CN105110551B - 一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺 - Google Patents

一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺，包括供电***、曝气***和人工湿地***；曝气***包括风机、监测设备、曝气设备及曝气池；曝气设备包括若干曝气填料；该曝气填料包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构；该若干膜结构围绕中心座***周向间隔布置以呈花瓣式结构；该若干曝气填料相互串接以使中心座内部相互连通且形成过气通道；风机产生的气体由输气管路依次经过监测设备、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；人工湿地***包括池体，该池体上设有进水管及出水管；曝气***处理后的水经进水管进入人工湿地***。本发明具有耐污染负荷程度高，成本低，节省能源的优点。

Description

一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺
技术领域
本发明涉及一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺。
背景技术
人工湿地具有投资低、操作简单、维护和运行费用低等特点，同时能绿化土地，改善生态环境，是适合散居地区以及中、小城镇的污水处理技术。CN204079607U公开的一种人工湿地，从水力条件、曝气方式、填料选择等方面进行研究优化人工湿地池体内部结构设置，均匀布水，选用高性能填料并采用多孔空心球包裹填料，利用自然能分层曝气控制溶解氧的梯度分布，强化了人工湿地的污水处理效果，但其耐污染的负荷程度有限，对于一些污染程度严重的废水难以取得良好的处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺，具有耐污染负荷程度高，成本低，节省能源的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，包括供电***、曝气***和人工湿地***；
该曝气***包括风机、监测设备、曝气设备及曝气池；该风机、监测设备及曝气设备通过输气管路连通，监测设备设在风机与曝气设备之间；曝气设备包括若干曝气填料，该曝气填料包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构，该若干膜结构围绕中心座***周向间隔布置以呈花瓣式结构；该若干曝气填料相互串 接以使中心座内部相互连通且形成过气通道；风机产生的气体由输气管路依次经过监测设备、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；所述曝气***还包括调节池，调节池内的水通过输水管路进入曝气池；
人工湿地***包括池体，该池体上设有进水管及出水管；该池体通过进水管与所述曝气池连通，曝气***处理后的水经进水管进入人工湿地***。
一实施例中：所述曝气填料包括气母管及若干中空膜丝，该气母管即构成上述之中心座，该中空膜丝即为上述之膜结构，该若干中空膜丝围绕气母管***周向间隔布置构成上述之花瓣式结构；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；每一曝气填料之气母管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之气母管下端口连通，最上方的曝气填料之气母管上端口与输气管路连通，最下方的曝气填料之气母管下端口装接有一堵头。
一实施例中：所述曝气填料包括母接管及若干膜单元，该母接管即构成上述之中心座；该膜单元即为上述之膜结构，该若干膜单元围绕母接管周向间隔设置构成上述之花瓣式结构；该膜单元包括气母管及若干中空膜丝；气母管与母接管内部连通；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；中空膜丝中部的弯曲段通过一固定结构固定在膜单元之自由端；每一曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之母接管下端口连通，最上方的曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与输气管路连通，最下方的曝气填料之母接管下端口装接有一堵头。
一实施例中：所述中空膜丝为纤维膜制成，该纤维膜由从内到外的疏水层、支撑层、亲水层依次层合在一起形成。
一实施例中：所述中空膜丝的膜孔径小于3μm。
一实施例中：所述池体内由下往上依次设有至少二层填料层、生态植物层， 所述填料层内的填料由多孔空心球包裹，各填料层内的填料的粒径由下往上依次减小，且每一层填料层内布有曝气管道，所述曝气管道两侧沿池体外向上延伸，且曝气管道上设有通气孔；所述池体底部设有集水管；所述池体顶部设有屋顶。
一实施例中：所述曝气设备包括若干相互并联的曝气填料组，每一曝气填料组包括至少两个相互串接的曝气填料；所述监测设备为至少两个，各一曝气填料组对应各一监测设备。
一实施例中：所述曝气设备还包括普通填料，普通填料设于曝气填料之上方。
一实施例中：所述监测设备为转子式或气体流量计式；所述供电***为太阳能供电***，该太阳能供电***包括太阳能发电机与蓄电池；所述风机电接蓄电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***的处理工艺，曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；中空膜丝之比表面积大于600cm2/cm3；曝气***容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；曝气***处理水量0～500m3/d；人工湿地***占地面积小于1500m2；曝气池占地面积为人工湿地***占地面积的1/3～2/5；人工湿地***之每一填料层内的填料为细石、粗石或鹅卵石中的一种或几种，各填料层内的填料的粒径由下往上依次减小；生态植物层内种植的植物为芦苇、菖蒲、香蒲、鸢尾、美人蕉、富贵竹其中的一种或几种。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明的曝气填料采用了纤维膜制成的中空膜丝，在曝气的同时，纤维膜 还可以作为微生物生长的载体，利用微生物摄取污水中的污染物作为营养来净化废水，曝气还可以为附着在膜上的微生物供氧，相比传统不具有曝气功能的普通填料净化废水的效率更高。
2.常规曝气往往形成大量的空气泡，空气泡上升到水体表面，扩散到大气中，氧气的利用率低，而本发明的曝气填料的中空膜丝的膜孔径小于3μm，孔径小，产生的气泡小，且实际操作时可以将供氧压强控制在泡点(曝气时纤维膜壁上产生气泡的最低气体压强)以下，使得供氧过程中没有肉眼可见的气泡形成，以实现无泡曝气，无泡曝气能够使得大部分的氧气转化为水体中的溶解氧，水中溶氧能达到0.5-4mg/L，大大提高氧气利用率，氧气传质效率高，节约能源。
3.曝气填料中若干膜结构围绕中心座***周向间隔布置以呈花瓣式结构，填充密度高，提高了气体的利用率，进一步提高曝气效率。
4.本发明在风机与曝气填料之间设有监测设备，通过观察监测设备可以实时了解填料的运行情况。
5.本发明的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***及处理工艺，采用曝气***和人工湿地***双重处理，曝气***能够对污水进行预处理，有效防止了人工湿地***使用过程中常出现的堵塞问题，也提高了人工湿地***的处理负载水平；人工湿地***能够在曝气***的处理基础上，通过分层曝气形成溶解氧梯度分布，加强了硝化、反硝化作用以及磷的吸收，不仅能去除常规污染物，而且对氮、磷等营养物质具有明显的处理效果，曝气***和人工湿地***两者相辅相成，进一步强化了污水处理效果，相比单纯的人工湿地法，本发明耐污染的负荷程度更高，也就是说能够处理单纯人工湿地法所不能处理的污染更为严重的污水，且与其他水处理技术相比，在实现同样效果的情况下，其处理成本大大降低，节省了运行费用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***示意图。
图2为图1的A-A剖面示意图。
图3为本发明实施例1中的曝气填料剖面示意图。
图4为本发明实施例1中的曝气填料侧视示意图。
图5为本发明实施例1中的曝气填料俯视示意图。
图6为本发明实施例2中的曝气填料侧视示意图。
图7为本发明实施例2中的曝气填料俯视示意图。
图8为本 发明实施例3中的曝气填料整体外观示意图。
图9为本 发明实施例3中的膜单元结构示意图。
图10为本 发明实施例3中相互串接的曝气填料示意图。
附图标记：供电***10，太阳能发电机11，蓄电池12；曝气***20，风机21，监测设备22，调节池23，曝气填料24，气母管241、241’，中空膜丝242、242’，连接管243、243’，母接管244，膜单元245，固定结构246，普通填料25；池体30，进水管31，出水管32，填料层33，生态植物层34，曝气管道35，集水管36。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
请查阅图1-图2，一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，包括供电***10、曝气***20和人工湿地***；所述供电***10为太阳能供电***，包括太阳能发电机11与蓄电池12；曝气***20包括风机21、监测设备22、曝气设备及曝气池；该风机21、监测设备22及曝气设备通过输气管路连通；所述风 机21电接蓄电池12；曝气设备包括若干相互并联的曝气填料组，每一曝气填料组包括至少两个相互串接的曝气填料24；所述监测设备22为至少两个，设在风机22与曝气填料组之间；各一曝气填料组对应各一监测设备22；该曝气填料24包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构，该若干膜结构围绕中心座***周向间隔布置以呈花瓣式结构；每一曝气填料组中相互串接的曝气填料24之中心座内部相互连通且形成过气通道；风机21产生的气体由输气管路依次经过监测设备22、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；所述曝气***20还包括调节池23，调节池23内的水通过输水管路进入曝气池；
人工湿地***包括池体30，该池体30上设有进水管31及出水管32；该池体30通过进水管31与所述曝气池连通，曝气***20处理后的水经进水管31进入人工湿地***；进水管31由主管和支管构成，支管之间间距相等，均匀分布，保证进水的均匀性；所述池体30内由下往上依次设有三层填料层33、生态植物层34，每一填料层33内的填料可以为细石、粗石或鹅卵石中的一种或几种，填料由多孔空心球包裹，投加方便，而且多孔空心球和填料共同构成了微生物附着生长的场所，因此更有利于生物膜的生长；各填料层33内的填料的粒径由下往上依次减小；生态植物层34内种植的植物可以为芦苇、菖蒲、香蒲、鸢尾、美人蕉、富贵竹等其中的一种或几种，根系发达，耐污能力强，生长周期短，抗冻，经济价值和景观效果好；且每一层填料层33内布有曝气管道35，所述曝气管道35两侧沿池体外向上延伸，且曝气管道35上设有通气孔，起风时通过风能灌入带有氧气的空气，利用自然能进行曝气；所述池体30底部设有集水管36；所述池体30顶部设有屋顶。
本实施例之中，所述曝气填料24包括气母管241及若干中空膜丝242，该气母管241即构成上述之中心座，该中空膜丝242即为上述之膜结构，该若干中空 膜丝242围绕气母管241***周向间隔布置构成上述之花瓣式结构；每一中空膜丝242弯曲呈U型且其两端均与气母管241连通以使中空膜丝242内部与气母管241内部连通；且中空膜丝242两端与气母管241之连通处位于同一层面，即中空膜丝242弯曲呈U型后U型之两臂位于同一层如图4-5所示；每一曝气填料组中，每一曝气填料24之气母管241上端口直接或通过连接管243与上一个曝气填料24之气母管241下端口连通，最上方的曝气填料24之气母管241上端口直接或通过连接管243与输气管路之下端口连通，最下方的曝气填料24之气母管241下端口装接有一堵头。
本实施例之中，所述中空膜丝242为纤维膜制成，作为微生物生长的载体，该纤维膜由从内到外的疏水层、支撑层、亲水层依次层合在一起形成，且所述中空膜丝242的膜孔径小于3μm，孔径小，实际操作时将供氧压强控制在泡点(曝气时纤维膜壁上产生气泡的最低气体压强)以下，使得供氧过程中没有肉眼可见的气泡形成，以实现无泡曝气，提高氧气利用率，在曝气的同时为附着在膜上的微生物供氧，利用微生物摄取污水中的污染物作为营养来净化废水。
本实施例之中，所述曝气设备中可以全部设为曝气填料24，也可以包括不带有曝气功能的普通填料25，普通填料25设于曝气填料24之上方；这样，运行时，根据需要，可以使曝气设备整个区域都曝气，也可以使曝气设备上部不曝气而下部曝气，可以节约曝气量，降低能耗。
本实施例之中，所述监测设备22可以为转子式，即监测设备22内有转子，当气流通过的时候，转子可以转动，如果中空膜丝242堵塞，不能透气，则转子不动；如果转子转动迅速，说明气体流量很大，说明中空膜丝242有可能破损；通过观察转子的转动，可以了解曝气填料24运行情况。所述监测设备22也可以为气体流量计式，根据气体流量计的监测观察，可以据此推断中空膜丝242的污 染堵塞或破损情况：中空膜丝242破损，则气体流量大；中空膜丝242污染堵塞，则气体流量很小；曝气填料24正常运行，则气体流量在正常范围内。
本实施例实际使用时，通过太阳能供电***供电，待处理的水经调节池23收集、调节，然后进入曝气***20，风机21产生的气体由输气管路依次经过监测设备22进入曝气填料24之气母管241、通过气母管241进入中空膜丝242，再通过中空膜丝242上的膜孔向曝气池中曝气，提高水中的溶解氧，消除水体的缺氧状态，强化水体的自净作用；中空膜丝242本身作为微生物附着生长的载体，利用微生物的作用进一步加强对待处理的水的净化作用；曝气***20处理后的水经进水管31进入人工湿地***，自上而下流经生态植物层34，三层填料层33，实现分层曝气，在池体内形成厌氧区和好氧区，在水生植物和生物膜的作用下完成污染物的降解，处理后的水经集水管36收集，进入集水池，最后从出水管32排出。曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；曝气***容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；曝气***处理水量0～500m3/d；人工湿地***占地面积小于1500m2；曝气池占地面积为人工湿地***占地面积的1/3～2/5。
实施例2
请查阅图6至图7，本实施例与实施例1所不同之处在于，中空膜丝242两端与气母管241之连通处位于不同层面，即中空膜丝242弯曲呈U型后U型之两臂一臂在上层一臂在下层。其余同实施例1。
实施例3
请查阅图8至图10，本实施例与实施例1所不同之处在于，所述曝气填料24 包括母接管244及若干膜单元245，该母接管244即构成上述之中心座，该膜单元245即为上述之膜结构，该若干膜单元245围绕母接管244周向间隔设置构成上述之花瓣式结构；该膜单元244包括气母管241’及若干中空膜丝242’；气母管241’与母接管244内部连通；每一中空膜丝242’弯曲呈U型且其两端均与气母管241’连通以使中空膜丝242’内部与气母管241’内部连通；中空膜丝242’中部的弯曲段通过一固定结构246固定在膜单元245之自由端；每一曝气填料组中，每一曝气填料24之母接管244上端口直接或通过连接管243’与上一个曝气填料24之母接管244下端口连通，最上方的曝气填料24之母接管244上端口直接或通过连接管243’与输气管路之下端口连通，最下方的曝气填料24之母接管244下端口装接有一堵头。
本实施例在实际使用时，通过太阳能供电***供电，待处理的水经调节池23收集、调节，然后进入曝气***20，风机21产生的气体由输气管路依次经过监测设备22进入曝气填料24之母接管244、通过母接管244进入各膜单元244之气母管241’，通过气母管241’进入中空膜丝242’，再通过中空膜丝242’上的膜孔向曝气池中曝气，提高水中的溶解氧，消除水体的缺氧状态，强化水体的自净作用；中空膜丝242’本身作为微生物附着生长的载体，利用微生物的作用进一步加强对废水的净化作用。曝气***20处理后的水经进水管31进入人工湿地***，自上而下流经生态植物层34，三层填料层33，实现分层曝气，在池体内形成厌氧区和好氧区，在水生植物和生物膜的作用下完成污染物的降解，处理后的水经集水管36收集，进入集水池，最后从出水管32排出。曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；中空膜丝之比 表面积大于600cm2/cm3；曝气***容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；曝气***处理水量0～500m3/d；人工湿地***占地面积小于1500m2；曝气池占地面积为人工湿地***占地面积的1/3～2/5；其余同实施例1。
上述实施例均可实现下述实验例之效果：
实验例1
以某农村10m3/d生活污水处理为例，采用本发明进行处理，曝气池占地面积20m2，人工湿地***占地面积50m2，正常运行情况下，两次取样的进出水水质情况见下表。
CODCr(mg/L) BOD5(mg/L) NH3-N(mg/L) TP(mg/L)
进水样1 462 203 36 4
出水样1 39 9 7 0.5
进水样2 305 131 22 3
出水样2 41 8 6 0.5
由上表可以看出，相比单纯人工湿地法，本发明能够处理污染更为严重的水，说明本发明耐污染的负荷程度更高，且BOD去除率80％～90％，COD去除率70％～85％，同步脱氮除磷，氨氮去除率70％～80％，总磷去除率65％～85％，与本领域中常规污水处理效果相比有重大改进，处理后的出水水质完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A标准；污水处理的运行成本为0.20元/吨水，达到同等效果的情况下，成本相比其他同类工艺大大降低，节省了运行费用。
实验例2
以某城镇100m3/d生活污水处理为例，采用本发明处理，曝气池占地面积180m2，人工湿地***占地面积450m2，正常运行情况下，两次取样的进出水水质情况 见下表。
CODCr(mg/L) BOD5(mg/L) NH3-N(mg/L) TP(mg/L)
进水样1 432 160 29 4
出水样1 47 8 6 0.5
进水样2 193 123 20 2
出水样2 38 9 6 0.5
由上表可以看出，相比单纯人工湿地法，本发明能够处理污染更为严重的水，说明本发明耐污染的负荷程度更高，且BOD去除率80％～90％，COD去除率70％～85％，同步脱氮除磷，氨氮去除率70％～80％，总磷去除率65％～85％，与本领域中常规污水处理效果相比有重大改进，处理后的出水水质完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A标准；污水处理的运行成本为0.18元/吨水，达到同等效果的情况下，成本相比其他同类工艺大大降低，节省了运行费用。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：包括供电***、曝气***和人工湿地***；
该曝气***包括风机、监测设备、曝气设备及曝气池；该风机、监测设备及曝气设备通过输气管路连通，监测设备设在风机与曝气设备之间；曝气设备包括若干曝气填料，该曝气填料包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构，该若干膜结构围绕中心座***周向间隔布置以呈花瓣式结构；包括：
所述曝气填料包括气母管及若干中空膜丝，该气母管即构成上述之中心座，该中空膜丝即为上述之膜结构，该若干中空膜丝围绕气母管***周向间隔布置构成上述之花瓣式结构；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；每一曝气填料之气母管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之气母管下端口连通，最上方的曝气填料之气母管上端口与输气管路连通，最下方的曝气填料之气母管下端口装接有一堵头；或，
所述曝气填料包括母接管及若干膜单元，该母接管即构成上述之中心座；该膜单元即为上述之膜结构，该若干膜单元围绕母接管周向间隔设置构成上述之花瓣式结构；该膜单元包括气母管及若干中空膜丝；气母管与母接管内部连通；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；中空膜丝中部的弯曲段通过一固定结构固定在膜单元之自由端；每一曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之母接管下端口连通，最上方的曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与输气管路连通，最下方的曝气填料之母接管下端口装接有一堵头；
该若干曝气填料相互串接以使中心座内部相互连通且形成过气通道；风机产生的气体由输气管路依次经过监测设备、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；所述曝气***还包括调节池，调节池内的水通过输水管路进入曝气池；
人工湿地***包括池体，该池体上设有进水管及出水管；该池体通过进水管与所述曝气池连通，曝气***处理后的水经进水管进入人工湿地***；所述池体内由下往上依次设有至少二层填料层、生态植物层，所述填料层内的填料由多孔空心球包裹，各填料层内的填料的粒径由下往上依次减小，且每一层填料层内布有曝气管道，所述曝气管道两侧沿池体外向上延伸，且曝气管道上设有通气孔。
2.根据权利要求1所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：所述中空膜丝为纤维膜制成，该纤维膜由从内到外的疏水层、支撑层、亲水层依次层合在一起形成。
3.根据权利要求1所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：所述中空膜丝的膜孔径小于3μm。
4.根据权利要求1所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：所述池体底部设有集水管；所述池体顶部设有屋顶。
5.根据权利要求4所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：所述曝气设备包括若干相互并联的曝气填料组，每一曝气填料组包括至少两个相互串接的曝气填料；所述监测设备为至少两个，各一曝气填料组对应各一监测设备。
6.根据权利要求5所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：所述曝气设备还包括普通填料，普通填料设于曝气填料之上方。
7.根据权利要求1所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***，其特征在于：所述监测设备为转子式或气体流量计式；所述供电***为太阳能供电***，该太阳能供电***包括太阳能发电机与蓄电池；所述风机电接蓄电池。
8.根据权利要求6所述的一种高溶氧曝气结合人工湿地的污水处理***的处理工艺，其特征在于：曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40mi n，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；中空膜丝之比表面积大于600cm2/cm3；曝气***容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；曝气***处理水量0～500m3/d；人工湿地***占地面积小于1500m2；曝气池占地面积为人工湿地***占地面积的1/3～2/5；人工湿地***之每一填料层内的填料为细石、粗石或鹅卵石中的一种或几种，各填料层内的填料的粒径由下往上依次减小；生态植物层内种植的植物为芦苇、菖蒲、香蒲、鸢尾、美人蕉、富贵竹其中的一种或几种。
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