过滤器、二级膜浓缩增压泵和二级振动膜过滤装置构成二级浓缩单元,二级振动膜过滤装置产水进入脱盐水箱,浓缩液进入二次浓缩液箱;脱盐水箱内产水再经过反渗透保安过滤器和反渗透膜装置进入成品水箱,反渗透膜装置产水的浓缩液回流至含盐废水收集箱中。
2.根据权利要求1所述的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,所述一级振动膜过滤装置和二级振动膜过滤装置包括过滤单元、扭力连杆、振动盘、高频振动电机、机架、连接管、控制***组成,过滤单元为叠式反渗透,过滤单元通过扭力连杆连接到振动盘,高频振动电机固定在振动盘上,电机运转产生的振动传递到振动盘,振动盘将振动传递到扭力连杆,产生共振。
3.根据权利要求1所述的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,所述一级振动膜过滤装置的运行压力在2.5MPa~3.5MPa之间,所述二级振动膜过滤装置的运行压力在4.0MPa~5.5MPa之间。
4.根据权利要求1所述的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,所述二次浓缩液箱还连接蒸发结晶***,蒸发结晶***包括废水进料单元、废水循环单元、热交换及热补充单元和结晶盐滤除单元;
所述废水进料单元包括采用管道依次连接的废水收集箱、废水给水泵、前置过滤器和辅换热器;辅换热器的废水出口连接到废水循环单元主管上;
所述废水循环单元包括采用管道连接的闪蒸罐和循环泵,所述循环泵的出口管依次设置浓缩液回流接口和进料接口,分别连接至结晶盐回收单元和辅换热器;
所述热交换及热补充单元包括蒸汽压缩机、主换热器和蒸汽补充管,所述辅换热器热介质进口与主换热器二次的蒸汽出口连接,所述蒸汽压缩机进口连接闪蒸罐二次蒸汽出口,蒸汽压缩机的出口连接至所述主换热器的二次蒸汽进口,主换热器上设置一路外来蒸汽补充管,并设置冷凝水回流口;
所述结晶盐滤除单元包括结晶盐分离器,所述结晶盐分离器的进口连接循环泵的出口管的浓缩液回流接口,结晶盐分离器出口连接至废水收集箱。
5.根据权利要求4所述的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,所述辅换热器采用板式换热器。
6.根据权利要求4所述的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,所述闪蒸罐材质选用玻璃钢或不锈钢耐腐蚀衬里,其内的循环回流管为浸没式。
7.根据权利要求4所述的反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备,其特征在于,所述主换热器的废水流通流道采用人字型板片。
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