CN109160663A - 一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺及装置，包括：超滤膜过滤装置，进行过滤处理，除去废水中悬浮物；电渗析处理装置，连接于超滤膜过滤装置，进行电渗析处理；第一反渗透装置，连接于电渗析处理装置，进行反渗透浓缩处理；吸附装置，连接于电渗析处理装置，进行吸附除杂处理以脱除染料；纳滤膜分离装置，连接于吸附装置，用于对吸附装置的产水进行Cl‑与SO4 2‑分离处理；第一低温蒸发装置，连接于纳滤膜分离装置，用于含Na2SO4浓水进行蒸发结晶处理；第二反渗透装置，连接于纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含NaCl废水进行反渗透浓缩处理；第二低温蒸发装置，连接于第二反渗透装置，进行蒸发结晶处理。

Description

一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺及装置，属于废水资源化再生利用领域。
背景技术
染料是一种能够使材料着色的物质，其广泛应用在塑料、印染、油漆等行业。我国作为全球染料生产第一大国，染料产量逐年攀升，能够满足国内90%以上的需求。染料的传统生产工艺为化学合成粗制品，经盐析、过滤、干燥、粉碎后进行包装得到商业产品。由于染料生产过程为有机合成及酸碱反应，在染料的合成工序中会产生大量的无机盐NaCl和Na2SO4，而作为染料产品，由于无机盐的存在会影响染料的性能，需要对无机盐进行脱除。目前染料的脱盐工艺主要为盐析工艺、纳滤工艺等，在脱盐过程中会产生含染料的高盐废水，此类废水含盐量在1 ~ 25%，染料浓度0.1 ~ 1 g/L，如直接排放将会对环境造成巨大的损害，被认为是难处理的废水种类之一。
此类废水的处理工艺通常为与其他工序废水均质后进行生化处理等，不仅会增加废水的处理量及处理难度，同时会造成废水中有价值物质的浪费。由于此类废水量不大，废水中物质成分（染料、无机盐）具有可回收利用价值，对废水进行分质回收利用显得尤为重要。
电渗析是一种在电场作用下，溶液中的带电离子通过膜而进行迁移的技术，由于膜具有阴阳离子透过选择性，无机盐离子能够很好的在离子交换膜中进行迁移脱除，而水溶性染料颗粒的大小一般介于1 ~ 10 nm，基本不会透过离子交换膜。纳滤是介于超滤和反渗透之间的膜分离技术，其截留分子量在200到1000Da之间，对应的平均膜孔径在0.5到2nm。由于纳滤膜表面基团具有荷电性，其分离机理主要是基于筛分机理和道南效应，诸多研究报道表明，有机纳滤膜能够对无机盐Na2SO4具有很高的截留率（> 90%），而对无机盐NaCl的截留率一般在10 ~ 80%之间，能够很好的实现两种无机盐的分离。以电场和磁场为基础的蒸发技术是近年来发展起来的一项新兴水处理技术，通过电场和磁场的强化作用，促进水分的蒸发，从而实现蒸发过程可以较低温度下进行，具有蒸发过程能耗低、成本低、易操作和无二次污染等特点。其原理是当外加强磁场和高压电场存在时，水会产生共鸣现象，引起水的结构的变化，使氢键断裂，水粘度变小，蒸发速度增大。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺及装置，能够实现废水中水、染料与无机盐的分质回收利用，有益于染料行业的清洁生产。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于，包括：
超滤膜过滤装置，用于对高盐染料废水经超滤膜进行过滤处理，除去废水中悬浮物；
电渗析处理装置，连接于所述超滤膜过滤装置，用于对超滤膜过滤装置的产水进行电渗析处理，分离得到脱盐后含染料淡水和高盐低浓度染料浓水；
第一反渗透装置，连接于所述电渗析处理装置，用于对电渗析处理装置产出的含染料淡水进行反渗透浓缩处理，分离得到反渗透产水和含染料反渗透浓水；反渗透产水进行回用；
吸附装置，连接于所述电渗析处理装置，用于对电渗析处理装置产出的高盐低浓度染料浓水进行吸附除杂处理以脱除染料；
纳滤膜分离装置，连接于所述吸附装置，用于对吸附装置的产水进行Cl-与SO4 2-分离处理，分离得到含NaCl废水和含Na2SO4浓水；
第一低温蒸发装置，连接于所述纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含Na2SO4浓水进行蒸发结晶处理，第一低温蒸发装置产生的水进行回用；
第二反渗透装置，连接于所述纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含NaCl废水进行反渗透浓缩处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，反渗透产水进行回用；
第二低温蒸发装置，连接于所述第二反渗透装置，用于对第二反渗透装置产生的反渗透浓缩液进行蒸发结晶处理；第二低温蒸发装置产生的水进行回用。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于，还包括：喷雾干燥装置，连接于所述第一反渗透装置，用于对第一反渗透装置产出的含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述超滤膜过滤装置中超滤膜平均孔径为5 ~ 50 nm，或者截留分子量为1000 ~ 20000 Da，膜材质为有机材料或无机材料，操作压力为0.1 ~ 0.5 MPa，膜面流速为1 ~ 4 m/s。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述电渗析处理装置操作电压为50 ~250 V，电流强度为1 ~ 5 A。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述第一反渗透装置、第二反渗透装置中膜材质为聚酰胺、聚酰亚胺、醋酸纤维素，操作压力为1 ~ 2.0 MPa。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述吸附装置采用活性炭吸附或大孔吸附树脂吸附。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述纳滤膜分离装置中纳滤膜材质为聚酰胺、聚酰亚胺、醋酸纤维素等，膜截留分子量为200~ 500 Da，膜面荷负电，膜型式为卷式或板式，操作压力为1 ~ 1.6 MPa。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述第一低温蒸发装置、第二低温蒸发装置是基于电场和磁场强化的低温蒸发装置，蒸发温度为25 ~ 50 ℃。
本发明还提供一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺，其特征在于，包括：
（1）首先高盐染料废水经超滤膜进行过滤处理以除去废水中悬浮物；然后超滤膜过滤装置的产水进入电渗析装置进行电渗析处理，分离得到脱盐后含染料淡水和高盐低浓度染料浓水；
（2）电渗析装置产生的脱盐后含染料淡水进入反渗透装置进行反渗透浓缩处理，分离得到反渗透产水和含染料反渗透浓水；反渗透产水进行回用，含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品；
（3）电渗析装置产生的高盐低浓度染料浓水，先经吸附装置进行吸附除杂处理以脱除染料，然后吸附装置的产水进入纳滤膜分离装置；
（4）纳滤膜分离装置采用洗滤-浓缩模式对废水中NaCl与Na2SO4进行分离，分离得到含NaCl废水和含Na2SO4浓水；
（5）纳滤膜分离装置产出的含Na2SO4浓水进入低温蒸发装置进行蒸发结晶；低温蒸发装置产生的水进行回用，
（6）纳滤膜分离装置产出的含NaCl废水进行反渗透浓缩处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，反渗透产水进行回用；
（7）反渗透浓缩液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，低温蒸发装置产生的水进行回用。
进一步的，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺，其特征在于：所述高盐染料废水中染料包括活性染料、直接染料、还原染料、酸性染料或分散染料；无机盐为NaCl和Na2SO4；高盐染料废水中盐浓度为1 ~ 25 %，染料浓度为1 ~ 5 g/L。
有益效果：本发明提供的一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺及装置，本发明为了解决染料行业中高盐染料废水的资源化回收利用问题，通过技术集成创新，将染料与无机盐分离、无机盐与无机盐分离，实现废水中的可利用资源的回收利用，同时采用基于磁场和电场强化的低温蒸发装置对分质的无机盐进行蒸发结晶再利用，降低蒸发能耗，节能环保。具有以下优点：
（1）本发明能够将废水中具有可利用价值的物质染料、盐分NaCl和Na2SO4进行分质回收再利用，降低生产成本；
（2）本发明可实现染料行业清洁化生产，减少环境污染；
（3）本发明使用低温蒸发装置进行盐水的蒸发结晶，减低能耗，节能环保。
附图说明
图1是染料行业高盐染料废水分质回收利用装置及流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，包括：
超滤膜过滤装置，用于对高盐染料废水经超滤膜进行过滤处理，除去废水中悬浮物；
电渗析处理装置，连接于所述超滤膜过滤装置，用于对超滤膜过滤装置的产水进行电渗析处理，分离得到脱盐后含染料淡水和高盐低浓度染料浓水；
第一反渗透装置，连接于所述电渗析处理装置，用于对电渗析处理装置产出的含染料淡水进行反渗透浓缩处理，分离得到反渗透产水和含染料反渗透浓水；反渗透产水进行回用，含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品；
吸附装置，连接于所述电渗析处理装置，用于对电渗析处理装置产出的高盐低浓度染料浓水进行吸附除杂处理以脱除染料；
纳滤膜分离装置，连接于所述吸附装置，用于对吸附装置的产水进行Cl-与SO4 2-分离处理，分离得到含NaCl废水和含Na2SO4浓水；
第一低温蒸发装置，连接于所述纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含Na2SO4浓水进行蒸发结晶处理，第一低温蒸发装置产生的水进行回用，产生的结晶盐可进行回收利用；
第二反渗透装置，连接于所述纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含NaCl废水进行反渗透浓缩处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，反渗透产水进行回用；
第二低温蒸发装置，连接于所述第二反渗透装置，用于对第二反渗透装置产生的反渗透浓缩液进行蒸发结晶处理；第二低温蒸发装置产生的水进行回用，产生的结晶盐可进行回收利用。
进一步的，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于，还包括：喷雾干燥装置，连接于所述第一反渗透装置，用于对第一反渗透装置产出的含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于，还包括：
冷凝装置，连接于所述第一低温蒸发装置和第二低温蒸发装置，用于对低温蒸发装置产生的蒸汽进行冷凝处理，得到冷凝水；
冷凝水回收装置，连接于所述冷凝装置，用于回收冷凝装置产出的冷凝水。
作为优选方案，所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：还包括结晶盐回收装置，设置于所述第一低温蒸发装置、第二低温蒸发装置的底部，用于回收低温蒸发装置产生的结晶盐。
本发明还提供一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺，具体步骤如下：
（1）首先高盐染料废水经超滤膜进行处理以脱除废水中杂质，然后废水进入电渗析装置进行处理；
（2）电渗析装置产生的脱盐后含染料淡水进入反渗透装置进行浓缩，反渗透产水进行回用，含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品；
（3）电渗析装置产生的高盐低浓度染料浓水，先经吸附装置处理以脱除染料，然后废水进入纳滤膜分离装置；
（4）纳滤膜分离装置采用洗滤-浓缩模式对废水中NaCl与Na2SO4进行分离，分离后含Na2SO4的浓水进入低温蒸发装置进行蒸发结晶；含NaCl的废水进入反渗透装置进行浓缩。反渗透浓缩液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，反渗透产水进行回用。低温蒸发装置产生的水进行回用，产生的固体盐可进行回收利用。
上述步骤（1）中高盐染料废水中染料包括活性染料、直接染料、还原染料、酸性染料或分散染料；无机盐为NaCl和Na2SO4。
上述步骤（1）中高盐染料废水中盐浓度为1 ~ 25 %，染料浓度为1 ~ 5 g/L。
优选步骤（1）采用的超滤膜平均孔径为5 ~ 50 nm，或者截留分子量为1000 ~20000 Da，膜材质为有机材料或无机材料，操作压力为0.1 ~ 0.5 MPa，膜面流速为1 ~ 4m/s.
优选步骤（2）中电渗析操作电压为50 ~ 250 V，电流强度为1 ~ 5 A。
优选步骤（2）和（4）反渗透装置中反渗透膜材料为聚酰亚胺、聚酰胺等，操作压力为1 ~ 2.0 MPa。
优选步骤（3）中吸附处理主要采用活性炭吸附或大孔吸附树脂吸附。
优选步骤（4）中纳滤膜分离装置中纳滤膜材质为聚酰胺、聚酰亚胺、醋酸纤维素等，膜截留分子量为200 ~ 500 Da，膜面荷负电，膜型式为卷式或板式，操作压力为1 ~ 1.6MPa。
优选步骤（4）中低温蒸发装置是基于电场和磁场强化的低温蒸发装置，蒸发温度为25 ~ 50 ℃。
实施例1
某企业生产活性红染料产生的废水水质情况如下：染料浓度为4.5 g/L，盐浓度为22%，温度为25℃。采用平均孔径为5nm的ZrO2超滤陶瓷膜对废水进行处理，操作压力为0.45MPa，膜面流速为3 m/s。经超滤处理后的废水进入电渗析处理装置，电渗析操作电压为240V，电流为4.6 A。经电渗析处理后的低盐染料淡水进入反渗透膜处理装置，采用的反渗透膜材料为聚酰亚胺，操作压力为2MPa，浓缩后反渗透浓液进行喷雾干燥，得到的粉体作为产品销售，反渗透出水进行回用。经电渗析处理后高盐浓水首先经活性炭吸附装置进行处理，除去废水中的低浓度染料，然后废水进入纳滤膜分离装置，卷式纳滤膜采用陶氏DK膜（截留分子量为230 Da），膜材料为聚酰亚胺，操作压力为1.6 MPa，采用洗滤-浓度操作方式，经分离后含Na2SO4的纳滤浓液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，蒸发温度为25℃。分离后产生的含NaCl渗透液首先进入反渗透装置进行浓缩，反渗透膜材料为聚酰亚胺，操作压力为1.2MPa，浓缩后反渗透浓液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，蒸发温度为30℃，蒸发产水和反渗透出水进行回用。低温蒸发装置产生的高纯度结晶盐进行回收利用。经该装置进行处理后，水回收率达到98.9%，盐回收率达到98%。
实施例2
某企业生产酸性红染料产生的废水水质情况如下：染料浓度为3 g/L，盐浓度为13%，温度为25℃。采用截留分子量为15000 Da的PVDF超滤膜对废水进行处理，操作压力为0.3MPa，膜面流速为1 m/s。经超滤处理后的废水进入电渗析处理装置，电渗析操作电压为160V，电流为3 A。经电渗析处理后的低盐染料淡水进入反渗透膜处理装置，采用的反渗透膜材料为聚酰亚胺，操作压力为1.6 MPa，浓缩后反渗透浓液进行喷雾干燥，得到的粉体作为产品销售，反渗透出水进行回用。经电渗析处理后高盐浓水首先经活性炭吸附装置进行处理，除去废水中的低浓度染料，然后废水进入纳滤膜分离装置，卷式纳滤膜采用陶氏DL膜（截留分子量为250 Da），膜材料为聚酰亚胺，操作压力为1.4 MPa，采用洗滤-浓度操作方式，经分离后含Na2SO4的纳滤浓液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，蒸发温度为30 ℃。分离后产生的含NaCl渗透液首先进入反渗透装置进行浓缩，反渗透膜材料为聚酰亚胺，操作压力为1.5MPa，浓缩后反渗透浓液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，蒸发温度为30℃，蒸发产水和反渗透出水进行回用。低温蒸发装置产生的高纯度结晶盐进行回收利用。经该装置进行处理后，水回收率达到99.2%，盐回收率达到98.5%。
实施例3
某企业生产直接蓝染料产生的废水水质情况如下：染料浓度为2 g/L，盐浓度为5 %，温度为30 ℃。采用平均孔径为50 nm的Al2O3超滤陶瓷膜对废水进行处理，操作压力为0.15MPa，膜面流速为4 m/s。经超滤处理后的废水进入电渗析处理装置，电渗析操作电压为55V，电流为1.5 A。经电渗析处理后的低盐染料淡水进入反渗透膜处理装置，采用的反渗透膜材料为醋酸纤维素，操作压力为1.3 MPa，浓缩后反渗透浓液进行喷雾干燥，得到的粉体作为产品销售，反渗透出水进行回用。经电渗析处理后高盐浓水首先经大孔吸附树脂进行吸附处理，除去废水中的低浓度染料，然后废水进入纳滤膜分离装置，纳滤膜采用板式醋酸纤维素膜，截留分子量为450 Da，操作压力为1.2 MPa，采用洗滤-浓度操作方式，经分离后含Na2SO4的纳滤浓液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，蒸发温度为30 ℃。分离后产生的含NaCl渗透液首先进入反渗透装置进行浓缩，反渗透膜材料为醋酸纤维素，操作压力为1.5MPa，浓缩后反渗透浓液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，蒸发温度为45 ℃，蒸发产水和反渗透出水进行回用。低温蒸发装置产生的高纯度结晶盐进行回收利用。经该装置进行处理后，水回收率达到99.1%，盐回收率达到98.6%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于，包括：
超滤膜过滤装置，用于对高盐染料废水经超滤膜进行过滤处理，除去废水中悬浮物；
电渗析处理装置，连接于所述超滤膜过滤装置，用于对超滤膜过滤装置的产水进行电渗析处理，分离得到脱盐后含染料淡水和高盐低浓度染料浓水；
第一反渗透装置，连接于所述电渗析处理装置，用于对电渗析处理装置产出的含染料淡水进行反渗透浓缩处理，分离得到反渗透产水和含染料反渗透浓水；反渗透产水进行回用；
吸附装置，连接于所述电渗析处理装置，用于对电渗析处理装置产出的高盐低浓度染料浓水进行吸附除杂处理以脱除染料；
纳滤膜分离装置，连接于所述吸附装置，用于对吸附装置的产水进行Cl-与SO4 2-分离处理，分离得到含NaCl废水和含Na2SO4浓水；
第一低温蒸发装置，连接于所述纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含Na2SO4浓水进行蒸发结晶处理，第一低温蒸发装置产生的水进行回用；
第二反渗透装置，连接于所述纳滤膜分离装置，用于对纳滤膜分离装置产出的含NaCl废水进行反渗透浓缩处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，反渗透产水进行回用；
第二低温蒸发装置，连接于所述第二反渗透装置，用于对第二反渗透装置产生的反渗透浓缩液进行蒸发结晶处理；第二低温蒸发装置产生的水进行回用。
2.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于，还包括：喷雾干燥装置，连接于所述第一反渗透装置，用于对第一反渗透装置产出的含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品。
3.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述超滤膜过滤装置中超滤膜平均孔径为5 ~ 50 nm，或者截留分子量为1000 ~ 20000 Da，膜材质为有机材料或无机材料，操作压力为0.1 ~ 0.5 MPa，膜面流速为1 ~ 4 m/s。
4.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述电渗析处理装置操作电压为50 ~250 V，电流强度为1 ~ 5 A。
5.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述第一反渗透装置、第二反渗透装置中膜材质为聚酰胺、聚酰亚胺、醋酸纤维素，操作压力为1~ 2.0 MPa。
6.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述吸附装置采用活性炭吸附或大孔吸附树脂吸附。
7.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述纳滤膜分离装置中纳滤膜材质为聚酰胺、聚酰亚胺、醋酸纤维素等，膜截留分子量为200 ~500 Da，膜面荷负电，膜型式为卷式或板式，操作压力为1 ~ 1.6 MPa。
8.根据权利要求1所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用装置，其特征在于：所述第一低温蒸发装置、第二低温蒸发装置是基于电场和磁场强化的低温蒸发装置，蒸发温度为25 ~ 50 ℃。
9.一种染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺，其特征在于，包括：
（1）首先高盐染料废水经超滤膜进行过滤处理以除去废水中悬浮物；然后超滤膜过滤装置的产水进入电渗析装置进行电渗析处理，分离得到脱盐后含染料淡水和高盐低浓度染料浓水；
（2）电渗析装置产生的脱盐后含染料淡水进入反渗透装置进行反渗透浓缩处理，分离得到反渗透产水和含染料反渗透浓水；反渗透产水进行回用，含染料反渗透浓水进行喷雾干燥，产生的粉体作为产品；
（3）电渗析装置产生的高盐低浓度染料浓水，先经吸附装置进行吸附除杂处理以脱除染料，然后吸附装置的产水进入纳滤膜分离装置；
（4）纳滤膜分离装置采用洗滤-浓缩模式对废水中NaCl与Na2SO4进行分离，分离得到含NaCl废水和含Na2SO4浓水；
（5）纳滤膜分离装置产出的含Na2SO4浓水进入低温蒸发装置进行蒸发结晶；低温蒸发装置产生的水进行回用，
（6）纳滤膜分离装置产出的含NaCl废水进行反渗透浓缩处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，反渗透产水进行回用；
（7）反渗透浓缩液进入低温蒸发装置进行蒸发结晶，低温蒸发装置产生的水进行回用。
10.根据权利要求9所述的染料行业高盐染料废水分质回收利用工艺，其特征在于：所述高盐染料废水中染料包括活性染料、直接染料、还原染料、酸性染料或分散染料；无机盐为NaCl和Na2SO4；高盐染料废水中盐浓度为1 ~ 25 %，染料浓度为1 ~ 5 g/L。
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