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城市排水系统新思维
城市排水系统新思维 - 给排水论文
摘要:
污水深度、超深度处理技术已实用化,城市总体规划与给水排水系统规划都应重新考虑,应将城市污水视为可贵的淡水资源。
把污水深度处理与再生回用放到重要位置上,恰当地确定排水分区、污水净化厂的位置与个数,改变下游高度集中处理的做法。
在新建和扩建污水处理厂时,要选择经济实用的污水深度处理系统,发展污水再生回用事业并合理利用污水处理厂的污泥。
关键词:
城市排水 排水系统 我国是一个水资源相对贫乏、时空分布又极不均匀的国家。
由于我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展,水环境污染和水资源短缺日趋严重。
目前,许多城市由于水资源不足影响了当地的社会经济发展,全国每年因为水资源短缺而造成的经济损失高达2000多亿元。
造成水资源紧张的主要原因:
一是水资源总量先天不足;二是水质日趋恶化,不能满足水体正常使用的功能要求。
据统计1997年全国建制市污水产生量351 亿m3 ,2020年预计将达536 亿m3;而相比之下,污水处理率却增长缓慢,1997年实际处理污水量为1292万m3/d,处理率仅为13.4%,如果考虑到污水处理设施由于各种原因运行不正常的状况,污水达标排放率仅百分之几而已。
其中,绝大部分的污水直接排入江河湖海中,造成水体污染,破坏了天然水体的良性循环。
据报道,目前全国城市水源只有30%符合卫生标准,全国七大水系有一半以上江段被污染,流经42个大中城市的44条河流中有93%被污染[1]。
恢复我国水环境是解决我国水资源不足的根本所在。
其主要途径就是在各城市修建和完善污水处理厂,提高污水处理程度,努力促进水的健康循环。
值得庆幸的是,人们已经开始逐步认识到水在社会发展中的重要地位,在建设部城市污水处理规划中提出要在2010年前增建 1000余座污水处理厂,使处理能力增加到5000万~6000万m3/d,污水处理率将达40%左右。
本文就排水系统的功能、规划和思想原则等方面提出一些思路,以期能引起社会对排水系统和水健康循环的关注。
1 水污染控制及排水系统发展历程 随着社会的发展和人们环境意识的增强,我国水污染控制经历了由单一污染源的治理、污染物浓度达标排放到区域污染综合防治、以环境容量为依据的污染物排放总量控制的两个阶段。
在20世纪70年代末期之前,主要采取的是点源治理策略,显然不足以防止水环境的污染。
80年代开始进入污染综合防治和总量控制阶段。
在过去的几十年中,由于我国的污染防治工作一直摆脱不了点源治理、达标排放、三同时和谁污染、谁治理的政策,实际结果并不理想。
据国家环保总局对我国5556套工业废水处理设施调查结果表明,三个效率(污染治理设施的运行率、设备利用率、污染物去除率)较好的仅占运行设施总数的35.7%,其污染物去除率达到设计能力的只有50%,总体有效投资只占全部处理设施总投资的31.3%,只有不足1/3的设备发挥作用[2]。
由此可见原有污水处理系统的规划、设计、思想原则中存在不少问题,已不再适应当前我国经济发展和环境保护的要求。
2 排水系统的功能 传统观念上的排水系统是以防止雨洪内涝、排除和处理污水、保护城市公共水域水质为目的,认为污水是有害的、应尽快排除到城市下游。
这种观念导致的结果往往是保护了局部的生活环境,危害了广大流域地区。
实际上,良好的水环境不是局部地域的,它的范围是整个流域的乃至全球的。
给水系统和排水系统好比是城市水循环的动脉与静脉,排水系统起到回收城市污水和净化再生,畅通城市水循环的作用。
21世纪排水系统的定位应从以前的防涝减灾、防污减灾逐步转向污水的资源化,从而恢复健康水循环和良好水环境,维系水资源可持续利用。
事实证明:
污水深度处理与再生回用是恢复水环境的必由之路,其社会效益、环境效益与经济效益已为世界各国所瞩目。
在这方面每一个点滴进步都是对人类社会的贡献。
3 排水系统的规划 在污水深度处理、超深度处理、污水再生回用已经实用化了的今天,城市总体规划与给水排水系统规划都应当重新考虑,将污水的再生和回用放到重要位置上来。
在进行排水系统规划时,应对整个城市的功能分区、工农业分布、排水管网及污水处理现状等做周密的调查,调查现有的和预测潜在的再生水用户的地理位置及水量与水质的需求,并将这种结果反映到给排水专业规划中。
恰当地确定排水分区、污水净化厂的位置与个数,改变将污水处理厂摆放在城市最下游进行高度集中处理的传统做法。
在进行新建和扩建污水处理厂的设计时,要近远期结合考虑污水回用的需要,选择污水深度处理系统,预留污水深度处理的发展用地,使污水处理、深度处理系统和回用系统的总投资之和为最小。
在进行排水管网的规划时,要把雨水、污水的收集、处理和综合利用结合起来,逐步转变目前的雨、污水合流制或不完全分流制系统为完全的分流制系统。
雨、污水的分流有利于对不同性质的水采用不同方法处理和控制,有利于雨水的收集、贮存、处理和利用,避免洪涝灾害,增加城市可用水资源,同时也有利于减轻城市面源污染。
在规划中还应该引起注意的是应妥善处理和处置城市污水处理厂产生的大量污泥,避免产生二次污染,危害城市环境。
目前较多的是将污泥填埋,这不但需要大量的土地,而且废弃了大量污泥资源。
因此污泥处置的最终出路应该是作为农业肥料--充分利用污泥中富含的N ,P,K等营养物质,既可避免污染,又可创造经济效益。
3.1 污水处理厂的选址与数目 按照传统规划方法,污水处理厂厂址要根据污染物排放量控制目标、城市布局、受纳水体功能及流量等因素来选择,一般尽可能地安放在各河系下游、城市郊区。
但是这种系统布局使污水厂距离再生水用户较远,需铺设的回用水管网费用相应增加,不利于污水的资源化。
因此,在确定污水处理厂厂址时,还应对再生水的用户进行调查分析(城市中的自然水面、小河、绿地和工业再生水用户),并根据回用水的需求,在城市中适当位置设置污水净化厂(再生水厂),收集附近区域的城市污水,根据回用水质要求加以处理之后就近回用。
根据长期的实践经验,建设大型的污水处理厂可以发挥规模效益,降低建设费用和日常运行费用,但这种观点并没有考虑到污水回用的因素,如果考虑再生水的回用所需铺设的输水管道、提升泵站等费用,考虑改善城市水环境以及因为污水回用减轻城市排水管网系统的负担所带来的经济效益,那么可以肯定,在城市下游建立集中的大型污水处理厂,在经济上并不是最优的,也是和促进污水回用相悖的。
因为污水厂的数目过少,势必远离再生水用户,加大回用水输送管道的距离和投资,增加回用水成本,不利于污水回用。
因此,城市污水厂的数目不应拘泥于传统经验,而应该依据城市实际中水回用的需要在适当位置建设合适规模的污水处理厂,使得整个城市形成大、中、小,近、远期相结合的污水处理厂布局规划。
这样,既有利于污水回用,又减轻了城市排水管网系统的负担,易于实现分期建设,符合我国当前国情。
3.2 处理工艺流程的选择 污水处理的方法较多,按照不同的分类标准可以分成不同的工艺流程。
因此应该根据污水水质和回用水水质的要求,对水处理单元进行多种组合,通过技术经济比较来选择出经济可行的污水处理流程。
这就要求在确定工艺流程的时候增加对该厂附近地区污水再生水需求情况的调查,以便对处理工艺进行适当的延长和完善,即可满足污水回用水质的要求。
例如:
当处理后的污水规划作为农田灌溉用水时,选择工艺流程时就可以不考虑或不注重其除磷脱氮效果,而侧重于其对水中病菌、重金属等的去除,因此工艺流程的选择不应该采用诸如A2 /O法等,而可以采用传统的活性污泥法等方法;而作为工业循环冷却水回用时,就需注意去除表面活性剂等容易起泡的物质,尽量减少引起循环水设备堵塞、腐蚀和结垢现象的物质。
污水二级处理是污水再生的基础,但是一般都还需要进行不同程度的深度处理,才能达到再生水用户的水质要求。
例如:
二级水经简单的澄清过滤,可以达到工业冷却水的水质要求;如果作为地下水回灌用水,由于其水质要求较高,需达到饮用水水质标准,因此很有可能需要采用反渗透、钠滤膜等膜分离技术才能满足处理要求。
3.3 技术经济分析 在进行经济分析、方案比选时,在满足出水水质各项指标前提下,除要考虑费用与技术等因素外,还应考虑该方案是否有利于实现污水资源化--既是在原有技术经济分析因子的基础上,增加促进污水资源化和环境质量的改善这两个重要的比较因子。
虽然目前我国投入到污水厂建设的资金较为有限,要在全国范围内普遍地实现污水资源化还需要一个认识过程,但是必须注意到这将是解决我国水问题的有效途径。
应该从现在开始在有条件的城市和地区率先实现污水处理和再生利用,要努力探求适合我国国情的污水回用途径和相应的处理方法。
在各地污水处理厂建设方案的比较中,应从长远观点考虑该方案实施之后,对于解决当地水污染、缓解水资源短缺是否具有最大贡献,全面统筹考虑方案的短期、长期的费用效益比,以便选择一个真正有利于当地水环境好转的优化设计方案。
4 结语 随着全球城市化的发展,排水系统在社会可持续发展中起着越来越重要的作用,污水处理是城市水环境改善的一个极其重要的方面。
但是,污水达标排放,并不是排水系统的最终目标,而是更艰巨的治理工作的开端。
在新的形式下,排水系统被赋予了新的使命。
排水系统是水循环中水质与水量的连接点,再生水利用是良好水循环中质与量的桥梁。
污水的资源化、污水的再生和利用既提高了水的利用率,又有效地保护了水环境,有利于实现城市水系统的健康、良性循环,从长远来看,这将是有效地解决我国水资源短缺和水环境恶化问题的优化途径。
参考文献 1 张忠祥,钱易.城市可持续发展与水污染防治对策.北京:
中国建筑工业出版社,2000 2 郝明家,王莹.城市水污染集中控制指南.北京:
中国环境科学出版社,1996 ◇作者通讯处:
150090 哈尔滨工业大学市政环境学院 ○电话:
(0431)5627048 ○收稿日期:
2002-1-23
供水管网的管材综述 - 给排水论文
摘要:
本文阐述了供水管网的功能要求;扼要叙述了管材的类别及适用范围;具体讲述了各类管材的特点及质量情况;并对各类管材从水力条件、物理性能、价格、工程造价等方面进行了比较,提出了推荐性建议。
关键词:
管材 前言 近十年来,因工作需要,笔者对供水管网所用的管材进行了一些调研,对各类材质的管厂参与了一些考察活动,并于1998年7月以来先后撰写了“供水管网的管材评述”、“浅谈热塑性塑料管材的相关问题”、“球墨铸铁管及管件相关问题的商讨”、“关于预应力钢筒砼管(PCCP)的推广应用”、“关于供水管材卫生状况的评价问题”共五篇,均在“中国水网”上发表过,在省内、国内一些相关会议上进行了交流。
近年根据主管部门的一些要求,管材市场上的一些新行情,本文进行了综合,并进行了局部充实与调整,综述意见很难周全,在此仅抛砖引玉,与业内同行共同商讨。
1.供水管网的功能要求 供水企业的根本任务是向用户提供清洁的饮用水,连续供应有压力的水,同时降低供水费用。
为此,供水管网作为供水系统的重要环节,对于它的硬件有以下五点要求:
(1) 封闭性能高 供水管网是承压的管网,管道只有良好的封闭性,才是连续供水的基本保证。
(2) 输送水质佳 自来水从水厂到用户,要经过较长的管道,往往需要几个小时乃至几天。
管网实际上是一个大的反应器,出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行,并且含氯水与管壁发生新的接触,有可能产生新的反应,这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的。
因此要求管道内壁既要耐腐蚀性,又不会向水中析出有害物质。
(3) 水力条件好 供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通,才能降低水头损失,确保服务水头。
(4) 设备控制灵 一个大城市的供水管网,管道总长度少的有数百公里,多的达数千公里,在这样的大型供水管网中有成千上万个专用设备,维持着管网的良好运行。
在管网上的专用设备包括:
阀门、消火栓、通气阀、放空阀、冲洗排水阀、减压阀、调流阀、水锤消除器、检修人孔、伸缩器、存渣斗、测流测压装置等。
这些设备的完好是保证管网运行畅通、避免污染的前提。
(5) 建设投资省 供水管网的建设费用通常占供水系统建设费用的50%~70%,因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模,恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证。
2.管材类别 2.1 金属管材
(1) 钢管(SP) 钢管包括:
钢板直缝焊管与钢板螺旋焊管(适用于大口径管道)、无缝钢管(适用于中小口径管道)、不锈钢管(适用于中小口径管道),镀锌钢管与钢塑复合管(适用于小口径管道),近年多数城市已不用镀锌钢管。
(2)铸铁管(CIP) (2.1) 灰口铸铁管(GCIP) 包括离心灰口铸铁管、半连续灰口铸铁管(适用于中小口径管道)。
近年多数城市供水企业已不用灰口铸铁管。
(2.2) 延性铸铁管(DCIP) 包括退火球墨铸铁管、铸态球墨铸铁管(适用于各种口径管道,主要是中小口径管道),铸态球墨铸铁管亦逐渐退出市场。
(3)有色金属管 包括铜管、铝管(适用于小口径管道)。
2.2 非金属管材
(1)水泥压力管 (1.1) 石棉水泥管(ACP)现已不推广使用; (1.2) 自应力管(SSCP)在小城镇及农村用于中小口径管道; (1.3) 预应力管(PCP) 包括管芯缠丝预应力管(又称三阶段管)(CTPCP)、振动挤压预应力管(又称一阶段管)(PVCP)、预应力钢筒砼管(PCCP),适用于大中口径管道。
其中预应力钢筒砼管是前者的新一代产品。
(2)塑料管 (2.1) 热塑性塑料管 包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)(适用于中小口径管道);聚乙烯夹铝复合管(PAP)、孔网钢带塑料复合管(PSSCP)、交联聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龙管(PA)(适用于小口径管道);丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物为基材的工程塑料管(ABS)(主要适用于水厂投加氯及净水剂的管道,目前也有中口径管道产品)。
(2.2)热固性塑料管(GRP) GRP管又称玻璃纤维增强树脂塑料管或玻璃钢管。
玻璃钢管或加砂的玻璃钢管又分两种成型方法,即离心浇铸成型法(Hobas法)及玻璃纤维缠绕法(Veroc法),GRP管在大口径工业用水管道上、排污管道及源水管道上有较大的适用前景。
3. 管材适用性概述 3.1 钢管
(1)大口径钢管 钢管通常选用Q235B(A3)镇静钢钢板制作,它的强度高,管材及管件易加工,管厂建设周期短,特别是地形复杂的地段,一般采用钢管。
但钢管的刚度小,易变形,衬里及外防腐要求严,必要时需作阴极保护,施工过程中组合焊接工作量大,在地下水位较高时,可采用胶圈柔性接口措施克服这一困难,与水泥压力管相比,造价较高。
(1.1) 制管工 大口径钢管有两种成形工艺,即直缝焊管与螺旋焊管。
直缝焊管的工艺流程:
剪板—刨坡口—钢板翻面—压两头园弧—卷管(含点焊)—焊内外直缝(自动焊)—管段对接(含点焊)—焊环形口(自动焊)。
螺旋焊管的制造标准选用SY/T5037-92《普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管》,制作过程分三个阶段,即条形钢带制作,螺旋成形及内焊,螺旋管外焊及管段定长的切割。
(1.2)钢管制作质量的主要要求 钢管焊接符合现行的《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97)、《工业金属管道工程施工及验收规范》(GB50235-97)的规定。
钢管焊缝检验X-射线探伤、超声波探伤应符合现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定。
钢管焊缝探伤数量,在工厂为5%,在现场为10%。
实际检验时可任选一种方式,但当选用超声波探伤时,应对超声波探伤部位作X射线探伤复检,复检长度为规定探伤数量的20%。
钢管出厂前还有时逐根作水压试验,试压值为管线试验压力的1.25倍。
直缝焊管焊缝外观应符合相应要求外,管节几何尺寸允许偏差,应符合表1规定。
表1 项目 允许偏差(mm) 周长 D≤600 ±2.0 D>600 ±0.0035d 椭圆度 管端0.005D;其他部位0.01D 端面垂直度 0.001D,且不大于1.5 注:
1D为管内径(mm); 2椭圆度为同端管口相应垂直的最大直径与最小直径之差,除以D。
管节拼装时,纵向焊缝错开300mm,管径小于600mm时,间距也应大于100mm。
(1.3)钢管内衬质量的主要要求 钢管内衬材料有水泥砂浆或环氧树脂等。
A.水泥砂浆内衬的质量要求 a.内衬前检查管道椭园率不大于管内径的2%,管内壁无浮锈、杂物、油脂等,管内焊缝高度不大于内衬厚度的1/3。
b.水泥选用525号硅酸盐水泥,砂为干净中砂(粒径0.15~1.2mm),水泥砂浆重量配比在1∶1~2内选用,坍落度宜取60~80mm,抗压强度≥30MPa。
c.内衬厚度及允许公差如表2。
表2 公称管径(mm) 衬里厚度(mm) 厚度公差(mm) 机械喷涂 手工涂抹 机械喷涂 手工涂抹 500-700 8 ±2 800-1000 10 ±2 1100-1500 12 14 +3 +3 -2 -2 1600-1800 14 16 +3 +3 -2 -2 2000-2200 15 17 +4 +4 -3 -3 2400-2600 16 18 +4 +4 -3 -3 >2600 18 20 +4 +4 -3 -3 d.水泥砂浆内衬后的内壁粗糙系数n≤0.012。
e.内衬因收缩引起的裂缝,当其宽度≤0.8mm,且轴向长度不大于园周长度和不大于2m时,可不修补,否则应修补。
f.表面缺陷(麻面、砂穴、空窝)面积大于5cm 2 ,深度大于内补厚度允许公差值,空鼓面积大于400cm 2 则应修补。
B.环氧树脂内喷衬的质量要求 内喷衬用环氧树脂的材质及作业要求,由于目前国家还没有相应标准,而是参考石油天燃气行业标准‘SY/T4057--93’标准提出以下要求:
a.钢管内壁喷砂等方式除锈达到GB/T8923的Sa2.5级标准的要求,使管壁呈现金属本色; b.作内喷衬的液体环氧树脂应具有卫生部的卫生许可证,且施工过程中对人体无害; c.衬层总厚度≥400μm(通常喷涂五道,第一道底漆在喷砂除锈后一小时内完成,待表干后喷下一道); d.涂层附着力达1~2级(试验方法GB1720); e.表面硬度,用2H铅笔试划无划痕(试验方法GB6739); f.柔韧性1.0mm(试验方法GB1731); g.耐冲击性能≥4.9(试验方法GB1732); h.粘度≥0.2Pa.s(试验方法GB1723); i.细度≤80μm(试验方法GB1724); j.表干时间≤4h,实干时间≤24h(试验方法GB1728); k.甲组份固体含量≥70%,乙组份固体含量≥80%(试验方法GB1725); ·.分别在10%NaOH、30%H 2 SO 4 、10%NaCl中耐化学试剂性180d合格(试验方法GB1763); m.耐盐雾性500h试验达一级(试验方法GB1771); n.耐污水性100º;C 90d 合格(试验方法GB1733乙法); o.喷衬后应抽检涂层厚度、孔隙、气泡 ,机械损伤等,对发现的缺陷及时修补。
(1.4)钢管外防腐的质量要求 参考石油部部标准“SYT28-87”,提出以下要求:
a.钢管表面除锈应达到GB8923-88的Sa2.5级标准,呈现金属本色,无可见的油脂、污垢、铁锈等附着物; b.防腐材料应耐酸、耐碱、耐微生物侵蚀,涂有防腐材料的钢板在10%盐酸及10%苛性钠溶液中,分别浸泡90天;在30%硫酸溶液中浸泡7天,防腐层外观无变化; c. 剪切粘结强度≥4Mpa;抗冲击强度1.2J;工频击穿强度≥20kv/mm;体积电阻率≥1×10 12 Ω.cm;阴极剥离≥3级;吸水率≤0.4%;耐好气性微生物侵蚀≥2级; d.防腐层应在24小时内固化,厚度均匀、密实、不翘、不皱、不空鼓、不漏色,不粘手,外观完整; e.防腐层固化后,用小刀划开舌形切口,无法使涂层分层剥落,底漆与金属表面粘结良好; f.防腐层表面硬度好,耐磨性好,钢丝绳悬吊不产生0.1mm的痕迹; g.防腐涂层固化后及三个月后,绝缘性能均良好,要求电火花仪检测的击穿电压达10000v,最低不小于6000v,且每平方米面积上只允许二处6000v以上针孔击穿; h.操作方便,对人体及环境无害; i.采用环氧煤沥青防腐蚀涂料时,底漆应在喷砂除锈后一小时内完成,以五油二布、总厚度≥600μm,可符合以上要求。
(1.5)钢管的阴极保护措施 a.埋地钢管在腐蚀性土壤中采用阴极保护措施。
土地按实测的土壤电阻率(Ω.m)值来判别其腐蚀性程度,如表3。
表3 腐蚀性程度 强 中 弱 非 土壤电阻率Ω、m <20 20~50 50~100 >100 b.阴极保护措施有牺牲阳极法及外加电流法,应根据具体情况选用与设计计算。
(略)
(2)镀锌钢管 在国内过去小口径管道上,主要使用的是镀锌钢管(白铁管),但因锈蚀问题,影响水质及使用年限,近年多数城市已不再使用。
另外,市场上出售的冷镀锌钢管,镀锌层薄,管内壁更差,甚至未镀上,极影响水质,使用3~5年就腐蚀穿孔,不符合供水管道使用,作为伪劣产品,已禁用。
(3)薄壁不锈钢管(LGSSP) 近几年国内已有一些企业可制造薄壁不锈钢管,并制造出胶圈快速连接的管件,它在冷热水管应用上前景广阔,各种规格的管材、管件及阀门、水咀等已形成“白钢系列”产品,它不存在锈蚀与材质老化的问题,使用寿命长,外形美观,它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。
用于冷热水供应的不锈钢管系0Cr18Ni9牌号的不锈钢薄板,它的抗拉强度达520Mpa,延伸率≥35。
在小口径埋地及明敷管道中,有多种连接方式,通常采用压缩式密封圈连接较好,也就是先把螺母管件套在配管上,再用专用工具将配管胀成一山形台凸缘,将密封圈放入连接管件的内壁,用手拧螺母,使螺母与连接管件相接,后用扳手拧紧。
此种连接方式有防滑脱的功能,亦便于装拆。
若是管道埋于墙壁内,通常用对接焊连接,局部用法兰连接。
输送热水的管道,外套保温胶管。
薄壁不锈钢管的管件制造有铸造成型及焊接冲压成型等工艺,以后者的质量较稳定,且美观。
薄壁不锈钢管的工程造价仅比铝塑复合管、PP-R管高10~20%,而从使用寿命而言它是价廉的管材。
3.2 铸铁管 铸铁管是供水管网中使用量最多的一种管材。
目前世界上每年铸铁管的产量约700万吨,并每年以3%的速度递增。
(1)国外铸铁管生产概况 国外工业发达国家从六十年代开始逐渐淘汰了普通灰口铸铁管,普遍采用了球墨铸铁管,现年年产量约600万吨,产品规格为DN50~2900mm,其中美国年产量150~180万吨,日本年产量90万吨,法国年产量60~80万吨,德国年产量40万吨,英国年产量20万吨。
法国莫松桥公司、日本久保田公司为世界上规模较大,技术先进的球管生产厂家。
目前国外球墨铸铁管铸造技术发展方面,主要是采用的水冷金属型离心铸管技术。
但日本对大口径管用树脂砂衬离心铸造技术;独联体地区对大口径管
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