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生活垃圾焚烧处理
绪论
随着我国经济的高速发展,城市化进程速度不断加快,人民生活水平的的不断提高,城市生活垃圾的产生量不断增加,垃圾处理无害化已经成为当务之急。
据统计资料表明,我国城市人均年产垃圾400kg,全国主要城市年产生活垃圾15亿吨,侵占土地面积5亿m³,并且以年增长率8%-10%的速度增长,我国中心城市的日平均垃圾产量已达1~2kg/人,并以每年10%的速度递增。
历年堆积的生活垃圾量已经达到60多亿吨。
面对泛滥成灾的垃圾,并伴随着传染疾病、污染环境、有碍观瞻的危害,我们必须采取措施,使之减量化、资源化、无害化。
垃圾对社会的危害是多方面的。
长期堆放的垃圾在发酵、分解、腐烂后,滋生蚊蝇、鼠类,产生有害气体、有机废液,传播疾病,污染水源、空气和土壤。
垃圾堆还侵占了大量城郊土地,同时造成更大范围的农田污染。
另外城市垃圾中的有机物含量较高,垃圾发酵后产生沼气,沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳,会对大气产生污染,阻碍植被生长,破坏臭氧层。
更危险的是,垃圾集中堆放产生的甲烷是可燃气体,当与空气混合达到一定比例时,遇火花会发生爆炸,直接威胁到人们的生命财产安全。
兰州市随着经济飞速发展,城市规模不断扩大,目前市区人口有210万。
2007年兰州日均生活垃圾产量为2998t,基本上全部都进行露天堆放和卫生填埋。
如果将这些生活垃圾按照国家环保总局制订的标准无害化处理,每吨垃圾收集、运输、处理、填埋成本超过150元。
为此,兰州每年要支出超过1亿元。
而垃圾填埋造成的环境、土地资源的污染,支出的代价是不能用金钱来衡量的,这样使得兰州市生活垃圾综合治理成为非常必要。
城市生活垃圾焚烧技术因符合无害化、减量化、资源化的垃圾处理技术政策,且具有处理速度快、减容效果好、占地面积小、环境影响小、选址难度低等优点,近年来在国外得到了较快发展。
我国于1988年在深圳建成第一座生活垃圾焚烧厂。
目前,珠海、广州、上海、北京、厦门等地均在筹建新的生活垃圾焚烧厂。
目前,在兰州仍以原始的消耗土地资源为代价的简单填埋处理方法,既侵占大量土地,又污染环境。
对于兰州这个土地极度缺乏的城市而言,也许若干年后,找一块可填埋垃圾的地方都会变得非常困难……
现为了加快兰州市生活垃圾处理产业化进程,逐步实现垃圾处理无害化、减量化、资源化,进一步改善生态环境,促进兰州市的经济、社会、环境可持续发展,选择成熟可靠的处理工艺,建设生活垃圾处理设施是刻不容缓的。
在兰州市建设城市生活垃圾焚烧发电厂,负责处理兰州市的部分生活垃圾,以提高兰州生活垃圾的减量化、资源化、无害化处理,解决生活垃圾的出路,满足生活垃圾处置的环境保护要求。
1.垃圾处理现状
1.1国外城市垃圾处理现状
20世纪60年代以来,各国投入了大量的人力、物力、财力进行垃圾处理和处置技术的研究,并取得了一定的成功经验。
主要处理处置方法有焚烧、堆肥、卫生填埋的和热解等。
由于城市垃圾成份复杂,并受经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯等因素的影响,所以国外对城市垃圾的处理一般是随国情而不同,往往一个国家中各地区也采用不同的处理方式,很难有统一的模式(表1-1)。
但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。
从应用技术看,国外主要在填埋、焚烧、堆肥、综合利用等方式,机械化程度较高,且形成系统及成套设备。
表1-1国外城市生活垃圾处理方法统计表[1]
国家
总量(万吨)
填埋(%)
焚烧(%)
堆肥(%)
利用(%)
美国
32746
62
10
0
28
日本
5077
12
英国
2000
83
13
0
4
加拿大
2509
73
4
0
23
德国
3380
61
36
3
0
法国
2000
45
42
10
3
意大利
2000
74
16
7
3
西班牙
1330
64
6
17
13
比利时
358
49
35
0
16
奥地利
290
48
24
8
20
丹麦
180
16
71
4
9
芬兰
130
65
4
15
16
爱尔兰
910
97
0
0
3
卢森堡
180
22
75
1
2
荷兰
770
45
35
5
15
挪威
220
67
22
5
6
葡萄牙
265
0
90
10
0
瑞典
320
30
60
0
10
瑞士
370
11
76
13
0
新加坡
292
35
65
0
0
垃圾处理传统的方法是填埋,所占比例较大。
但从20世纪70年代中期起,瑞士、丹麦、日本等国焚烧的比例都已超过填埋。
究其原因:
一是随着现代化生产的发展,人民物质文化生活水平有了较大的提高;二是燃烧构成发生了重大变化,人们由烧煤、柴改为煤气、石油,并且大量使用电能;三是出现了超级市场,人们购买的食品大都经过加工处理,大大减少了厨房下脚废品;四是各种物品大都改善或增加了包装,因此垃圾成分发生了很大变化,垃圾热值有了显著提高;五是能源紧张,特别是石油危机之后,加速了垃圾产能的开发;六是垃圾焚烧技术的进步和完善;七是焚烧可使垃圾体积减少95%,重量减少75%~85%。
堆肥在国外一般使用较少,其与填埋法相比,投资费用较贵,与焚烧相似,此外堆肥产品的运费和销路及产品对土壤可能引起重金属污染等,都使堆肥法发展较慢。
[2]
我国城市垃圾处理现状
我国垃圾处理工作起步较晚,水平低,基础设施差,垃圾治理仍处于初级阶段,缺乏可靠的工艺设备。
因此,垃圾成为我国城市最严重的污染源之一。
由于我国城市垃圾堆放处理普遍采用场地裸露位置,形成“垃圾包围城市”的局面,因此,许多城市边缘往往是垃圾遍布、污水横流、蚊蝇滋生、臭气熏人,对大气、土壤、水体环境造成了严重污染。
城市垃圾的处理问题已成为非解决不可的重大问题。
1988年起,深圳借鉴国外先进经验,建成了国内第一座垃圾焚烧电厂——清水河发电厂,拉开了我国垃圾发电的序幕,成功实现了垃圾处理的无害化、资源化、减量化。
2001年,深圳市政府确定了全市垃圾发电发展的总体思路:
将由政府投资改为企业投资,由各区分散建设改为统一建设和经营,由引进国外设备改为引进技术进行设备国产化的开发与系统集成制造。
从而改变过去政府对垃圾处理大包大揽而又力不从心的被动状况,让企业参与垃圾发电的投资、运营、管理,将市场机制引入环保产业,使垃圾发电走向企业化运作,企业投资运营、政府环保部门监管的新路子。
按照这条新路子,由深圳能源环保公司出资2亿元兴建的盐田垃圾发电厂,于2002年底建成投产后,每日可处理城市生活垃圾450t,发电容量达6MW。
这家公司已进行深圳南山、龙岗两大工业区垃圾发电厂的建设工作,形成了集投资、设计、制造、建设、运营“一条龙”的垃圾焚烧发电产业。
但烧掉了垃圾内的不可再生的可贵资源。
[2]
1.3兰州市垃圾处理现状
1.3.1垃圾的收集清运
兰州市生活垃圾收运系统均采用传统的垃圾混合收集方式。
清运工作采取环卫部门和单位自行清运相结合的方式,大约10%的生活垃圾由单位自行清运,其余的90%由环卫部门负责清运。
市区现有的垃圾收集方式主要有垃圾道、定点收集、定时定点收集和小型生活垃圾收集站收集。
垃圾道收集楼房居民的生活垃圾,通过垃圾道把垃圾输送到垃圾间,再由专门人员掏出运往收集点;定点收集有定点垃圾台收集、定点垃圾箱收集、定点地坑式集装箱收集;定时定点收集是在规定的时间地点,市民集中投放垃圾,由后装式压缩车清运;小型生活垃圾收集站收集是城关区特有的收集方式,把集装箱安置在收集站室内地坑中,由天车控制集装箱装卸,由自卸车清运。
目前环卫部门的清运车辆主要有自卸车、后装式压缩车和摆臂车。
自卸车载重有2t、3t、5t三种,后装式压缩车载重有3t、5t、8t三种。
在西固区和安宁区,环卫部门还配备微型保洁车负责主次街道的保洁工作,西固区有2辆,安宁区有4辆,载重量均1t。
表1-2兰州市区垃圾产生、清运统计表
年份
产生量(万吨)
清运量(万吨)
合计
城关
七里河
安宁
西固
城关
七里河
安宁
西固
2005
45
19
45
19
2006
19
21
2007
城市生活垃圾主要来源:
居民生活垃圾、商业垃圾、贸易市场垃圾、街道垃圾、公共场所垃圾、单位生活垃圾。
2005年主城区人口为208万人,包括常住及暂住半年以上人口。
kg/d.人。
1.3.2垃圾处理现状
兰州市生活垃圾一直沿用传统的填沟处理方式,近郊四区年产生活垃圾108万吨,生活垃圾已达到了日产日清。
除填埋外尚无其他处置方式。
各区现有填埋场共12座,分别位于黄河南、北两山的沟谷中,距城区边界3km以内。
其中关闭和已封场利用的有4座,目前正在运行的有6座,在建的1座,筹建的1座。
[3]
表1-3兰州市填埋设施汇总表
行政区
填埋场
名称
位置
建场时间(年)
占地
(hm2)
备注
城
关
区
伏龙坪
填埋场
黄河北岸,后五泉山芦家大沟
1989
市区最大的填埋场,设计服务期
14年,目前已完成库容的3/4
阳洼沟
填埋场
黄河北岸,东岗镇阳洼沟下游段
1998
原为城关区粪便处理场,已近填
城关区满,服务期10年
大破沟
填埋场
黄河北岸,草场街以北的大破沟
2003
原为建筑垃圾填埋场,2003年非典时期开始填埋生活垃圾,服务期30年
七
里
河
区
华林山
填埋场
黄河南岸,华林山变电所西侧沟谷
1997
临时填埋场,已近填满
西津坪
填埋场
黄河南岸,西果园乡西津坪深沟
待建
前期工作已完成,服务期50年,
因无建设资金,至今不能动工
西
固
区
寺儿沟
填埋场
黄河南岸,寺儿沟西侧无名沟谷
2001
村与环卫所联建,服务期10年
范家坪
填埋场
黄河南岸,西固深沟桥以南东侧沟谷
2001
村与环卫所联建,服务期30年,
接纳兰炼建筑垃圾和生活垃圾
安
宁
区
青石沟
填埋场
黄河北岸,大沙沟下游东支沟
1998
正建中,缺乏后续资金,1994年
开始堆放垃圾,服务期30年
1.4现状存在的问题
填埋场为解决兰州市垃圾出路问题起到了重要作用,发挥了重要的社会效益,但实际运行中也出现一些问题:
没有渗沥液防渗及填埋气体的收集处理设施,不符合卫生填埋场建设标准和规范,对周围大气、水体造成了严重的污染。
填埋场均没有设置垃圾坝及地表排水设施,暴雨期存在垃圾泥石流或崩塌的风险,严重时将危及下游的安全。
填埋场距离城区边界太近,填埋场周围没有防护设施,轻质垃圾、苍蝇、恶臭气体等到处飞散,污染周围环境。
多采用简易的填埋方式,填埋作业未按国家有关标准和规范执行。
资金短缺是制约上述诸多问题不能解决的关键因素和瓶颈。
最大的芦家大沟填埋场投入建设资金仅35万元,根本无力防治渗沥液污染问题;在建的青石沟填埋场因缺乏后续资金几乎停建。
1.5相关规划及分析
《兰州市环卫设施专项规划》(2008-2020)中关于环卫设施规划内容如下:
重视城市公厕、垃圾站配套建设。
2005年,市区水冲式公厕达到80%,垃圾、粪便无害化处理达到50%;2010年,市区水冲式公厕达到90%,垃圾、粪便无害化处理达到60%以上,在城关、七里河、西固、安宁四区各建一座垃圾处理厂。
为推进兰州市市容环境卫生事业改革,使市容环境卫生管理工作适应社会主义市场经济发展的需要,2005年兰州市制定了《兰州市市容环境卫生机构改革意见》,在管理体制、作业运行机制、人事制度和用工制度、投资体制、税费政策五个方面均提出了明确的意见。
对于投资体制,制定了“在以市场为导向,加大市容环境卫生投资体制改革,建立以政府投入为主,包括社会、企业、外资在内的多元化的市容环境卫生投资体制”的原则。
1.6危害及出路
目前,以原始的消耗土地资源为代价的简单填埋处理方法,既侵占大量土地,又污染环境。
对于兰州这个土地极度缺乏的城市而言,也许若干年后,找一块可填埋垃圾的地方都会变得非常困难……无法满足不断增长的城市生活垃圾处理的需求,为了使有限的土地资源能够最大的发挥作用,兰州有必要继续增建改建城市环卫设施,以满足城市发展所带来的日益突出的城市生活垃圾污染问题。
垃圾焚烧发电是二十世纪中期发展起来的一项高科技垃圾处理技术,既可以对垃圾进行无害化、减量化处理,又可以利用垃圾焚烧产生的蒸汽供热、发电,实现废弃资源的综合利用,既防止了垃圾的污染,保护了环境,又发电供热,带来经济效益。
在国外,特别是经济发达国家早已采用垃圾焚烧发电处理技术。
在国内,1988年深圳建成了第一个垃圾焚烧厂。
在世纪之交,国内纷纷兴建垃圾焚烧厂,现已建成投产的有广东珠海、浙江宁波、上海浦东、绍兴城东,哈尔滨、河南荥阳、安徽芜湖等项目。
为了加快兰州市、生活垃圾处理产业化进程,逐步实现垃圾处理无害化、减量化、资源化,进一步改善生态环境,促进兰州市的经济、社会、环境可持续发展,选择成熟可靠的处理工艺,建设生活垃圾处理设施是刻不容缓的。
在兰州市建设城市生活垃圾焚烧发电厂,负责处理兰州市的部分生活垃圾,可以提高兰州生活垃圾的减量化、资源化、无害化处理,解决生活垃圾的出路,满足生活垃圾处置的环境保护要求。
2.垃圾量预测与方案比选
2.1兰州概况
2.1.1城市概况
兰州是甘肃省的省会,是全省政治、文化、经济,金融,交通,教育中心,处在东经102°30"~104°30"、北纬35°5"~38°之间,位于中国陆域版图的几何中心,在大西北处于“座中四连”的独特位置。
市区南北群山对峙,东西黄河穿城而过,蜿蜒百余里。
城市依山傍水而建,层峦叠嶂,既体现了大西北的浑壮雄阔,又展现了江南的清奇秀丽。
[4]
兰州现辖城关、七里河、西固、安宁、红古五区和永登、榆中、皋兰三县,全市总面积1.31万平方公里,其中市区面积1631.6平方公里。
2009年全市户籍总人口323.59万人。
其中,市区人口210.47万人。
[4]
2.1.2气候
℃℃℃,年平均日照时数2446.6小时,无霜期180天。
兰州市区沿河谷分布展开,常年多偏东风,但风速小,静风天数达50%以上,导致逆温层天数多,冬季尤为严重,最高逆温层天数达280天/年,造成烟尘废气不易扩散,紫外线辐射减少70%,对大气环境质量有一定的影响。
[4]
2.1.3地质条件
兰州市位于我国西北部黄河上中游的黄土高原地带,市区海拔1520米,与皋兰山最高峰相对高差约600米。
黄河水系自西向东纵贯城区,形成了兰州市两山夹一川沿河带状组团式的地形特征。
兰州市区最古老的地层为太古代皋兰的变质岩、片岩、石英岩;次为白垩系砂页岩及第三系红色地层构成的各区基岩,其上部为第四系地层,在市区内分布广泛。
此类地层一般底部为砂砾石层,上部为风化黄土盖层,且此盖层又多系钙质硬性土,其土粒极细而呈竖劈开状,故易被水灌入而具有黄土湿陷性能,除沿河滩地及河心滩等低洼地段湿陷量较小或不具湿陷性外,二级阶地湿陷等级一般为I—II级,高级地段为II—III级,甚至超过III级。
市区四周的黄土梁峁和各级阶地还由于黄河的摆移和人类活动等因素而产生的滑坡、泥石流、黄土喀斯特、掏沙井、人工杂填土及淤泥层等不利的地层地质结构,对城市道路、建筑物、农田和人民生命财产安全造成一定的影响和隐患。
兰州是黄河上游最大的工业城市和西部重要的原材料工业基地,经过几十年特别是改革开放以来的建设与发展,工业化水平迅速提高,人口规模不断扩大,经济快速发展。
经济的发展促进了城市建设的步伐,城市建设成效显著,城市面貌一新。
随着经济的发展而带来的环境问题也日益突出。
据统计,兰州市日处理生活垃圾2000多吨,年处置生活垃圾100余万吨。
而且居民生活垃圾正以每年5%至8%的速度增长。
兰州近郊四区现有垃圾处理场5座,垃圾处理的方式都是简单的填埋处理。
这种原始的垃圾处理方式,既侵占大量土地,又污染环境。
对于兰州这个土地极度缺乏的城市而言,也许若干年后,找一块可填埋垃圾的地方都会变得非常困难,因此我们必须选用新的垃圾处理方式,负责处理兰州市的生活垃圾,提高兰州生活垃圾的减量化、资源化、无害化处理,解决生活垃圾的出路,满足生活垃圾处置的环境保护要求。
2.2垃圾量预测
2.2.1人口规模预测
表2-1兰州市区人口规模和用地规模预测[3]
项目
近期(2010年)
远期(2020年)
人口(万人)
人口(万人)
城关区
106.2
117
七里河区
55
西固区
31
安宁区
37
合计
240
注:
表中人口包括常住与暂住两部分。
2垃圾产量预测
影响生活垃圾产量的因素主要有:
人口数量、居民燃料结构、居民的消费水平、居民的工资收入、居民的生活方式变化、国民经济生产总值以及生活垃圾的源头管理等。
在这些因素中,人口数量是主要因素,居民的燃料结构是重要因素,生活垃圾产量主要取决于这两个因素。
当然其它因素也会对垃圾量产生影响,垃圾产量是这些因素综合作用的结果。
·人,参照国内其他城市和经济发达国家生活垃圾产量变化情况,预计今后一段时期内兰州市区人均生活垃圾产量会保持增长趋势。
随着对生活垃圾实行全面控制和资源化、减量化措施,远期平均年递增率逐渐下降,并且人均垃圾产量控制在1.20kg/d·人左右。
预计2015年人均生活垃圾产量1.10kg/d·人,2020年为1.20kg/d·人,预测结果如下表2-2:
[3]
表2-2兰州市生活垃圾产量预测表
项目
近期(2015年)
远期(2020年)
人均垃圾产量(kg/d·人)
生活垃圾产量(t/d)
人均垃圾产量(kg/d·人)
生活垃圾产量(t/d)
城关区
1440
七里河区
660
西固区
372
安宁区
444
合计
2286
2880
2.3垃圾成份现状与预测
兰州市目前缺乏近几年垃圾成分调查资料,根据类似城市垃圾组分的分析,预测兰州市垃圾平均含水率为46%,成分如下:
表2-3兰州市城市生活垃圾成分预测表[3]
年份
纸类
橡胶塑料
金属
玻璃
竹木
布类
厨类
果类
灰渣
2110
2020
1.3
2.4生活垃圾处理工艺比选
目前国内外处理城市生活垃圾的方法多种多样,通常包括中间处理和最终处置两大部分,其中卫生填埋、堆肥、焚烧是技术成熟、应用最广泛的城市生活垃圾处理方法。
就总的发展趋势而言,生活垃圾焚烧处理已成为城市生活垃圾处理的主流。
2.4.1卫生填埋
我国垃圾处理的实践表明,垃圾卫生填埋因抗冲击负荷强、处理量大、处理彻底、单位投资小等优点而为我国各城市广泛应用,而且从基础研究、设计、施工到运营管理都积累了一定经验。
目前我国城市垃圾处理90%以上均采用了卫生填埋技术。
由于填埋处理单位投资和运行费用较低,因此在目前及今后相当一段时间内仍是最主要的垃圾处理方式,但是随着城市的发展,适宜的填埋场地将越来越少;并且随着环境标准的不断提高,也会逐步增大填埋场的单位投资和运行费用。
因此,充分利用垃圾中一些可以利用的成分,减少有机垃圾填埋量以减少填埋场产生的污染,延长填埋场使用年限,是实现可持续发展的有效途径。
2焚烧处理
垃圾焚烧是生活垃圾无害化处理的重要手段之一。
垃圾焚烧处理已有一百多年历史,但近几十年才出现有控制的焚烧(烟气处理,余热利用等)。
焚烧与填埋相比,具有占地小、场地选择易,处理时间短、减量化显著(减重一般达70%,减容一般达90%。
),无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点,在发达国家得到广泛应用。
近几年各城市开始进行垃圾焚烧处理的基础研究和应用研究工作,开发了各种形式的小型垃圾焚烧炉,并建设了一批中小型城市简易焚烧厂(站)。
经过“八五”期间国家组织的科技攻关,完成了深圳3#炉的国产化工作,设备国产化率达到80%以上。
同时,国内一大批企业实体在处理能力50~75t/d的中型垃圾焚烧炉开发上取得了很大进展。
目前我国部分城市垃圾焚烧发电系统简介:
主燃料:
生活垃圾
辅助燃料(助燃、点火):
柴油或液化石油气
主机设备:
国产化垃圾焚烧炉配国产汽轮发电机组;国外进口垃圾焚烧炉配国产汽轮发电机组,垃圾焚烧炉产生的过热蒸汽被送至汽轮发电机组发电。
拟(或已)采用这一模式的垃圾焚烧厂详见表2-4。
表2-4部分垃圾焚烧项目概况
焚烧厂
处理厂规模
焚烧炉技术
配发电机组
投资(人民币)
深圳
450t/d
日本三菱马丁炉技术
上海御桥
1000t/d
法国进口炉排炉
17MW
~6.7亿
上海江桥
1000t/d
进口炉排炉
17MW
~6.5亿
广州市
1000t/d
进口炉排炉
15MW
~6.2亿
北京朝阳区
1000t/d
进口炉排炉
15MW
~7.5亿
广东惠州
500t/d
引进加拿大瑞威CAO技术
12MW
~1.8亿
宁波市
1000t/d
杭州锅炉厂引进德国诺尔公司技术
12MW
~3.6亿
杭州市
450t/d
杭州锅炉厂引进日本三菱马丁炉技术
6MW
沈阳市
950t/d
引进加拿大瑞威CAO技术
15MW
~2.9亿
中山市中心组团
900t/d
引进日本三菱马丁炉技术
~3.4亿
这些垃圾焚烧处理厂,存在的共同问题是:
一次性投资大,光靠售电收入(按本地同一上网电价优先上网)很难回收投资;垃圾处理厂需靠政府补贴垃圾处理费(是垃圾填埋处理补贴费的二倍以上)或大幅度提高上网电价,才能维持生存。
2.4.3生物处理
利用微生物来处理城市生活垃圾始于20世纪初,从最初的印多尔法到目前的高温快速机械堆肥技术,已形成了特点各异、数量众多的物处理方法,实行无害化、减量化和资源化。
2.5生活垃圾处理方案的确定
某一城市的垃圾处理具体采用何种技术,主要取决于以下因素:
●垃圾组分特征:
以泥灰类无机物为主的垃圾,适于做建筑砌块处理;高热值有机物含量较高的垃圾,适于进行焚烧处理;植物类、厨余类有机物含量较高的垃圾,适于进行堆肥处理;垃圾中的纸张、塑料、金属、玻璃等可进行回收利用。
●自然条件:
与焚烧和堆肥相比,填埋对场址区地形地貌、水文地质与工程地质条件要求较高,占地面积较大。
●社会经济发展水平:
焚烧一次性投资较大,运行费用较高,堆肥次之,填埋最低。
●产品市场:
主要针对堆肥处理而言。
堆肥能否真正成为一种垃圾处理方案主要取决于堆肥产品的销路,选择堆肥处理必须首先考虑堆肥产品的市场需求。
表2-5生活垃圾处理方法比选表[5]
内容
卫生填埋
焚烧
堆肥
操作安性
较好,注意防火
好
好
技术可性
可靠,国内有相当经验
可靠,国外属成熟技术
可靠,国外属成熟技术
占地面积/(m2/t)
大,500~900
小,60~1
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