Artículo

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE HUMEDAL ARTIFICIAL PARA LA
RECUPERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN LA POBLACIÓN

DE ALCALÁ

ARTIFICIAL WETLAND DESIGN AND CONSTRUCTION FOR
WASTEWATER RECOVERY IN THE TOWN OF ALCALÁ

Quevedo Quispe Ariel Winston

Docente: Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca (Bolivia)

winston.quevedo@gmail.com

Enviado 21 de agosto aceptado 29 de septiembre



E

Resumen

n la población de Alcalá del Departamento

de Chuquisaca, existe un grave problema
de contaminación por aguas residuales que
provienen mayormente de las actividades
agropecuarias, que son vertidas sin ser sometidas
a ningún tipo de tratamiento. Además, el
recurso vital no puede ser desperdiciado, ya que
es útil y necesario para la vida humana, animal
y vegetal. Ante la necesidad de recuperación
del preciado líquido, se precisa implementar
un sistema de remediación eficiente, de bajo
costo y sin afectación al ecosistema. Por todo
lo anterior, el presente artículo se enfocó en el
diseño y construcción de un humedal artificial
de flujo horizontal subsuperficial para el
tratamiento biológico de las aguas residuales
en la población de Alcalá, mediante la técnica
de fitorremediación.

Palabras Clave

Humedal, fitorremediación, tratamiento

biológico, Alcalá.

Abstract

The town of Alcalá in the Department of
Chuquisaca, is entering into a serious problem


of pollution due to wastewater that comes
mainly from agricultural activities and is
dumped untreated. In addition, water as vital
resource should not be wasted for its usefulness
and necessity to human, animal and plant life.
Given the reasons for recovering this valuable
resource, there is the need of implementing an
efficient, low-cost biological treatment without
affecting the ecosystem. Therefore, this article
is focused on the design and construction of an
artificial wetland with horizontal subsurface
flow for wastewater biological treatment in
Alcalá through the use of phytoremediation
technique.

Keywords

Wetland, phytoremediation, biological

treatment, Alcalá

Introducción

Uno de los problemas que más perjudica a la
sociedad moderna, es la contaminación. Cada
vez son más los ecosistemas afectados por el
contacto con sustancias nocivas provenientes
de actividades industriales, agropecuarias y
mineras, entre otras. Situación que, repercute

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de forma negativa sobre la calidad del agua y
los suelos.

A los fines encontrar una solución favorable
a esta problemática, se han desarrollado
tecnologías para la remediación, que según
Martínez et al. (1), consisten en:

Un conjunto de técnicas que tienen como
objetivo hacer la recuperación de suelos o
cuerpos de agua contaminados, lo anterior
con miras a restaurar las características de
ciertas propiedades de la matriz ambiental,
de tal modo que se conserven o se mejoren
sus características, manteniendo el equilibrio
ecosistémico y evitando que se genere un
peligro para animales, plantas y seres humanos
(p13).

Ahora bien, los tratamientos de remediación

pueden clasificarse en tres grandes grupos:

Tratamientos biológicos: También conocidos
como biorremediación, se refieren al uso de
organismos como plantas, hongos y bacterias,
para destruir o convertir los contaminantes
en sustancias más simples, de modo que el
tratamiento para esas nuevas sustancias sea
más fácil. Entre los principales métodos de
biorremediación se encuentran el bioventeo,
bioestimulación, bioaumentación, landfarming
y fitorremediación (2).

Tratamientos Fisicoquímicos: Se basan en
la utilización de las propiedades químicas
o físicas del medio para contener, separa o
destruir contaminantes. Entre los métodos
fisicoquímicos destacan la absorción por
vapor, arrastre por vapor, oxidación química y
electrocinética (1).

Tratamientos Térmicos: Buscan separar o
inmovilizar contaminantes por medio de la
oxidación térmica. Entre los tratamientos

térmicos se encuentran, la incineración,

desorción térmica y pirolisis (1).

De los referidos tratamientos de remediación,
la fitorremediación constituye una buena
alternativa para comunidades debido a los
resultados satisfactorios en términos de
remoción de materia orgánica, al bajo costo de
implantación y la facilidad de operación.

La fitorremediación es una técnica de
remediación biológica que permite desintoxicar
agua o suelos alterados con contaminantes, tales
como los hidrocarburos derivados del petróleo,
solventes y pesticidas entre otros (3). Se basa
en el uso de las capacidades de las plantas para
absorber, acumular, metabolizar, volatilizar
o tolerar contaminantes (4). Tiene como
principal ventaja que, es una tecnología de bajo
costo, cuyo requerimiento básico es el riego y
fertilización para garantizar el crecimiento de
las plantas y hongos empleados (5). Además, es
respetuosa con el ambiente y no es invasiva (6).

Dependiendo del tipo de contaminación y el
nivel de limpieza requerido; las tecnologías de
fitorremediación pueden servir como medio de
contención: rizofiltración y fitoestabilización; o
eliminación: fitodegradación, fitoestimulación,
fitoextracción, fitovolatilización (7). A
continuación, se describe cada uno de los
mecanismos referidos:

Fitoextracción: Consiste en la absorción de
metales contaminantes a través de las raíces
de las plantas, y su acumulación en los tallos
y hojas. Para este proceso se utilizan pastos y
plantas freáticas (8).

Rizofiltración: Se trata del uso de las raíces
para absorber, concentrar y precipitar metales
tóxicos del agua superficial o subterránea
(9). Las plantas toman los metales a través
de las raíces, que deben tener alta biomasa,


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una amplia área superficial y tolerancia a los
metales. Constituye una técnica de fácil manejo
y bajo costo, que genera pocos residuos,
permite remediar varios metales, y atrapa
sólidos en suspensión (10). Las principales
especies empleadas para la rizofiltración, son
las macrófitas (11).

Fitoestabilización: Consiste en inmovilizar
contaminantes orgánicos e inorgánicos
mediante su absorción y acumulación en
las raíces (8). A través de este proceso, las
plantas transforman los metales tóxicos en no
tóxicos. Tiene como ventajas que es de bajo
costo y resulta estéticamente agradable (10).
Además, es muy eficiente para tratamiento
de la contaminación por metales pesados y
compuestos hidrofóbicos. Para este proceso se
pueden utilizar pastos y plantas freáticas (5).

Fitoestimulación: Se refiere al tratamiento
biológico de contaminantes mediante bacterias
y hongos, mejorando la actividad en la rizósfera
(9). Tiene su fundamento en el aprovechamiento
de la relación de simbiosis que se produce entre
la planta y algunos microorganismos, lo cual
permitela eliminación de metales pesados
(11). Es muy eficiente para el tratamiento de
contaminación por hidrocarburos derivados del
petróleo y poliaromáticos, benceno, tolueno,
atrazina, y aguas residuales agropecuarias (12).

Fitovolatilización: Los árboles y otras plantas
en crecimiento absorben el agua junto con
contaminantes orgánicos e inorgánicos (8).
De modo que, absorben los metales tóxicos
y los transforman en menos tóxicos mediante
el proceso de transpiración. Para estos fines
suelen utilizarse juncos, canas o espadaña (10).

Fitodegradación: Este mecanismo se basa en la
sujeción y reducción de contaminantes mediante
la producción de compuestos químicos en la
raíz, inactivando las substancias tóxicas, ya

sea por absorción, adsorción o precipitación
(8). Las plantas acuáticas y terrestres degradan
la contaminación orgánica valiéndose de sus
propios procesos metabólicos en asociación
con la rizósfera microbial, permitiendo la
remediación de contaminantes orgánicos
como los insecticidas, herbicidas, solventes
clorinados y nutrientes orgánicos (10).

Ahora bien, para poner en práctica la técnica de
fitorremediación se recurre a la construcción de
un humedal artificial. De acuerdo con Martínez
et al. (1), estos pueden definirse como:

Sistemas depuradores de agua que se constituyen
de canales o lagunas, son plantados con
especies propias o endémicas de la zona, (…)
los humedales construidos han sido convertidos
en métodos de tratamientos naturales de aguas
residuales y que en países de Europa y en
Estados Unidos han sido catalogados como
una tecnología efectiva y económica para la
descontaminación de cuerpos de agua (p71).

Dependiendo del contaminante que se desee
remover, y la tipología del humedal, este último
puede cumplir tres procesos fundamentales
(13):

Procesos Físicos: Remoción de contaminantes

asociados con materiales particulados.

Procesos de Remoción Biológicos: Captación
de los contaminantes por parte de las plantas.

Procesos de Remoción Químicos: El más
representativo es la absorción, que produce la
retención o inmovilización de contaminantes.

Entre los diferentes tipos de humedades

artificiales, se encuentran los siguientes:

Humedales de flujo superficial: Generalmente
tienen una profundidad que varía entre 0.4m
y 0.6m, son pobladas por plantas enraizadas,

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flotantes, emergentes o subemergentes; y son

utilizados a gran escala (1).

Humedales de flujo horizontal subsuperficial:
Denominados en inglés
subsurface flow. Son estanques con un
fondo relativamente impermeable relleno con
un medio poroso como por ejemplo grava. En
este caso, el agua entra por un extremo y sale
por el otro. Para este tipo de humedal se utilizan
plantas acuáticas como la phragmites australis,
pero también se emplean plantas autóctonas
(1).

Humedales verticales: En este caso el agua se
aplica uniformemente sobre la superficie y es
drenada por la base del mismo, a los fines de
que el agua pase por cada uno de los medios y
las raíces. Este tipo de humedal opera de modo
discontinuo con períodos de llenado y drenaje
intermitentes (1).

Humedales conplantas flotantes: Se caracterizan
por la utilización de especies vegetales acuáticas
flotantes o plantas emergentes, de manera que
las raíces se arraiguen a los sedimentos (14).

Objetivo
Objetivo General

Diseñar y construir un humedal artificial para
la recuperación de aguas residuales en la
población de Alcalá.

Objetivos Específicos

Caracterizar la situación de contaminación por
aguas residuales en la población de Alcalá.

Evaluar los diferentes tipos de humedales
existentesy elegir la alternativa más adecuada
para la recuperación de aguas residuales en la
población de Alcalá.

Metodología

Caracterización del Entorno de Trabajo

El estudio fue realizado en la población deAlcalá
ubicada en el Departamento de Chuquisaca (Ver
Figura N°1), Alcalá es un municipio de Bolivia,
ubicado en la Provincia Tomina al centro
del departamento de Chuquisaca; tiene una
superficie de 443 km² y una población de 4.902
habitantes (según el Censo INE 2012). Está a
una distancia de 182 km de la ciudad de Sucre,
capital del país. Coordenadas: 64°27’30.04” y

Figura N° 1. Localización de Alcalá.


image

Nota. Adaptado de Plan Territorial de Desarrollo Integral del municipio de Villa Alcalá 2016 – 2020(p16) (15).

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64°15’39.04” longitud Oeste, entre los paralelos
19°17’37.28” y 19°33’29.46” Latitud Sur.

Presenta un clima característico de montaña,
topografía muy accidentada, presencia de ríos
y cuencas (15).

Existe una gran vocación por la producción
agrícola diversificada, ganadera, frutícola y
artesanal. Los principales productos agrícolas
son las semillas de trigo, papa, maíz, trigo,
cebada, maní, cebolla y ají. En la producción
pecuaria se destaca la cría de ganado vacuno,
caprino y ovino. En casi todas las comunidades
el número de hectáreas de tierra cultivables
sobrepasan las 100 Has; de las cuales los suelos
cultivados a secano, es decir regados solo por
la lluvia son casi el total de la tierra cultivable.
En este sentido, es importante señalar que para
el año 1975 se tenía una precipitación anual
media de 801.0 mm, y para el año 1998 la
precipitación pluvial disminuyó hasta 369.2
mm por efecto del Fenómeno del Niño, lo que
denota la importancia de aumentar el riego y
conservar los recursos hídricos (15).

Respecto a los recursos hídricos, las principales
fuentes de agua en el Municipio de Alcalá son
los ríos de Alcalá, Matela Alta y Limabamba.
De estos ríos solo el de Matela Alta es
permanente y los otros dos pierden su caudal
en época seca. Estos ríos pasan por casi todas
las comunidades del Municipio. También se
cuenta con quebradas afluentes y vertientes
ubicadas en las faldas de las cimas (15).

Para mejorar las condiciones de riego, en el año
2020 se inauguró una represa para el sistema de
riego en la comunidad de Huasa Pampa, ubicado
en el municipio de Villa Alcalá, que permitirá
irrigar 49 hectáreas, la represa tiene una altura
de 16 m, 60 m de longitud y una capacidad de
almacenamiento de 75.000 metros cúbicos de
agua. Además cuenta con tuberías a lo largo de

6 kilómetros y cámaras de distribución para el
riego de las parcelas (16).

Secuencia Metodológica

La secuencia metodológica consistió
primeramente en, la realización de visitas y
recorridos en la población de Alcalá a los fines
de evaluar la situación de la contaminación
por aguas residuales. Luego, con base en una
minuciosa revisión documental, con especial
atención en los estudios realizados por Arias y
Brix (17), se elaboró el diseño de un sistema de
biorremediación apropiado para la recuperación
de las aguas residuales en la referida localidad,
el cual consistió en un humedal artificial de
flujo horizontal subsuperficial; que finalmente
fue construido y puesto en funcionamiento
gracias a la participación conjunta del docente
y cada uno de los estudiantes de la asignatura
de Biodiversidad de la Carrera de Producción
Agropecuaria de la Universidad Mayor,
Real y Pontificia de San Francisco Xavier
de Chuquisaca de la Carrera de Producción
Agropecuaria con sede en Alcalá, durante el
período académico correspondiente al año
2016.

Alcance y Limitaciones del Proyecto

Para evaluar el grado de contaminación de
las aguas de utilizó una escala de valoración
relativa respecto al color y olor de la aguas en
los cauces y cuerpos hídricos antes y después
de poner en marcha el proyecto de humedal
artificial para la recuperación de aguas
residuales de la zona. No se realizaron análisis
físico-químicos formales de laboratorio.

Resultados y Discusión

Evaluación de la Situación de Contaminación
por Aguas Residuales en Alcalá


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Se realizaron múltiples visitas y recorridos en
la localidad de Alcalá, a través de los cuales se
observó que existe contaminación directa por
aguas residuales con rebalse en las cuencas,
evidenciándose circulación de aguas residuales

con aspecto muy oscuro y olor desagradable,
provenientes principalmente de las actividades
agropecuarias, afectando a los pobladores
de la localidad, las regiones aledañas y sus
respectivos ecosistemas (Ver Fotografía N° 1).


Fotografía N° 1. Contaminación por aguas residuales en la población de Alcalá.


image


En vista de la situación encontrada, el docente
y los estudiantes de la asignatura de Gestión y
Conservación de la Biodiversidad de la Carrera
de Producción Agropecuaria de la Universidad
Mayor, Real y Pontificia de San Francisco
Xavier de Chuquisaca de la Carrera de
Producción Agropecuaria con sede en Alcalá,
durante el período académico correspondiente
al año 2016; emprendieron conjuntamente la
iniciativa de diseñar y construir un humedal
artificial para la recuperación de aguas
residuales en la población de Alcalá.

Diseño del Humedal Artificial

En general para seleccionar una técnica de
remediación en particular, es necesario contar
con información del lugar de aplicación y

para realizar su caracterización, así como
la de los principales contaminantes a tratar.
Finalmente,la tecnología se elige considerando
sus costos y a la disponibilidad de materiales
y equipos para realizar el tratamiento. En el
caso de Alcalá, se trata de las aguas residuales
provenientes principalmente de las actividades
agropecuarias, la depuración de este tipo de
contaminación se consigue haciendo pasar el
agua contaminada a través, de zonas húmedas
artificiales, donde se dan procesos físicos,
biológicos y químicos, que la transforman y la
depuran a la salida.

Un humedal de tratamiento de flujo
subsuperficial (HHAA FSS) es aquel en el
que el flujo de agua se produce a través de
un medio poroso, constituido por el propio


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sustrato o por grava, diseñados de tal modo
que el nivel de agua permanezca siempre
por debajo de la superficie del sustrato. Los
HHAA FSS pueden dividirse a su vez según
la dirección predominante del flujo a través
del lecho poroso, ya sea horizontal o vertical.
Los sistemas de flujo horizontal son los más
utilizados, y son aquellos de efectividad más
demostrada. La principal ventaja que presenta
un humedal de flujo subsuperficial respecto a
los de flujo superficial es que requieren menos
superficie para lograr la misma eficacia de
reducción de la carga contaminante.

Con base a las razones expuestas, se escogió el
humedal de tratamiento de flujo subsuperficial
(HHAA FSS) de flujo horizontal como
alternativa para el diseño. Que adicionalmente,
no es muy costoso, sirve para tratar flujos
primarios, no genera olores fuertes, no acumula
insectos, no requiere superficies de gran
tamaño, es de fácil mantenimiento y es muy
eficiente para el tipo tratar la contaminación
por aguas residuales agropecuarias.

Elementos Constitutivos del Humedal
Subsuperficial de Flujo Horizontal

En consonancia con el trabajo realizado por
Alarcón, Zurita, Lara-Borrero y Vidal (18), el
humedal quedó constituido por los siguientes
elementos:

Influente

El agua residual que entra en el humedal. En
este caso se trata de las aguas residuales que
provienen principalmente de las actividades
agropecuarias desarrolladas en la población
de Alcalá. Se realizó mediante el tendido de
la tubería encargada de transportar el agua a la
cámara donde se realiza la sedimentación para
permitir la entrada a la fosa en donde se instala
un filtro de ingreso junto con respiraderos.

Sustrato

Son los materiales o medios filtrantes colocados
en el lecho del humedal para servir de soporte a
las plantas y el desarrollo del ecosistema. Puede
incluir varias capas de arena, grava, rocas o
sedimentos. En el presente caso se utilizaron
los siguientes materiales:

Las plantas más utilizadas para estos fines son:
juncos, espadañas, esparganios, carrizos, entre
otros. En este sentido, las especies que cumplen


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con los requerimientos mencionados y fueron

utilizadas en este caso, fueron las siguientes:

En concordancia con todo lo anterior, se
completó el diseño del humedal artificial
de flujo horizontal subsuperficial, con unas
dimensiones de 27 m de largo por 2,5 m de
ancho, una pendiente de 1% y profundidad de
1 metro, para ser construido con los materiales
y especies de plantas previamente descritas,
como se ilustra en la Figura N° 2.


Figura N° 2. Diseño del humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial


image


Nota. Adaptado de Análisis de los modelos de diseño de los sistemas naturales de depuración (p15) por
Rabat (24).

Construcción del Humedal Artificial de Flujo Horizontal Subsuperficial

En primer lugar se realizó la limpieza del terreno y seguidamente la excavación, la cual se efectuó
durante un período de 20 días motivado a que el terreno presentaba estratos muy rocosos (Ver
Fotografía N° 2).


Fotografía N° 2. Proceso de limpieza y excavación.

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Una vez completada la limpieza y excavación, se procedió al acolchonamiento del piso y extendido
del plástico Agrofil con el propósito de evitar la infiltración del agua (Ver Fotografía N° 3).


Fotografía N° 3. Acolchonamiento y extendido del plástico.


image


Concluido el extendido del plástico, se realizó el tendido de la tubería encargada de transportar el
agua a la cámara donde se realiza la sedimentación para permitir la entrada a la fosa en donde se
instala un filtro de ingreso junto con respiraderos, para la salida se instala un filtro de absorción con
una diferencia de 40 cm. de la entrada que expulsa a la segunda cámara séptica. Y a continuación,
se rellenó la fosa con capas de piedra manzana, grava gruesa, grava, gravilla, arena y abono
orgánico fermentado, respectivamente para garantizar el sostén de las plantas hasta que las raíces
alcancen el agua (Ver Fotografías N° 4, 5, 6 y 7).


Fotografía N° 4. Colocación de piedra manzana.


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Fotografía N° 5. Colocación de grava.


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Fotografía N° 6. Colocación de arena fina o arenilla.


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Fotografía N° 7. Colocación de materia orgánica.

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Para culminar con la construcción del humedal, se realiza la plantación de las especies acuáticas
previamente seleccionadas (Ver Fotografía N° 8). Adicionalmente, se incluyeron algunas plantas
aromáticas con fines estéticos y odoríficos. En este sentido, se añadieron las siguientes especies:
dalias, gladiolos, margaritas, totora, achira, rosas, claveles y gigantón.


Fotografía N° 8. Plantación de plantas acuáticas.


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Una vez concluido el proceso de construcción, el humedal quedó como se muestra en la Fotografía N° 9.

image

Fotografía N° 9. Humedal construido.


Mediante el tratamiento con el humedal construido, las plantas absorben los nutrientes químicos
y orgánicos necesarios para su desarrollo, se filtra y aclara el agua a medida que sube de nivel
hasta llegar al a tubería de absorción; y además se consigue un ecosistema más limpio y agradable
fragancia floral (Ver Fotografía N° 10).


Fotografía N° 10. Agua residual remediada por el humedal.


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Al realizar la prueba del funcionamiento
del humedal construido, se cumplieron las
expectativas planteadas como grupo, con el
ingreso y salida del agua tratada, que podrá ser
utilizada en primera instancia para el riego de
forrajes.

Los resultados obtenidos fueron presentados a
las autoridades municipales y universitarias de
la región como propuesta para el tratamiento
y reducción de la contaminación de las aguas
residuales, contándose con la presencia de
ambientalistas, la comisión ambiental de la
Asamblea Departamental de Chuquisaca y
estudiantes de las unidades educativas del
Municipio.

Conclusiones

Los problemas de contaminación por aguas
residuales que existen en la población de Alcalá
del Departamento de Chuquisaca, pueden
reducirse de manera significativa mediante
la implementación de humedales artificiales
construidos para la biorremediación del agua a
través de la técnica de fitorremediación.

La técnica de fitorremediación implementada
en el humedal artificial de flujo horizontal
subsuperficial construido, permitió la
remediación de aguas residuales en la localidad
de Alcalá, obteniéndose como resultado, el
filtrado, aclaramiento y agradable fragancia del
líquido vital, que podrá ser utilizado en primera
instancia para el riego de forrajes.

El humedal artificial de flujo horizontal
subsuperficial representa una alternativa
económica, eficiente y ambientalmente
amigable, para la reducción de la
contaminación por las aguas residuales
originadas principalmente por las actividades
agropecuarias desarrolladas en la población de
Alcalá del Departamento de Chuquisaca, que

puede hacerse extensiva a otras localidades que
requieran la reducción de la contaminación por
las aguas residuales o similares.

Para ampliar el uso del agua tratada para el riego
deotros cultivos, es necesario realizar análisis
formales de laboratorio: físicos, químicos y
biológicos.

Agradecimientos

Mis agradecimientos a los estudiantes de ayer y
hoy mis colegas, por el aporte que hicieron, ya
sea con mano de obra y aportando de grandes
ideas en cada momento y en cada detalle de la
construcción del presente POSO HUMEDAL
ARTIFICIAL, siempre con la finalidad de velar
el bienestar y salud ambiental de la población
de Alcalá, la misma es una contribucion para su
gente linda de este Municipio.

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    ISSN de enlace (ISSN-L) Impreso: 2225-8787
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