CN110527699A - 一种利用植物秸秆生产沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可再生能源技术领域，具体的说是一种利用植物秸秆生产沼气的方法，该生产沼气的方法采用的酸化池包括池体；池体上端设有开口，开口内设有井盖；井盖上设有环形气道，环形气道贯穿井盖并与井盖密封连接；环形气道底部通过进气管与池体内部连通；环形气道上部连通有排气管，排气管与储气柜连通；环形气道中设有一组滑块；环形气道右侧下部通过鼓气管与池体内部连通，鼓气管下端伸入秸秆液液面以下；本发明通过沼气推动滑块向环形气道左侧上升到顶端后滑动到环形气道右侧，滑块在自身重力的作用下快速下滑，使得环形气道中产生的压缩气体通入池体内的秸秆液中，增加秸秆液的翻动，从而增加秸秆液的产气速度。

Description

一种利用植物秸秆生产沼气的方法
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，具体的说是一种利用植物秸秆生产沼气的方法。
背景技术
我国是一个农业大国，秸秆资源十分丰富，据统计，目前我国每年产生的农作物秸秆总量超过7亿吨。秸秆种类主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆，其中玉米秸秆占36.7％，稻草秸秆占27.5％，小麦秸秆占15.2％。近年来，随着农村经济的发展和农民生活水平的提高，农村经济的发展和能源供应的大大改善，秸秆过去被用作燃料和肥料，现在基本被煤、气、电和化肥所取代。因此，剩余农作物秸秆的数量越来越大，据估计每年已达到4亿吨左右。
大量的剩余秸秆被堆弃在田间地头或任意燃烧，浪费资源的同时，造成大气污染、火灾事故等社会、生态问题。随着我国现代科学技术和生产力的高速发展，对于农作物秸秆资源化及合理开发利用技术的研究也在向着多元化的方向发展。实现秸秆的综合化利用，不仅起到了节约资源、改善生态环境的作用，更对社会的稳定发展有着重大的意义。
由于秸秆本身的结构复杂，致使其分解慢、利用率低、成本高，致使秸秆的资源化利用受到限制，而发展秸秆发酵制沼气技术已成为秸秆资源化利用的一个新方向。目前，在秸秆湿法发酵制沼气过程中，厌氧微生物对其降解能力低，导致秸秆的消化时间长、利用率低、产气量少、易结壳等弊端，尤其在冬季或气温较低的环形下，秸秆湿法发酵制沼气效率进一步下降。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决秸秆湿法发酵制沼气过程中，厌氧微生物对其降解能力低，导致秸秆的消化时间长、利用率低、产气量少、易结壳等弊端，尤其在冬季或气温较低的环形下，秸秆湿法发酵制沼气效率进一步下降的问题，本发明提出的一种利用植物秸秆生产沼气的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，包括以下步骤：
A、选取秸秆：选取农业生产过程中遗留的无霉变、无异味的秸秆，通过人工去除秸秆的叶、节、鞘，得到呈杆状的秸秆杆，然后按照1-2cm长度将其剪切为若干段，得到秸秆段；
B、预处理：将秸秆段通过普通的搅碎机将其粉碎，然后将粉碎的秸秆、普通的尿素、石灰按照重量比100：1-3：2-5搅拌调和后得到秸秆渣，用塑料薄膜将秸秆渣覆盖密封，待5—10天后掀开塑料薄膜，将秸秆渣与水按照重量比100：20-30调和后得到深褐色的秸秆糊；
C、酸化处理：将上述的秸秆糊投入酸化池中，加入与秸秆糊重量相当的水，使用回流泵使产生沼气的厌氧池内沼液进入酸化池中，其中秸秆糊与沼液的重量比为100：5-15，待14-17天后秸秆糊水解为单糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等大量低分子物质，形成秸秆液；
D、生产沼气：将酸化池内秸秆液放置5-9天后通入厌氧池内，向秸秆液中加入活性污泥，活性污泥的加入量为发酵物质量的30～50％，待9-11天后在厌氧池内产生出沼气；
E、储气：上述的连接管一将厌氧池与储气柜相串联，厌氧池内的沼气经连接管一进入储气柜内储藏。
本发明采用的酸化池包括池体，池体内装有秸秆液；所述池体上端设有开口，开口内设有井盖，井盖上方与开口形成水槽，水槽中装满用于密封池体的水；所述井盖上设有环形气道，环形气道贯穿井盖并与井盖密封连接；所述环形气道底部通过进气管与池体内部连通；所述环形气道上部连通有排气管，排气管与储气柜连通；所述环形气道中设有一组滑块，滑块直径略小于环形气道直径；所述环形气道右侧下部通过鼓气管与池体内部连通，鼓气管下端伸入秸秆液液面以下；通过滑块在沼气推动下上升待环形滑道顶部后自由下落产生的压缩气体，通过鼓气管通入秸秆液中，增加秸秆液的流动，进而增加秸秆液的产气速度；当池体内的秸秆液发酵后产生沼气，沼气从进气管进入环形气道中，由于环形气道底部右侧有一组滑块，重量较重，使得沼气推动其中一块滑块向环形气道左侧上升，当滑块上升到环形气道顶部时，沼气从排气管排出后储存在储气柜中，此时滑块由于惯性的作用下继续滑动到环形气道右侧，滑块在自身重力的作用下快速下滑，使得环形气道中产生压缩气体，压缩气体经鼓气管通入池体内的秸秆液中，增加秸秆液的翻动，从而增加秸秆液的产气速度，提高酸化池的生产效率。
优选的，所述进气管底部封闭，且进气管圆周均匀开设有一组进气孔；通过底部封闭的进气管可以减少秸秆液被吸入环形气道，影响滑块自由滑动；由于进气管底部封闭，使得池体内的秸秆液不能从进气管底部进入环形气道中阻碍滑块滑动，同时沼气可以从进气孔进入环形气道，正常推动滑块在环形气道中滑动，进一步保证鼓气管的鼓气效率，增加秸秆液的产气速度。
优选的，所述池体上还设有进泥管，进泥管一端与高压活性污泥连通，另一端通入池体内发热秸秆液中；所述进泥管底部转动连接有水轮，水轮的扇叶上设有弧形的通道，通道一端与扇叶末端连通，通道另一端与进泥管管连通；进泥管中的活性污泥从通道喷出时，形成反冲力并推动水轮旋转，进一步增加秸秆液的产气效率；当池体内的秸秆液反应一段时间后反应产气效率下降，此时通过进泥管泵入活性污泥，活性污泥可以与秸秆液混合后提高秸秆液的产气速度，同时由于高压的活性污泥从通道中高速喷出，使得扇叶在活性污泥的反作用力下不断转动，进而使得活性污泥与秸秆液充分混合，进一步增加秸秆液的产气速度。
优选的，所述鼓气管通过单向阀与进泥管连通，鼓气管中的气体随扇叶转动向秸秆液中喷出，增加气泡的扩散范围，进一步增加秸秆液的产气效率；通过鼓气管中的压缩空气通入通道中，与高压的活性污泥混合后从通道中喷出，进一步增加了活性污泥的喷射距离，进而加快活性污泥与秸秆液的混合效率，使得池体内的秸秆液在冬季等气温较低的时候也能保持较高的沼气产生效率，保证沼气正常供应。
优选的，位于所述鼓气管与进气管之间的所述环形气道的直径由上向下逐渐减小；直径逐渐减小的环形气道增加了滑块与环形气道的气密性，进而增加鼓气管的通气效率；由于位于鼓气管与进气管之间的所述环形气道的直径由上向下逐渐减小，使得滑块在经过此段环形气道时增加了滑块与环形气道的密封性，进而减少在滑块滑动时产生的压缩气体的泄漏，增加了鼓气管的通气量，从而进一步增加秸秆液的产气速度。
优选的，所述滑块上设有一组密封槽，密封槽内套有横截面为牛角形的弹性的密封环，密封环与进气管和排气管之间的环形气道间隙配合；密封环用于增加滑块与鼓气管和进气管之间的环形气道的密封性；由于密封环与进气管和排气管之间的环形气道间隙配合，使得滑块在沼气的推动下在进气管和鼓气管之间的环形气道滑动时阻力较小，滑块容易获得较高的速度，增加滑块在环形气道右侧下落时的初速度，进一步增加滑块产生压缩气体的效率，当滑块滑动到环形气道靠近底部的位置时，由于位于鼓气管与进气管之间的所述环形气道的直径由上向下逐渐减小，使得密封环在经过此段环形气道时与环形气道内壁紧密贴合，进一步增加滑块与环形气道的密封性，进一步减少在滑块滑动时产生的压缩气体的泄漏，增加秸秆液的产气速度。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，通过沼气推动滑块向环形气道左侧上升到顶端后滑动到环形气道右侧，滑块在自身重力的作用下快速下滑，使得环形气道中产生压缩气体，压缩气体经鼓气管通入池体内的秸秆液中，增加秸秆液的翻动，从而增加秸秆液的产气速度，提高酸化池的生产效率。
2.本发明所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，通过进泥管泵入活性污泥，活性污泥可以与秸秆液混合后提高秸秆液的产气速度，同时由于高压的活性污泥从通道中高速喷出，使得扇叶在活性污泥的反作用力下不断转动，进而使得活性污泥与秸秆液充分混合，进一步增加秸秆液的产气速度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明生产沼气的方法流程图；
图2是本发明采用的酸化池的剖视图；
图3是图2中A处局部放大图；
图4是本发明采用的酸化池中水轮的结构图；
图中：池体1、开口11、井盖12、水槽13、环形气道2、进气管21、排气管22、滑块23、鼓气管24、进气孔25、进泥管14、水轮15、扇叶16、通道17、密封槽25、密封环26。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，包括以下步骤：
A、选取秸秆：选取农业生产过程中遗留的无霉变、无异味的秸秆，通过人工去除秸秆的叶、节、鞘，得到呈杆状的秸秆杆，然后按照1-2cm长度将其剪切为若干段，得到秸秆段；
B、预处理：将秸秆段通过普通的搅碎机将其粉碎，然后将粉碎的秸秆、普通的尿素、石灰按照重量比100：1-3：2-5搅拌调和后得到秸秆渣，用塑料薄膜将秸秆渣覆盖密封，待5—10天后掀开塑料薄膜，将秸秆渣与水按照重量比100：20-30调和后得到深褐色的秸秆糊；
C、酸化处理：将上述的秸秆糊投入酸化池中，加入与秸秆糊重量相当的水，使用回流泵使产生沼气的厌氧池内沼液进入酸化池中，其中秸秆糊与沼液的重量比为100：5-15，待14-17天后秸秆糊水解为单糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等大量低分子物质，形成秸秆液；
D、生产沼气：将酸化池内秸秆液放置5-9天后通入厌氧池内，向秸秆液中加入活性污泥，活性污泥的加入量为发酵物质量的30～50％，待9-11天后在厌氧池内产生出沼气；
E、储气：上述的连接管一将厌氧池与储气柜相串联，厌氧池内的沼气经连接管一进入储气柜内储藏。
本发明采用的酸化池包括池体1，池体1内装有秸秆液；所述池体1上端设有开口11，开口11内设有井盖12，井盖12上方与开口11形成水槽13，水槽13中装满用于密封池体1的水；所述井盖12上设有环形气道2，环形气道2贯穿井盖12并与井盖12密封连接；所述环形气道2底部通过进气管21与池体1内部连通；所述环形气道2上部连通有排气管22，排气管22与储气柜连通；所述环形气道2中设有一组滑块23，滑块23直径略小于环形气道2直径；所述环形气道2右侧下部通过鼓气管24与池体1内部连通，鼓气管24下端伸入秸秆液液面以下；通过滑块23在沼气推动下上升待环形滑道顶部后自由下落产生的压缩气体，通过鼓气管24通入秸秆液中，增加秸秆液的流动，进而增加秸秆液的产气速度；当池体1内的秸秆液发酵后产生沼气，沼气从进气管21进入环形气道2中，由于环形气道2底部右侧有一组滑块23，重量较重，使得沼气推动其中一块滑块23向环形气道2左侧上升，当滑块23上升到环形气道2顶部时，沼气从排气管22排出后储存在储气柜中，此时滑块23由于惯性的作用下继续滑动到环形气道2右侧，滑块23在自身重力的作用下快速下滑，使得环形气道2中产生压缩气体，压缩气体经鼓气管24通入池体1内的秸秆液中，增加秸秆液的翻动，从而增加秸秆液的产气速度，提高酸化池的生产效率。
作为本发明的一种实施方式，所述进气管21底部封闭，且进气管21圆周均匀开设有一组进气孔25；通过底部封闭的进气管21可以减少秸秆液被吸入环形气道2，影响滑块23自由滑动；由于进气管21底部封闭，使得池体1内的秸秆液不能从进气管21底部进入环形气道2中阻碍滑块23滑动，同时沼气可以从进气孔25进入环形气道2，正常推动滑块23在环形气道2中滑动，进一步保证鼓气管24的鼓气效率，增加秸秆液的产气速度。
作为本发明的一种实施方式，所述池体1上还设有进泥管14，进泥管14一端与高压活性污泥连通，另一端通入池体1内发热秸秆液中；所述进泥管14底部转动连接有水轮15，水轮15的扇叶16上设有弧形的通道17，通道17一端与扇叶16末端连通，通道17另一端与进泥管14管连通；进泥管14中的活性污泥从通道17喷出时，形成反冲力并推动水轮15旋转，进一步增加秸秆液的产气效率；当池体1内的秸秆液反应一段时间后反应产气效率下降，此时通过进泥管14泵入活性污泥，活性污泥可以与秸秆液混合后提高秸秆液的产气速度，同时由于高压的活性污泥从通道17中高速喷出，使得扇叶16在活性污泥的反作用力下不断转动，进而使得活性污泥与秸秆液充分混合，进一步增加秸秆液的产气速度。
作为本发明的一种实施方式，所述鼓气管24通过单向阀与进泥管14连通，鼓气管24中的气体随扇叶16转动向秸秆液中喷出，增加气泡的扩散范围，进一步增加秸秆液的产气效率；通过鼓气管24中的压缩空气通入通道17中，与高压的活性污泥混合后从通道17中喷出，进一步增加了活性污泥的喷射距离，进而加快活性污泥与秸秆液的混合效率，使得池体1内的秸秆液在冬季等气温较低的时候也能保持较高的沼气产生效率，保证沼气正常供应。
作为本发明的一种实施方式，位于所述鼓气管24与进气管21之间的所述环形气道2的直径由上向下逐渐减小；直径逐渐减小的环形气道2增加了滑块23与环形气道2的气密性，进而增加鼓气管24的通气效率；由于位于鼓气管24与进气管21之间的所述环形气道2的直径由上向下逐渐减小，使得滑块23在经过此段环形气道2时增加了滑块23与环形气道2的密封性，进而减少在滑块23滑动时产生的压缩气体的泄漏，增加了鼓气管24的通气量，从而进一步增加秸秆液的产气速度。
作为本发明的一种实施方式，所述滑块23上设有一组密封槽25，密封槽25内套有横截面为牛角形的弹性的密封环26，密封环26与进气管21和排气管22之间的环形气道2间隙配合；密封环26用于增加滑块23与鼓气管24和进气管21之间的环形气道2的密封性；由于密封环26与进气管21和排气管22之间的环形气道2间隙配合，使得滑块23在沼气的推动下在进气管21和鼓气管24之间的环形气道2滑动时阻力较小，滑块23容易获得较高的速度，增加滑块23在环形气道2右侧下落时的初速度，进一步增加滑块23产生压缩气体的效率，当滑块23滑动到环形气道2靠近底部的位置时，由于位于鼓气管24与进气管21之间的所述环形气道2的直径由上向下逐渐减小，使得密封环26在经过此段环形气道2时与环形气道2内壁紧密贴合，进一步增加滑块23与环形气道2的密封性，进一步减少在滑块23滑动时产生的压缩气体的泄漏，增加秸秆液的产气速度。
使用时，当池体1内的秸秆液发酵后产生沼气，沼气从进气管21进入环形气道2中，由于环形气道2底部右侧有一组滑块23，重量较重，使得沼气推动其中一块滑块23向环形气道2左侧上升，当滑块23上升到环形气道2顶部时，沼气从排气管22排出后储存在储气柜中，此时滑块23由于惯性的作用下继续滑动到环形气道2右侧，滑块23在自身重力的作用下快速下滑，使得环形气道2中产生压缩气体，压缩气体经鼓气管24通入池体1内的秸秆液中，增加秸秆液的翻动，从而增加秸秆液的产气速度，提高酸化池的生产效率；由于进气管21底部封闭，使得池体1内的秸秆液不能从进气管21底部进入环形气道2中阻碍滑块23滑动，同时沼气可以从进气孔25进入环形气道2，正常推动滑块23在环形气道2中滑动，进一步保证鼓气管24的鼓气效率，增加秸秆液的产气速度；当池体1内的秸秆液反应一段时间后反应产气效率下降，此时通过进泥管14泵入活性污泥，活性污泥可以与秸秆液混合后提高秸秆液的产气速度，同时由于高压的活性污泥从通道17中高速喷出，使得扇叶16在活性污泥的反作用力下不断转动，进而使得活性污泥与秸秆液充分混合，进一步增加秸秆液的产气速度；通过鼓气管24中的压缩空气通入通道17中，与高压的活性污泥混合后从通道17中喷出，进一步增加了活性污泥的喷射距离，进而加快活性污泥与秸秆液的混合效率，使得池体1内的秸秆液在冬季等气温较低的时候也能保持较高的沼气产生效率，保证沼气正常供应；由于位于鼓气管24与进气管21之间的所述环形气道2的直径由上向下逐渐减小，使得滑块23在经过此段环形气道2时增加了滑块23与环形气道2的密封性，进而减少在滑块23滑动时产生的压缩气体的泄漏，增加了鼓气管24的通气量，从而进一步增加秸秆液的产气速度；由于密封环26与进气管21和排气管22之间的环形气道2间隙配合，使得滑块23在沼气的推动下在进气管21和鼓气管24之间的环形气道2滑动时阻力较小，滑块23容易获得较高的速度，增加滑块23在环形气道2右侧下落时的初速度，进一步增加滑块23产生压缩气体的效率，当滑块23滑动到环形气道2靠近底部的位置时，由于位于鼓气管24与进气管21之间的所述环形气道2的直径由上向下逐渐减小，使得密封环26在经过此段环形气道2时与环形气道2内壁紧密贴合，进一步增加滑块23与环形气道2的密封性，进一步减少在滑块23滑动时产生的压缩气体的泄漏，增加秸秆液的产气速度。
上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图2为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种利用植物秸秆生产沼气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、选取秸秆：选取农业生产过程中遗留的无霉变、无异味的秸秆，通过人工去除秸秆的叶、节、鞘，得到呈杆状的秸秆杆，然后按照1-2cm长度将其剪切为若干段，得到秸秆段；
B、预处理：将秸秆段通过普通的搅碎机将其粉碎，然后将粉碎的秸秆、普通的尿素、石灰按照重量比100：1-3：2-5搅拌调和后得到秸秆渣，用塑料薄膜将秸秆渣覆盖密封，待5—10天后掀开塑料薄膜，将秸秆渣与水按照重量比100：20-30调和后得到深褐色的秸秆糊；
C、酸化处理：将上述的秸秆糊投入酸化池中，加入与秸秆糊重量相当的水，使用回流泵使产生沼气的厌氧池内沼液进入酸化池中，其中秸秆糊与沼液的重量比为100：5-15，待14-17天后秸秆糊水解为单糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等大量低分子物质，形成秸秆液；
D、生产沼气：将酸化池内秸秆液放置5-9天后通入厌氧池内，向秸秆液中加入活性污泥，活性污泥的加入量为发酵物质量的30～50％，待9-11天后在厌氧池内产生出沼气；
E、储气：上述的连接管一将厌氧池与储气柜相串联，厌氧池内的沼气经连接管一进入储气柜内储藏；
本发明采用的酸化池包括池体(1)，池体(1)内装有秸秆液；所述池体(1)上端设有开口(11)，开口(11)内设有井盖(12)，井盖(12)上方与开口(11)形成水槽(13)，水槽(13)中装满用于密封池体(1)的水；所述井盖(12)上设有环形气道(2)，环形气道(2)贯穿井盖(12)并与井盖(12)密封连接；所述环形气道(2)底部通过进气管(21)与池体(1)内部连通；所述环形气道(2)上部连通有排气管(22)，排气管(22)与储气柜连通；所述环形气道(2)中设有一组滑块(23)，滑块(23)直径略小于环形气道(2)直径；所述环形气道(2)右侧下部通过鼓气管(24)与池体(1)内部连通，鼓气管(24)下端伸入秸秆液液面以下；通过滑块(23)在沼气推动下上升待环形滑道顶部后自由下落产生的压缩气体，通过鼓气管(24)通入秸秆液中，增加秸秆液的流动，进而增加秸秆液的产气速度。
2.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，其特征在于：所述进气管(21)底部封闭，且进气管(21)圆周均匀开设有一组进气孔(25)；通过底部封闭的进气管(21)可以减少秸秆液被吸入环形气道(2)，影响滑块(23)自由滑动。
3.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，其特征在于：所述池体(1)上还设有进泥管(14)，进泥管(14)一端与高压活性污泥连通，另一端通入池体(1)内发热秸秆液中；所述进泥管(14)底部转动连接有水轮(15)，水轮(15)的扇叶(16)上设有弧形的通道(17)，通道(17)一端与扇叶(16)末端连通，通道(17)另一端与进泥管(14)管连通；进泥管(14)中的活性污泥从通道(17)喷出时，形成反冲力并推动水轮(15)旋转，进一步增加秸秆液的产气效率。
4.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，其特征在于：所述鼓气管(24)通过单向阀与进泥管(14)连通，鼓气管(24)中的气体随扇叶(16)转动向秸秆液中喷出，增加气泡的扩散范围，进一步增加秸秆液的产气效率。
5.根据权利要求4所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，其特征在于：位于所述鼓气管(24)与进气管(21)之间的所述环形气道(2)的直径由上向下逐渐减小；直径逐渐减小的环形气道(2)增加了滑块(23)与环形气道(2)的气密性，进而增加鼓气管(24)的通气效率。
6.根据权利要求5所述的一种利用植物秸秆生产沼气的方法，其特征在于：所述滑块(23)上设有一组密封槽(25)，密封槽(25)内套有横截面为牛角形的弹性的密封环(26)，密封环(26)与进气管(21)和排气管(22)之间的环形气道(2)间隙配合；密封环(26)用于增加滑块(23)与鼓气管(24)和进气管(21)之间的环形气道(2)的密封性。
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