渗沥液处理站设计说明书Word文档下载推荐.docx
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吕凡
结构
杨忠
张伟民
报价
郭学力
伍君华
技术经济
刘学珂
龚江蓉
1总论
1.1概述
杭州市第二垃圾填埋场位于杭州市半山镇石塘村青龙坞谷地,处于现天子岭固体废弃物处理总场(即第一填埋场)填埋库区的下游,是即将服务期满的第一填埋场的接替工程。
其业主单位(建设单位)为杭州市市政市容局第二垃圾填埋场建设工程筹建处。
本设计的渗沥液处理工程是杭州市第二垃圾填埋场的主要子项之一。
它位于现有沼气发电厂下游北侧山前坡地上,包含渗沥液调节池和渗沥液处理站两部分。
调节池的总容积为20万m3,渗沥液处理站的处理规模为1500m3/d(含第一、第二垃圾填埋场渗沥液,但不含外排管道),日变化系数为1.33,排放浓度按《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997)的三级标准限值控制。
处理达标后的渗沥液就近排入城市污水管网。
1.2编制依据
(1)《建设工程设计合同》2002南冶市政(设)字第005号;
(2)《杭州市第二垃圾填埋场可行性研究报告》(2001.7)及其批复;
(3)《杭州市第二垃圾填埋场环境影响报告书》(浙江大学2001年3月);
(4)《杭州市天子岭第二垃圾填埋场污水调节池·
岩土工程勘察报告》(2002年7月);
(5)《杭州市第二垃圾填埋场渗沥液处理工艺中试报告》(2002年8月)
(6)《杭州市第二垃圾填埋场渗沥液处理工程初步设计招、投标文件》(2002年4月)
(7)《市政工程设计技术管理标准》(建设部93建城技字42号文);
(8)建设部、国家环保局、科技部建城[2000]120号文《城市生活垃圾处理及污染防止技术政策》。
1.3设计采用的标准及规范
(1)《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》;
(2)《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2001);
(3)《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997);
(4)《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993);
(5)《室外排水设计规范》(GBJ14-87);
(6)《建筑给水排水设计规范》(GB15-88);
(7)《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189-96);
(8)《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-98)等国家相关规范及规程。
1.4设计指导思想和设计原则
(1)认真执行国家关于环境保护的政策,符合国家相关的法规,标准及规范;
(2)调节池设计要在确保安全可靠的前提下,降低工程造价;
(3)渗沥液处理工艺技术先进、经济合理、运行简单可靠,并且是经过试验或实际运行检验的成熟技术,自动化程度高;
(4)处理流程能适应填埋场渗沥液水量和水质的变化,特别是对填埋后期渗沥液可生化性差的适应性;
(5)总图布置紧凑、物流顺畅,便于运输和生产管理;
调节池至渗沥液处理站,以及各渗沥液处理站各构筑物间尽可能采用自流,以降低能耗;
(6)选择节能的处理工艺和机电设备;
(7)提高渗沥液处理站区内的绿化率。
1.5设计范围
本工程设计范围主要有渗沥液调节池、污水输送管线、渗沥液处理工艺设备及其生产性构筑物和必要的辅助建构筑物,以及站内供电、给排水、道路、自动化控制与通讯等设施,还包括工程投资概算与渗沥液处理成本测算等内容。
1.6工程基础资料
1.6.1地理位置与地形地貌
杭州市第二垃圾填埋场位于杭州市半山区青龙坞,距市区约17km。
市区垃圾运输车可通过绕城高速或临半公路方便地进入填埋场。
填埋场所在区域系一三面环山,北西西方向开口的扇形山谷小盆地。
本设计的调节池和渗沥液处理站则位于场区现有沼气发电厂的下游北侧山前坡地上,场地标高为12.5~22.0m。
1.6.2水文地质
场地地下水主要为浅层孔隙型潜水,地下水水位埋深0.1~4.3m。
浅层孔隙型潜水赋存于砂质粉土、含碎石粘性土和含粘性土碎石中,水量较小且受气候及季节变化影响,水位将有所升降。
地下水主要为大气降水,单井涌水量小于100m3/d,地下水对砼无腐蚀性。
1.6.3工程地质
场地地处扇形山谷盆地的下游,属北侧的山前坡地,主要分布一些坡洪积成因的含碎石粉质粘土及含粘性土碎石,厚度一般为5~10m。
地质以泥盆统石英砂岩、泥岩为主,且多为张性、张扭性断裂发育而成。
1.6.4地震烈度
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),本场地地震基本烈度为Ⅵ度区。
1.6.5防洪标准
根据《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2001),防洪标准为50年一遇设计,100年一遇校核。
1.7总体方案
1.7.1调节池建设方案概述
根据填埋场的计算,本设计的调节池容积为20万m3。
考虑到《杭州市第二填埋场可行性研究报告》将调节池布置在现采石场处的工程投资和渗沥液提升的运行费用均较高,本设计对调节池的场址进行了方案比选。
经比较,采石场场址处的工程造价为1450万元,沼气发电厂下游场址的工程造价为626.43万元,因此,设计推荐在沼气发电厂下游位置建设调节池。
设计的调节池采用半开挖、半填筑形式,北面为开挖放坡,西面为填筑土堤挡水,东、南为半开挖、半填筑。
调节池堤顶标高29.5m,上游底标高18.0m,下游底标高16.0m,最高水位28.5m。
采用2mm厚HDPE膜防渗。
采用两根DN225HDPE管出水,自流至渗沥液处理站的格栅池。
1.7.2渗沥液处理工艺概述
本设计的渗沥液处理规模为1500m3/d,日变化系数为1.33,原水水质为:
pH6.7~8.2、CODcr8000mg/l、BOD53000mg/l、NH3-N1000mg/l、SS600mg/l,出水按《生活垃圾填埋污染控制标准》三级排放限值控制。
设计根据国内外垃圾填埋场对垃圾渗沥液的监测与统计资料,针对渗沥液的水质水量随时间的变化较大,特别是NH3-N浓度逐年增高、随后趋于稳定,BOD、COD比值越来越小,可生化性变差的特点,并参考国内外同类型垃圾渗沥液处理的经验,选择了UASB+AMT的渗沥液处理工艺(为设计招标的中标方案)。
本处理工艺于2002年6月~8月在天子岭填埋场进行了中试验证,结果表明,在技术经济方面是可行的。
本工艺方案首先采用高效节能的UASB(上流式厌氧反应器,该设备已在国内普遍使用)去除60~80%的COD和BOD,然后采用AMT工艺,利用超声波、交变电磁场、电子放电、紫外线照射和负氧离子等物理化学作用,进一步降解渗沥液中的有机物,直至达到三级标准。
AMT工艺已在韩国多个填埋场应用,于2001年在杭州天子岭填埋场进行了一年的现场小型试验。
该工艺的突出特点是:
对渗沥液水质水量变化的适应性比较强,解决了因NH3-N浓度高、后期渗沥液可生化性差而影响渗沥液效果的难题;
厌氧产生的沼气可送至现有的沼气发电厂;
运行成本低,直接运行成本为6.21元/m3。
该方案的工程费用为1848.66万元。
1.7.渗沥液处理工程概算
本设计的渗沥液处理工程包括渗沥液调节池和渗沥液处理站两部分,其概算总额及单位投资指标列于表1-1。
表1-1渗沥液处理工程投资概算表
序号
项目
单位
数量
备注
1
处理规模
m3/d
1500
调节池容积20万m3。
2
概算总投资
万元
3480.02
(1)
其中:
工程费用
2490.09
其中调节池的工程费用为626.43万元。
(2)
其它费用
831.84
征地费用516万元。
(3)
预备费
166.10
3
渗沥液处理站单位投资
万元/m3
1.23
工程直接费,不包括调节池。
2.总体布置
杭州市第二垃圾填埋场渗沥液处理工程包括渗沥液调节池和渗沥液处理站。
渗沥液调节池位于现有的沼气发电厂北侧,总占地3.6ha;
渗沥液处理站则布置在沼气发电厂西侧250m左右的坡地,西邻管理中心维修车间,占地1.04ha。
渗沥液处理站按卫生防护要求进行总体位置,设计采取了绿化,防护林卫生隔离带等措施,以造就卫生安全、美化并与周边环境相协调的生产环境。
2.1平面及竖向布置
渗沥液处理站主要由UASB厌氧反应池、分解池、置换反应池、絮凝反应池、沉淀池、污泥浓缩间、事故放空池、泵房鼓风机房及加药间、控制楼等组成。
根据渗沥液处理工艺要求,总平面图布置遵循满足流程顺畅、运输方便,环境美化、节约用地的原则下进行。
依照渗沥液处理流程,在用地内由南向北依次布置格栅池、调理槽、控制楼、厌氧反应池、分解池、泵房鼓风机房及加药间、置换反应池、絮凝反应池、沉淀池、事故放空池、污泥池、污泥浓缩间及配电间。
站内道路考虑从重新设计的C号路k0+260桩号接入,路幅宽度为6m。
根据处理工艺的要求,渗沥液由调节池自流至处理站的调理槽,再用泵提升至厌氧反应池,然后再依次自流至AMT的分解池、置换反应池等其它构筑物。
竖向设计主要体现了尽可能使大部分渗沥液可从20万m3调节池自流至渗沥液处理站和同时减少土石方工程量的原则。
设计场地采用台阶式布置,南端平台布置控制楼、UASB厌氧反应池、分解池的用地在一个平台上,平基标高17.5m;
北端布置循环泵及鼓风机房及加药间,置换反应池、絮凝反应池、沉淀池、事故放空池、污泥池、污泥浓缩间的用地处在同一平台,平基标高15.5m。
渗沥液处理工程总平面布置详见附图。
2.2绿化
渗沥液处理站是垃圾填埋场的重点绿化区,厂区内在各建构筑物之间要求非硬质地面皆种植绿篱灌木或花卉。
厂区道路两侧种植行道树,围墙外四周10米防护带种植抗污染、遮护、防噪声较强的乔木,形成卫生隔离带,并在控制楼四周的空地内配置灌木丛、花坛、建筑小品等,给机械、单调的生产劳动环境增添生机、活力、情趣,体现以人为本的理念。
为防止场地周边的挖方和填土边坡发生水土流失,除工程防护稳定外皆以植物防护,并且增强厂区的美化。
2.3内外运输及设备
本处理站处理规模1500m3/d,每日消耗的药剂主要有:
PAM(高分子聚丙烯酰胺)30kg/d、硫酸铝1800kg/d,石粉750kg/d,清运污泥80t/d。
本工程设计2台吸粪车或卸槽车把污泥浓缩间的污泥运至填埋场,另考虑一辆货车和小型工具车(或槽车)运输货物。
2.4场内道路
渗沥液处理站内道路采用水泥混凝土路面,路面宽6.0米,共170米长,设计考虑了回车场地及停车场。
道路路面及场地铺砌面积为2000m2。
场内结构为:
C35水泥混凝土面层厚20cm。
石灰、粉煤灰稳定碎石基层厚20cm。
块石、塘渣垫层厚20cm.
3.调节池设计
3.1调节池场址比选
一般情况,调节池靠着垃圾主坝位于垃圾坝下游,可直接进行渗沥液收集输送,本工程受地形条件限制,只有采石场和沼气发电厂下游有场地修建一个20万m3的调节池,故设计选择采石场场址与沼气发电厂下游场址进行优劣性比较,详见表3-1:
表3-1调节池场址比选表
场址
对比项目
采石场场址
沼气发电厂下游场址
安全隐患
大:
26米高的浆砌石坝位于发电厂及渗沥液处理站的上侧,坝轴线向下游凸。
小:
为半开挖、半填筑形式,地面以上最大水头只有10米。
主主要工程量
浆砌石量
65000m3
无,只需筑土坝43600m3
开挖量
开挖土5000m3,开挖风化岩30000m3,开挖坚硬岩石30000m3。
(为高山坡的治理开挖,岩石可利用)
开挖土120500m3,开挖风化岩38500m3,开挖坚硬岩石3600m3。
(开挖出来的非耕植土、岩石均可完全利用)
边坡治理
锚杆挂网喷混凝土护坡12000m2。
锚杆挂网喷混凝土护坡4000m2,浆砌块石拱形骨架内铺草皮护坡4300m2。
HDPE膜材
19000m2
32500m2
总造价
1450万元
626.43万元
地基要求
高
低
铺膜难宜
难:
26米的高陡坡上铺膜
易:
12米的缓坡上铺膜
渗沥液输送的运行费
高:
需在主坝下游设置集水池,泵扬约30米至调节池。
再自流至渗沥液处理站。
低:
无集水池,自流入调节池;
从调节池自流至渗沥液处理站格栅池。
地下水导排
山坡上地下水少,且导出容易。
较难:
沟谷中地下水水位高,导出系统必须做到安全可靠。
从上述比选看出,沼气发电厂下游场址具有明显的优越性,设计推荐沼气发电厂下游场址,它还可以提供填埋场覆盖用土料及主坝用石料。
3.2工程地质情况
场地处于杭州市半山区,系天目山山脉北东延伸部分,山体走向40°
~50°
,山坡坡度一般为10°
~40°
,属丘陵区。
山脊横向沟谷发育,但规模短小。
场区地形地貌发育明显受地层岩性、地质构造控制。
一般坚硬岩石多形成山脊,如石英砂岩,较软弱的岩石形成低矮分水岭及缓坡丘陵,而张扭性断裂构造通过的地段则发育成沟谷。
调节池所在位置为沟谷的相对开阔处,地形相对平缓。
根据详勘报告,将地层分为3个工程地质层。
自上而下详述如下:
①-1素填土:
湿,稍密。
成分复杂,性质差。
局部分布。
层厚0-2.75m。
①-2耕植土:
饱和,松散。
主要为含碎石粘性土。
局部分布,层厚0-0.30m。
不宜作持力层。
①-3砂质粉土:
主要为粉砂和粘粒。
局部分布,层厚小,不宜作持力层。
④-1含碎石粘性土:
饱和,可塑-硬塑。
碎石含量30%左右,主要为岩屑石英砂岩。
物理、力学性质较好,全场分布。
层厚0-15.30m。
④-2含粘性土碎石:
湿,中密-密实。
碎石含量60%左右,粘土胶结。
主要成分为岩屑石英砂岩。
物理、力学性质较好,局部分布。
层厚0-8.10m。
⑨-2强风化长石石英砂岩:
硬,块状构造,细粒砂状结构。
岩石节理、裂隙发育,岩心呈破碎-短柱状。
物理、力学性质好,全场分布。
层厚1.50-14.30m。
⑨-3中等风化长石石英砂岩:
坚硬,块状构造,细砂状结构。
岩心较完整,呈短-长柱状。
厚度大,最大控制深度10.40m。
该场地地下水位埋深0.1-4.3m。
地下水主要为浅层孔隙型潜水。
浅层孔隙型潜水赋存于砂质粉土、含碎石粘性土、含粘性土碎石中,水量较小且受气候及季节变化影响,水位有所升降。
ZK13孔位存在裂隙水,其水量约为90t/d。
该地下水对砼无腐蚀性。
根据国家标准《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),本场地地震基本烈度为VI度区,地震动峰值加速度为0.05g。
根据场地出露的地层,场地类型为中软场地,场地土类别属Ⅱ类。
场地20m范围内不存在液化土层。
3.3结构设计方案
3.3.1、结构设计
调节池位于沼气发电厂下游沟谷处,由于沟谷宽度不足,调节池尽量往北侧山体靠,东侧为沼气发电厂,南面保留1号道路(上沼气发电厂和二期主坝的道路),西面为本次设计的新建渗沥液处理站。
由于调节池的容积和平面范围已经确定,其池深也就大致确定,在一定范围内,随着调节池顶标高的提高,开挖量减少,地下水导排工程量减少,渗沥液输送运行费减少,筑堤量增加,但填埋场渗沥液收集输送管至调节池处的管底标高为29.0m,故将调节池顶标高定为29.5m。
池底顺应地势也向下游倾斜,上游底标高18.0m下游底标高16.0m,这样也有利于地下水导排和池底排泥。
调节池北侧紧靠山体,需全部开挖放坡。
池顶以下最大挖深13.5m,为中风化砂岩,1:
0.5的边坡就能满足稳定要求,考虑HDPE防渗膜的锚固与施工便利,设计放坡为1:
1.0。
池顶宽度3m。
池顶以上最大开挖高度25m,开挖面上部为强风化砂岩,下部为中风化砂岩,设计在中部设置一马道,分两级放坡,坡度均为1:
1.2;
由于杭州市为多雨地区,为防止雨水冲刷引起局部块石滚落,破坏调节池及其HDPE膜,对岩质边坡进行锚杆挂网喷混凝土护坡。
调节池西侧最低原始地面标高一般为18.0m,地表至池顶尚有11.5m的高差。
由于该处强风化砂岩(承载力标准值350kPa)埋深大于10m,不适宜做浆砌块石堤坝,并且为了充分利用北侧开挖出来的土石料,设计就地取材修筑碾压土堤拦挡渗沥液。
土堤内侧放坡1:
2.0,堤顶宽度3.0米,外坡1:
2.0,最大堤坝高度13.5m。
外坡上采用拱形骨架内铺草皮护坡。
调节池东、南侧的原始地面标高一般为23.0~29.0m,为半开挖、半填筑形式。
下部开挖放坡1:
2.0;
上部采用碾压土堤拦挡污水,土堤内侧放坡1:
1.5。
3.3.2、堤坝稳定计算
堤坝最大坝高13.5m,故按《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SJ189-96)进行坝体稳定性计算。
设计采用理正岩土计算3.4版《边坡稳定分析》软件进行计算。
根据工勘资料,坝体主要落在含碎石粘性土基础上,取其天然容重为18kN/m3,饱和容重为21kN/m3,凝聚力为40kPa,内摩擦角22°
;
坝体采用碎石粘土、风化岩碾压筑,取其容重为16.5kN/m3,饱和容重为18kN/m3,凝聚力为20kPa,内摩擦角25°
。
正常运行条件下:
上游水位28.5m,下游水位18.5m,坝体抗滑稳定安全系数为2.0,大于1.15,安全。
非常运行条件:
水位29.5m,下游水位19.0m,坝体抗滑稳定安全系数为1.6,大于1.05,安全。
由于运行中,HDPE防渗膜有可能出现局部被刺破、砸破等异常情况,在未及时修补之前,会成为坝体稳定的不利因素,而以上计算均只考虑HDPE膜的正常防渗情况,故设计在安全系数的选取上偏保守。
3.4防渗设计
3.4.1防渗方案
考虑场区水文地质条件,以及所江集的高浓度渗沥液,调节池必须进行人工防渗,根据国内、外重要填埋场的经验,调节池人工防渗有单层HDPE膜和复合土工膜两种做法,故设计对这两种方案进行比较,详见表3-2:
表3-2防渗方案比较
方案
单层HDPE膜防渗
复合土工膜防渗
池底做法
地下水导排层以上依次铺土工布、2mm厚HDPE膜、土工布、铺设8cm厚混凝土预制板;
地下水导排层以上依次铺土工布、1.5mm厚HDPE膜、土工织物膨润土垫(GCL)、1.5mm厚HDPE膜、土工布、铺设8cm厚混凝土预制板。
池壁做法
铺土工布做保护层,铺一层2mm厚HDPE膜。
依次铺土工布、1.5mm厚HDPE膜、土工织物膨润土垫(GCL)、1.5mm厚HDPE膜。
差别耗材
2mm厚HDPE膜32500m2。
1.5mm厚HDPE膜65000m2,土工织物膨润土垫(GCL)32000m2。
差别造价
270万元
以上两种防渗方式均能满足行业标准《城市生活垃圾卫生填埋技术标准》(CJJ17-2001)的要求,根据国家标准《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-98)中第5.3.4条:
当填埋场无毒时,可采用单层防渗结构。
考虑本工程采用单层防渗节省投资较多,并且调节池防渗结构层在运行期有修补的可能性,故设计推荐采用单层HDPE膜防渗。
3.4.2膜材的性能指标及其铺设
为保证防渗层的结构可靠性,设计对HDPE膜的物理力学性能指标作出具体规定,详见表3-3:
表3-3HDPE膜物理力学性能指标
指标
抗拉断裂强度MPa
≥25
抗拉屈服强度MPa
≥16
断裂伸长率%
≥550
4
直角撕裂强度N/mm
≥110
5
炭黑含量%
≥2
6
耐环境应力开裂F20h
≥1500
7
200℃时氧化诱导时间min
≥20
8
水蒸气渗透系数g.cm/(cm2.s.Pa)
≤1.0×
10-16
9
-70℃低温冲击脆化性能
通过
10
尺寸稳定性%
±
由于调节池铺膜范围很平整,设计选用幅宽8m的HDPE膜。
HDPE膜联接应遵循下列原则:
使接缝数量最少,并且平行于拉应力大的方向(即垂直等高线),接缝避开棱角,设在平面处,避免“+”形接缝,采用错缝搭接。
3.4.3、锚固设计
为了防止防渗膜材在自重及外力的作用下引起下滑,设计在池顶设置锚固沟对其进行锚固:
岩质边坡采用现浇混凝土锚固,锚固沟距边沿50cm,沟尺寸50cm×
50cm;
土质边坡采用开挖回填土夯实锚固,锚固沟距边沿120cm,沟尺寸80cm×
80cm。
3.5地下水导排
为了防止地下水对防渗膜的顶托破坏作用,在池底HDPE防渗膜下部设置地下水导排系统。
在调节池基坑开挖到位后,在池底设树枝状碎石导流盲沟:
支盲沟为B×
H=50cm×
60cm碎石沟,盲沟内有DN200HDPE花管,支盲沟由南、北两侧以1%的坡度向调节池中间的主盲沟汇集;
主盲沟为B×
H=60cm×
100cm碎石沟,盲沟内有DN200~DN400HDPE花管,主盲沟由东向西以1.2%的坡度从调节池中部贯穿,为确保整个地下水导排系统的正常工作,设置两条平行的主盲沟,间距10m,两条主盲沟之间有连通沟,在其中一条出现淤堵时,保证地下水还能排出。
由于主盲沟出调节池后低于地表3~4m,故将两条主盲沟合并为一条φ800钢筋混凝土圆管,以1%的坡度排向下游更低处的地表排水渠内。
3.6工艺构造及调节池运行控制
垃圾渗沥液输送管的旁通管:
垃圾渗沥液输送管进入调节池前设置一旁通管,旁通管连接排往市政管网的污水管。
在非常暴雨期间,当调节池已满时,关闭进入调节池的渗沥液收集管,打开旁通管,将稀释的渗沥液排往市政管网。
布水槽:
由垃圾填埋场过来的渗沥液输送管进入调节池后,渗沥液先流入布水槽(槽宽50cm、长100m),然后再通过溢流堰漫流入池,以此增加渗沥液的兼氧化作用,更好发挥调节池酸化作用,溢流堰宽1.4m。
分隔墙、集泥坑、排泥管:
调节池池底用顶标高为19.0m~19.5m的分隔墙将池底分为4格,每一格的最低处设置一集泥坑,坑内设DN350HDPE排泥管连接到渗沥液处理站的污泥池。
由于污泥池与调节池液面高差在3.5~13m之间,定时打开排泥管的阀门,利用液面压差就能将池底污泥排出。
为了尽可能减少淤泥占据调节池容积,设计采取措施如下:
(1)在渗沥液输送管进入调节池之前设置沉砂池,减少进池泥量,也便于调节池清池,有利于重力排泥(沉砂池由华北院设计);
(2)考虑地势条件,调节池底最低处标高为16.0m,渗沥液处理站污泥池地面标高为15.5m,池子地面以下深2m;
而调节池中蓄水时正常水位标高在19m以上,调节池至污泥池距离为400m,设计采用的排泥管为DN350,最小坡降为1%,可以进行静水压排泥。
(3)调节池19m标高处平面约为120m×
70m,预计调节池淤泥容积约20000m3,设计分为4格清泥。
若分为2格,每池10000m3淤泥,若用2台10m3/h泥浆泵连续清泥,单个池就需要21天;
由于池子偏长,不便于清泥,需用水冲洗,则单个池子清泥时间不少于30天;
若清泥中设备发生损坏,需要修补,
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