低能耗MBR用于畜禽养殖废水处理新技术研发及推广.docx
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低能耗MBR用于畜禽养殖废水处理新技术研发及推广
低能耗MBR用于畜禽养殖废水处理新技术
研发及推广
—、总论
1、项目概述
A、项目名称
低能耗MBR用于畜禽养殖废水处理新技术的研发、推广
B、项目承担单位
JXJDL环保研发中心有限公司
C、项目建设地点
研发地点:
JXJDL环保研发中心有限公司研发中心
市场推广:
针对JX省省内规模化畜禽养殖场推广应用
D、项目起止时间
20XX.X〜20YY.Y
2、项目设计依据和原则
A、设计依据
1《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001);
2《畜禽养殖业污染防治办法》;
3《畜禽养殖业污染防治技术规范》;
41999年国家环保总局印发的《国家环境保护总局关于加强农村生态环境保护工作的若干意见》环发[1999]247号。
B、设计原则及指导思想
1畜禽养殖污染防治实行综合利用优先,资源化、无害化和减量化的原则;
2坚持采用新技术、新工艺、新设备、新材料,提高自动化管理水平。
C、项目内容
1利用低能耗MBR用于畜禽养殖废水处理新技术的研发;
2利用低能耗MBR用于畜禽养殖废水处理新技术的市场推广应用和示范工程的建设。
D、采用的主要标准及规范
《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-20XX);
《畜禽养殖业污染防治办法》;
《畜禽养殖业污染防治技术规范》;
《水处理微生物学基础》建筑工业出版社;
《膜法水处理技术》化学工业出版社;
《给排水设计手册》BJ市设计院;
《水污染防治手册》;
《环境工程手册》;
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-20XX;
《工业企业设计卫生标准》GBZ1-20XX;
《采暖通风和空气调节设计规范》GBJ19-87;
《建筑设计防火规范》GBJ16-87(20XX年版);
《工业企业噪声控制设计规范》GBJ78-85。
3、项目选题依据
畜禽养殖业的迅猛发展虽然为发展我国经济、提高城乡居民生活水平做出了巨大的贡献,但也带来了一系列新的环境污染问题。
据国家环境保护总局20XX
年对全国23个省、自治区、直辖市规模化畜禽养殖业的调查:
19XX年我国畜
禽粪便产生量约为19亿吨,是当年工业固体废弃物的2.4倍,其中畜禽粪便COD的排放量已达7118万吨,大大超过工业废水与生活废水排放量的之和。
这些畜禽粪便绝大部分未经任何处理就地排放。
在2004年初,中国部分地区发生了禽流感,大量家禽病死,这更加引起了政府对畜禽粪便污染的重视。
畜禽粪便污染
不仅影响畜禽养殖业的自身发展,也对人类健康产生了威胁。
因此无论从社会经济的发展,还是从环境污染的控制方面,畜禽污染防治已成为当务之急,成为农
村面源污染防治的重点。
畜禽养殖业产生的环境危害主要来源于畜禽排泄物,表现为畜禽养殖场排放的污水、粪渣及恶臭气体等对水体、大气、土壤、人体健康及生态系统所造成的直接或间接影响。
畜禽养殖场废水主要由尿液、残余的粪便、饲料残渣和冲洗水等组成,有的厂区还包括生产过程中产生的生活废水,前者是主要部分,其中冲
洗水占了绝大部分。
养殖场废水水质特征与畜禽舍结构、清粪方式与冲洗水的使用、饲料营养、畜禽消化功能和生产管理等有关。
由于养殖业粪污中含有大量的氮、磷、悬浮物、致病菌、重金属元素和兽药残留等成分,这些污染物如不进行适当处理,一旦进入天然水体、农田,就会导致严重的环境污染。
一个万头猪场的年产粪便量约为3600吨,年产尿量约5400吨。
此外,还需要耗费约5~10万吨猪舍冲洗水。
畜禽粪尿排泄物及污水中含有大量的有机物、氮、磷、悬浮物及致病菌,是农业面源污染最主要的来源之一。
由此,从环境保护和农业可持续发展角度,畜禽养殖业污水治理工作已成当务之急。
另一方面,畜禽粪尿又是农业生产中的宝贵资源,据研究表明,国内畜禽养殖年产生的
氮、磷分别达1597万吨和363万吨,相当于我国同期化肥用量的78.9%和
57.4%,让其大量流失或弃之不用是农业资源的巨大浪费。
目前,国内外有关畜禽养殖污染控制技术的研究和开发主要集中在规模化养殖业的清洁生产、畜禽污
水处理系统处理性能优化和建立养殖业与种植业结合的生态农场等方面。
因地制
宜地研究开发畜禽废弃物高效、低成本、资源化利用和养殖业种植业有机结合的生态处理利用技术是目前我省乃至全国畜禽污染防治工作中急需解决的技术难
题。
4、项目实施的必要性
A、项目实施的意义和必要性
1是国家建设政策,执行国家法律的需要
随着人类文明的进步和社会经济的发展,人类已逐步认识到环境保护和污染控制对繁荣经济,稳定社会的重要性。
在我国,环境保护工作作为一项基本国策,受到了社会和各级人民政府的重视,环保资金投入也在逐年增加。
中央人民政府和相关的管理部门颁布了一系列法律与法规,以保证这项基本国策的执行。
2保护自然环境,减少污染负荷,提高人民生活质量的需要。
3畜禽养殖废水存在着以下方面的危害:
1)对水体的污染。
2)对农田及作物的影响。
3)矿物元素和重金属污染。
4)残留兽药的污染。
B、工作目标
①根据国家对畜禽养殖废水污染物排放的有关法规,执行《畜禽养殖业污染
物排放标准》GB18596-20XX。
采用本处理工艺,出水水质指标稳定达到和优于《畜禽养殖业污染物排放标准》GB18596-20XX标准中一级排放标准,见表
1:
表1畜禽养殖业污染物一级排放标准(GB18596—20XX)
序号
项目
标准(mg/L)
出水水质
(mg/L)
1
CODcr
400
<400
2
BOD5
150
<150
3
SS
200
<200
4
NH3-N
80
<80
②寻求一种实用的、低成本的、处理效果好的畜禽养殖废水处理技术,从而使得畜禽养殖废水的污染问题得到有效地解决,并推广使用该技术,解决我市甚至我省畜禽养殖污染问题,改善农村环境污染问题。
二、项目实施单位概况
JXJDL环保研发中心有限公司是SZ市JDL环保有限公司的全资子公司。
SZ市JDL环保有限公司成立于19XX年,注册资金5000万元人民币,是中国环保产业协会副会长单位、中国环保产业骨干企业,持有国家环境工程(废水)专项设计甲级资质、国家环境工程咨询资格甲级资质、银行资信等级AAA级资质等。
20XX年JDL公司斥资数千万在JXNC长堎外商投资开发区内建设JXJDL环保研发中心有限公司——JDL研发中心,整个研发中心于20XX年XX月X日落成。
研发中心占地面积50亩,拥有室内外研究场所20000多平方米,配备有国内先进的研究试验设施,设有设计中心、研发中心、学术交流中心、实验基地,是目前国内为数不多、大规模的环保专业研发中心之一,同时配合研发工作有针对性地举办国内外学术论坛和讲座,促进技术交流,实行“开放、流动、竞争、协作”的运行机制。
研发中心成立的半年多来以研发中心为主体,联合国内外高等院校和科研机构承担了多项科研任务和获得多项科技成果。
1、承担“20XX年粤港关键领域重点突破项目(环保)”的研究;
2、20XX年JX省科技厅“利用天然河道和人工河道处理生活污水的研究”;
3、承担由NC市环境保护局和NC市财政局联合举行“地面水体功能修复技术”项目的研究;
4、开展污泥减量化的研究;
5、开展“土壤修复工程技术的专项研究”;
6、“改良型串联A/O无回流污泥生化处理工艺处理屠宰废水的处理工艺”获得JX2005年度JX省科学技术进步奖三等奖;
7、“先进半导体材料(SZ)有限公司废水处理工程”获得20XX年度“全国环保实用技术示范工程称号”;
8、20XX年X月已向国家环保总局提交了申请成立国家环保工程中心的报
告;
9、开展自有发明专利(一种新型的垃圾渗滤液处理技术)的市场应用研究。
研发中心的总体发展目标:
“一个中心、二个站、三个基地”,全面提高企业的自主创新能力和竞争力,研究开发一批环境保护和污染治理的核心技术,核心技术的市场转化率达到90%以上,拥有一批自主知识产权,使企业具有国际竞争力,精心打造中国的环保产业品牌。
目前,JDL就国内市场急需解决的水资源综合利用等环保领域,已初步与国
内外的科研机构达成了多项合作意向,签定了合作协议,并进入了实施阶段。
国
外科研机构主要有美国、日本、澳大利亚、韩国等;国内的QH大学、BJ环境
科学院、XG城市大学、华中科技大学、NC大学、HD交通大学等高校达成具体的项目合作意向,高效利用国内外科研机构和高等院校的科技资源,以JDL
公司为主体,市场为导向,产学研结合的技术创新体系基本建成。
、技术方案及说明
1、同类项目国内外研究现状和水平
A、畜禽养殖场废水性质
养殖场畜禽废水是动物粪便、场地冲洗水和动物饮水时漏出水的混合液体,由于动物粪尿浓度很高(几种畜禽粪尿的污染物成分见表2),因此养殖场畜禽废水是一种高浓度、高氨氮、高悬浮物的有机废水,根据养殖品种的不同、清粪工艺的不同,一般原水COD含量为2000〜15000mg?
L-1,达标排放处理难度大。
表2几种畜禽粪尿的污染物组分与浓度
项目
猪粪
猪尿
牛粪
牛尿
鸡粪
BOD5/m
6300
5000
2450
4000
6500
g?
L-1
0
0
0
CODCr/
1000
1000
4900
8000
1300
mg?
L-1
00
0
0
00
TSS/mg?
2167
/
1200
5000
/
L-1
00
00
TN/mg?
4660
7780
9430
8430
1630
L-1
0
0.00
P2O5/%
1.68
0.16
0.44
4
0.54
K2O/%
0.14
0.33
0.15
1.89
0.85
B、国内外畜禽养殖场废水处理方法
畜禽养殖场污水有机物含量高,其中固形物质又可以用来制造饲料或用来发酵
堆肥。
因此畜禽养殖场会通过改进清粪工艺,采用干清粪来减少进入污水的粪便量,
同时对原污水还要进行固液分离,进一步减少水中的固形物质,这样一方面可以对
粪便进行综合利用,产生经济效益,一方面也可以降低水中的有机物含量,减少污水处理构筑物的处理负荷。
污水经过处理后直接排放到自然水体或城市下水管道。
国内现有大部分畜禽养殖场缺乏废水处理设施,很多是采用自然生物处理一一
氧化塘处理,污水经收集后,进入氧化塘,经过很长的停留时间后,由于塘中的各种生物作用,使得水中污染物得到部分降解,该方法运行成本低,但需要较大占地,而且影响环境卫生,不应该提倡使用。
畜禽养殖场废水的处理一般有以下几种方法:
1厌氧法
由于养殖业废水属于高有机物浓度、高N、P含量和高有害微生物数量的“三高”废水。
因此厌氧技术成为畜禽养殖场粪污处理中不可缺少的关键技术。
对于养殖场这种高浓度的有机废水,采用厌氧消化工艺可在较低的运行成本下有效地去除大量的可溶性有机物,COD去除率达85%-90%,而且能杀死传染病菌,有利于养殖场的防疫。
如果直接采用好氧工艺处理固液分离后的养殖业废水,虽然一次性投资可节省20%,但由于其消耗的动力大,电力流水消耗是厌氧处理的10倍之多,
因此长期的运行费用将给养殖场带来沉重的经济负担。
日前用于处理养殖场粪污的厌氧工艺很多,其中较为常用的有以下几种:
厌氧滤器(AF)、厌氧折板反应器(ABR)、上流式厌氧污泥床(UASB)等。
近年来,厌氧消化即沼气发酵技术已被广泛地应用于养殖场废物处理中,到2002年底我国
畜禽养殖场大中型沼气工程数量已经达到2000余处,是世界上拥有沼气装置数量最多的国家之一。
2好氧法
好氧处理是指利用好氧微牛物处理养殖废水的一种工艺。
好氧生物处理法可分为天然好氧处理和人工好氧处理两大类。
天然好氧生物处理法是利用天然的水体和土壤中的微生物来净化废水的方法,亦称自然生物处理法,主要有水体净化和土壤净化两种。
前者主要有氧化塘(好氧塘、兼性塘、厌氧塘)和养殖塘等;后者主要有土地处理(慢速渗滤、快速法滤、地面漫流)和人工湿地等。
自然生物处理法不仅基建费用低,动力消耗少,该法对难生化降解的有机物、氮、磷等营养物和细菌的去除率也高于常规的二级处理,部分可达到一级处理的效果。
此外,在一定条件下,该法配合污水灌溉可实现污水资源化利用。
该法的缺点主要是占地面积大和处理效果易受季节影响等。
但如果养殖场规模小且附近有废弃的沟塘和滩涂可供利用时,应尽量选择该方法以节约投资和处理费用。
人工好氧生物处理是采取人工强化供氧以提高好氧微生物活力的废水处理方法、该方法主要有活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、序批式活性污泥法(SBR),厌氧/好氧(A/0)及氧化沟法等。
就处理效果来讲,接触氧化法和生物转盘的处理效果要好于活性污泥法,虽然生物滤池的处理效果也很好,但易于出现滤池堵塞现象。
氧化沟、SBR和A/0工艺均属于改进的活性污泥法,氧化沟出水水质好、产生泥量少,也可对污水进行脱氮处理,但其处理的BOD负荷
小、占地面积大、运行费用高。
SBR法自动化控制程度高,能够对污水进行深度处理,但其缺点是BOD负荷较小,一次性投资也大。
A/0法是一种兼有去除BOD和脱氮双重作用的活性污泥处理工艺,其投资虽然偏大,但经该法处理后的水易于达标排放。
因此对于那些养殖规模大、废水产量多且有较强经济能力的养殖场可选择A/0法,而对于中等规模的养殖场可选择接触氧化和生物转盘等好氧处理工艺。
3厌氧-好氧法
厌氧-好氧法先采用厌氧工艺对高浓度原水进行处理,再利用好氧法对厌氧法处理出水进行处理。
该方法具有以下优点:
降低了污水处理成本,提高了废水处理效率,防止了臭味的发生,耐冲击负荷能力强,剩余污泥量少。
以上几种方法,厌氧处理法能降解大部分有机物,且运行成本低,但是出水中仍含有大量有机物,COD在1000mg/L左右,达不到《畜禽养殖业污染物排放标准》GB18596—20XX规定的标准;利用好氧工艺来处理畜禽养殖场废水,处理效果较好,但是这种处理方法能耗大,处理费用高,对于利润较低的养殖行业来说难以接受;厌氧-好氧法是一种近来研究较多的处理方法,通过该方法可以有效去除养殖场废水中的有机污染物,是一种处理效果较好、处理成本居中的处理方法,也是最具运用前景的处理方法。
对于畜禽养殖场废水的厌氧-好氧处理已有不少研究:
1)厌氧工艺的研究
a•完全混合式反应器(CSTR)
该工艺为完全混合处理工艺,通过搅拌,污水、污泥在反应器中充分接触,利用污泥的生物活性对污水中的有机物进行降解。
该工艺虽然有较大的有机物去除率,但是由于污泥与污水完全混合,反应器中污泥会随着处理水的流出而损失,同时也使得反应器出水水质较差。
b.厌氧滤池(AF)
AF是一种高速的厌氧反应器,采用填料作为生物的载体。
厌氧细菌在填料上附着生长,生成生物膜。
AF填料可以使用活性炭、碎石、陶瓷材料的拉希环、聚丙烯波尔环和各种软性填料等。
AF结构简单,运行方便、灵活,很适合于小批量污水处理,和其它工艺联合使用可获得较好的出水水质。
但生物固体的积累会使滤池的有效容积减小;填料粒径较小,影响水流的再分布,容易引起堵塞。
c.厌氧折板反应器(ABR)
在反应器中设置若干竖向导流板,将反应器分隔成几个反应室,污水沿反应器内的折流板上下折流前进,污泥则在各隔室内做上下沉降运动。
大量厌氧污泥被截留在反应器中,使ABR反应器具有耐冲击负荷强、水力停留时间短和处理效率高等一系列优点。
王新等人利用ABR对养猪场废水进行厌氧处理的小试试验,在进水COD浓度为1600mg/L左右时,处理后水COD为1100mg/L左右,同时发现,在ABR中加入投加微生物及载体,可以提高反应器启动速度。
d.上流式厌氧污泥床(UASB)
该工艺为高速率厌氧生物处理工艺,在厌氧处理领域应用广泛。
反应器中向上流的水流方式以及产生沼气的扰动,使污水与污泥充分接触,促进了废水与污泥之间的充分接触。
另外在反应器内形成的厌氧颗粒污泥,颗粒污泥是一个由多种微生
物形成的聚集体,具有良好的沉降性能和生物活性,它能在很高的产气量和上流速度下保留在反应器内。
反应器中的三相分离器,将反应器分为下部的消化区和上部的沉淀区,并能将水、气、泥有效分离,保证出水水质。
赵青玲等利用UASB对在
废水浓度为2000mg/L进行处理时,COD去除率稳定在55%左右,将废水浓度提到4000mg/L时,COD去除率在75%左右,在废水浓度为6000mg/L时,COD去除率上升到80%左右。
e•内循环厌氧反应器(IC)
内循环厌氧反应器是80年代中期荷兰PAQUE公司发展起来的高效厌氧处理工艺,该工艺水力停留时间短,有机负荷高。
IC反应器内有上下两个UASB反应室,一个高负荷,一个低负荷。
废水经布水系统均匀进入,与反应器内的循环水混合。
前处理区是一个膨胀的颗粒污泥床,由于进水向上的流动、气体的搅动、以及内循环作用,污泥床呈膨胀和悬浮状态。
在前处理区,COD负荷和转化率都很高,大部分COD在此处被转变为沼气,然后在一级沉降分离器收集。
沼气产生的上升力使泥水向上流动,通过上升管,进入顶部气体收集室,沼气排出,水和污泥经过泥水下降管直接滑落到反应室底部,这就形成内部循环流。
该技术已在啤酒、淀粉等工业废水处理中成功应用,COD负荷率可达25kg/m3.d,水力停留时间仅需要几小时,效率是常规厌氧处理工艺几倍。
邓良伟等利用IC反应器处理猪场废水的小试试验表明,水力停留时间0.8〜2d,负荷3〜7kgCOD/m3.d时,COD平均去除率80.3%,BOD5去除95.8%,SS去除78.5%,对总氮(TN)、总磷(TP)也有一定的去除,去除率分别为21.7%、53.8%。
张杰,刘亚纳等采用IC反应器,研究了该反应器处理猪粪废水启动特性以及处理效果。
在进水有机负荷率达到20.6kgCOD/m3.d,HRT不低于12h时,COD去除率保持在90%以上;同时,反应器对N、P也有一定的去除效果,TN和TP去除率约为20.8%和34.6%。
2、好氧工艺的研究
a•间歇式活性污泥法(SBR)
SBR(SequeneeBatchReactor、工艺,即序批式活性污泥法,是一种既能去
除有机污染物、又能去除氮磷的工艺技术。
整个工艺过程由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等工序组成,依次在同一个反应池中周期性运转。
这种工艺的主要特点是在一个构筑物中反复交替进行缺氧发酵和曝气反应,并完成污泥沉淀作用。
这一过程不仅能在有机物充分降解的同时脱氮除磷,还可免除二沉池和污泥回流设施,具有工艺流程简单、投资省、运行费用低、占地少、耐冲击负荷、管理方便、泥水分离效果好、不会发生污泥膨胀、出水水质好等优点。
A.Tilche等人用SBR工艺处理
养猪场废水,N、P、CODcr的去除率都达到98%以上。
邓良伟等人用有效容积为5L的序批式反应器(SBR)进行猪粪污水水解出水处理试验。
停留时间(HRT)1.0〜1.4doCODCr、BOD5、SS去除率分别为51.2%〜81.5%,72.4%〜95.7%,96.3%〜97.3%,但出水中仍残留相当数量的难降解CODCroSBR对氮有较好的去除效果,TN去除率为74.1%,特别NH3-N的去除效果尤佳,去除率达97%以上。
b•厌氧缺氧好氧反应器(A2/O)
A2/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)—种脱氮除磷工艺,污水首先进入厌氧池,
兼性厌氧发酵菌将污水中易降解有机物转化为VFAs,回流污泥带入的聚磷菌将体
内贮存的聚磷分解,所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存,另一部分能量供聚磷菌主动吸收VFAs,并在体内储存PHBo缺氧区中反硝化菌利用混合液回流带入的硝酸盐以及进水中的有机物进行反硝化脱氮。
好氧区中聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD夕卜,主要分解体内贮存的PHB产生能量供自身生长繁殖,并主动吸收环境中的溶解磷,以聚磷的形式在体内贮积。
这种工艺在厌氧、缺氧、好氧条件下交替进行,不会发生污泥膨胀,但需要进行大量的污泥回流和内回流。
刘颂东、潘木水等采用A2/O生物接触氧化-混凝沉淀组合工艺处
理猪场排放水。
原水COD:
10000mg/L以上。
处理效果:
达到GB8978-19XX标准,处理后水COD:
38.6mg/L,氨氮:
2.23mg/L,总氮:
3.28mg/L。
c.曝气生物滤池(IBAF)
IBAF工艺全称为固定化微生物—曝气生物滤池(ImmobilizationBiological
AerationFilter),是采用固定化微生物技术和现有污水处理技术相结合开发的一种
新型高科技多学科污水处理工艺。
IBAF工艺应用先进的固定化技术,采用线性大分子致孔法、悬浮聚合及其功能化反应,制备了含有反应性及亲水性酰胺基、羟基、胺基以及特大孔结构的MR-PAM/PVA载体。
载体中引入大量的活性和强极性基团并通过固定化技术,将变异菌和酶制剂固定在大孔网状载体上,孔状结构对细菌起保护作用,赋予其良好的耐冲击性能,能高效处理高难度有机工业废水,特别是目前传统生物法认为不可降解的污染物。
微生物不易脱落,既提高了生物浓度,又避免了堵塞,可省去二沉池,简化工艺流程,易于控制。
王新等人在利用IBAF对养
猪废水厌氧处理出水进行处理的小试试验中,在进水COD为1121.12mg/L时,
经IBAF处理后的出水COD为332.17mg/L。
d.T型氧化沟
T型氧化沟融汇了氧化沟、间歇式生物反应器及多级串联活性污泥法工艺的特点,具有流程简单、投资省操作简便、出水水质好等优点,但是由于负荷率较低,占地面积较大。
e.改进进水流程的SBR
该工艺为SBR的改进型。
在养殖场废水处理工程中,由于厌氧消化液的BOD5:
TN较低,在其好氧后处理中常受“酸化”的困扰,COD和NH3-N去除效果欠佳,出水浓度较高。
直接采用好氧处理或添加外源碱性物质或外源有机物质可以缓解上述“酸化”问题,但运行成本会增加。
3)污泥处理、利用研究
a.机械脱水、干燥
采用机械脱水、烘干法生产有机复合肥则是较理想的处理方式。
对分离后的固体成份和养殖场清理出来的粪便一起机械脱水、烘干后添加其他成份制成有机复合肥,液体可掺入部分其它化肥制成液体肥料出售或直接用泵送到菜地、果园作肥料。
这种方法处理处理速度快、处理效果好,但是一次性投资和运行费用较高。
b.发酵、堆肥
在猪场处修建沼气池,废水中固形物质与养殖场清理出的粪便一起进入沼气池
中发酵产生沼气,沼气作能源,沼渣用作肥料,这种方法资源利用充分,能耗少,但是时间较长,占地较大。
2、技术方案及说明
近几年来,NC市畜牧业得到迅猛发展,提高了人民群众的生活水平,促进了农村经济的发展。
但是,由于畜禽养殖业污染处理工作滞后,畜禽业污染物大量排放,造成的环境污染问题日益突出。
因此大力开展畜禽养殖业污染治理技术的研究,开发一种技术合理、经济可行、处理效果好、针对小型畜禽养殖场污水的处理技术,并设备化、
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