DE102006024386A1 - Onsite treatment of acidic post-mining surface waters, by manufacturing suspension from treatment agent and lake water, adding the agent to surface water, transferring suspension to feed unit, pressure increasing or diluting the suspension - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Anhebung des pH-Wertes und die Verbesserung der Wasserbeschaffenheit saurer Oberflächengewässer, insbesondere auf Gewässer mit einem Wasservolumen von > 500.000 m3.The invention relates to the raising of the pH and the improvement of the water quality of acidic surface waters, in particular to waters with a water volume of> 500,000 m 3 .
In der Folge des Bergbaus werden Hohlräume in der genutzten Landschaft geschaffen, die sich nach und nach mit Grund- und Oberflächenwasser füllen. In vielen Fällen wird durch das wieder aufgehende Grundwasser sowie die damit verbundenen geologischen und chemischen Bedingungen im neu geschaffenen Deckgebirge eine Seenlandschaft geschaffen, die durch extrem saure Wässer mit hohen Schwermetallgehalten, insbesondere mit hohen Eisengehalten gekennzeichnet ist.In The result of mining will be cavities in the used landscape created, which gradually fill with ground and surface water. In many cases is caused by the re-emerging groundwater and the associated geological and chemical conditions in the newly created overburden Lake landscape created by extremely acidic waters with high heavy metal contents, especially with high iron contents is marked.
Haupteintragsquelle für gelöste Stoffe und Säuren in einen derartigen Tagebausee sind das Grundwasser und das Kippenmaterial. Das Säurepotential des Kippenmaterials beruht in der Regel auf der Verwitterung der enthaltenen Eisendisulfide durch die Umlagerung der Kohledeckschichten im Tagebaubetrieb. Das sogenannte Abraummaterial wird dadurch intensiv den verwitterungsfördernden Komponenten Luft (Sauerstoff) und Wasser ausgesetzt. Das abgelagerte und verwitterte Kippenmaterial wird im Laufe der Zeit durch Grund- und Sickerwasser ausgewaschen, die so mobilisierten Stoffe abtransportiert und beispielsweise in Tagebauseen durch Grundwasserwiederanstieg eingebracht. Eine zweite Eintragsquelle ist die Erosion von Ufern aus Kippenmaterial. Die Mobilisierung erfolgt hier durch Wellenschlag, Regenwasser etc. Resultat der Verwitterung und Auswaschung ist ein hoch mineralisiertes saures Wasser, in dem als Säureträger Sulfat- und Eisenionen dominieren.Main entry source for dissolved substances and acids in such Tagebausee are the groundwater and the tilting material. The acid potential The tilting material is usually based on the weathering of the iron disulfides contained by the rearrangement of the coal cover layers in the open pit. The so-called waste material becomes intense the weathering-promoting components Exposed to air (oxygen) and water. The deposited and weathered Tipping material will over time through groundwater and leachate washed out, the so mobilized substances removed and, for example introduced in open-pit mines by groundwater recovery. A second The source of entry is the erosion of banks of tilting material. The Mobilization takes place here by waves, rainwater etc. Result of weathering and leaching is a highly mineralized acid Water containing sulphate as the acid carrier. and iron ions dominate.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartig saure Wässer vor Anbindung dieser Gewässer an die Vorflut mittels sogenannter Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA) zu behandeln, Das eigentlich saure Gewässer verbleibt jedoch in diesem Falle in seinem sauren lebensfeindlichen Milieu und ist in seiner Nutzbarkeit eingeschränkt.Out The prior art is known, such acidic waters before Connection of these waters the receiving water by means of so-called mine water purification systems (GWRA) However, the actually acidic waters remain in this Trap in his acid hostile environment and is in his Usability limited.
Bekannt
sind des Weiteren sogenannte Inlake-Verfahren z. B. in
Gemäß eines
Vorschlages nach Aktenzeichen
Auch
in den Offenlegungsschriften
In
Nach
einem Verfahrensvorschlag nach
Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Möglichkeit auf der Grundlage der Intake-Konditionierung saurer Gewässer zu finden, nach der die Konditionierungsmittel sehr effektiv, mit hohem Reaktionswirkungsgrad, mit geringem Zeitaufwand und geringen Betriebskosten zur Anwendung gelangen können.The aim and purpose of the invention is to find a possibility based on the intake conditioning of acidic waters, according to which the conditioning agents can be used very effectively, with high reaction efficiency, with little expenditure of time and with low operating costs.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, dadurch gelöst, dass eine mobile oder ortsfeste Landanlage zur Herstellung und Förderung einer Suspension aus Konditionierungsmittel wie beispielsweise aus Kalkprodukten, Natronlauge, Soda, CO oder deren Kombinationen mit Seewasser und/oder mit Fremdwasser betrieben wird und die in der Landanlage erzeugte Konditionierungsmittelsuspension direkt über ein > 200 m langes schwimmendes Leitungssystem und weiter über eine schwimmende, mobile und bewegliche Eintragseinheit, die mit eigenem Antrieb sowie mit einer Verteileinrichtung für den Konditionierungsmittelsuspensionsaustrag ausgerüstet ist, in das betreffende Oberflächengewässer eingebracht wird.According to the invention Task solved by that a mobile or stationary land plant for the production and promotion a suspension of conditioning agents such as Lime products, caustic soda, soda, CO or combinations thereof with Seawater and / or is operated with extraneous water and in the Land conditioning produced conditioning agent suspension directly over a> 200 m long floating Pipe system and continue over a floating, mobile and mobile entry unit with own drive and with a distribution device for the conditioning agent suspension discharge equipped is introduced into the surface water concerned becomes.
Die schwimmende, mobile und bewegliche Eintragseinheit kann zur Anpassung der Technologie an die örtlichen Gegebenheiten oder die Beschaffenheitsparameter wie des pH-Wertes oder der mittels Titration bestimmten Säurekapazität des Gewässers mit weiterem Zubehör wie Stromaggregat und/oder Pontons und/oder Fördereinrichtungen und/oder Mischeinrichtungen ausgerüstet sein.The Floating, mobile and mobile entry unit can be adapted the technology to the local Conditions or the quality parameters such as the pH value or the acid capacity of the water body determined by titration with further accessories such as a generator and / or pontoons and / or conveyors and / or mixing devices.
Üblicherweise ist die schwimmende mobile und bewegliche Eintragseinheit ein Schiff, Ponton, Katamaran o.ä., welche mittels eines geeigneten Antriebs ausgerüstet ist.Usually the floating mobile and mobile entry unit is a ship, Pontoon, catamaran or similar, which is equipped by means of a suitable drive.
Das Konditionierungsmittel in der geförderten Suspension wird bei der Durchführung des Verfahrens mit einer Konzentration von bis zu 35 Ma. % gefördert. In Abhängigkeit von Qualitätsparametern im Gewässer, wie vom pH-Wert oder der mittels Titration bestimmten Säurekapazität wird die Eintragskonzentration eingestellt, wobei bei niedrigen pH-Werten und geringen Säurekapazitäten die Konzentration höher eingestellt wird als bei höheren pH-Werten und höheren Säurekapazitäten. Damit können die chemisch-physikalischen Triebkräfte zwischen Konditionierungsmittel einerseits und dem sauren Oberflächenwasser andererseits optimal genutzt werden. Des Weiteren werden Konzentrationen, die zu unerwünschten Nebenreaktionen, wie einer Calcitausfällung bei punktuell erhöhter Calciumkonzentration oder punktuell erhöhtem pH-Wert vermieden.The Conditioner in the subsidized suspension is at the implementation of the process with a concentration of up to 35 Ma. % promoted. In dependence of quality parameters in the waters how the pH value or the acid capacity determined by titration becomes the Entry concentration adjusted, taking at low pH and low acid capacities the Concentration higher is set as at higher pH values and higher Acid capacity. So that can chemical-physical driving forces between conditioning agent on the one hand and the acidic surface water on the other hand be used optimally. Furthermore, concentrations, the too undesirable Side reactions, such as calcite precipitation at selectively elevated calcium concentration or at times elevated pH is avoided.
Das schwimmende Leitungssystem zur Konditionierungsmittelsuspensionsförderung besteht bei der Durchführung des Verfahrens aus einer flexiblen Leitung oder einer Kombination von quasistationäre Leitung und flexibler Leitung, die mit oder ohne zusätzliche Stabilisierungseinrichtungen, wie beispielsweise Pontons, für die Stabilisierung der Leitung und/oder für die Aufnahme von Anlagentechnik sowie mit oder ohne Fördereinrichtungen zur Druckerhöhung oder weiteren Verdünnung der Konditionierungsmittelsuspension ausgerüstet ist. Auf diese Weise kann das Konditionierungsmittel bei Bedarf in der geförderten Suspension durch geeignete Einrichtungen im Leitungsverlauf und/oder an der schwimmenden, mobilen und beweglichen Eintragseinheit vor dem Eintrag in den Wasserkörper in seiner Konzentration reduziert werden.The floating conduit system for conditioning agent suspension conveyance exists in the implementation the method of a flexible conduit or a combination by quasi-stationary management and flexible piping, with or without additional stabilizers, such as pontoons, for the stabilization of the pipe and / or for the reception of plant engineering as well as with or without conveyors for pressure increase or further dilution the conditioning agent suspension is equipped. This way you can if necessary, the conditioner in the subsidized suspension by suitable Facilities in the pipeline and / or at the floating, mobile and movable entry unit in front of the entry into the body of water in be reduced in concentration.
Das schwimmende Leitungssystem bei einer teilweisen quasistationären Ausführung ist in Abhängigkeit von der Gesamtleitungslänge beginnend an der Landanlage mit > 1/3 der Gesamtlänge quasistationär ausgeführt. Vorzugsweise erfolgt ab einer Leitungslänge von > 300 m die quasistationäre Ausführung eines Leitungsanteil. Bei der Ausführung kann der quasistationäre Leitungsanteil einen höheren Durchmesser aufweisen, als der flexible Leitungsanteil oder umgekehrt.The is floating conduit system in a partial quasi-stationary design dependent on from the total line length starting at the land plant with> 1/3 the total length quasi-stationary executed. Preferably, from a line length of> 300 m, the quasi-stationary design of a Line content. In the execution can the quasi-stationary Lead share a higher diameter have, as the flexible line share or vice versa.
Der quasistationäre Leitungsanteil ist vorzugsweise zusätzlich durch Pontons und/oder Anker gesichert. Der flexible Leitungsteil ist vorzugsweise durch Schwimmkörper gesichert. Zur Haltung der Förderleitung kann ebenfalls eine luftgefüllte Parallelleitung oder luftgefüllte Leitungsstücke eingesetzt werden.Of the quasi-stationary Line share is preferably additionally by pontoons and / or Anchor secured. The flexible conduit part is preferably through float secured. The attitude of the support line can also be an air filled Parallel line or air filled line sections be used.
Die Verteilung der Konditionierungsmittel auf der Gewässeroberfläche erfolgt während der Bewegung der schwimmenden mobilen und beweglichen Eintragseinheit mit einer Geschwindigkeit bis 15 km/h über geeignete Einrichtungen.The Distribution of the conditioning agent takes place on the surface of the water while the movement of the floating mobile and mobile entry unit at a speed of up to 15 km / h via suitable facilities.
Bei der Realisierung des Verfahrens werden zur Verteilung der Konditionierungsmittelsuspension während der Bewegung der schwimmenden mobilen und beweglichen Eintragseinheit vorzugsweise Regner, Düsen oder Prallkopfverteiler oberhalb der Wasserfläche und/oder im Unterwasserbereich Düsen oder Schleppschläuche an der schwimmenden und mobilen Eintragseinheit verwendet. Dabei erfolgt die Verteilung der Konditionierungsmittel auf der Gewässeroberfläche flächenhaft oder linienförmig mit einer Arbeitsbreite bis zu 300 m und/oder gleichzeitig auf einer Fläche von bis zu 15.000 m2.When implementing the method, sprinklers, nozzles or baffle distributors above the water surface and / or underwater nozzles or tow hoses on the floating and mobile entry unit are preferably used to distribute the conditioning agent suspension during movement of the floating mobile and mobile entry unit. The distribution of the conditioning agent on the surface of the water surface or linear with a working width of up to 300 m and / or simultaneously on an area of up to 15,000 m 2 .
Durch die aktive Bewegung der Eintragsvorrichtung wird eine innige Durchmischung von alkalischer Suspension und saurem Seewasser bewirkt, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit für die Reaktionen der betreffenden Ionen und damit der Ausnutzungsgrad des Konditionierungsmittels auf diese Weise erhöht wird.By the active movement of the entry device becomes intimate mixing of alkaline suspension and acidic seawater, causing the reaction rate for the reactions of the ions in question and thus the degree of utilization of the conditioning agent is increased in this way.
Die aktive Verteilung der Konditionierungsmittel erfolgt bei der Durchführung des Verfahrens im Gewässer mit dem Ziel eine maximale Verteilung im Gewässerkörper sowie einen hohen Ausnutzungsgrad des Neutralisationspotentials zu bewirken. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Lösung, mit Kombination einer landgestützten Suspensionsherstellung direkt mit einer schwimmenden Eintragseinheit mit eigenem Antrieb ist es möglich auch bei höheren Einsatzstoffkonzentrationen hohe Wirkungsgrade im Vergleich zu bekannten Lösungen zu erreichen. Dadurch werden bereits mit geringem Energieaufwand und mit wirtschaftlichem Betrieb Sanierungszielstellungen erreicht. Zusätzlich kann die Landanlage dazu mit dem Anfang der Suspensionsleitung am Ufer des Gewässers im Zeitraum der Behandlung in Abhängigkeit von den Monitoringergebnissen, speziell des pH-Wertes und/oder der mittels Titration bestimmten Säurekapazität umgesetzt werden, um bisher nicht behandelte Seebereiche mit ungünstiger Wasserbeschaffenheit mit geringerem Gesamtaufwand, wie beispielsweise kürzeren Rohrleitungslängen und geringerem Energieaufwand zu erreichen.The active distribution of the conditioning agent is carried out in the implementation of the method in the water with the aim of a maximum distribution in Water body and a high degree of utilization of the neutralization potential to effect. With the help of the proposed solution, with the combination of a land-based suspension production directly with a floating entry unit with its own drive, it is possible to achieve high efficiencies compared to known solutions even at higher feed concentrations. As a result, remediation objectives are already achieved with low energy consumption and economic operation. In addition, the land plant can be implemented with the beginning of the suspension line on the shore of the water in the period of treatment depending on the monitoring results, especially the pH and / or determined by titration acid capacity to hitherto untreated sea areas with unfavorable water quality with less Total effort, such as to achieve shorter pipe lengths and lower energy consumption.
Mit Hilfe der gefundenen Lösung wird die Neutralisation von sauren Oberflächengewässern mit hohem Wirkungsgrad, mit geringem Zeitaufwand auf einfache und wirtschaftliche Weise möglich. Somit wurde eine technische Lösung gefunden, mit der eine Verbesserung und Erhaltung der Güte großer Wassermengen insbesondere in sauren Tagebauseen möglich ist und die Grundlagen für das Erreichen der Nachnutzungsziele wesentlich schneller und nachhaltig geschaffen werden können.With Help of the found solution the neutralization of acid surface waters with high efficiency, in a short time in a simple and economical way possible. Thus became a technical solution found, with the improvement and maintenance of the quality of large quantities of water especially in acid mining lakes is possible and the basics for the Achieving the re-use goals much faster and sustainable can be created.
Das Prinzip der Erfindung soll anhand des folgenden Anwendungsbeispiels näher erläutert werden.The Principle of the invention will be apparent from the following application example be explained in more detail.
Ein saurer Tagebausee, mit einer Fläche von 5 km2, einem mittleren Durchmesser von 2,5 km, einer mittleren Seetiefe von 10 m und einem Volumen von 50 Mio. m3, der einen pH-Wert von 3,0 und einen Kb7,0-Wert von 3 mmol/l aufweist, soll mit einer Suspension aus Weißkalkhydrat und Seewasser behandelt werden. Der Bedarf an Weißkalkhydrat für einen pH-Wertanstieg auf 7 beträgt bei einem Wirkungsgrad von 100 % theoretisch 5.500 t.An acid mines with an area of 5 km 2 , a mean diameter of 2.5 km, a mean sea depth of 10 m and a volume of 50 million m 3 , which has a pH of 3.0 and a K b7 , 0 value of 3 mmol / l, is to be treated with a suspension of Weißkalkhydrat and seawater. The demand for hydrated lime for a pH increase to 7 at an efficiency of 100% theoretically 5,500 t.
Aus einem 50 m3 Silo mit geregeltem Austrag werden 7,5t/h Weißkalkhydrat in einen Mischbehälter mit Rührwerk eingetragen. In diesen Mischbehälter werden gleichzeitig 50 m3 Seewasser mittels einer Tauchpumpe zugeführt und so eine 15 %ige Suspension erzeugt. Eine Standmessung regelt die Zufuhr an Seewasser.From a 50 m 3 silo with regulated discharge, 7.5 t / h of white lime hydrate are added to a mixing vessel with agitator. In this mixing container 50 m 3 of seawater are simultaneously supplied by means of a submersible pump, thus producing a 15% suspension. A stand measurement regulates the supply of seawater.
Mittels einer Exenterschneckenpumpe wird diese Suspension mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,2 m/s über eine flexible Leitung mit einem Innendurchmesser von 90 mm und mit einer Länge von 1000 m zum hinteren Bereich eines Arbeitsschiffes gefördert. Die flexible Leitung wird fest mit dem Arbeitsschiff verbunden. An dem Arbeitsschiff ist eine Tauchpumpe mit einer Leistung von 100 m3/h angeordnet, mit der Seewasser über einen Injektor zu einer Verteilvorrichtung gefördert wird. Über einen zweiten Anschluss am Injektor erfolgt auf dem Arbeitsschiff die Zudosierung der 15 %igen Suspension. Auf dem weiteren Strömungsweg zur Verteilvorrichtung entsteht durch Impulsaustausch die neue Suspension mit einer Weißkalkhydratkonzentration von 5,0 % für die Verteilung im sauren Gewässer.By means of an eccentric screw pump, this suspension is conveyed at a flow rate of 2.2 m / s via a flexible conduit having an inner diameter of 90 mm and a length of 1000 m to the rear region of a working ship. The flexible cable is firmly connected to the working ship. On the work vessel a submersible pump with a capacity of 100 m 3 / h is arranged, is conveyed with the seawater via an injector to a distribution device. Via a second connection on the injector, the dosing of the 15% suspension takes place on the working vessel. On the further flow path to the distribution device is formed by exchange of pulses, the new suspension with a Weißkalkhydratkonzentration of 5.0% for distribution in acidic waters.
Im vorderen Bereich des Arbeitsschiffes sind über eine Tragkonstruktion in einem Abstand von 20 m zwei gleichgetaktete Halbkreisregner nebeneinander angeordnet, welche die Suspension mit einer Wurfweite von 40 auf der Gewässeroberfläche über eine Fläche von 650 m2 und über eine Arbeitsbreite von 100 m verteilen. Während der Bewegung des Arbeitsschiffes mit 3 km/h bei ständiger Suspensionszuführ von der Landanlage über die flexible Leitung wird eine Verteilfläche von insgesamt 300.000 m2/h erreicht. Durch diese extrem mögliche Verdünnung beträgt die Weißkalkhydratkonzentration bezogen auf eine wirksame Wasserkörpertiefe von 2 m 0,0013 Ma. %. Bei einem Einsatz der gefundenen Verfahrens- und Vorrichtungslösung über täglich 8 h und 5 Tage pro Woche wird nach 18 Wochen im gesamten Seebereich ein pH-Wert von 4,3 erreicht. Insgesamt beträgt der Weißkalkhydrateinsatz dazu 5270 t. Zur weiteren Behandlung des Gewässers wird der Weißkalkhydrateinsatz auf 2,5 t/h bei gleichen Wassermengen reduziert. Die Suspensionskonzentration verringert sich auf 1,66 % vor dem Eintrag in das Gewässer und entsprechend weiter im zu behandelnden Wasserkörper. Bei der o.g. Durchführung des Verfahrens wird nach weiteren 10 Wochen bei einem Weißkalkhydrateinsatz von 930 t im gesamten Seebereich ein pH-Wert von 7,0 eingestellt.In the front area of the work vessel, two equal-cycle semicircular sprinklers are arranged side by side over a supporting structure at a distance of 20 m, which distribute the suspension with a throw of 40 on the water surface over an area of 650 m 2 and over a working width of 100 m. During the movement of the working ship at 3 km / h with constant suspension feed from the land plant via the flexible pipe, a total distribution area of 300,000 m 2 / h is achieved. Due to this extremely possible dilution, the white-lime hydrate concentration, based on an effective water body depth of 2 m, is 0.0013 Ma. %. Using the found process and fixture solution daily for 8 hours and 5 days per week, a pH of 4.3 is achieved after 18 weeks in the entire lake area. In total, the use of white lime hydrates is 5270 t. For further treatment of the water, the use of white lime hydrates is reduced to 2.5 t / h with the same amount of water. The suspension concentration decreases to 1.66% before entry into the water and accordingly further in the water body to be treated. In the above-mentioned implementation of the method, a pH of 7.0 is set after a further 10 weeks at a Weißkalkhydrateinsatz of 930 t in the entire maritime area.
Durch die mittels der gefundenen Lösung mögliche günstige Ausnutzung der chemisch-physikalischen Triebkräfte zwischen der Weißkalkhydratsuspension einerseits und den sauren Bestandteilen des Oberflächenwasser andererseits wird für die Verfahrensdurchführung eine Gesamtmenge von 6.200 t Weißkalkhydrat benötigt und ein hoher Wirkungsgrad für die Ausnutzung des in den Wasserkörper eingebrachten Alkalitätspotentials von 90 % erreicht.By the by the found solution possible favorable utilization the chemical-physical driving forces between the Weißkalkhydratsuspension on the one hand and the acidic components of the surface water on the other hand is for the procedure a total of 6,200 t of hydrated lime needed and a high efficiency for the utilization of the alkalinity potential introduced into the body of water of 90% achieved.
In einer weiteren Variante der gefundenen Lösung kann im Leitungsverlauf nach 500 m auf einem Ponton, der verankert ist und mit dem die Rohrleitung stabilisiert wird eine Misch- und Fördereinrichtung angeordnet sein, die hier eine Verdünnung der Suspension auf 3,33 Ma.% und eine Erhöhung der Suspensionsmenge auf 150 m3/h bewirkt. Die Förderleitung von diesem Ponton bis zum Arbeitsschiff wird mit einer erhöhten Nennweite von 150 mm ausgeführt. Auf dem Arbeitsschiff ist neben dem Antrieb die Verteileinrichtung angeordnet. Die Verteilung erfolgt analog bei der Bewegung des Arbeitsschiffes.In a further variant of the solution found can be arranged in the line course after 500 m on a pontoon, which is anchored and with which the pipeline is stabilized, a mixing and conveying, here a dilution of the suspension to 3.33 Ma.% And a Increasing the amount of suspension effected to 150 m 3 / h. The delivery line from this pontoon to the working ship is designed with an increased nominal diameter of 150 mm. On the work ship, the distribution device is arranged next to the drive. The distribution he follows analogously with the movement of the working ship.
Das nach dem vorgeschlagenen Verfahren behandelte Gewässer besitzt Ausleitungsqualität in öffentliche Gewässer bei gleichzeitiger Anregung der biologischen Selbstregulierung im Gewässer.The possesses treated waters according to the proposed method Ausleitungsqualität in public waters with simultaneous stimulation of biological self-regulation in the Waters.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Nutzung von lebensfeindlichen sauren Tagebauseen zur Erholung, Bewirtschaftung und als Zwischenspeicher auf einfache Weise mit wirtschaftlichem Aufwand ermöglicht und gleichzeitig die Pufferkapazität deutlich angehoben.With Help of the proposed procedure will be the use of hostile Acid mining for recreation, management and as a cache made possible in a simple way with economic effort and at the same time the buffer capacity raised significantly.
Bei der nachfolgenden Flutung des behandelten Gewässers wird sämtliches biologisches Leben und vorhandene biologische und chemische Alkalisierungspotential, welches in den natürlichen Flutungswässern, vorhanden ist, weitgehend erhalten.at the subsequent flooding of the treated water is all biological life and existing biological and chemical alkalization potential, which in the natural Flooding water, is present, largely preserved.
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