CN102838253B - 生活污水处理作井下生产用水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生活污水处理作井下生产用水的装置及方法，装置包括沿污水流动方向依次连通的初沉池、生物氧化过滤装置，超滤单元、消毒单元和清水池；生物氧化过滤装置的顶部设置有污水入口，并与初沉池连通；清水池的底部设置有生产用水出口。本发明提供的生活污水处理作井下生产用水的装置及方法，通过生物氧化过滤装置降解生活污水中有机物和氨氮，通过超滤单元去除生活污水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，通过消毒单元确保大肠菌群和菌落总数满足井下生产用水要求，不仅流程短、处理设施少、而且出水水质可靠。

Description

生活污水处理作井下生产用水的装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术，尤其涉及一种生活污水处理作井下生产用水的装置及方法。

背景技术

我国煤矿多分布在北方和西北方缺水地区，随着煤炭产业的迅速发展，煤炭井下生产用水的水资源供需矛盾进一步突出，对煤矿生活污水进行处理，使其能成为井下生产用水，在一定程度上可缓解目前煤矿的缺水问题。

现有技术中对煤矿生活污水主要通过简单的污水处理系统对其进行简单生化处理，污水处理系统按照污水的流向，包括依次设置的初沉池，曝气池，二沉池以及滤池。污水进入初沉池去除大部分悬浮物后，进入曝气池，在曝气池内，污水与活性污泥充分接触的混合，好氧微生物对有机物进行降解，随后曝气池出水在二沉池内进行泥水分离，出水流入滤池，经过滤后流入清水池。

虽然现有技术处理后的煤矿生活污水，可以进行地面冲厕、绿化、洗煤、电厂循环等，但是流程长，出水水质不可靠，无法作为井下生产用水。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种生活污水处理作井下生产用水的装置及方法，不仅流程短、处理设施少、而且出水水质可靠。

本发明一方面提供生活污水处理作井下生产用水的装置，包括：

沿污水流动方向依次连通的初沉池、生物氧化过滤装置，超滤单元、消毒单元和清水池；

所述生物氧化过滤装置的顶部设置有污水入口，并与所述初沉池连通；

所述清水池的底部设置有生产用水出口。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述生物氧化过滤装置包括：

前段同步氧化单元，所述前段同步氧化单元的顶部设置有所述污水入口，所述前段同步氧化单元的底部设置有第一出水口和第一排泥口，所述前段同步氧化单元中设置有生长有微生物的第一填料，所述第一填料中设置有多个第一过滤孔；

后段吸附过滤单元，所述后段吸附过滤单元的底部设置有进水口和第二排泥口，所述进水口与所述第一出水口连通，所述后段吸附过滤单元的顶部设置有第二出水口，所述后段吸附过滤单元中设置有生长有微生物的第二填料，所述第二填料中设置有多个第二过滤孔，所述第二过滤孔的孔径小于所述第一过滤孔的孔径，所述第二填料包括第一部分填料和第二部分填料，所述第一部分填料设置在所述第二部分填料的上面，所述第一部分填料中的第二过滤孔的孔径大于所述第二部分填料中的第二过滤孔的孔径。

曝气管，所述曝气管穿设在所述前段同步氧化单元和所述后段吸附过滤单元中，并设置在所述前段同步氧化单元和所述后段吸附过滤单元的底部，所述曝气管与供风设备相连。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述第一过滤孔的密度为4000-7000个/m²，所述第一部分填料中的第二过滤孔的密度为15000-25000个/m²，所述第二部分填料中的第二过滤孔的密度为25000-40000个/m²。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述前段同步氧化单元中还设置有第一填料上部固定装置和第一填料下部固定装置，所述第一填料固定设置在所述第一填料上部固定装置和所述第一填料下部固定装置之间；

所述后段吸附过滤单元中还设置有第二填料上部固定装置和第二填料下部固定装置，所述第二填料固定设置在所述第二填料上部固定装置和所述第二填料下部固定装置之间。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述前段同步氧化单元中还设置有第一集泥斗，且所述第一集泥斗的出口与所述第一排泥口连通；

所述后段吸附过滤单元中还设置有第二集泥斗，且所述第二集泥斗的出口与所述第二排泥口连通。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述超滤单元包括中间水池、用于提供压力的加压泵以及与所述加压泵相连的超滤装置。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述消毒单元包括顺次连接的紫外线消毒装置和二氧化氯消毒装置；

所述紫外线消毒装置与所述超滤装置相连。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，所述超滤装置为板式，管式或卷式超滤装置。

本发明另一方面提供一种生活污水处理作井下生产用水的方法，包括：

初沉池中的污水经生物氧化过滤装置顶部设置的污水入口进入生物氧化过滤装置；所述生物氧化过滤装置用于对污水进行氧化降解和过滤；

再依次通过超滤单元、消毒单元和清水池；所述超滤单元用于将污水中的微粒子滤去；

最后经所述清水池底部设置的生产用水出口流出。

如上所述的生活污水处理作井下生产用水的方法，所述生物氧化过滤装置包括前段同步氧化单元和后段吸附过滤单元；

所述生物氧化过滤装置对污水进行氧化降解和过滤包括：

初沉池中的污水经所述前段同步氧化单元顶部设置的污水入口进入所述前段同步氧化单元，污水在所述前段同步氧化单元中自上而下流动，然后通过所述后段吸附过滤单元底部设置的进水口进入所述后段吸附过滤单元，污水在所述后段吸附过滤单元中自下而上流动。

本发明提供的生活污水处理作井下生产用水的装置及方法，通过生物氧化过滤装置降解生活污水中有机物和氨氮，通过超滤单元去除生活污水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，通过消毒单元确保大肠菌群和菌落总数满足井下生产用水要求，不仅流程短、处理设施少、而且出水水质可靠。

附图说明

图1为本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的生物氧化过滤装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一生活污水处理作井下生产用水的装置结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的装置结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的装置包括沿污水流动方向依次连通的初沉池1、生物氧化过滤装置2、超滤单元3、消毒单元4和清水池5，在生物氧化过滤装置的顶部设置有污水入口11，并与初沉池1连通；清水池5的底部设置有生产用水出口6。

在具体实现过程中，污水中的可沉物和漂浮物可被初沉池1除去，随后污水通过污水入口11进入生物氧化过滤装置2，生物氧化过滤装置2可以对污水进行氧化过滤，除去其中的有机物、氨氮和污泥。

但是，此时的污水中还含有大量的大分子物质和微粒子（如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等），无法满足生产用水的需求，所以还需将污水依次通过超滤单元和消毒单元。

超滤单元3的超滤膜具体可以为无机膜、有机膜或复合膜，超滤膜额定孔径为0.001-0.02μm，膜组件可以为管式、板式或卷式，依靠超滤膜的筛滤作用，使污水中的大分子物质和微粒子，如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留。

消毒单元4可以通过消毒剂破坏微生物机体细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）的分子结构，或者将核酸氧化，阻止细胞的合成代谢，使细菌死亡，尤其是可将污水中的大肠杆菌杀死，从而达到消毒的目的。

综上，本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的装置，通过生物氧化过滤装置可以降解生活污水中的有机物和氨氮，通过超滤单元可以去除生活污水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，通过消毒单元确保大肠菌群和菌落总数满足井下生产用水要求，不仅流程短、处理设施少、而且出水水质可靠。

图2为本发明实施例提供的生物氧化过滤装置结构示意图；如图2所示，生物氧化过滤装置包括同步氧化单元10，后段吸附过滤单元20以及曝气管30。

其中，前段同步氧化单元10的顶部设置有污水入口11，前段同步氧化单元10的底部设置有第一出水口13和第一排泥口14，前段同步氧化单元10中设置有生长有微生物的第一填料12，第一填料12中设置有多个第一过滤孔（未绘示）；后段吸附过滤单元20的底部设置有进水口23和第二排泥口24，进水口23与第一出水口13连通，后段吸附过滤单元20的顶部设置有第二出水口21，后段吸附过滤单元20中设置有生长有微生物的第二填料22，第二填料22中设置有多个第二过滤孔，第二过滤孔的孔径小于第一过滤孔的孔径（未绘示），第二填料22包括第一部分填料221和第二部分填料222，第一部分填料221设置在第二部分填料222的上面，第一部分填料221中的第二过滤孔的孔径大于第二部分填料222中的第二过滤孔的孔径；曝气管30穿设在前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20中，并设置在前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20的底部，曝气管30与供风设备相连。

在具体实现时，污水从前段同步氧化单元10的污水入口11流入，在前段同步氧化单元10中自上而下流动，并和前段同步氧化单元10中的第一填料12充分接触，然后再通过第一出水口13与进水口23的连通，自流进入后段吸附过滤单元20，在后段吸附过滤单元20中水流自下而上流动，并和后段吸附过滤单元20中的第二填料22充分接触，在污水充满前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20后，污水继续以一定的流速从前段同步氧化单元10的污水入口11进水，经过氧化过滤的污水以一定的流速从第二出水口21流出，整个污水处理过程中进水和出水处于连续不间断的状态。

曝气管30设置在前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20的底部，能够使气体从前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20的底部自下而上运动，气泡在上升过程中能够被第一填料12和第二填料22切割成微小气泡，从而可以提高氧气的利用率。同时，曝气管30可以根据需要，在前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20中分别设置，还可在曝气管30上设置阀门，用以调节空气流量。

在实际应用过程中，污水在前段同步氧化单元10中需要水力停留时间，水力停留时间具体是指待处理污水在前段同步氧化单元10中的平均停留时间，即污水与前段同步氧化单元10中与微生物作用的平均反应时间。水力停留时间等于前段同步氧化单元10的高度与水流速度之比。污水在前段同步氧化单元10中的水力停留，使污水中的有机物和氨氮能够充分和第一填料12中的微生物接触，充分氧化降解，还使污泥能够沉淀在前段同步氧化单元10的底部。污水在后段吸附过滤单元20中同样需要水力停留时间，该处的水力停留时间与上述的污水在前段同步氧化单元10中的水力停留时间相同，在此不再赘述。经过污水在后段吸附过滤单元20中的水力停留，能够使第二填料22中的微生物进一步对污水中的有机物和氨氮氧化降解。

由于后段吸附过滤单元20中的第二填料22的第二过滤孔较第一过滤孔小，在进水过程中，第二过滤孔对污水中的悬浮物和胶体具有较强的吸附和截留作用，可以使第二出水口21的出水水质清澈。上述氧化降解以及沉淀、吸附截留过程中产生的污泥，可以通过第一排泥口14和第二排泥口24排出。本领域技术人员可以理解，第一排泥口14和第二排泥口24可以为多个，其上还可以设置控制污泥排放的阀门。

具体地，前段同步氧化单元10中的第一填料12可以为网状聚氨酯，形状可以为立方体或球形，边长或直径为30-100毫米，其上布满了第一过滤孔，第一填料12截面中第一过滤孔的密度为4000-7000个/m²。后段吸附过滤单元20中的第二填料22也为网状聚氨酯，形状为立方体或球形，边长或直径为30-2000mm，其上布满了第二过滤孔，其中，第二过滤孔的孔径比第一过滤孔小，以实现二次过滤，第二填料22截面中第二过滤孔的密度为15000-25000个/m²。上述的第一填料12和第二填料22可通过支架，网状容器等固定在前段同步氧化单元10和后段吸附过滤单元20中。在第一填料12和第二填料22中还生长有微生物，用以降解有机物和氨氮。

第二部分填料222为孔径较小的第二过滤孔，第二部分填料222截面中第二过滤孔的密度为25000-45000个/m²，第一部分填料221为孔径较大的第二过滤孔，第一部分填料221截面中第二过滤孔的密度为15000-25000个/m²。第一部分填料221和第二部分填料222之间可以设置分隔网，也可以不设置任何分隔装置，采取自然堆叠的方式。由于污水在第二填料22中自下而上流动，因此，悬浮物和胶体能够被吸附截留在第二部分填料222中，即第二填料22的下部，便于污泥排放。若第二部分填料222的第二过滤孔被污泥堵塞，还可通过调大水流量和调大曝气管30中的空气流量，对第二过滤孔进行清洗，清洗得到的废液可通过后段吸附过滤单元的第二出水口21排出。

本发明实施例提供的生物氧化过滤装置，通过前段同步氧化单元和后段吸附过滤单元的串联设置，以及后段吸附过滤单元设置在底部的进水口与前段同步氧化单元的第一出水口连通，可以使污水在前段同步氧化单元中自上而下流动，在后段吸附过滤单元中自下而上运动。前段同步氧化单元中第一填料中的微生物能够充分与污水接触，有效降解污水中的有机物和氨氮，后段吸附过滤单元中第二填料中的微生物能够进一步降解有机物和氨氮，且第二填料中的第二过滤孔孔径较小，对污水中的悬浮物和胶体具有较强的吸附和截留作用。第二部分填料中的第二过滤孔不仅可以吸附截留悬浮物和胶体，还便于清洗，可重复利用。本发明实施例提供的生物氧化过滤装置在降解有机物和氨氮的同时，还对悬浮物和胶体过滤和截留，不需要设置二沉池和过滤池，也不需要污泥回流，简化了污水处理的工艺流程，降低了成本和装置的占地面积。

在本实施例中，为了使第一填料能够固定在前段同步氧化装置中，前段同步氧化单元10中还设置有第一填料上部固定装置15和第一填料下部固定装置16，第一填料12固定设置在第一填料上部固定装置15和第一填料下部固定装置16之间。

第一填料上部固定装置15和第一填料下部固定装置16可以为细网状并由不生锈材料制成的固定装置，第一填料12在第一填料上部固定装置15和第一填料下部固定装置16之间的填充率可以为90-95%。

对应地，后段吸附过滤单元20中还设置有第二填料上部固定装置25和第二填料下部固定装置26，第二填料22固定设置在第二填料上部固定装置25和第二填料下部固定装置26之间。第二填料22在第二填料上部固定装置25和第二填料下部固定装置26之间的填充率可以为90-95%。

在本实施例中，在前段同步氧化单元10中还设置有第一集泥斗17，且第一集泥斗17的出口与第一排泥口14连通；

在后段吸附过滤单元20中还设置有第二集泥斗27，且第二集泥斗27的出口与第二排泥口24连通。

通过设置集泥斗，污泥不需随时排放，可收集在集泥斗中，定期排放，可以减少水源浪费和人工操作。

图3为本发明实施例提供的另一生活污水处理作井下生产用水的装置结构示意图。如图3所示，超滤单元3包括中间水池40、用于提供压力的加压泵50以及与加压泵相连的超滤装置60。

具体地，后段吸附过滤装置20中的水通过第二出水口21自流入中间水池40，中间水池40用以存储生物氧化过滤装置氧化过滤之后的水体，为超滤装置60提供水源。在中间水池40和超滤装置60之间，还设置有加压泵50，通过加压泵50，中间水池40中的水提升进入超滤装置60。

超滤装置60不仅能够去除污水中的悬浮物、胶体物质，而且能去除大分子物质和微粒子（如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等），满足后续紫外线消毒对进水水质的要求。

可选地，在本实施例中，超滤装置60具体可以为板式，管式或卷式超滤装置。其中板式过滤装置流道间隙大小可调，原水流道不易被杂物堵塞，通过增减膜及支撑板的数量可处理不同水量；管式过滤装置原液流道截留面积较大，不易堵塞，膜面的清洗比较容易，可化学清洗或擦洗；卷式超滤装置的单位体积内的有效膜面积较大，水在膜表面流动状态比较好，结构紧凑，占地面积较小。因此，在实际应用过程中，可根据实际情况和需要，选择不同类型的超滤装置，不以本实施例为限。

本发明实施例提供的消毒单元4包括顺次连接的紫外线消毒装置70和二氧化氯消毒装置80，紫外线消毒装置70与超滤装置60相连。

在具体实施过程中，超滤装置60出水进入紫外线消毒装置70，紫外线消毒装置70可以采用汞蒸气紫外线消毒，利用适当波长的紫外线，破坏微生物机体细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）的分子结构，从而达到消毒的目的。其中，紫外线消毒放射剂量为300～600J/m²。紫外线消毒能够杀死隐性孢子菌和贾第鞭毛虫，剂量300J/m²的紫外光足以杀死99.99%的寄生虫。

紫外线消毒装置70出水进入清水池6，在清水池入水口处可通过二氧化氯消毒装置80投加二氧化氯消毒剂，有效氯投加量为0.5～2.0mg/L，其中二氧化氯消毒剂可通过二氧化氯消毒装置80采用化学法或电解法制备。二氧化氯可渗入细菌细胞内，将核酸（RNA或DNA）氧化，阻止细胞的合成代谢，并使细菌死亡，从而达到杀菌作用，其中二氧化氯消毒剂在清水池中的停留时间不小于半小时。二氧化氯可以保持井下生产用水管网中的余氯量，防止管网中细菌（病原菌）的滋生。

综上，本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的装置，通过生物氧化过滤装置实现同步降解有机物和氨氮，且出水悬浮物含量较低，不需要设置二沉池，不需要污泥回流，同时也不需要滤池，简化了工艺流程，节省了工程投资和占地面积；通过超滤单元去除生活污水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，通过消毒单元确保大肠菌群和菌落总数满足井下生产用水要求，不仅流程短、处理设施少、而且出水水质可靠。

本发明实施例还提供一种使用上述装置的生活污水处理作井下生产用水的方法，该方法包括初沉池中的污水经生物氧化过滤装置顶部设置的污水入口进入生物氧化过滤装置；生物氧化过滤装置对污水进行氧化降解和过滤；再依次通过和清水池；超滤单元用于将污水中的微粒子滤去；最后经清水池底部设置的生产用水出口流出。

本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的方法，通过污水依次流过生物氧化过滤装置、超滤单元、消毒单元最终进入清水池，不仅可以降解污水中的有机物和氨氮，还可进一步对污水进行杀菌消毒处理。处理后的生活污水用作井下生产用水，不仅可以缓解矿区水资源短缺的状况，而且可取得良好的经济效益和环境效益。

进一步地，上述生活污水处理作井下生产用水的方法中的生物氧化过滤装置包括前段同步氧化单元和后段吸附过滤单元；生物氧化过滤装置对污水进行氧化降解和过滤包括初沉池中的污水经前段同步氧化单元顶部设置的污水入口进入前段同步氧化单元，污水在前段同步氧化单元中自上而下流动，然后通过后段吸附过滤单元底部设置的进水口进入后段吸附过滤单元，污水在后段吸附过滤单元中自下而上流动。

本发明实施例提供的生活污水处理作井下生产用水的方法，能够通过上述的生活污水处理作井下生产用水的装置实现，该方法对生活污水处理的具体过程可参照上述装置实施例的描述，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于，包括：沿污水流动方向依次连通的初沉池、生物氧化过滤装置，超滤单元、消毒单元和清水池；

所述生物氧化过滤装置的顶部设置有污水入口，并与所述初沉池连通；

所述清水池的底部设置有生产用水出口；

所述生物氧化过滤装置包括：

前段同步氧化单元，所述前段同步氧化单元的顶部设置有所述污水入口，所述前段同步氧化单元的底部设置有第一出水口和第一排泥口，所述前段同步氧化单元中设置有生长有微生物的第一填料，所述第一填料中设置有多个第一过滤孔；

后段吸附过滤单元，所述后段吸附过滤单元的底部设置有进水口和第二排泥口，所述进水口与所述第一出水口连通，所述后段吸附过滤单元的顶部设置有第二出水口，所述后段吸附过滤单元中设置有生长有微生物的第二填料，所述第二填料中设置有多个第二过滤孔，所述第二过滤孔的孔径小于所述第一过滤孔的孔径，所述第二填料包括第一部分填料和第二部分填料，所述第一部分填料设置在所述第二部分填料的上面，所述第一部分填料中的第二过滤孔的孔径大于所述第二部分填料中的第二过滤孔的孔径；

曝气管，所述曝气管穿设在所述前段同步氧化单元和所述后段吸附过滤单元中，并设置在所述前段同步氧化单元和所述后段吸附过滤单元的底部，所述曝气管与供风设备相连。

2.根据权利要求1所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于：

所述第一过滤孔的密度为4000-7000个/m²，所述第一部分填料中的第二过滤孔的密度为15000-25000个/m²，所述第二部分填料中的第二过滤孔的密度为25000-40000个/m²。

3.根据权利要求1所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于：

所述前段同步氧化单元中还设置有第一填料上部固定装置和第一填料下部固定装置，所述第一填料固定设置在所述第一填料上部固定装置和所述第一填料下部固定装置之间；

所述后段吸附过滤单元中还设置有第二填料上部固定装置和第二填料下部固定装置，所述第二填料固定设置在所述第二填料上部固定装置和所述第二填料下部固定装置之间。

4.根据权利要求1所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于：

所述前段同步氧化单元中还设置有第一集泥斗，且所述第一集泥斗的出口与所述第一排泥口连通；

所述后段吸附过滤单元中还设置有第二集泥斗，且所述第二集泥斗的出口与所述第二排泥口连通。

5.根据权利要求1所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于：

所述超滤单元包括中间水池、用于提供压力的加压泵以及与所述加压泵相连的超滤装置。

6.根据权利要求5所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于：

所述消毒单元包括顺次连接的紫外线消毒装置和二氧化氯消毒装置；

所述紫外线消毒装置与所述超滤装置相连。

7.根据权利要求5所述的生活污水处理作井下生产用水的装置，其特征在于：

所述超滤装置为板式、管式或卷式超滤装置。

8.一种生活污水处理作井下生产用水的方法，利用权利要求1-7任一所述的装置进行生活污水处理，该方法包括：

初沉池中的污水经生物氧化过滤装置顶部设置的污水入口进入生物氧化过滤装置；所述生物氧化过滤装置用于对污水进行氧化降解和过滤；

再依次通过超滤单元、消毒单元和清水池；所述超滤单元用于将污水中的微粒子滤去；

最后经所述清水池底部设置的生产用水出口流出；

所述生物氧化过滤装置包括前段同步氧化单元和后段吸附过滤单元；

所述生物氧化过滤装置对污水进行氧化降解和过滤包括：

初沉池中的污水经所述前段同步氧化单元顶部设置的污水入口进入所述前段同步氧化单元，污水在所述前段同步氧化单元中自上而下流动，然后通过所述后段吸附过滤单元底部设置的进水口进入所述后段吸附过滤单元，污水在所述后段吸附过滤单元中自下而上流动。

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