MBR中微生物對膜污染的影響
水(shui)資(zi)源(yuan)與環境問題(ti)越(yue)來越(yue)受(shou)到人(ren)類社(she)會的重視,尤其是面(mian)對水(shui)資(zi)源(yuan)短缺問題(ti),污水(shui)再生回用(yong)成為(wei)解決水(shui)問題(ti)的關鍵(jian)所在。但傳(chuan)統(tong)(tong)污水(shui)再生處理工藝存在著(zhu)出水(shui)水(shui)質不達標、占(zhan)地面(mian)積大、穩定(ding)性(xing)差等一系(xi)(xi)列(lie)問題(ti)。隨著(zhu)對污水(shui)處理要求(qiu)的不斷提高,開發出更加先進的廢(fei)水(shui)處理工藝,已經迫在眉睫。MBR系(xi)(xi)統(tong)(tong)適應(ying)這(zhe)一需求(qiu),應(ying)孕而生。近年(nian)來,MBR系(xi)(xi)統(tong)(tong)已經廣泛應(ying)用(yong)于污水(shui)處理,其處理效果也明顯(xian)優于傳(chuan)統(tong)(tong)的活(huo)性(xing)污泥法(fa)。
1引言
膜(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)是一種(zhong)高(gao)(gao)(gao)效(xiao)(xiao)膜(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術與(yu)活性污泥法相結合的污水(shui)(shui)處理工藝。MBR具有較高(gao)(gao)(gao)的生(sheng)物(wu)(wu)降(jiang)解效(xiao)(xiao)率(lv)和(he)較低的污泥產(chan)(chan)(chan)率(lv),占地(di)面(mian)積小,硝(xiao)化(hua)能力強,出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)穩(wen)定等(deng)特點。另外(wai),在(zai)膜(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)中(zhong),原污水(shui)(shui)中(zhong)的各種(zhong)可(ke)(ke)溶(rong)解和(he)難分(fen)解的有機(ji)物(wu)(wu)質(zhi),以(yi)及(ji)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的代謝(xie)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu),可(ke)(ke)以(yi)分(fen)別保留在(zai)生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)內,從而(er)提(ti)高(gao)(gao)(gao)了出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)。MBR系統是一種(zhong)新型的高(gao)(gao)(gao)效(xiao)(xiao)生(sheng)物(wu)(wu)處理技(ji)(ji)術,特別是它在(zai)廢水(shui)(shui)資源化(hua)及(ji)中(zhong)水(shui)(shui)回用(yong)方(fang)面(mian)存在(zai)巨(ju)大(da)的潛力,受到了國內外(wai)的普遍(bian)關注。但(dan)是由(you)于存在(zai)膜(mo)污染(ran)和(he)膜(mo)組件替換帶(dai)來的影響等(deng)方(fang)面(mian)的問題,使其運行成(cheng)本和(he)費用(yong)大(da)幅度提(ti)高(gao)(gao)(gao),從而(er)阻礙了該(gai)技(ji)(ji)術的廣泛推廣和(he)應(ying)(ying)用(yong)。
2膜(mo)污染的影響因素(su)
MBR運行(xing)一段時間以(yi)(yi)后,隨著膜(mo)(mo)內表(biao)面(mian)微生物的(de)(de)滋生和膜(mo)(mo)外表(biao)面(mian)污染層的(de)(de)附著,膜(mo)(mo)組件會(hui)被污染物堵(du)塞,膜(mo)(mo)通量(liang)逐漸下(xia)降,直至不再(zai)出(chu)水。膜(mo)(mo)污染問題縮短了(le)膜(mo)(mo)的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命(ming),導致了(le)泵(beng)的(de)(de)抽吸水頭增大和曝氣量(liang)的(de)(de)增加,是造成MBR能(neng)耗較高的(de)(de)主要原因(yin)。因(yin)此研究MBR運行(xing)過程中膜(mo)(mo)污染的(de)(de)發生機理(li),對(dui)MBR系(xi)統加以(yi)(yi)改進,以(yi)(yi)達到有(you)效(xiao)降低和控制膜(mo)(mo)污染的(de)(de)目的(de)(de),此舉對(dui)維護MBR工(gong)(gong)藝(yi)運行(xing)性能(neng)、確定工(gong)(gong)藝(yi)費用(yong)(yong)、指導工(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)放(fang)大設計(ji)具有(you)重要的(de)(de)現實意義。
2.1膜污染的成因(yin)
當前(qian),對于(yu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)生物(wu)反應器的(de)研究(jiu)主要集中在膜(mo)(mo)(mo)(mo)污(wu)染(ran)上(shang),相關研究(jiu)表明,膜(mo)(mo)(mo)(mo)污(wu)染(ran)物(wu)質(zhi)(zhi)的(de)積累過(guo)程分為兩步:(1)初(chu)期污(wu)染(ran):由于(yu)濃(nong)差極化造成初(chu)始膜(mo)(mo)(mo)(mo)通量下(xia)降,混(hun)合液中溶解性(xing)(xing)物(wu)質(zhi)(zhi)造成膜(mo)(mo)(mo)(mo)保(bao)留(liu)側溶質(zhi)(zhi)的(de)積累,產生較小(xiao)滲透(tou)能力(li)的(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)面表層。(2)長期污(wu)染(ran):由于(yu)溶質(zhi)(zhi)吸附和粒(li)子沉(chen)積造成膜(mo)(mo)(mo)(mo)表面溶質(zhi)(zhi)濃(nong)度較高,導致凝膠(jiao)(jiao)層在膜(mo)(mo)(mo)(mo)表面形成,膠(jiao)(jiao)體粒(li)子遷移(yi)至膜(mo)(mo)(mo)(mo)表面,從而形成沉(chen)積,減小(xiao)了水力(li)滲透(tou)性(xing)(xing)和膜(mo)(mo)(mo)(mo)通量。
目(mu)前(qian),對(dui)(dui)于(yu)膜(mo)(mo)污染(ran)的(de)形成機理,眾說(shuo)紛紜。但(dan)是對(dui)(dui)于(yu)影(ying)響(xiang)膜(mo)(mo)污染(ran)的(de)因素,歸納起來主要(yao)有以下幾個方(fang)(fang)面(mian):微(wei)生(sheng)物(wu)特性(xing)、運行條件、膜(mo)(mo)的(de)結構性(xing)質(zhi)(zhi)等。本文主要(yao)從微(wei)生(sheng)物(wu)性(xing)質(zhi)(zhi)對(dui)(dui)膜(mo)(mo)污染(ran)的(de)影(ying)響(xiang)方(fang)(fang)面(mian)進行探討。
2.2微生物性質對膜污染的影響(xiang)
2.2.1污(wu)(wu)泥濃度對膜污(wu)(wu)染的(de)影(ying)響
膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)反應器運行(xing)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong),膜(mo)(mo)污染(ran)物(wu)質(zhi)來源(yuan)于污泥(ni)混合液,其(qi)成分(fen)(fen)主要包(bao)括微生(sheng)(sheng)物(wu)菌(jun)群及其(qi)代謝(xie)產物(wu),廢水中(zhong)的(de)有機大分(fen)(fen)子(zi)(zi)、小(xiao)分(fen)(fen)子(zi)(zi),溶解性(xing)物(wu)質(zhi)和固體顆(ke)粒。上述(shu)物(wu)質(zhi)對(dui)(dui)(dui)膜(mo)(mo)通(tong)量(liang)產生(sheng)(sheng)很大影響(xiang)。由(you)于膜(mo)(mo)的(de)截留(liu)作(zuo)用,反應器內(nei)污泥(ni)具有較高(gao)(gao)(gao)的(de)污泥(ni)濃(nong)度(du)和污泥(ni)停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)。隨(sui)著污泥(ni)濃(nong)度(du)的(de)增(zeng)加(jia)(jia),活(huo)性(xing)污泥(ni)更容易在膜(mo)(mo)表面沉積,從而(er)加(jia)(jia)快了膜(mo)(mo)污染(ran)速度(du),導致膜(mo)(mo)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)阻力增(zeng)加(jia)(jia),進(jin)而(er)降低了膜(mo)(mo)通(tong)量(liang);同(tong)時(shi),污泥(ni)濃(nong)度(du)升(sheng)高(gao)(gao)(gao),污泥(ni)粘度(du)也隨(sui)之升(sheng)高(gao)(gao)(gao),膜(mo)(mo)通(tong)量(liang)也會減小(xiao);再(zai)者(zhe),反應器內(nei)污泥(ni)濃(nong)度(du)過(guo)(guo)(guo)高(gao)(gao)(gao),還會造(zao)成污水粘度(du)增(zeng)大,影響(xiang)氧氣的(de)傳質(zhi)效率。因此要對(dui)(dui)(dui)反應器內(nei)污泥(ni)濃(nong)度(du)進(jin)行(xing)嚴格控制,污泥(ni)濃(nong)度(du)過(guo)(guo)(guo)高(gao)(gao)(gao)或者(zhe)過(guo)(guo)(guo)低都會對(dui)(dui)(dui)出水水質(zhi)產生(sheng)(sheng)不利影響(xiang)。
2.2.2胞外聚(ju)合物(wu)對膜污染的影響(xiang)
胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)(EPS)在(zai)(zai)污(wu)(wu)泥(ni)處理(li)系統中(zhong)對污(wu)(wu)泥(ni)的絮凝性(xing)(xing)(xing)能、沉降性(xing)(xing)(xing)能、脫水性(xing)(xing)(xing)能以(yi)及重金屬吸附性(xing)(xing)(xing)能產(chan)生(sheng)(sheng)很大影響(xiang)。胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)是微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)在(zai)(zai)一定環(huan)境條件下,在(zai)(zai)其(qi)代(dai)謝過程中(zhong)分泌的包(bao)圍在(zai)(zai)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)細(xi)胞(bao)壁外(wai)(wai)(wai)(wai)的多(duo)聚(ju)(ju)(ju)化合(he)(he)(he)(he)物(wu),其(qi)主要物(wu)質為(wei)蛋(dan)(dan)白質和(he)(he)多(duo)糖(3)。胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)不但可以(yi)在(zai)(zai)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)反應(ying)器內積(ji)累,而(er)且會在(zai)(zai)膜(mo)(mo)表(biao)面積(ji)累,從而(er)引起(qi)混合(he)(he)(he)(he)液粘度和(he)(he)膜(mo)(mo)過濾(lv)阻力的增(zeng)加。膜(mo)(mo)表(biao)面的胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)直接改變沉積(ji)層(ceng)的孔隙(xi)率和(he)(he)結構,胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)和(he)(he)細(xi)微(wei)顆(ke)粒(li)一并沉積(ji)并吸附在(zai)(zai)膜(mo)(mo)表(biao)面,形成粘結性(xing)(xing)(xing)很強的凝膠層(ceng),Huangd等人發現胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)濃度每(mei)增(zeng)加50mg/L,膜(mo)(mo)通(tong)量(liang)減小70%(4);各種生(sheng)(sheng)物(wu)狀態的活(huo)性(xing)(xing)(xing)污(wu)(wu)泥(ni)中(zhong),胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)含量(liang)和(he)(he)膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染之間存(cun)在(zai)(zai)線性(xing)(xing)(xing)關系,并且胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)中(zhong)蛋(dan)(dan)白質和(he)(he)糖類(lei)的比(bi)例不同(tong),超濾(lv)的膜(mo)(mo)通(tong)量(liang)也不同(tong),膜(mo)(mo)通(tong)量(liang)隨著蛋(dan)(dan)白質比(bi)例的增(zeng)加而(er)減小。胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)過高(gao)或過低(di)都會加劇膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染,因此存(cun)在(zai)(zai)一個最佳(jia)胞(bao)外(wai)(wai)(wai)(wai)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)濃度,使(shi)污(wu)(wu)泥(ni)過濾(lv)性(xing)(xing)(xing)能最佳(jia)。
2.2.3溶解性有機物產物對膜污(wu)染(ran)的影響
近年來(lai),溶解性有機物(wu)產物(wu)(SMP)對膜污染(ran)的貢獻越(yue)來(lai)越(yue)得到重視。以腐
殖質(zhi)(zhi)、多糖、蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)等物(wu)質(zhi)(zhi)為主要(yao)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)溶解(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)產(chan)物(wu),主要(yao)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)于微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)基(ji)質(zhi)(zhi)分(fen)(fen)解(jie)(jie)過程和(he)內源呼吸過程,其(qi)中(zhong)高(gao)(gao)分(fen)(fen)子物(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)含量較高(gao)(gao)且可生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)差,因(yin)此,在(zai)膜生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)反(fan)應器中(zhong)會產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)積(ji)累(lei)。溶解(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)產(chan)物(wu)極易堵(du)塞膜孔,并容易沉積(ji)在(zai)膜表面形成(cheng)凝膠層;溶解(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)產(chan)物(wu)的(de)(de)過高(gao)(gao)積(ji)累(lei)不僅(jin)有(you)可能降(jiang)低膜過濾出水的(de)(de)水質(zhi)(zhi)穩定性(xing)(xing)(xing),而且有(you)可能影響污泥活性(xing)(xing)(xing),引起(qi)嚴重的(de)(de)膜污染(ran)。膜生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)反(fan)應器中(zhong)的(de)(de)SMP主要(yao)由微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)代謝及細胞(bao)破碎釋放的(de)(de)EPS等物(wu)質(zhi)(zhi),或(huo)者稱(cheng)之(zhi)為溶解(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)EPS,其(qi)分(fen)(fen)子量分(fen)(fen)布一(yi)般在(zai)1000~100000左(zuo)右(you)。研究表明,EPS與(yu)SMP之(zhi)間呈顯著正相(xiang)關,隨著EPS濃度的(de)(de)增大(da),SMP急劇增加。因(yin)此,EPS是引起(qi)反(fan)應器內SMP累(lei)積(ji)的(de)(de)決定性(xing)(xing)(xing)因(yin)素(5)。
2.2.4絲狀菌對(dui)膜污(wu)染(ran)的影響
絲(si)狀菌(jun)(jun)對(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染(ran)也有(you)很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響,在污泥(ni)(ni)絮(xu)(xu)體(ti)中(zhong)絲(si)狀菌(jun)(jun)數(shu)量(liang)(liang)過多或者(zhe)過少(shao)對(dui)MBR系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行都能(neng)產(chan)生(sheng)(sheng)不(bu)利影(ying)(ying)(ying)響。這是(shi)因(yin)為絲(si)狀菌(jun)(jun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)密度對(dui)活(huo)性(xing)污泥(ni)(ni)性(xing)質影(ying)(ying)(ying)響很(hen)大(da),而(er)這些性(xing)質是(shi)影(ying)(ying)(ying)響膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)根(gen)本因(yin)素。如果(guo)污泥(ni)(ni)絮(xu)(xu)體(ti)附(fu)著(zhu)數(shu)量(liang)(liang)極少(shao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絲(si)狀物(wu)(wu),則(ze)它們(men)體(ti)積會很(hen)小,從而(er)引起(qi)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)孔(kong)堵塞;而(er)如果(guo)這些絮(xu)(xu)體(ti)附(fu)著(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絲(si)狀物(wu)(wu)很(hen)多,就會在膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)成(cheng)(cheng)不(bu)透水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)泥(ni)(ni)餅層。過多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絲(si)狀菌(jun)(jun)很(hen)容易導致胞外聚合物(wu)(wu)(EPS)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)量(liang)(liang)滋(zi)生(sheng)(sheng),從而(er)產(chan)生(sheng)(sheng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)ZETA電位和較強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)疏(shu)水性(xing),因(yin)此會引起(qi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染(ran)(6)。絲(si)狀菌(jun)(jun)與膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)污染(ran)物(wu)(wu)形(xing)成(cheng)(cheng)過程及結構(gou)、附(fu)著(zhu)形(xing)式(shi)密切相關,絲(si)狀菌(jun)(jun)以黏著(zhu)、穿透膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料等固定形(xing)式(shi),增加膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)污染(ran)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)著(zhu)強度。立(li)體(ti)網狀結構(gou)形(xing)式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絲(si)狀菌(jun)(jun)對(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)污染(ran)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)、污染(ran)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)具有(you)重要作(zuo)用,嚴重影(ying)(ying)(ying)響膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)反應器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)處理能(neng)力及膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)清洗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效率(7)。由此我們(men)得知,當(dang)污泥(ni)(ni)絮(xu)(xu)體(ti)中(zhong)附(fu)著(zhu)適(shi)當(dang)數(shu)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絲(si)狀菌(jun)(jun)時有(you)利于膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)滲透性(xing)。
3、結語
引起(qi)膜(mo)(mo)污(wu)染(ran)的(de)主要(yao)因素是污(wu)泥,污(wu)泥濃度(du)過(guo)(guo)多或者(zhe)過(guo)(guo)少都會(hui)使膜(mo)(mo)產生(sheng)污(wu)染(ran)。在(zai)膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器(qi)運(yun)行中(zhong),存在(zai)一系列最(zui)(zui)佳(jia)(jia)值(zhi),如經濟(ji)曝(pu)(pu)氣(qi)強(qiang)度(du)、經濟(ji)曝(pu)(pu)氣(qi)量、臨界污(wu)泥濃度(du)等。在(zai)這一系列最(zui)(zui)佳(jia)(jia)值(zhi)的(de)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)下(xia)運(yun)行,膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器(qi)能達到最(zui)(zui)佳(jia)(jia)的(de)處理(li)效果,并且能降(jiang)(jiang)低膜(mo)(mo)污(wu)染(ran)的(de)程度(du),延長(chang)膜(mo)(mo)的(de)清洗周期和膜(mo)(mo)的(de)更換時間,從而降(jiang)(jiang)低了膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器(qi)的(de)能耗(hao),降(jiang)(jiang)低了成(cheng)本。但應該指出的(de)是,在(zai)實(shi)際運(yun)行過(guo)(guo)程中(zhong),很難使以上各(ge)種(zhong)運(yun)行參(can)數都處于最(zui)(zui)佳(jia)(jia)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。
從微生物(wu)(wu)角度對膜(mo)(mo)污(wu)染進(jin)行研究(jiu)將逐漸成(cheng)(cheng)為研究(jiu)的熱點,胞外聚合物(wu)(wu)(EPS)和(he)溶解(jie)性微生物(wu)(wu)產(chan)物(wu)(wu)(SMP)對膜(mo)(mo)污(wu)染有重要影響,可以通過調節固(gu)體停(ting)留時間(jian)(jian)(SRT)、水力停(ting)留時間(jian)(jian)(HRT)、負(fu)荷來控制微生物(wu)(wu)特性,進(jin)而(er)緩解(jie)膜(mo)(mo)污(wu)染。絲(si)狀菌過多(duo)或者過少都(dou)會(hui)對膜(mo)(mo)產(chan)生污(wu)染,引(yin)起泥餅層(ceng)的形成(cheng)(cheng)和(he)膜(mo)(mo)孔的堵塞;同時絲(si)狀菌過多(duo),引(yin)起污(wu)泥膨脹,會(hui)使(shi)胞外聚合物(wu)(wu)大量繁殖(zhi),也會(hui)對膜(mo)(mo)污(wu)染造成(cheng)(cheng)影響。
在今后的研(yan)究中(zhong)應(ying)該更加注重對于膜污(wu)染控制的研(yan)究,在理解污(wu)染機理的基(ji)礎上對膜污(wu)染進行防(fang)治,最大(da)程度上降低膜生物(wu)反應(ying)器的成本。

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