生活垃圾渗滤液处理中试研究

来源:热处理工艺学作者:薄鑫涛


中国给水排水 " $ $ "W 8 E # ! T !!" !!!!!!!!!!" S B / 4 ’ 3’ Q X Y Z 3’ = Q X3’ Q X Y 4 8 # -

论述与研究

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! 处理工艺选择 各地的垃圾渗滤液水质情况见表 ! 。其中深圳 市垃

圾 填 埋 渗 滤 液 水 质 与 其 他 城 市 的 相 比, 具有

! " #、 $ " # 和氨氮浓度高的特点。试验期间测定 , 属于易 生活垃圾渗滤液的 $ " # ! ! " # 为$ # + " $ # U
生物 降 解 有 机 废 水, 但其 ! " # 有时高达" %$ $ $
基金项目:北京市科技新星项目 ( ) & % % T ! $ $ T $ $

!!!!!!!!!" 摘
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生活垃圾渗滤液处理中试研究
李 军!, 王宝贞", 王淑莹!, 赵红静"
( 北京工业大学 建筑工程学院,北京 ! ; 哈尔滨工业大学 市政环境工程学 ! # $ $ $ " " " # 院,黑龙江 哈尔滨 ! ) % $ $ & $ 要: 开发了一种适于处理高浓度垃圾渗滤液的工艺。试验表明, 采用复合厌氧反应器和

’ ! ( 淹没式生物膜曝气池及碱化吹脱塔技术可以有效地去除渗滤液中的 ! " #、 $ " # 和氨氮。该 成果已用于深圳下坪垃圾卫生填埋场的设计。 关键词: 生活垃圾渗滤液; 复合厌氧反应器; ’ ! ( 淹没式生物膜曝气池; 碱化吹脱塔 中图分类号:) 文献标识码:’ 文章编号: ( ) % $ % ! $ $ $ * + , $ " " $ $ " $ * $ $ $ ! * $ ,

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[ ] ! " -

若要使出水 ! (去 除 率 达 K ! ., " # #, $ $K ! . @ @ , 需选用高效节能的厌氧生物处理且后接好 & T # , V) 氧生物处理技术, 同时由于该渗滤液氨氮含量高达 若要出水氨氮# 必须进 + $ $ " !% $ $K ! ., " %K ! ., @ @ 行脱氮处理, 因此确定试验流程如下:
原生渗滤液$复合厌氧反应器 $ 碱化吹脱塔 $’ ! (淹 没式生物膜曝气池$混凝沉淀池$城市下水道

, 因此需根据渗滤液的水质、 水量

特点及排放要求采用切实可行的治理方法。

" 试验装置 试验装置如图!所示。

万方数据

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= 8 8 =H & 0 @ 4 9

中国给水排水
表! 各地垃圾填埋渗滤液水质比较

I & @ ;

水质指标

上海

杭州

广州

深圳

台北

, ! , ! " $% & ’ ( ) . " / ) 0 & $ . # * [ ] [ ] 4 + , 1 . 3 $ 2 77 4 9 ;: < 8 4 7 < 4 9 4 ; 8 7 @ 8 " 9 @ 8 9 :8 8 8 < ;8 8 8 =< 7 8 47 8 8 4< 7 8 : @ =

(5 ) 47 ! " # ! 6 8 8 " 98 8 8 48 8 8 " 78 8 8 48 8 " 78 8 8 4 78 8 8 " : 88 8 8 -8 8 8 " ; <8 8 8 * (5 ) $ " # ! 6 = 8 8 " -8 8 8 8 8 " =7 8 8 8 8 " =8 8 8 78 8 8 " ; :8 8 8 :8 8 8 " = 98 8 8 * ( ) % & 5 ! 6 4 8 8 " < 8 8 9 8 " 9 8 8 4 7 8 " > 8 8 : 7 8 " =8 8 8 = 8 8 " =8 8 8 * (5 ) ’ ’ ! 6 ; 8 " 7 8 8 : 8 " : 7 8 = 8 8 " : 8 8 48 8 8 " :8 8 8 7 8 8 " =8 8 8 * 氨氮 (5 ) ! 6 : 8 " 7 8 7 8 " 7 8 8 4 : 8 " 7 8 8 8 8 " 47 8 8 4 8 8 " 48 8 8 * ? 2 7 " : @ 7 : " : @ 7 : @ 7 " 9 @ 8 : @ = " 9 @ 8 7 @ : " < @ 7

图! 渗滤液处理中试流程及装置

" # ! 复合厌氧反应器 复合 厌 氧 反 应 器 由 底 部 的 + A 1 ! 和上部的 (厌氧生物膜区) 组成。由于其上部的生物膜载 A ! B 体填料 (盾式复合材料) 对悬浮污泥具有很好的捕集 截留效能, 且不影响气体分离, 因此不必设三相分离 器 (只设溢流出水槽和集气室即可) 。该反应器生物 量大、 生 物 相 丰 富, 可 承 受 较 高 的 有 机 负 荷, 比 + A 1 ! 构造简单且处理效果好。 复合厌氧反应器呈圆筒形, 直径为 8 底部 @ 95, 为圆锥体, 顶部由溢流堰槽和集气室组成, 总高度为 下两部分, 下部为污泥 = @ 75。反应器主体分为上、 床 (高为4 锥体部分为 8 ; 上部为淹没式 @ 45, @ 75) 生物膜区 (高为 8 , 内装复合填料。淹没式生 @ >5) 物膜层之上有8 澄清水经周边式 @ = 75 高的澄清区, 溢流堰流入环形集水槽。反应器的总容积为4 @ 4 : 其中污泥床区为 8 淹没式生物膜区则为 5, @ -5 、 ; ; ; 澄清区为 8 集气室为 8 8 @ ;5 、 @ 4 ;5 、 @ =5 。稳
; ;

没式生物膜曝气池则很难实现生物脱氮, 因此先利 用碱化吹脱塔进行部分脱氮, 即首先加碱使渗滤液 呈碱性 ( ) , 其中的铵离子转化为游离氨, 然后 ?! > 2 送入吹脱塔以喷淋和鼓风吹脱方式去除游离氨。吹 脱塔呈圆筒形, 直径为8 高为= 内装 4 @ 95, @ 85, @ = 5 高的球形塑料填料。厌氧反应器出水流入循环水 池, 用泵抽送至吹脱塔顶部进行喷淋布水, 通过在吹 脱塔后部安装的两台鼓风机强制空气流自上而下流 经填料并与水逆流接触。 从循环蓄水池用泵抽水 ( ) 至吹脱塔, 该 7 8 86 ! C 池的排水量为 = , 循环比为 = , 鼓风机吹送 86 ! C 7 G 4
; 空气量为< (C ?台) , 气水比为 = 。循环集 85! 9 8 G 4

水槽内水量为4 水力停留时间为7C 。 8 =6, " # $ ! ! " 淹没式生物膜曝气池 A ! F 淹没式软填料生物膜法的优点是在载体上 附着形成生物膜的不同部位有各自的优势菌种, 即 在 A 段以反硝化和异养菌为主, 而在 F 段的前部和
[ ] 7 后部分别以异养菌和硝化菌为优势菌种 。由于在

定运行时进水量为= ( ) , 水力停留时 86 ! C 8 @ 95! D
;

间为=D 。在第 ; 至第 : 个月, 反应器内温度为 = 8 " ; - E。 " # " 碱化吹脱塔 厌氧反应器出水氨氮含量达 48 8 85 ! 6 以上, * 且! 氨氮仅为 - 左右, 若让其直接进入 A " # ! ! F淹
万方数据

淹没式生物膜中硝化和反硝化菌的生存环境远比活 性污泥法优越, 因此完成硝化和反硝化所需时间缩 短 (约为延时曝气池法的 4 ) 。此外, 淹没式 ! ;"4 ! = 软填料生物膜上的菌种更为多样, 构成的食物链长, 多余的生物膜大部分被原生动物和后生动物作为食

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中国给水排水

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料消耗掉, 所以其剩余生物膜仅为活性污泥法剩余 污泥量的! ! ! " " ! ! #
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的平均去除率分别为 % 水温为 & " , ’和% % , & ’; . +时 ! " # 和$ " ## 的平均去除率上升到 / & , & ’和 故合适的处理温度为 & 此时的水力停 / / , . ’, . +,
& 留时间为*0 , 平均容积负荷为(5 ? ) 。 , #1 3 ) 4 ! 0 2 由图* 、 &可见, % & ’ 与! " # 变化趋势基本一



! " # 污泥和生物膜的培养 厌氧反应器接种城市污水厂消化池的污泥, 随 着培养时间的延长, 其! " # 去除率逐渐提高, &个 月后 ! 并有沼气产生, 此时底部 " # 去除率达% " ’, 的厌氧污泥和填料上的生物膜趋于成熟; ( ! ) 池采 用城市污水厂二沉池中的污泥接种并进行动态培 养, 历时*个月后 ) 池中前段生物膜厚而后段生物 膜薄, 呈棕褐色, 镜检发现有大量草履虫和线虫, ( 池中生物膜呈黑褐色, 密度较大并有小气泡吸附在 填料表面, 这说明反硝化菌已开始在填料表面上初 步形成 (将少量的硝酸盐还原成氮气) 。 $ 结果及讨论 $ " % 复合厌氧反应器 图 * 为复合厌氧反应器在两种不同温度下的 进、 出水 ! " # 和$ " ## 变化曲线。

致 (出 水 % 当出水 & ’ 随 出 水! " # 降 低 而 下 降, 出水 ! ) 。 % & ’ 为% " "5 ! 6左右时, " #! .# " "5 ! 6 2 2 试验证明, 若% & ’ 积累过多将会抑制甲烷菌的活 性, 因此 % & ’ 可作为厌氧反应器运行是否正常的 主要判断和控制指标。 厌氧反应器出水碱度和 7 这 8 值均高于进水, 是由于甲烷菌将挥发脂肪酸转化为甲烷的同时产生 了重碳酸盐的缘故。系统出水碱度在 *# " " " #" " " 说明该渗滤液碱度有一定的缓冲能力。 5 ! 6 之间, 2 $ " ! 碱化吹脱塔 图.是在水温为 * 不同 7 8 值时氨氮浓度 " +、 随吹脱时间的变化曲线。

图# 氨氮浓度随吹脱时间的变化曲线

由图.可见, 氨氮浓度随吹脱时间延长而下降,
图! 厌氧反应器进、 出水 & ’ ( 和) ’ (* 浓度变化曲线

在吹脱时间为#9 、 (即厌氧出水直接进 8:/ , "时 7 吹脱塔) , 对氨氮的去除率为 & 将7 # , & ’; 8 值用石 灰调到 时, 氨氮去除率上升到 $ 这是由于 , ! % , / ’, 8 值对 水 中 游 离 氨 和 铵 离 子 的 分 布 有 重 要 影 响 7 ( 占/ 占 8 :/ , "时 ; 8 :, !时 ; 8 ’, 8 7 7 & & , 所以在相同的吹脱时间条件下, & % , . ’) 8:, ! 7 时的氨氮去除率显著高于 7 时的去除率。 8:/ , " 从节省药剂和提高除氨率来综合考虑, 确定适宜的 、 吹脱时间为#9 、 气水比为* 。 8 值为 , ! / " < ! 7 经吹脱后渗滤液 ! (去 " # 也得到了部分去除 除率为! , 吹脱出水的 ! 氨氮为 / , , % ’) " # ! # "!

图 & 为复合厌氧反应器进、 出水的总有机挥发 酸 (% 和碱度变化曲线。 & ’)

图$ 厌氧反应器进、 出水的 + , - 浓度和碱度变化曲线

由图 * 可见, 厌氧反应器对 ! " # 的去除效率 受温度影响较大。水温为 * " +时 ! " # 和$ " ##
万方数据

有利于后续 ( 取吹 " , *5 ! 6, ! ) 池的脱氮。此外, 2 脱塔内塑料环填料上的生物膜镜检, 发现其生物相 有钟虫、 累枝虫等原生动物, 因此在吹脱逸出氨气的

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1 " " 19 : ; 4 * &

中国给水排水

: 4 !

同时微生物对 ! " # 和$ " # 也有一定的降解作用。 ! " ! ! ! " 淹没式生物膜曝气池 垃圾渗滤液经碱化吹脱塔处理后出水氨氮为 此时 ! 氨氮为 & 左右 (比较合 ! " "# ! % 左右, " # ! $ 理) , 因此可选择 ’ ! ( 淹没式生物膜曝气池作后续 处理, 在去除 ! " # 的同时脱氮。为了进一步摸索 考察了混合液回流比、 水力 ’ ! ( 池运行的最佳条件, 停留时间等因素对处理效果的影响。 回流比是影响 ’ ! ( 池脱氮效果的一个重要因 素。理论上, 总氮 (% 去除率与回流比的关系为: &) ( ! * +’) % & )’ ! — —回流比 式中 ’— — — —总氮去除率 % & ! ( ) *
图# $ 氨氮浓度和碱度变化曲线 ! % 池硝酸盐氮、 (&’ ) !

总氮的去除率越高, 但实际上由 显然 ’ 越大, 于受缺氧段脱氮菌数量的限制及回流水 # " 浓度 的影响, 当 ’! ,时硝态氮的去除率将会急剧下降, 而缺氧段内的硝态氮负荷与回流比是相互联系的, 相应地进入缺氧段的硝态氮为: [ ( ] [] +’ ( ( !.- / !.- 0 ] ([( ) !.- ’) (+’ ( [] ’ ( !.- 0 ( ) 1 * +’ ]— — —缺氧段进水混合后的 式中 [( ( ! .- ’ ! .- 浓度 ]— — —缺氧段进水的 浓 [( ( !.- / ! .度 (近似为" ) ]— — —缺氧段出水的 浓度 [( ( !.- 0 !.当回流比增大时 [] 降低, 但进入缺氧 ( !.- ’ 段内的氮负荷相应地增加; 同时, 由于回流水量的增 加使硝态氮在缺氧段内的有效停留时间缩短, 所以 一味地增加回流比并不一定能提高脱氮率。 图2 为 ) 、 ’ %) 3 3 4 25 ’) !时, ’ ! ( 池内硝酸 盐氮、 氨氮、 碱度的变化曲线。 由图2可见, 在 ’ 段氨氮、 碱度呈上升趋势, 这 是由有机氮氨化、 反硝化产碱引起的; 进水 (混合后) 为1 缺氧段出水 为 ( 6 4 & 3# ! %, ( $ !.! .去除率为& 碱度都 ! 4 1 1# ! %, 6 4 " 7。( 段的氨氮、 $ 大幅下降, 浓度却上升, 这是由硝化造成 ( ! .的。经过 ’ ! ( 池后的总氮去除率为8 , 4 & 7。 图8为不同回流比时的 浓度在 ’、 ( ( ! .段的变化曲线。
万方数据
图. $ 浓度变化曲线 ! %池 ) % !*) (/ 、 ) & 0’ 1 1 ,2 &’ ! 图( $ 浓度变化曲线 (&’ 、 、 ) ! %池 ) % + , # ! !*)

由图8可见, 在 ’) 此时的 !时脱氮效率最佳, (8 , 故选定 ’ )! 。 ! " # 总去除率亦为最高 & 4 8 7) 在此基础上提高进水量、 缩短 ) 根据不同 ) ’ %, ’ % 时的去除情况以确定 ’ ( ! ( 池的最佳 ! .当’ ) ’ %。试验证明, ! (池 ) ’ % 从3 3 4 25逐渐缩 短至 1 出 水 氨 氮 "1 (见 图 3) , 当 1 4 *5 时, *# ! % $ 。 ) ’ % 继续减小至 * 3 4 85时则出水氨氮 !, 6# ! % $ , 。 为保证出水氨氮" 1 2# ! % ) ’ % 应不小于1 1 4 *5 $

在上述各种条件下 ’ 出水 ! ! ( 池进、 " # 变化 情况如图&所示, 其出水 ! " # 为3 " "# ! % 左右。 $ 综上所述, 淹没式生物膜 ’ ! ( 池适宜的运行条 件为: (其中 ’ 段 为 8 、 ) ’ % )1 1 4 *5 4 25 ( 段为

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( * * (: ; 6 # ! .

中国给水排水 ( 生物膜特性 ( ’ + 表观特性及生物相

< ; # ’

) 、 。在此条件下, 当进水平均 " ! " # $% !&’ # $浓 度为(( 氨氮浓度为( ) *+ ! -、 ! .+ ! - 时,出水平 , , 均" (去除率为 / , 出水 # $ 浓度为$ $ (+ ! ! # ! 0) , 平均氨氮浓度为( (去除率为) 。 *+ ! * # . 0) ,

厌氧反应器中纤维填料上的生物膜呈黑色、 细 小絮状、 较松散且臭味很浓。碱化吹脱塔内球形填 料上的生物膜呈深褐色, 底部生物膜最多, 表层几乎 没有, 生物量从上至下逐渐减少。生物膜洗脱后呈 絮状且个体较大, 镜检发现底部有豆形虫、 累枝虫、 欠丰满、 密 线虫等。2 ! 7 池缺氧段生物膜生长慢, 实, 比较薄、 呈黑色、 有臭味; 好氧段生物膜呈棕褐 色、 无臭味、 密实且丰满。好氧段前端的膜较松散, 后端的较密实 (将膜从纤维填料上洗脱下来观察, 前端的膜片多呈絮状且个体较大, 后端的膜片多呈 粒状且个体较小) 。镜检发现缺氧段生物膜只有菌 胶团, 好氧段生物膜在稳定运行期有大量豆形虫、 线 虫、 累枝虫及少量钟虫、 草履虫。 ( ’ - 沉降特性及生物量测定 首先在 2 ! 7 池中沿水流方向确定 8 个取样点,
# # # 依次取样后编为 ! (2 池) 、 、 ( (7 池前端) ’ (7 # 池中部) 、 , 同样在厌氧反应器中取有 8(7 池末端) # 从吹脱塔中取出有代表性的 代表性的填料编为" , # 滤球编为$ 。将填料分别放入容器中加入一定量

图! " 出水 $ ! # 池进、 # % 浓度变化曲线

& ’ ( 混凝沉淀 选用 1 两种常用混凝剂进行对比 2 3和4 5 3 6 ’ 试验, 发现相同投药量条件下 1 2 3对 " # $ 的去除 率高于 4 。 2 5 3 6 3 的适宜投量为( * * " ’ * *+ ! -, , ’ 1 从而确保最后的出水 相应 去 除 率 约 为 ’ ( # $ 0,

" # $! $ * *+ ! -。 , & ’ ) 系统串联运行试验
确定了各构筑物的适宜运行参数后, 将整个系 统串联起来进行试验, 其" 氨氮浓度变化如图 # $、 、 ) ! *所示。

的自来水洗脱, 把含洗脱膜的水转入!* * *+ - 量筒 中重复搓洗’ 直至填料上的膜被全部洗脱而 " "次, 填料变成白色为止, 再向盛洗脱膜的量筒中加蒸馏 水至满刻度。把量筒中的混合液混匀, 然后进行静 置沉淀, 分别记下静沉时间及污泥沉淀层容积。试 。 验结果汇于表(
表- 洗脱膜 . / 0值 项目 样品编号 ! ( * $
# # # # #

+ ! , " ( * $ $ ! ’ !
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图* $ # % 浓度沿程变化曲线

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8 ! ( $

由表(可知, 碱化吹脱塔内球形填料上的生物 膜和 2 ! 7 池好氧段纤维填料上的生物膜都具有较 好的沉降性, 7 池后段生物膜较前段具有更好的沉 降性, 有利于脱落生物膜的沉淀, 使出水水质稳定。 经 分别取上述混匀的洗脱膜混合液 ! * *+ -, ! * ’ " ! * " 9烘干测定得各池中生物量为: 厌氧反应器 ( 碱化吹脱塔 ) % %&’’ . )+ ! -; ,
图+ , 氨氮浓度沿程变化曲线

由图可见, 该工艺的处理出水可达排入当地城市 下水道的标准 (" , 氨氮! ) 。 # $! $ * *+ ! ( "+ ! , ,
万方数据

( ) % %& (! " /+ ! -; 2 ! 7 池中缺氧段的 ( ) % %& , (. ( .+ ! -; 2 ! 7 池好氧段 ( ) % %& 8$ ) )+ ! -。 , ,
) 结论

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中国给水排水

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深圳市垃圾渗滤液含有高浓度 ! " #、 $ " #! 和 氨氮, 其适宜的处理工艺为: 原生渗滤液!复合式厌 氧反应器!碱化吹脱塔!" ! # 淹没式生物膜曝气池 !混凝沉淀!出水。复合厌氧反应器的水力停留时 . 间为$ 、 容积负荷为( (? ) 、 水温为 % &’ % !) + # , ! ’ * 其对 ! . /0 时, " # 的去除率为 1 . % . 2、 $ " #! 去 在3 、 、 水循环 除率为 1 1 % / 2; 4 为( % 5 % & ’ 为 !6 比为$ 、 气水比为 $ 碱化吹脱塔对氨氮 ! 7 5 1 & 7 5 时, 去除率为8 吹脱后出 9 % 1 2、 ! " # 去除率为5 ( % 9 2, 水+ , 有利于 " ! : 从/上升到1 ! # 池脱氮; " ! # 淹没 式生物膜曝气池适宜的 % (其中厌氧 & ’ 为$ $ % 56 段为8 、 好氧段为 5 ) 、 混合液回流比为 . , % !6 ! % 86 在该工艺参数下 ! 氨氮去除 " # 去除率为 9 5 % 9 2、 率为 可使最终 ( & % 1 2; " ! # 池出水经同步化学沉淀, 出水达 到 排 入 当 地 城 市 下 水 道 标 准 (! " # "8 & & 氨氮" ) 。 ! ;、 $ !! ; * * 参考文献:
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京工业大学副教授, 博士, 主要从事污水 生物处理技术研究。 电话: ( ) (4) 8 (#) & 5 & 8 ! ( ! 1 ! 5 $ 9 . ( 5 8 / 1 : ! Q" # $ % < ? H F " = H % @ ’ H % J F ^ ^ 3 收稿日期: $ & & 5 Q 5 & Q & /

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青岛市建成排水监控、 数据采集通讯系统
青岛市排水管理处于$ 集群调度通讯系统。 & & 5年投资/ & & 万元建成排水无线监控及数据采集、 该系统采用 _# 将青岛市现有的海泊河、 李村河、 团岛 V # ; # ; " 公司的 _# T + " , 系列先进通讯设备, 和麦岛/座大型污水处理厂以及台湾路、 延安三路、 东海路、 乐陵路等 5 ! 个排水泵站的所有运行参数以数 字、 图像、 语音等方式, 通过各自配备的 _# 经中继站接收、 滤波、 放大后共同传 T + " ,P V U 终端发送出去, 输至中心站 (李村河污水处理厂) 中央控制室的前置机 _ —_ 上, 再由上位机处理后, 以动态图像、 实时数 + R 据、 趋势线等形式在计算机和终端巨型屏幕上显示。操作员在中央控制室便可全面、 及时地掌握全部污水 厂、 排水泵站的工艺运行参数, 包括流量、 水位、 水压、 水温、 电流、 电压、 设备运行或故障以及自动或手 4 值、 3 动控制状态等, 然后将收集到的数据综合处理, 通过远程调度和控制指导生产、 完善生产过程, 保障城市排水 体系高效运转。 (青岛市李村河污水处理厂
万方数据

王振江





邢尚生

供稿)

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