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FITORREMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS

Andressa B. Esteves dos Reis

Bruno L. Fernandes

Natália Alves

Professor: Dr. Rafael Arromba de Sousa

INTRODUÇÃO

A preocupação com o meio ambiente tornou-se mundial, de tal forma que a busca por alternativas de descontaminação de áreas tem sido frequente. A contaminação do solo com poluentes diversos (compostos orgânicos, inorgânicos e metais pesados), provenientes das atividades antrópicas, tem chamado atenção em virtude da degradação do solo e da água.

ANSELMO, A. L. F.; JONES, C. M. – Fitorremediação de solos contaminados- o estado da arte. XXV Encontro Nac. de Eng. De Produção – Porto Alegre, RS, nov. de 2005.

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INTRODUÇÃO

• Acumulação; • Armazenamento; • Enterrados ou infiltrados:

Planejado; Acidental Natural.

Uma área contaminada é definida como um local onde há comprovadamente poluição devido a introdução de quaisquer substâncias. Pode ocorrer devido:

N. DIAS, R. FONSECA, L. MARTINS, A. ARAÚJO, A. C. PINHO. Avaliação da contaminação e proposta de remediação de solos em clima tropical, na envolvente de uma unidade de processamento de metais pesados, Minas Gerais, Brasil. LNEG; Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial II, 981-985. 3

INTRODUÇÃO

Fábricas, veículos motorizados e detritos municipais são as principais fontes de fontes de contaminação. O eventual destino final dos metais pesados é a sua deposição e soterramento em solos e sedimentos. Eles acumulam-se frequentemente na camada superior do solo, sendo então acessíveis as raízes das plantas.


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INTRODUÇÃO A remediação de uma área contaminada consiste em aplicar medidas de tratamento e contenção do local contaminado.

Essas medidas podem ser: - química, - física, - biológica.

PROCÓPIO, S. de O., et al. - Fitorremediação de solos com resíduos de herbicidas – Aracaju : Embrapa Tabuleiros Costeiros, 2009. 5

TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO I. Pump and Treat;

II. Extração de Vapor do solo;

III. Dessorção Térmica;

IV. Aeração in situ (Air Sparging);

V. Barreiras Reativas Permeáveis;

VI. Incineração;

VII. Solidificação/Estabilização;

VIII. Lavagem do solo;

IX. Biorremediação;

X. Fitorremediação;

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Tavares, Sílvio Roberto de Lucena Fitorremediação em solo e água de áreas contaminadas por metais pesados provenientes da disposição de resíduos perigosos/ Sílvio Roberto de Lucena Tavares. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009. p. 12-21

INTRODUÇÃO

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- A biorremediação é a aplicação de processos biológicos in situ ou ex situ para remover compostos químicos perigosos do meio ambiente. É a utilização de organismos vivos ou seus derivativos (ex: enzimas) para degradar compostos poluentes.

MARQUES, M.; AGUIAR, C. R. C.; SILVA, J. L. S. – Desafios técnicos e barreiras sociais, econômicas e regulatórias na fitorremediação de solos contaminados – Revista Brasileira Ci. Solo - 2011

FITORREMEDIAÇÃO A fitorremediação (fito = planta e remediação = corrigir), conhecida desde 1991, é a tecnologia que utiliza plantas e comunidades microbianas na rizosfera para degradar, extrair, conter ou imobilizar contaminantes do solo e da água. Algumas espécies de gêneros como Phragmites, Tamarix, Nicotiana, Helianthus, Salix, Typha, Arabis são citadas para serem utilizadas na fitorremediação.

Phragmites Tamarix

VASCONCELOS, M. C.; PAGLIUSO, D., SOTOMAIOR, V. S.- Fitorremediação: Uma proposta de descontaminação do solo - Estud. Biol., Ambiente Divers. 2012 jul./dez. 8

FITORREMEDIAÇÃO

I. Compostos orgânicos: I.I Hidrocarbonetos derivados de Petróleo (BTEX)

I.II Solventes clorados (TCE e PCE)

I.III Pesticidas e herbicidas ( Atrazine, Bentazona)

II. Compostos Inorgânicos: II.I NO3

-, SO42-, PO4

3-, CN-,elementos radioativos (U, Cs, Sr)

III. Explosivos: III.I TNT, DNT

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Contaminantes alvos:

FITORREMEDIAÇÃO

IV. Metais: IV.I Pb, Zn, Cu, Ni, Hg e Se;

V. Resíduos orgânicos industriais: V.I PCP, PAHs;

VI. Radionuclídeos lixiviados de aterros sanitários que se encontram até 20 m de profundidade;

Dentre outros.

10 ANSELMO, A. L. F.; JONES, C. M. – Fitorremediação de solos contaminados- o estado da arte. XXV Encontro Nac. de Eng. De Produção – Porto Alegre, RS, nov. de 2005.

VASCONCELOS, M. C.; PAGLIUSO, D., SOTOMAIOR, V. S.- Fitorremediação: Uma proposta de descontaminação do solo - Estud. Biol., Ambiente Divers. 2012 jul./dez.

MICRO-CONTAMINANTES O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como:

• Perturbação da biossíntese da hemoglobina; • Aumento da pressão sanguínea; • Danos aos rins; • Abortos e alterações no sistema nervoso; • Danos ao cérebro; • Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade. • Pode atingir o feto através da placenta da mãe, podendo causar sérios danos ao sistema nervoso e ao cérebro da criança

BONIOLO, M. R.; YAMAURA, M.; MONTEIRO, R. A. Biomassa residual para a remoção de íons uranilo. Química Nova, v. 33, n. 3, p. 547 – 551, 2010. 11

DETALHES ECONÔMICOS

A estimativa mundial para os gastos anuais com a despoluição ambiental é de aproximadamente 25- 30 bilhões de dólares. No Brasil os investimentos crescem com o aumento das exigências da sociedade e das leis mais rígidas que são aplicadas.

A fitorremediação é a tecnologia mais barata, com capacidade de atender uma maior demanda, e que apresenta o maior potencial de desenvolvimento futuro. No Brasil, sabe-se que algumas empresas estatais e privadas, bem como instituições acadêmicas (Unicamp, por exemplo) pesquisam e exploram métodos de biorremediação através da fitorremediação.


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COMPARAÇÃO ECONÔMICA DAS TÉCNICAS

Tipo de Tratamento Custo variável/ton (US$)

Fitorremediação 10-35

Biorremediação in situ 50-150

Aeração no solo 20-200

Lavagem do solo 80-200

Solidificação 240-340

Incineração 200-1500

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Tabela1: Custo da fitorremediação comparada a outras tecnologias

Tavares, Sílvio Roberto de Lucena Fitorremediação em solo e água de áreas contaminadas por metais pesados provenientes da disposição de resíduos perigosos/ Sílvio Roberto de Lucena Tavares. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009. p. 23

FITORREMEDIAÇÃO

Algumas características devem ser levadas em consideração para a implantação de programas de fitorremediação: Características físico-químicas do solo; Características físico- químicas do contaminante; Distribuíção do contaminante na área contaminada; Plantas com potêncial para fitorremediação.


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FITORREMEDIAÇÃO • Primeiro passo:

- Identificar as espécies tolerantes aos contaminantes presentes; - Identificar se são apropriadas as condições locais.

• Segundo passo:

-Avaliar a capacidade da espécie em promover a descontaminação.

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FITORREMEDIAÇÃO

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Pré- colheita : - Selecionar e testar espécies para

diferentes contaminantes; - Uso de fertilizantes

(bioestimulação); - Controlar pragas; - Otimizar os processos da rizosfera; - Desvendar a rota dos contaminantes

no corpo vegetal; - Fazer uso do metabolismo vegetal.

Pós –colheita: - Disposição dos resíduos vegetais

em aterros ; - Compostagem; - Inceneração da biomassa; - Uso energético; - Produção de fibra, papel,

madeira, entre outros; - Recuperação econômica de

metais.

MARQUES, M.; AGUIAR, C. R. C.; SILVA, J. L. S. – Desafios técnicos e barreiras sociais, econômicas e regulatórias na fitorremediação de solos contaminados – Revista Brasileira Ci. Solo - 2011

FITORREMEDIAÇÃO A maioria das plantas são capazes de absorver, sequestrar e/ou degradar contaminantes.

Alguns metais de transição (Cu, Zn, Cd, Fe, Mn, Mo, Ni) são necessários para o crescimento normal da planta, desempenhando funções específicas no metabolismo celular.

A elevação da concentração de metais pesados pode levar a ocorrência de mutações.

As plantas reparam os locais contaminados de tal forma :

Modificando as propriedades físicas e químicas dos contaminantes no solo

Liberando exsudatos pelas raízes.

Um fator que beneficia a fitorremediação é a atuação microbiana, que transforma as substâncias químicas persistentes no solo, favorecendo a captura pelas plantas, ou atuando sobre os produtos já metabolizados pelas plantas.

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REMEDIAÇÃO As plantas podem remediar o solo contaminado através dos principais mecanismos: • Fito-extração; • Fito-estabilização; • Rizofiltração; • Fitodegradação; • Fito-estimulação; • Fitovolatização; • Cepas vegetativas; • Barreiras hidráulicas.


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REMEDIAÇÃO

Os vegetais podem atuar direta ou indiretamente na redução e/ou remoção dos contaminantes.

Remediação direta: Ocorre a absorção e acumulação (ou metabolização) nos tecidos, através da mineralização dos contaminantes.

Remediação indireta: Os vegetais extraem os contaminantes reduzindo a fonte de contaminação, ou quando a presença das plantas propicia o aumento da atividade microbiana, degradando o contaminante.

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Tavares, Sílvio Roberto de Lucena Fitorremediação em solo e água de áreas contaminadas por metais pesados provenientes da disposição de resíduos perigosos – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009. p. 23/24

MECANISMOS DA FITORREMEDIAÇÃO

I. Fitoextração

Consiste na captação dos contaminantes pelas raízes e são translocados dentro da planta.

Aplicação: Contaminantes metálicos ( Cd, Ni, Cu, Zn, Pb), compostos orgânicos (BTEX), dentre

outros.

II. Rizofiltração

Técnica na qual a adsorção ou precipitação ocorre nas raízes ou absorção de contaminantes que

estão em solução aquosa, ao redor da zona de raízes. A translocação na planta depende do

contaminante.

Aplicação: Metais pesados, radionuclídeos (U, Cs, Sr).

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III. Fitoestabilização

Implica na imobilização do contaminante no solo, basicamente metais, através da

absorção e acumulação pelas raízes, e no uso de plantas e suas raízes para prevenir

a migração do contaminante.

As raízes das plantas, por reduzirem a quantidade de água no solo, impedem o

movimento dos metais, estabilizando-os e evitando a erosão.

Aplicação: Metais pesados em minas, fenóis e solventes clorados.

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IV. Rizodegradação

Consiste na quebra do contaminante orgânico no solo pela atividade microbiana, que é aumentada pela presença da zona radical. Conhecida também como degradação da planta assistida, biorremediação da planta assistida, planta adicionada ao local da biodegradação e aumento da biodegradação da rizosfera.

Aplicação: Utilizada para degradação de compostos orgânicos provenientes do petróleo,

hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, benzeno, tolueno, etilbenzenos e xilenos, dentre outros compostos orgânicos.

22 VASCONCELOS, M. C.; PAGLIUSO, D., SOTOMAIOR, V. S.- Fitorremediação: Uma proposta de descontaminação do solo - Estud. Biol., Ambiente Divers. 2012 jul./dez.


V. Fitovolatilização

Consiste na captação e transpiração de um contaminante pela planta, com liberação do

contaminante ou a uma forma modificada do contaminante para a atmosfera.

Vantagens: O Hg poderia ser transformados em formas menos tóxicas e os contaminantes

lançados poderiam ser sujeitos a uma degradação natural mais rápida e efetiva.

Aplicação: Técnica mais aplicada a compostos orgânicos e inorgânicos.

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VI. Fitoestimulação

Ocorre a liberação de aminoácidos e polissacarídeos pela raiz, que caracteriza um estímulo para a

atividade microbiana. Os compostos produzidos têm a capacidade de degradar outros componentes

do solo, conferindo à planta, muitas vezes a aptidão rizosférica para a biorremediação, por apresentar

grande concentração de microorganismos.

Aplicação: A área é considerada excelente para a degradação de compostos orgânicos como PHAs,

BTEX e derivados dos fenóis.



VII. Fitotransformação ou Fitodegradação

Técnica que emprega o uso de raízes bem desenvolvidas, porém utiliza a absorção com

subsequente volatilização, ou então à degradação de forma parcial ou completa,

transformando o composto em menos tóxico.

Aplicação: Compostos orgânicos como hidrocarbonetos.

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VIII.Controle hidráulico ou Fitohidráulico

Utiliza plantas para a absorção de água do subsolo para a captação e consumo, de tal forma que os contaminantes permanecem retidos em uma área, podendo-se dizer que o controle hidráulico controla a migração dos contaminantes.

Vantagens: Não é necessário a instalação de sistema de bombeamento e o custo é relativamente baixo. Além disso, as raízes apresentam maior capacidade de penetração e contato com maior volume de solo se comparado com um sistema de bombeamento.

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IX. Cobertura Vegetativa

Consiste num sistema de plantas em crescimento e/ou sobre materiais que

apresentam risco ambiental. Tal cobertura reduz os riscos desses materiais para

um nível aceitável, e requer manutenções mínimas. Existem dois tipos de

coberturas: As de evapotranspiração e as de fitorremediação.

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PLANTAS FITORREMEDIADORAS Uma boa planta remediadora deve ser capaz de:

Crescer na presença do contaminante;

Sobreviver sem a diminuição da sua taxa de crescimento, apesar da captura do contaminante e seu acúmulo;

Apresentar capacidade de acumulação diversificada (vários contaminantes);

Se destacam as Plantas Hiperacumuladoras, pois:

Absorvem quantidades elevadas de metais pesados;

Mais acumuladoras e tolerantes frente às não hiperacumuladoras;

Absorção de contaminantes distintos simultaneamente com um único tipo de vegetal;


Crotalaria spectabilis

• Planta de ciclo anual, da família Leguminosae, originária da Índia;

• Apresenta adaptação às regiões tropicais e subtropicais;

• Suas plantas são arbustivas, de crescimento ereto e determinado;

• Apresenta 1,0 – 1,5 m de altura quando maduras;

• Apresenta desenvolvimento lento;

COUTINHO, H.D.; BARBOSA, A.R. Fitorremediação: Considerações Gerais e Características de Utilização. Silva Lusitana, v.15, n. 1, p. 103-117, 2007. GARBISU, C.; ALKORTA, I. Phytoextraction: a cost effective plant-based technology for the removal of metals from the environment. Bioresource Technology, v. 77, p. 229-236, 2000. 30

MATERIAIS E MÉTODOS • O experimento foi realizado em cultivo protegido;

• O solo utilizado para o teste foi coletado em Toledo, Paraná.

P MO pH CaCl2 H+Al Al3+ K+ Ca2+ Mg2+ SB CTC V Al

mg dm-3 g dm-3 0,01 mol L-1 cmolc dm-3 %

6,4 26,7 4,9 5,4 0,1 0,6 5,7 2,8 9,1 14,5 62,6 1,1

Tabela 1- Caracterização química da amostra de solo.

COUTINHO, H.D.; BARBOSA, A.R. Fitorremediação: Considerações Gerais e Características de Utilização. Silva Lusitana, v.15, n. 1, p. 103-117, 2007. GARBISU, C.; ALKORTA, I. Phytoextraction: a cost effective plant-based technology for the removal of metals from the environment. Bioresource Technology, v. 77, p. 229-236, 2000. 31

MATERIAIS E MÉTODOS

Cd Pb

4,00 59,5

Tabela 2- Concentração prévia de Cd e Pb no solo estudado (mg kg-1 )

- A semeadura foi realizada em vasos de PVC com 10 sementes por vaso; - O solo não recebeu qualquer tratamento corretivo. - Após 30 dias, procedeu-se o debaste e a contaminação do solo utilizando

Pb e Cd.

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MATERIAIS E METODOS - Utilizou-se delineamento experimental inteiramente casualizado (DIC); - 20 unidades experimentais, contando com controle e tratamento; - O solo foi contaminado de acordo com as doses sugeridas pela Companhia de

Tecnologia e Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo –CETESB; - Os tratamentos utilizados foram:

- Controle; - Nível de prevenção de Cd 1,3 mg kg-1; - Nivel de intervenção de Cd 3,0 mg kg-1; - Nível de prevenção de Pb 72 mg kg-1; - Nivel de intervenção do Pb 180 mg kg-1.

- A irrigação foi realizada com água deionizada.

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MATERIAIS E MÉTODOS

- As plantas foram mantidas em solo por 90 dias;

- Na parte aérea foi realizada digestão nitroperclórica;

- A quantificação dos metais foi realizada através de espectrometria de absorção atômica em chama.

FONTE:< http://datateca.unad.edu.co/contenidos/401539/exe-2%20de%20agosto/leccin_13_instrumentacin_en_espectroscopia_de_absorcin_atmica_aa.html>

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http://datateca.unad.edu.co/contenidos/401539/exe-2 de agosto/leccin_13_instrumentacin_en_espectroscopia_de_absorcin_atmica_aa.html






RESULTADOS E DISCUSSÃO

Metais Tratamentos (mg kg-1 )

Controle Prevenção Pb Intervenção Pb Prevenção Cd Intervenção Cd

Cd Nd Nd Nd Nd nd

Pb 14,00 12,25 25,00 14,00 9,67

- O controle apresentou teores de Pb devido ao teor prévio; - Maior média no nível de intervenção de Pb; - Os teores de Pb encontrados na biomassa apresentam valores

considerados normais e de contaminação; - Não foram detectados concentrações de Cd na biomassa da planta;

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RESULTADOS E DISCUSSÃO • Taxa de sobrevivência 100%;

• Não houve diferença na altura (1,0m - 1,5m);

• Ambos os tratamentos apresentaram clorose, manchas foliares, folhas pequenas e retorcidas e inflorescência diminuída.

• Diminuição da biomassa;

• Tolerância aos metais pesados estudados;

• Espécie pode ser utilizada em programas de fitorremediação devido ao acumulo de Pb no seu tecido vegetal.

Clorose

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VANTAGENS DA FITORREMEDIAÇÃO

Elevado potencial de utilização

Investimento em capital e custo baixos

Aplicável in situ

Aplica-se em grande variedades de poluentes simultaneamente

As plantas ajudam no controle do processo erosivo, eólico e hídrico

Técnica esteticamente bem aceita e menos agressiva ao ambiente

Limita as perturbações ao meio ambiente

As plantas são mais facilmente monitoradas do que os microorganismos

Aplica-se em áreas extensas

Melhoram as características físicas e químicas do solo 37

DESVANTAGENS DA FITORREMEDIAÇÃO

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Resultados mais lentos do que outras tecnologias

Crescimento e desenvolvimento das plantas são dependentes: da estação, do clima, do solo

Os contaminantes quando em concentrações muito tóxicas não permitem o desenvolvimento das plantas

Seu resultado é mais satisfatório quando aplicado na superfície do solo ou em águas mais rasas.

Não reduz 100% da concentração do poluente

Podem ser produzidos metabólitos mais tóxicos

Pode haver propagação da contaminação na cadeia alimentar

CONCLUSÃO • A fitorremediação mostra-se como um avanço da biotecnologia.

• É um método que se vale dos próprios mecanismos da natureza para defender-se.

• É uma técnica de descontaminação in situ, que perturba menos o meio ambiente, e apresenta facilidade de aplicação.

• É uma medida econômica.

• Pode ser aplicada em áreas extensas.

• Pode tratar diversos poluentes orgânicos e inorgânicos.

• Requer ação conjunta de vários profissionais de diversas áreas no intuito de detectar espécies eficazes na descontaminação de solos.

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REFERÊNCIAS • ANSELMO, A. L. F.; JONES, C. M. – Fitorremediação de solos contaminados- o estado da arte. XXV Encontro

Nac. de Eng. De Produção – Porto Alegre, RS, nov. de 2005.

• PROCÓPIO, S. de O., et al. - Fitorremediação de solos com resíduos de herbicidas – Aracaju : Embrapa Tabuleiros Costeiros, 2009.

• VASCONCELOS, M. C.; PAGLIUSO, D., SOTOMAIOR, V. S.- Fitorremediação: Uma proposta de descontaminação do solo - Estud. Biol., Ambiente Divers. 2012 jul./dez.

• N. DIAS, R. FONSECA, L. MARTINS, A. ARAÚJO, A. C. PINHO. Avaliação da contaminação e proposta de remediação de solos em clima tropical, na envolvente de uma unidade de processamento de metais pesados, Minas Gerais, Brasil. LNEG; Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial II, 981-985.

• SENGUPTA, M. (1993) - Environmental impacts of mining: monitoring, restoration, and control. Boca Raton:Lewis, p.1993. 494

• CAMPOS M, J, A. Metais Pesados: Um Perigo Eminente. Universidade de São Paulo. Disponível em: <http://www.icb.usp.br/bmm/mariojac/index.php?option=com_content&view=article&catid=13%3Atemas-de-interesse&id=33%3Ametais-pesados-um-perigo-eminente&lang=br>

• BONIOLO, M. R.; YAMAURA, M.; MONTEIRO, R. A. Biomassa residual para a remoção de íons uranilo. Química Nova, v. 33, n. 3, p. 547 – 551, 2010.

• COUTINHO, H.D.; BARBOSA, A.R. Fitorremediação: Considerações Gerais e Características de Utilização. Silva Lusitana, v.15, n. 1, p. 103-117, 2007.

• GARBISU, C.; ALKORTA, I. Phytoextraction: a cost effective plant-based technology for the removal of metals from the environment. Bioresource Technology, v. 77, p. 229-236, 2000.

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