资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 水和废水监测,第一节 水质污染与监测,第二节 水质监测方案制订,第三节 水样的采集和保存,第四节 水样的预处理,第五节 物理指标检验,第六节 金属化合物的测定,第七节 非金属无机物的测定,第八节 有机污染物的测定,第一节 水质污染与监测,水圈:,海洋、陆地、大气中固态水、液态水、,气态水构成的一个大体连续、相互作用,又相互不断交换的圈层。,一、地球上的水,全球的水资源短缺,水资源的短缺,淡水资源,全球水资源,海水,淡水,联合国已将我国列为全球,13,个最缺水的国家之一。,我国的水资源短缺,农业缺水,城市缺水,生态缺水,废水中污染物浓度大,废水成分复杂且不易净化,带有颜色或异味,废水水量和水质变化大,1.,点污染源,工业废水,水污染及其主要来源,生活污水,主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施,包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。,生活污水中,99.9%,是水,固体物不到,0.1%,大量合成洗涤剂,2.,面污染源,农业面源污染,城市径流污染,水污染特征,河流污染,湖泊(水库)污染,海洋污染,地下水污染,特点:,污染程度随径流量变化,染物扩散快,污染影响大,我国的河流污染状况:,中国主要河流有机污染普遍,面源污染日益突出。辽河、海河污染严重,淮河水质较差,黄河水质不容乐观,松花江水质尚可,珠江、长江水质总体良好。各大流域片的主要污染河段均集中在城市河段,,63.8%,的城市河段为,IV,至劣,V,类水质。,河流污染,类,:主要适用于,源头水,、国家自然保护区;,类,:主要适用于集中式,生活,饮用水水源地一级保护区、珍贵,鱼类,保护区、鱼虾产卵场等;,类,:主要适用于集中式,生活,饮用水水源地二级保护区、一般,鱼类,保护区及游泳区;,类,:主要适用于一般,工业,用水区及人体,非直接接触,的娱乐用水区;,类,:主要适用于,农业,用水区及一般,景观,要求水域。,地表水环境质量标准,(,GB3838-2002,),特点:,污染来源广、途径多、种类复杂,污染稀释和搬运能力弱,生物降解和累积能力强,我国主要湖泊富营养化状况:,主要湖泊富营养化问题突出:滇池、太湖,湖泊(水库)污染,特点:,污染来源广泛,污染难于治理,污染危害严重,我国地下水污染状况:,主要集中在北方地区,地下水污染,我国近海污染状况:,以渤海为例:,60,年代以前:,3,次;,70,年代:,9,次;,80,年代:,74,次,90,年代:,1990,年,34,次,,1998,年,22,次,,1999,年,7,月,3,日,出现,了,1500 km,2,面积的严重赤潮,,7,月,15,日更扩大到了,6500 km,2,。,2000,年仅辽宁、浙江两次较大赤潮造成的渔业损失就近,3,亿元。,特点:,污染源多而复杂,污染的持续性强,污染扩散范围大,海洋污染,赤潮、溢油,严重污染海域主要分布在长江口(杭州湾)、珠江口、辽河口等海域和少数人口集中、工业发达的大中城市沿海近岸海域;,2002,年,全海域海水中的主要污染物是无机氮、磷酸盐和铅;,油类的污染程度明显减轻;,全海域海水中铅的污染范围显著扩大,污染程度有所加重;,渤海,污染程度仍然较重,未达到清洁海域的面积约,3.2,万平方公里,占渤海总面积的比例由上年的,24.6%,增加到,41.3%,,主要是受铅污染的海域面积明显增加。主要污染物是无机氮、磷酸盐、铅和汞。,渤海海水环境质量状况图,长江口(杭州湾),海水环境质量状况图,珠江口海水环境质量状况图,赤潮,04,年,96,次,面积,26630,平方公里;,05,年,82,次,面积,27070,平方公里;,06,年,93,次,面积,19840,平方公里;,07,年,82,次,面积,11610,平方公里,,,08,年与,07,年基本持平,部分海域及养殖区多次检测出亚历山大藻(,Alexandrium,)和裸甲藻(,Gymnodrium,)等有毒赤潮藻类,并在小范围内监测到有毒赤潮,在某些贝类中检测出赤潮毒素;,去年,7,月太湖蓝藻爆发,深圳海域赤潮爆发,溢油,1.,悬浮物,使水体变浑,影响水生植物的光合作用,吸附有机毒物、重金属等,形成危害更大的复合污染物沉入水底,日久形成淤积,妨碍水上交通或减少水库容量,增加挖泥负担。,2.,耗氧有机物,排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物,在分解过程中消耗氧气,使水体中的溶解氧减少。影响鱼类和水生生物的生存,造成水体变黑发臭。,主要的水污染物质,3.,植物性营养物,主要指含有氮、磷的无机、有机化合物,易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖,形成富营养化,使自来水处理厂运行困难,造成饮用水的异味,严重时会使水中溶解氧下降,鱼类大量死亡,甚至会导致湖泊的干涸灭亡。,4.,重金属,重金属是具有潜在危害的重要污染物质,从,20,世纪,50,年代前后日本出现的水俣病和骨痛病,均已查明是由于汞、镉污染引起的公害病。重金属的环境污染已受到人们极大的关注。,5.,难降解有机物,指难以被微生物降解的有机物,能在水中长期稳定地存留,并通过食物链富集,最后进入人体。它们中的一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸和致突变的作用。,6.,石油类,主要来源于船舶废水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降。它会阻止氧进入水中,妨碍水生植物的光合作用。同时,石油还会粘附在鱼鳃上,使之呼吸困难直至死亡,还会抑制水鸟产卵和孵化。食用在含有石油的水中生长的鱼类等水产品,会危及人体健康。,7.,酸碱,主要来自矿山排水及许多工业废水。它会破坏水生生态系统的平衡;影响渔业生产,腐蚀船只、桥梁及其他水上建筑。用酸化或碱化的水浇灌农田,会破坏土壤的理化性质,对工业、农业、渔业和生活用水都会产生不良的影响。,8.,病原体,生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业废水,常含有各种病原体,如病毒、病菌、寄生虫,会传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾以及其他病毒传染的疾病和寄生虫病。,水质污染分类,化学型污染,由酸碱、有机和无机污染造成的污染,;,物理型污染,色度、浊度、悬浮固体、热污染、放射性;,生物型污染,生活污水、医院污水,。,水体自净,水体自净和水体环境容量,污染物进入水体后首先被稀释,随后经过复杂的物理、化学和生物转化,使污染物浓度降低、性质发生变化,自然地恢复原样的过程称为水体自净。,自净能力决定着水体的环境容量(洁净水体所能承载的最大污染物量),二、水质监测的对象和目的,1,、监测对象,环境水体:,地表水,(,江、河、湖、库、沟、渠、也包括海水,),和地下水监测,水污染源监测:,工业废水、生活污水、医院污水等各种废水,2,、监测目的,P32,三、监测项目,监测项目受人力、物力、财力的限制,不可能将所有的监测项目都加以测定,只能是对那些优先监测污染物加以监测。,优先监测污染物:,标准中要求控制、,在环境中难以降解;,危害大、毒性大、影响范围广;,出现频率高,,有可靠检测方法。,环境水体监测项目书上32-33页,地表水环境质量标准,(GB3838-2002)109,项,地下水质量标准,海水,生活饮用水卫生标准,(,GB5749-2006,)106,项,污水,地表水监测项目,工业废水监测项目,废(污)水,监测项目,第一类:,是,在车间或车间处理设施排放口采样测定,的污染物,包括总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并(,a,)芘、总铍、总银、总,放射性、总,放射性。,第二类:,是,在排污单位排放口采样测定,的污染物,包括,pH,、色度、悬浮物、生化需氧量、化学需氧量、石油类、动植物油、挥发性酚、总氰化物、硫化物、氨氮、氟化物、磷酸盐、甲醛、苯胺类、硝基苯类、阴离子表面活性剂、总铜、总锌、总锰。,水质监测分析方法分类,1,、国家或行业标准分析方法,(A,类,),:,水和废水标准分析方法,(第四版),2,、统一分析方法,(B,类,),3,、试用方法,(C,类,),标准分析方法和统一分析方法均可在环境监测与执法中使用。,无标准和统一方法时,可采用,ISO,、美国,EPA,、日本工业标准,(JLS),,但须验证合格(检出限、准确度、精密度),四、监测方法,五、污染物形态分析,1.,污染物形态,污染物形态是指污染物在环境中呈现的化学状态、价态和异构状态。,2.,了解污染物形态的意义,深入认识其环境行为,正确评价对环境的影响,设计污染物分析监测方案和治理,方法,3.,对污染物形态进行分析常用的方法,直接测定法:,专一性的化学方法或物理化学方法,测定样品中污染物的各种形态。,分离测定法:,是将样品中不同形态的待测组分先进行分离,然后逐一测定。,干法:,是用电子探针、,X,射线衍射仪、核磁共振波谱仪等对颗粒状样品或生物样品进行非破坏性的形态分析。,理论计算法:,是利用被研究体系有关热力学数据进行计算,确定其形态的方法。,第二节 水质监测方案的制订,监测对象:,地面水、地下水、污染源监测方案的制订,工作程序:,.,明确监测目的,.,基础资料收集,.,确定监测对象,.,监测断面、监测点的设置,.,采样时间和采样频率的确定,.,采样方法及采样仪器的选择,.,分析方法的选择确定,.,监测报告要求,(,结果表达,),.,质量保证措施、程序及实施计划,一、地面水监测方案的制定,(一)监测目的,(二)基础资料的收集,1,、水体的水文、气候、地质和地貌资料,2,、水体沿岸城市分布、工业布局、给排水、污染源及排污情况,3,、水体沿岸资源现状和水资源的用途,4,、历年的水质资料等,(三)监测断面和采样点的设置,监测断面的设置原则,:,应在水质、水量发生变化及水体不同用途的功能区处设置监测断面,:,a,、大量废水排入河流的居民区、工业区上、下游,b,、饮用水源区、水资源区域等功能区,c,、入海河流的河口处、较大支流汇合口上游和汇合 后与干流混合处,d,、避开死水区、回水区、排污口等,e,、国际河流出入国际线的出入口处,f,、尽可能与水文测量断面重合,2.,监测断面,的设置方法,(1),河流,(,江、河、海、沟、渠,),监测断面的设置方法,为评价,完整,江河水系的水质,需要设置背景断面、对照断面、控制断面和削减断面;对于某一河段,只需设置对照、控制和削减(或过境)三种断面。,对照断面:,为了解流入监测河段前的水体水质状况而设置。一个河段一般只设一个对照断面。,控制断面:,控制断面的数目应根据城市的工业布局和排污口分布情况而定,设在排污区(口)下游,污水与河水,基本混匀处,。,注:,环境背景值,:,未受或少受人类活动影响的区域环境中天然水体的物质组成和基本含量,削减断面:,指河流受纳废水和污水后,经稀释扩散和自净作用,使污染物浓度显著降低的断面,常设在城市或工业区最后排污口下游,1500,米以外河段上,背景断面,:,设在基本上未受人类活动影响的河段。用于评价一完整水系污染程度,(,远离工业区,城市,主要交通线,农药化肥施用区,;,避开工业污染源,农业回流水和生活污水,;,水土流失严重的上游,;,水文条件稳定,交通方便的河段,对照断面,控制断面,削减断面,500m,1500m,控制断面,河流监测断面设置,排污口,排污口,A,A,B,B,C,C,D,D,E,E,F,F,G,G,河流监测断面设置示意图,A-A,对照断面,G-G,削减断面,B-B,、,C-C,、,D-D,、,F-F,控制断面,污染源,排污口,水流方向,自来水取水口,风景区,取水点,排污口,排污口,风景区,对照断面,消减断面,在进出湖泊、水库的河流汇合处分别设置,以功能区为中心,在其辐射线上设置弧形监测垂线,在湖库中心,深、浅水区,滞流区,不同鱼类的回游产卵区,水生生物经济区等设置监测垂线,功能区不明显时,用网格法均匀设置垂线,(2),湖泊、水库监测垂线,(,断面,),设置方法,(3),海洋,用统计方法将监测海域分为,“,污染区,”,、,“,过度区,”,和,“,对照区,”,,在三类区分别设置适量监测断面和采样垂线,3,采样点的确定,原则:根据监测断面的,宽度,确定断面上的采样,垂线数,,再根据水的,深度,确定,采样点,的位置。,垂线设置方法,断面宽度(,m,),小于,50,50-100,100-1000,大于,1000,垂线设置,中泓,近岸垂线*,左、中、右,5,条等距,1500m,等间距设置,采样点位确定,采样点的设置原则,水深,m,5,5-10,10-50,50,采样点数,1,2,3,增加,位置,0.3-0.5m,0.3-0.5m,,,+0.5,增加,水深处,依次,注,:,如果湖泊和水库存在热分层现象,按不同水温层设置采样点,(,表温层,间温层,亚温层,),采样点位置确定后应设标志物,河流断面的设置,M,(或,P,0.5,T,);,3.,P,=,M,;,4.,P,M,(或,P,0.5,T,);,5.,P,=0,(或,M,=,T,)。,图,2.32,水中碱度组成示意图,测定水的总碱度时,可能出现下列,5,种情况:,二、,pH,pH,和酸度、碱度的区别和联系,pH,表示水的酸碱性的强弱,而酸度或碱度是水中所含酸或碱物质的含量。同样酸度的溶液,如,0.1 mol,盐酸和,0.1 mol,乙酸,二者的酸度都是,100 mmol/L,,但其,pH,却大不相同。,测定水的,pH,的方法,比色法,玻璃电极法,图,2.33 pH,测定示意图,三、溶解氧(,DO,),溶解氧:溶解于水中的分子态氧称为溶解氧。,大气压力下降、水温升高、含盐量增加,都会导致溶解氧含量降低。,测定水中溶解氧的方法,碘量法,修正的碘量法,氧电极法,图,2.34,极谱型氧电极的结构示意图,图,2.35,溶解氧测定仪原理示意图,四、氰化物,氰化物包括简单氰化物、络合氰化物和有机氰化物(腈)。简单氰化物易溶于水、毒性大;络合氰化物在水体中受,pH,值、水温和光照等影响离解为毒性强的简单氰化物。,测定方法,硝酸银滴定法,分光光度法,五、氟化物,氟化物广泛存在于天然水中。有色冶金、钢铁和铝加工、玻璃、磷肥、电镀、陶瓷、农药等行业排放的废水和含氟矿物废水是氟化物的人为污染源。,测定水中氟化物的方法,离子色谱法,离子选择电极法,氟试剂分光光度法,图,2.36,离子色谱分析流程示意图,图,2.37,离子色谱图,离子色谱法:,离子选择电极法:,图,2.38 F,-,选择电极原理示意图,六、含氮化合物,(一)氨氮,水中的氨氮是指以游离氨,(,或称非离子氨,NH,3,),和离子氨(,NH,4,+,)形式存在的氮。,测定水中氨氮的方法,纳氏试剂分光光度法,水杨酸次氯酸盐分光光度法,气相分子吸收光谱法,滴定法,图,2.39,气相分子吸收光谱仪组成示意图,气相分子吸收光谱法:,(二)亚硝酸盐氮,亚硝酸盐氮(,NO,2,-,N,)是氮循环的中间产物。在氧和微生物的作用下,可被氧化成硝酸盐;在缺氧条件下也可被还原为氨。,水中亚硝酸盐氮常用的测定方法,N,-,(,1-,萘基),-,乙二胺分光光度法,离子色谱法,气相分子吸收光谱法,(三)硝酸盐氮,硝酸盐是在有氧环境中最稳定的含氮化合物,也是含氮有机化合物经无机化作用最终阶段的分解产物。清洁的地面水硝酸盐氮(,NO,3,-,-N,)含量较低,受污染水体和一些深层地下水中(,NO,3,-,-N,)含量较高。,水中硝酸盐氮的测定方法,酚二磺酸分光光度法,气相分子吸收光谱法,紫外分光光度法,(四)凯氏氮,凯氏氮是指以基耶达(,Kjeldahl,)法测得的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。,可用凯氏氮与氨氮的差值表示有机氮含量。,将有机氮转变成氨氮,然后在碱性介质中蒸馏出氨,用硼酸溶液吸收,以分光光度法或滴定法测定氨氮含量,即为水样中的凯氏氮含量。,(五)总氮,水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一,。,其测定方法通常采用过硫酸钾氧化,使有机氮和无机氮化合物转变为硝酸盐,用紫外分光光度法或离子色谱法、气相分子吸收光谱法测定。,七、硫化物,地下水(特别是温泉水)及生活污水常含有硫化物,其中一部分是在厌氧条件下,由于微生物的作用,使硫酸盐还原或含硫有机物分解而产生的。焦化、造气、选矿、造纸、印染、制革等工业废水中亦含有硫化物。,测定水中硫化物的主要方法,对氨基二甲基苯胺分光光度法,碘量法,间接火焰原子吸收法,气相分子吸收光谱法,间接火焰原子吸收法:,图,2.40,硫化物转化吹气装置示意图,八、磷,(,总磷、溶解性磷酸盐和溶解性总磷,),在天然水和废(污)水中,磷主要以各种磷酸盐和有机磷(如磷脂等)形式存在,也存在于腐殖质粒子和水生生物中。磷是生物生长必需元素之一,但水体中磷含量过高,会导致富营养化,使水质恶化。,预处理,测定水中磷的主要方法,钼锑抗分光光度法,孔雀绿,-,磷钼杂多酸分光光度法,图,2.41,测定磷预处理方法示意图,第八节 有机污染物的测定,一、综合指标和类别指标,化学需氧量,(COD),高锰酸盐指数,生化需氧量(,BOD,),总有机碳(,TOC,),挥发酚,硝基苯类,石油类,(一)化学需氧量,(COD),化学需氧量是指在一定条件下,氧化,1 L,水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量,以氧的,mg/L,表示。,图,2.42,氧化回流装置示意图,1.,重铬酸钾法,滴定过程,滴定前,接近终点,终点,COD,测定实验的结果:,终 点,接近终点,滴定前,2.,库仑滴定法,式中:,W,电极反应物的质量;,I,电解电流;,t,电解时间;,96500,法拉第常数;,M,电极反应物的摩尔质量;,n,每摩尔电极反应物的电子转移数。,公式:,图,2.43,库仑滴定式,COD,测定仪工作原理示意图,3.,快速密闭消解滴定法或光度法,4.,氯气校正法,(二)高锰酸盐指数,以高锰酸钾溶液为氧化剂测得的化学需氧量,称高锰酸盐指数,以氧的,mg/L,表示。,该指数常被作为反映地表水受有机物和还原性无机物污染程度的综合指标。,化学需氧量(,COD,Cr,)和高锰酸盐指数是采用不同的氧化剂在各自的氧化条件下测定的,难以找出明显的相关关系。一般来说,重铬酸钾法的氧化率可达,90%,,而高锰酸钾法的氧化率为,50%,左右,两者均未完全氧化,因而都只是一个相对参考数据。,(三)生化需氧量,(BOD),生化需氧量是指在有溶解氧的条件下,好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗,的溶解氧量。,BOD,是反映水体被有机物污染程度的综合指标,也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果,以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。,测定方法,五天培养法,微生物电极法,其他方法,表,2.2,由高锰酸盐指数估算稀释倍数乘以的系数,高锰酸盐指数,/(mgL,-1,),系数,20,0.2,,,0.3,0.4,,,0.6,0.5,,,0.7,,,1.0,1.,五天培养法,2.,微生物电极法,图,2.44,微生物电极,BOD,测定仪工作原理示意图,图,2.45,微生物电极结构示意图,其他方法,图,2.46,库仑法,BOD,测定仪工作原理示意图,(四)总有机碳(,TOC,),有机碳是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。由于,TOC,的测定采用燃烧法,因此能将有机物全部氧化,它比,BOD,5,或,COD,更能反映有机物的总量。,目前广泛应用的测定,TOC,的方法是燃烧氧化,-,非色散红外吸收法。,图,2.47 TOC,分析仪流程示意图,(五)挥发酚,根据酚类物质能否与水蒸气一起蒸出,分为挥发酚与不挥发酚。通常认为沸点在,230,以下的为挥发酚(属一元酚),而沸点在,230,以上的为不挥发酚。,酚的主要分析方法,4-,氨基安替吡林分光光度法,溴化滴定法,(六)硝基苯类,常见的硝基苯类化合物有硝基苯、二硝基苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯、二硝基氯苯等。它们难溶于水。,废水中一硝基和二硝基苯类化合物常采用还原,-,偶氮分光光度法。,三硝基苯类化合物采用氯代十六烷基吡啶分光光度法。,(七)石油类,石油类化合物漂浮在水体表面,影响空气与水体界面间的氧交换;分散于水中的油可被微生物氧化分解,消耗水中的溶解氧,使水质恶化。,测定水中石油类物质的方法,重量法,红外分光光度法,非色散红外吸收法,二、特定有机污染物,(,一,),苯系物,苯系物通常包括苯,甲苯,乙苯,邻、间、对位的二甲苯,异丙苯,苯乙烯八种化合物。已查明苯是致癌物质,其他七种化合物对人体和生物均有不同程度的毒害作用。,气相色谱法原理和仪器,检测器:,热导检测器,(TCD),和火焰离子化检测器,(FID),电子捕获检测器,(ECD),和火焰光度检测器,(FPD),顶空气相色谱法,图,2.48,气相色谱流程示意图,图,2.49,色谱流出曲线示意图,图,2.50,热导检测器测量原理示意图,热导检测器(,TCD,),氢火焰离子化检测器(,FID,),图,2.51,氢火焰离子化检测器及测量原理示意图,电子捕获检测器(,ECD,),图,2.52,电子捕获检测器及测量原理示意图,顶空气相色谱法,图,2.53,苯系物的标准色谱图,(二)挥发性卤代烃,挥发性卤代烃主要指三卤代烃、四氯化碳等。各种卤代烃均有特殊气味和毒性,可通过皮肤接触、呼吸或饮水进入人体。,测定水样中卤代烃的方法,顶空气相色谱法,(,HS-GC,),吹脱捕集气相色谱法(,P&T-GC,),顶空气相色谱,-,质谱法(,HSGC-MS,),顶空气相色谱法,图,2.54,五种卤代烃标准色谱图,(三)氯苯类化合物,氯苯类化合物有,12,种异构体,其化学性质稳定,在水中溶解度小,具有强烈气味,对人体的皮肤和呼吸器官产生刺激,进入人体后,可在脂肪和某些器官中蓄积,抑制神经中枢,损害肝脏和肾脏。,氯苯类化合物主要来源于染料、制药、农药、油漆和有机合成等工业废水。,采用气相色谱法可对水样中各种氯苯化合物分别进行定性和定量分析。,1.,氯苯的测定,2.,氯苯类化合物的测定,图,2.55,氯苯类化合物标准色谱图,氯苯类化合物的测定,(四)挥发性有机污染物,凡在标准状态(,273K,,,101.325kPa,)下,蒸气压大于,0.13 kPa,的有机物(不包括有机金属化合物和有机酸类)为挥发性有机化合物。,测定方法,气相色谱法,气相色谱,-,质谱法(,GC-MS,),图,2.57 VOCs2,混标的气相色谱图,图,2.56 VOCs1,混标的气相色谱,气相色谱,-,质谱法,图,2.58 GC-MS,联用仪组成方块图,图,2.59 VOCs,总离子流色谱图,The End,
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