CN115092997A - 一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种高负荷高效沉淀池(斜管区表面负荷高达17m³/m²·h)的稳定运行节能降耗控制方法及系统，可以在确保高负荷高效沉淀池稳定运行、达标排放的基础上，实现节能降耗和精准加药，为现有高负荷高效沉淀池技改提供方案，也可以为新建高负荷高效沉淀池提供设计依据，有效降低占地面积、吨水投资和运行成本。本发明适用性强，控制方法具有自适应性，可以适合所有类型的高效沉淀池。

Description

一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法及系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法及系统。

背景技术

随着城镇污水处理厂污染排放物标准提高，尤其是总磷的指标更加严格，常规城镇污水处理系统在生物除磷的基础上还需增加化学除磷才能达到行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(TP≤0.5mg/L)或更高的地方排放标准。

高效沉淀池技术在2000年左右逐渐进入我国水处理领域，最初主要应用于给水处理。随着我国市政污水厂提标改造的推进，该工艺凭借其表面负荷高、占地面积小、处理效率高等技术优势，在2010年前后开始推广并应用于生活污水深度处理回用环节中，目前已发展成为主流处理工艺。但由于污水处理厂活性污泥与给水厂的污泥性质完全不同，高效沉淀池在污水处理厂应用之初并没有达到设计要求，部分污水处理厂存在高效沉淀池运行不稳定、处理效果差的问题。其后多数设计院在设计污水处理厂高效沉淀池时，都降低了表面水力负荷，目前多数高效沉淀池设计表面水力负荷在3-8m³/(m²·h)之间，很少有超过10m³/(m²·h)，而部分超过10m³/(m²·h)的高效沉淀池，由于设计与运行方面的原因，难以稳定运行而被弃用或改造为加磁加砂沉淀池。

高效沉淀池抗水力冲击能力相对较弱，在水力负荷突变或水力负荷较大时容易跑泥，沉淀区池深设计不够但泥层控制过高或粗放控制时易导致跑泥，回流污泥浓度过低导致处理效果差和回流比过大导致沉淀效果差引起跑泥，除磷药剂PAC混凝效果不佳或投加量不足容易导致出水总磷超标、投加过量又会引起运行成本过高，阴离子PAM投加点设置不合理或投加量不足容易导致跑泥漂泥、投加过量也会引起运行成本过高，药剂选型不合理容易导致处理效果差、引起跑泥漂泥等不稳定运行现象。

高负荷高效沉淀池相比现有普通高效沉淀池，其最大的优势是占地面积更小、吨水投资成本和运行成本更低。查询现有专利文献，鲜有表面水力负荷为10～17m³/(m²·h)的高负荷高效沉淀池设计和控制方面的报道，仅有少量基于普通高效沉淀池除磷药剂自动投加控制的报道，且基本针对单个高效沉淀池系统进行精准加药控制。污水处理厂，特别是大中型污水处理厂，一般需设计多个高效沉淀池并联运行以满足污水处理规模要求。另外，现有的高效沉淀池控制方法按照统一的指标和工艺进行处理，对于有多组高效沉淀池的污水厂来说各池之间的水质和运行差异就被忽略了，总有某几组高效沉淀池不能在最合适的参数下进行处理，这也将影响到整体出水水质的稳定性。

发明内容

为了解决针对斜管区负荷为10～17m³/(m²·h)的高负荷高效沉淀池存在跑泥漂泥等运行不稳定或无法正常运行，处理效果差，各种药剂投加不精准易导致出水超标或药剂浪费增加运行成本的问题，本发明提供一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法及系统，在确保高负荷高效沉淀池稳定运行、达标排放的基础上，实现节能降耗。

技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，具体包括阴离子PAM精准投加控制方法、PAC除磷药剂精准投加控制方法、污泥回流精准控制方法、泥层精准控制方法、活性污泥精准投加控制方法和药剂优选控制方法。

所述阴离子PAM精准投加控制方法，向高效沉淀池絮凝池加入配置成0.1％-0.3％的液体阴离子PAM，且阴离子PAM的加药流量根据污水处理厂实时出水流量与实际投入运行的高效沉淀池数量计算得出，加药流量Q_PAM计算公式如下：

Q_PAM＝K₁×(r×Q₁)/(C_PAM×n×1000)

其中：Q_PAM——单个高效沉淀池阴离子PAM加药流量，L/h；

r——阴离子PAM药剂投加比，mg/L；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

C_PAM——药剂配置浓度，％；

n——高效沉淀池实际投运数量；

K₁——调整系统，0.8-1.2；

进一步地，在实际运行中尽量调匀各个高效沉淀池进水流量，并根据各高效沉淀池实际运行差异，设置调整系数K₁，提高各池絮凝效果。

进一步地，根据不同污水流量对高效沉淀斜管区上升流速的不同，以及对矾花沉淀效果的不同，药剂投加比r取值如下：

q﹤8m/h时，r＝0.7；

8≤q﹤10时，r＝0.8；

10≤q﹤12时，r＝0.9；

12≤q﹤14时，r＝1.0；

14≤q﹤15时，r＝1.1；

15≤q﹤16时，r＝1.2；

其中：q——高效沉淀池斜管区上升流速，可转换为对应出水污水流量。

所述PAC除磷药剂精准投加控制方法，是基于高效沉淀池进水正磷酸盐负荷(前馈)与出水总磷浓度(反馈)精准控制除磷剂投加的方法，其特征在于：向二沉池出口或高效沉淀池混凝池进口加入除磷药剂PAC，且除磷药剂PAC的加药流量根据污水处理厂实时出水流量、高效沉淀池进口正磷酸盐浓度与实际投入运行的高效沉淀池数量计算得出，加药流量Q_PAC计算公式如下：

其中：Q_PAC1——单个高效沉淀池PAC加药流量，L/h；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

n——高效沉淀池实际投运数量；

C_pj——高效池进水磷酸盐浓度，mg/L；

C_sp——高效池出水磷酸盐设定浓度，mg/L，C_sp＜C_pj；

m——投加系数，投加药剂中有效物质铝与污水中所需去除磷的摩尔比，mol/mol；Al——铝原子质量，27；

P——磷原子质量，31；

Al₂O₃——分子质量，102；

ρ：PAC液体密度，根据检测确定，一般取为1.25×10³kg/m³；

C_PAC——PAC中Al₂O₃中含量，这里取10％的PAC液体。

进一步地，摩尔比投加系数m由前馈投加系数m₁和后馈投加系数m₂合计计算，计算公式如下：

m＝m₁+m₂

进一步地，在实际运行中尽量调匀各个高效沉淀池进水流量，并根据各高效沉淀池实际运行差异，设置调整系数K₂，提高各池混凝效果。

Q_PAC＝K₂×Q_PAC1

其中：Q_PAC——单个高效池调整后的PAC加药流量，L/h；

K₂——调整系数，取值范围为0.8-1.2；

进一步地，对高效池进水的正磷酸盐浓度进行在线检测，并根据检测的正磷酸盐浓度C_pj，向二沉池出水或高效池进水口加入除磷药剂PAC；由于加入的部分PAC用于混凝作用，因此根据检测正磷酸盐浓度设置不同的投加系数，摩尔比m₁取值如下：

污水厂出水执行一级A排放标准(TP≤0.5mg/L)：

C_pj≥2.0mg/L时，m₁＝2.0；

2.0＞C_pj≥1.5mg/L时，m₁＝2.5；

1.5＞C_pj≥1.0mg/L时，m₁＝3.0；

1.0＞C_pj≥0.7mg/L时，m₁＝3.5；

0.7＞C_pj≥0.5mg/L时，m₁＝4.0；

污水厂出水执行更高排放标准(TP≤0.3mg/L)：

C_pj≥2.0mg/L时，m₁＝3.0；

2.0＞C_pj≥1.5mg/L时，m₁＝3.5；

1.5＞C_pj≥1.0mg/L时，m₁＝4.0；

1.0＞C_pj≥0.7mg/L时，m₁＝4.5；

0.7＞C_pj≥0.5mg/L时，m₁＝5.0；

0.5＞C_pj≥0.3mg/L时，m₁＝6.0。

进一步地，除磷药剂PAC的有效成分含量为10～11％，盐基度大于70％，其它指标符合《水处理剂聚合氯化铝GB/T 22627-2014》。

进一步地，对污水处理厂出水的总磷浓度进行在线检测，并根据检测的总磷浓度C₁，对照出水总磷浓度设定目标值C_1S，调整后馈摩尔比投加系数m₂，实现后反馈控制确保出水总磷达标排放，调整原则如下：

初时，m₂＝0；

当C₁＞C_1S时，m₂＝m₂+0.5；

在一个在线仪表检测周期后(一般出水在线仪表检测周期为2小时)，若C₁＞C_1S时，则m₂＝m₂+0.5；若C₁＜C_1S且m₂≥0.5时，则m₂＝m₂-0.5；如此循环；m₂取值范围为0～3。

所述污泥回流精准控制方法，其特征在于：通过污泥回流泵将沉淀区泥斗中污泥回流至絮凝池进口，回流污泥作为絮凝核晶吸附进水细小的胶体、悬浮物等，增强絮凝效果，同时将泥层中没有利用完毕的药剂导回二次利用，高效利用药剂效果，且污泥回流量根据污水处理厂实时出水流量、实际投入运行的高效沉淀池数量、以及设定的回流比计算得出，回流流量Q_h计算公式如下：

其中：Q_h——污泥回流流量，m³/h；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

n——高效沉淀池实际投运数量；

R₁——污泥回流比，％，取值范围为2％～5％。

所述泥层精准控制方法，其特征在于：通过剩余污泥泵把泥斗中的污泥排放至污泥处理系统的浓缩池或储泥池，来控制高效沉淀池沉淀区的泥层厚度，避免泥层过高导致漂泥或泥层过低导致回流无泥可供的情况，且剩余污泥泵根据设定的间隔时间t₀和排放时间t₁循环运行，排放时间t₁受泥层h₁变化自动调整，其具体步骤如下：

T₁＝t₀+t₁；

其中：T₁——1个循环运行周期，min；

t₀——间隔时间，剩余污泥泵停止运行，min；

t₁——排放时间，min；

步骤1：剩余污泥泵停止运行并开始计时间隔时间，计时时间到达t₀时，剩余污泥泵开始启动运行，把泥斗中的污泥排放至浓缩池或储泥池，并开始计时运行时间；

步骤2：运行时间达到t₁时，剩余污泥泵停止运行，并开始计时间隔时间；

步骤3：判断泥层h₁是否大于最高设定泥层h₀，如是则t₁＝t₁+0.5；

步骤4：判断泥层h₁是否小于最低设定泥层h₂，如是则t₁＝t₁-0.5，其中h₂＜h₁；

步骤5：重复步骤1；

其中：t₀取值范围为30～45min，t₁取值范围为0.5～10min，h₀取值范围为0.8～1米，h₂取值为0.3～0.5米。

所述活性污泥精准投加控制方法，其特征在于：通过活性污泥投加泵将生化池出水泥水混合液或二沉池回流污泥投加至絮凝池进口，利用泥团密实、沉降性能好的活性污泥为絮凝核晶吸附进水细小的胶体、悬浮物等，进一步增强絮凝效果，提高泥水在沉淀区的分离效果，且活性污泥投加量根据污水处理厂实时出水流量、实际投入运行的高效沉淀池数量、以及设定的投加比计算得出，并按设定的间隔时间间隙投加，投加流量Q₂计算公式如下：

其中：Q₂——活性污泥投加瞬时流量，m³/h；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

n——高效沉淀池实际投运数量；

R₂——活性污泥投加比，％，取值范围为0.5％～1.5％。

活性污泥投加泵按照流量Q₂，并按以下步骤投加活性污泥：

T₂＝t₂₀+t₂₁；

其中：T₂——1个循环运行周期，min；

t₂₀——间隔时间，投加泵停止运行，min，取值范围为30～60；

t₂₁——投加时间，min，取值范围为5～10；

步骤1：活性污泥投加泵停止运行并开始计时间隔时间，计时时间到达t₂₀时，投加泵开始启动运行，把活性污泥排放至絮凝池进口，并开始计时运行时间；

步骤2：运行时间达到t₂₁时，投加泵停止运行，并开始计时间隔时间；

步骤3：重复步骤1。

所述药剂优选控制方法，主要指阴离子PAM的优选控制方法，其特征在于：选取目前污水厂能开展检测的粘度(分子量)、固含量、灰分、电导率、游离氨、离子度、溶解时间、水不溶物含量等作为检测项目，在实验室开展检测，药剂检测合格后，再进行生产性上机试验，以选择性价比高、能使高效沉淀池稳定运行的药剂，并在药剂长期使用过程中定期抽检化验检测，具体实施步骤如下：

步骤1：用纯净水把固体阴离子PAM配置成浓度0.5g/L的溶液，检测电导率和游离氨指标；配置成0.1％浓度溶液，在溶液温度25℃时，用旋转粘度计0号转子在12rpm时的粘度；称取单位重量PAM在120℃烘干1小时和800℃灼烧2小时分别检测固含量和灰分；其他按阴离子PAM国家标准GB/T17514-2017方法检测；

步骤2：当检测结果粘度≥300mPa.S、且固含量≥90％、且灰分＜15％、且电导率70≤σ≤160S/m、且游离氨＜0.5％,且其它指标符合GB/T17514-2017时，表明药剂分子量大于1700万，且没有掺杂其它无效成分，药剂检测合格；

步骤3：对检测合格的药剂进行上机生产性试验，用阴离子PAM配药装置自动配置成0.15％的溶液，通过加药泵投加至高效沉淀池絮凝池，按上述阴离子PAM精准投加控制方法，投加比由1mg/L逐级下调，每级下调幅度0.05mg/L，生产运行1小时，直至高效沉淀池斜管区有局部细小漂泥为止；

步骤4：若此时投加比小于等于0.6mg/L的，药剂符合高负荷高效沉淀池稳定生产节能降耗使用要求；若不符合要求可重复步骤1选择其它阴离子PAM药剂。

本发明还提供了一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制系统，所述稳定运行节能降耗控制包括污水处理池组件、PAM加药装置组件、PAC加药装置组件、污泥回流装置组件、泥层控制组件、活性污泥投加装置组件、检测仪表组件及控制系统，所述污水处理池组件包括生化池、二沉池、高效沉淀池、滤池和消毒池，所述高效沉淀池包括混凝池、絮凝池和沉淀池；

所述PAM加药装置组件包括配置装置、加药泵、电磁流量计、稀释装置、环形出药口、电气控制系统及PLC程序；所述PAC加药装置组件包括储药池、加药泵、电磁流量计、多点出口装置、电气控制系统及PLC程序；所述污泥回流装置组件包括回流泵、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；所述泥层控制组件包括剩余污泥泵、污泥界面分析仪、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；所述活性污泥投加装置组件包括投加泵、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；

所述检测仪表组件包括设置于高效沉淀池进水渠的磷酸盐在线分析仪，设置于污水厂出水口的总出水流量计、出水总磷在线分析仪，设置于高效沉淀池沉淀区中心岛无斜管敷设区的污泥界面分析仪、设置于PAC加药装置组件的PAC加药流量计、设置于PAM加药装置组件的PAM加药流量计、设置于高效沉淀池回流泵管道的回流污泥流量计、设置于活性污泥投加装置组件管路的活性污泥流量计。所述控制系统包括上述各组件的电气控制系统及PLC程序。

进一步地，所述PAC投药设备还包括多点加药管路，该多点加药管路与加药泵连通，并延伸至高效沉淀池混凝池进口处，分布于混凝池进水口上方，该多点加药管路对应混凝池进水口均匀分布设置有若干个出药孔，PAC药剂由若干个出药孔排入混凝池；所述PAM投药系统还包括环形加药管路，该环形加药管路与加药泵连通，并套设于污水处理组件的絮凝池导流筒外壁，所述环形加药管路上环绕导流筒均匀设置有若干个出药孔。

有益效果

本发明的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法及系统，可以在确保斜管区表面负荷高达17m³/(m²·h)d的高效沉淀池稳定运行、达标排放的基础上，实现节能降耗和精准加药，为现有高负荷高效沉淀池技改提供方案，也可以为新建高负荷高效沉淀池提供设计依据，有效降低占地面积、吨水投资成本和运行成本。本发明适用性强，控制方法具有自适应性，可以适合所有类型的高效沉淀池。

附图说明

图1为本发明实施例高负荷运行系统流程图；

图2为本发明实施例PAM加药系统结构图；

图3为本发明实施例的PAC加药系统结构图；

图4为本发明实施例的高效沉淀池的絮凝池、沉淀池局部结构图；

图5为本发明实施例的高效沉淀池的混合池局部结构图；

图6为本发明实施例的高效沉淀池的排泥系统局部结构图；

图7为本发明实施例的PAM加药系统控制图；

图8为本发明实施例的PAC加药系统控制图；

图9为本发明实施例的泥层控制和回流控制系统流程图；

图10为本发明实施例的PAM投加比情况示意图；

其中，1-PAM配药装置、2A-PAM加药泵、2B-PAC加药泵、3A-PAM电磁流量计、3B-PAC电磁流量计、4-PAC储药池、7-多点加药管路、8-混凝池、9-絮凝池、10-环形加药管路、11-导流筒、12-泥位计、14-沉淀池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制系统，如图1、2、3、4、5、6所示，包括污水处理池组件、PAM加药装置组件、PAC加药装置组件、污泥回流装置组件、泥层控制组件、活性污泥投加装置组件、检测仪表组件及控制系统，所述污水处理池组件包括生化池、二沉池、高效沉淀池14、滤池和消毒池，在该污水处理池组中，生化池、二沉池、高效沉淀池、滤池和消毒池的数量按照具体需求均可设置为多组或多个。所述高效沉淀池14包括混凝池8、絮凝池9和沉淀池14；根据各组件的功能不同，以及在污水处理厂建设位置的不同，设置了不同的PLC控制器，各控制通过光纤通讯。

所述PAM加药装置组件包括PAM配置装置1、加药泵2A、电磁流量计3A、稀释装置、环形出药口、电气控制系统及PLC程序；所述PAC加药装置组件包括PAC储药池4、加药泵2B、电磁流量计3B、多点出口装置、电气控制系统及PLC程序；所述污泥回流装置组件包括回流泵、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；所述泥层控制组件包括剩余污泥泵、污泥界面分析仪、电磁流量计3C、电气控制系统及PLC程序；所述活性污泥投加装置组件包括投加泵、电磁流量计3D、电气控制系统及PLC程序；

所述检测仪表组件包括设置于高效沉淀池14进水渠的磷酸盐在线分析仪，设置于污水厂出水口的总出水流量计、出水总磷在线分析仪，设置于高效沉淀池14沉淀区中心岛无斜管敷设区的污泥界面分析仪、设置于PAC加药装置组件的PAC加药流量计、设置于PAM加药装置组件的PAM加药流量计、设置于高效沉淀池14回流泵管道的回流污泥流量计、设置于活性污泥投加装置组件管路的电磁流量计3D。所述控制系统包括上述各组件的电气控制系统及PLC程序。

进一步地，所述PAC投药设备还包括多点加药管路7，该多点加药管路7与加药泵2连通，并延伸至高效沉淀池14混凝池8进口处，分布于混凝池8进水口上方，该多点加药管路7对应混凝池8进水口均匀分布设置有若干个出药孔，PAC药剂由若干个出药孔排入混凝池8；所述PAM投药系统还包括环形加药管路10，该环形加药管路10与加药泵2连通，并套设于污水处理组件的絮凝池9导流筒11外壁，所述环形加药管路10上环绕导流筒11均匀设置有若干个出药孔。

原高效沉淀池没有设置泥位计，日常运行无法掌握高效沉淀池沉淀区泥层厚度，时有发生因泥层厚度过高导致出水翻泥现象，且当泥层厚度过低或没有形成泥层时，回流至絮凝池9污泥浓度偏低，致使絮凝效果不佳处理效果较差，不利于高效沉淀池稳定运行。

为了及时了解高效沉淀池沉淀区泥层厚度，在高效沉淀池中心岛无斜管敷设区开设圆孔直通池下，在圆孔水位下安装污泥界面分析仪，检测数据接入PLC，并传回中控室，数据可参与剩余污泥泵自动运行控制，有利于运行泥层控制，避免泥位过高出浑水或过排导致回流污泥浓度过低不利于絮凝效果。

如图4、图5所示，所述PAC投药设备1还包括多点加药管路7，该多点加药管路7与加药泵2B连通，并延伸至污水处理组件的混凝池8处，分布于混凝池8进水口上方，该多点加药管路7对应混凝池8进水口均匀分布设置有若干个出药孔，PAC药剂由若干个出药孔排入混凝池8；所述PAM投药系统还包括环形加药管路10，该环形加药管路10与加药泵2A连通，并套设于污水处理组件的絮凝池9导流筒11外壁，所述环形加药管路10上环绕导流筒11设置有若干个出药孔。

设计安装PAM药剂通过DN20的UPVC管投加至絮凝池9搅拌机导流筒11内，为单点投加，矾花效果较差，药单耗较高。为了能形成较大的矾花，提高高效沉淀池出水水质，减少翻泥跑泥现象，通过设置的环形加药管路10，使药剂在导流筒11腰部十字铰接处流出，随着导流筒11的循环流动，药剂重复混合，形成的絮凝矾花效果显著提升。阴离子PAM分子量非常高，粘度大，一般生产配置浓度0.2％为宜，因此每个高效沉淀池加药流量在0.5-1m3/h之间。

传统高效沉淀池PAC加药点在混凝池8中心单点加药，混合时间短、混合不均匀，PAC药耗高，部分进水未能与PAC药剂充分接触混合，导致除磷效果差；改造后，PAC加药管敷设在混凝池8尺寸为3000×500的进水口上方，在加药管上均匀开10个小孔，运行时，PAC药剂从10个小孔均匀流出，与进水充分接触，进而提高除磷效果。

本发明的使用步骤如下：

将待处理的污水引入处理池组，使污水依次通过生物池、二沉池、高效沉淀池、滤池和消毒池处理后排出；PAM加药装置组件、PAC加药装置组件、污泥回流装置组件、泥层控制组件、活性污泥投加装置组件同时工作，保证了高效沉淀池稳定运行、达标排放。污水处理厂设计处理规模40×10⁴m³/d，变化系数1.3，8个高效沉淀池、每池日平均处理能力5×10⁴m³/d，高效池斜管区最大表面负荷16.86m³/(m²·h)，即上升流速16.86m/h，满负荷平均上升流速12.97m/h。

1)阴离子PAM精准投加

设置在污水处理厂出口管道的出水流量计将出水瞬时流量值传输至控制器PLC4，通过光纤传输至阴离子PAM精准投加控制器PLC3，主控制器PLC3通过通讯读取阴离子PAM配药装置自动配药浓度C_PAM，读取中控室监控系统高效沉淀池实际投运池数n，以及根据试验或生产经验得出的投加比系数r和各池调整系数K₁。

如图7所示，以出水流量Q₁从初始15000m³/h上升到17500m³/h，实际投运池数n＝8，PAM配置浓度C_PAM＝0.15％，精度范围R＝50L/h为例，根据经验投加比r取0.9mg/L，1号高效池实际进水略小于平均流量调整系数K₁取1.0，2号高效池实际矾花稍小调整系数K₁取1.1。

根据出水流量计算可得高效沉淀池初始上升流速q₁＝(15000×16.86)/(40×10⁴×1.3÷24)＝11.67m/h，可知10≤q﹤12时，r＝0.9；

1号高效沉淀池PAM初始加药流量：

Q_PAM1c＝K₁×(r×Q₁)/(C_PAM×n×1000)

＝0.9×(0.9×15000)/(0.15％×8×1000)

＝1012.5L/h

当出水流量上升到17500m³/h时，计算可得高效沉淀池上升流速q＝(17500×16.86)/(40×10⁴×1.3÷24)＝13.62m/h，可知12≤q﹤14时，r＝1.0；

1号高效沉淀池PAM加药目标流量：

Q_PAM1＝K₁×(r×Q₁)/(C_PAM×n×1000)

＝0.9×(1.0×17500)/(0.15％×8×1000)

＝1312.5L/h

控制器PLC3计算药剂投加量偏差＝1312.5-1012.5＝300＞精度范围R＝50L/h，PLC3程序逐渐增加1号高效池阴离子PAM加药泵运行频率，使实际加药流量逐渐靠近目标流量。当实际加药流量上升到精度范围内后，则不再调整变频器频率，按照该频率持续投药，直到偏差差值再次超出精度范围。为了减少加药流量在目标值偏差范围附近来回震荡，控制器设置了延时滤波技术，使加药流量控制更加稳定。

2)PAC除磷药剂精准投加

设置在污水处理厂出口管道的出水流量计将出水瞬时流量值和出水在线TP仪表检测出水总磷浓度C₁传输至控制器PLC4，通过光纤传输至PAC精准投加控制器PLC2。设置在高效沉淀池进水渠的磷酸盐在线分析仪将检测到的高效池进水正磷酸盐浓度C_pj传输至控制器PLC1，通过光纤传输至控制器PLC2。主控制器PLC2通过通讯读取中控室监控系统高效沉淀池实际投运池数n、高效池出水正磷酸盐设定目标浓度C_sp、PAC液体密度ρ以及根据各高效沉淀池实际运行差异设置的调整系数K₂。

如图8所示，以出水流量Q₁从初始15000m³/h上升到17500m³/h，实际投运池数n＝8，PAC浓度C_PAC＝10％，精度范围R＝4L/h为例，污水厂出水执行更高排放标准(TP≤0.3mg/L)时高效池出水磷酸盐设定目标浓度C_sp取0.2mg/L，根据经验1号高效池实际进水略小于平均流量调整系数K₁取0.9，2号高效池实际矾花稍小调整系数K₁取1.1。初设进水正磷酸盐浓度C_pj为1.05mg/L，流量上升到17500m³/h检测浓度为0.95mg/L。

由污水厂出水执行更高排放标准(TP≤0.3mg/L)，高效池进水正磷酸盐浓度为1.05mg/L，查询可知1.5＞C_pj≥1.0mg/L时，m₁＝4.0，且初始m₂＝0可计算m＝m₁+m₂＝4.0。

1号高效沉淀池PAC初始加药流量：

当出水流量上升到17500m³/h，高效池进水正磷酸盐浓度C_pj检测值为0.95mg/L时，查询可知1.0＞C_pj≥0.7mg/L时，m₁＝4.5，且初始m₂＝0可计算m＝m₁+m₂＝4.5。

此时，1号高效沉淀池PAC初始加药目标流量为：

控制器PLC2计算药剂投加量偏差＝194.3-167.8＝26.5＞精度范围R＝4L/h，PLC2程序逐渐增加1号高效池PAC加药泵运行频率，使实际加药流量逐渐靠近目标流量。当实际加药流量上升到精度范围内后，则不再调整变频器频率，按照该频率持续投药，直到偏差差值再次超出精度范围。为了减少加药流量在目标值偏差范围附近来回震荡，控制器设置了延时滤波技术，使加药流量控制更加稳定。

当出水出水在线TP仪表检测出水总磷浓度C₁为0.3mg/L，超过出水总磷浓度设定目标值C_1S＝0.25mg/L时，由于C₁＞C_1S，则m₂＝m₂+0.5＝0.5，m＝m₁+m₂＝4.5+0.5＝5.0,此时1号高效沉淀池PAC初始加药目标流量为：

控制器PLC2计算药剂投加量偏差＝216-194.3＝21.7＞精度范围R＝4L/h，PLC2程序逐渐增加1号高效池PAC加药泵运行频率，使实际加药流量逐渐靠近目标流量。当实际加药流量上升到精度范围内后，则不再调整变频器频率，按照该频率持续投药，直到偏差差值再次超出精度范围。

若经过调整，污水厂出水在线总磷在下个检测周期检测到在线总磷数据恢复到设定目标值C_1S＝0.25mg/L以下时，由于C₁＜C_1S且m₂≥0.5时，则m₂＝m₂-0.5＝0，m＝m₁+m₂＝4.5+0＝4.5,此时1号高效沉淀池PAC初始加药目标流量为194.3L/h，控制器PLC2计算药剂投加量偏差＝|216-194.3|＝21.7＞精度范围R＝4L/h，PLC2程序逐渐减少1号高效池PAC加药泵运行频率，使实际加药流量逐渐靠近目标流量。

3)污泥回流精准控制

设置在污水处理厂出口管道的出水流量计将出水瞬时流量值Q₁传输至控制器PLC4，通过光纤传输至高效沉淀池控制器PLC1。设置于高效沉淀池回流污泥管上的电磁流量计的检测值传输至控制器PLC1。通过污泥回流泵将沉淀区泥斗中污泥回流至絮凝池进口，回流污泥作为絮凝核晶吸附进水细小的胶体、悬浮物等，增强絮凝效果，同时将泥层中没有利用完毕的药剂导回二次利用，高效利用药剂效果。

如图9所示，以出水流量Q₁从初始15000m³/h上升到17500m³/h，实际投运池数n＝8，精度范围R_h＝6m³/h，根据现场运行经验设定目标回流比R₁＝3％为例。初始目标回流量:

当前实际回流量Q_h＞56+6＝62m³/h时，PLC1逐渐降低1号高效池回流泵运行频率，使实际回流量缓慢下降直到稳定进入R_h范围内；当前实际回流量Q_h﹤56-6＝50m³/h时，PLC1逐渐增加1号高效池回流泵运行频率，使实际回流量缓慢上升直到稳定进入R_h范围内。

当污水厂出水流量Q₁从初始15000m³/h上升到17500m³/h，计算可知目标回流量Q_h＝65.6m³/h,PLC1逐渐增加1号高效池回流泵运行频率，使实际回流量缓慢上升直到稳定进入R_h范围内。当实际回流流量上升到精度范围内后，则不再调整变频器频率，按照该频率持续运行，直到偏差差值再次超出精度范围。为了减少回流量在目标值偏差范围附近来回震荡，控制器设置了延时滤波技术，使回流量控制更加稳定。

4)泥层精准控制

设置于高效沉淀池14沉淀区中心岛无斜管敷设区的污泥界面分析仪和设置于剩余污泥排放管上的电磁流量计3C的检测值分别传输至控制器PLC1。本实施例将相连两组高效沉淀池合并纳入一个泥层精准控制系统，以就近且节约控制器数量，设定h₁范围上限h₀＝0.8m、下限h₂＝0.3m，1号高效沉淀池排泥时间t₁₁＝1.5min、2号高效沉淀池排泥时间t₁₂＝2min、间隔时间t₀＝35min，排泥时间自动调整时限定t₁范围0.5～10min。以当前1号高效池泥位h₁₁＝1.0m，2号高效池泥位h₁₂＝0.5m为例，如图9所示：

步骤1：剩余污泥泵停止运行并开始计时间隔时间t₀，计时时间到达t₀＝35min时，3号高效池剩余污泥泵开始启动运行，把泥斗中的污泥排放至浓缩池或储泥池，并开始计时运行时间t₁₁；

步骤2：运行时间达到t₁₁＝1.5min时，1号高效池剩余污泥泵停止运行，2号高效池剩余污泥泵开始启动运行，把泥斗中的污泥排放至浓缩池或储泥池，并开始计时运行时间t₁₂；运行时间达到t₁₂＝2min时，2号高效池剩余污泥泵停止运行，并开始计时间隔时间t₀；

步骤3：判断泥层h₁₁>h₀＝0.8m，则t₁₁＝t₁₁+0.5＝2min；h₂<h₁₂<h₀，t₁₂＝2min保持不变；

步骤4：重复步骤1；

5)活性污泥精准投加

设置在污水处理厂出口管道的出水流量计将出水瞬时流量值Q₁传输至控制器PLC4，通过光纤传输至活性污泥精准投加控制器PLC5。设置于活性污泥投加管道上的电磁流量计的检测值传输至控制器PLC5。通过活性污泥投加泵将生化池出水泥水混合液或二沉池回流污泥投加至絮凝池进口，利用泥团密实、沉降性能好的活性污泥为絮凝核晶吸附进水细小的胶体、悬浮物等，进一步增强絮凝效果，提高泥水在沉淀区的分离效果。活性污泥精准投加作为污泥回流精准控制系统的强化和补充，共同提高絮凝效果。

以出水流量Q₁初始15000m³/h，实际投运池数n＝8，精度范围R_w＝6m³/h，根据现场运行经验设定目标活性污泥投加比R₂＝1％为例。活性污泥投加量:

当前实际回流量Q₂＞18.75+6＝24.75m³/h时，PLC5逐渐降低活性污泥投加泵运行频率，使实际投加量缓慢下降直到稳定进入R_w范围内；当前实际投加量Q₂﹤18.75-6＝12.75m³/h时，PLC5逐渐增加活性污泥投加泵运行频率，使实际投加量缓慢上升直到稳定进入R_w范围内。当实际投加流量上升到精度范围内后，则不再调整变频器频率，按照该频率持续运行，直到偏差差值再次超出精度范围。为了减少投加量在目标值偏差范围附近来回震荡，控制器设置了延时滤波技术，使投加量控制更加稳定。

经过药剂优选控制方法选到的高分子量且不掺杂物的阴离子PAM后，并按照上述阴离子PAM精准投加控制方法、PAC除磷药剂精准投加控制方法、污泥回流精准控制方法、泥层精准控制方法和活性污泥精准投加控制方法协调控制，确保了高负荷高效沉淀池稳定运行，不漂泥不跑泥，出水稳定达标排放，实现节能降耗和精准控制。PAC投加量从本发明使用前的平均96mg/L下降至本发明使用后的平均61mg/L，阴离子PAM投加量从本发明使用前的平均1.15mg/L下降至使用后的平均0.87mg/L，效果非常明显。

为了更好地理解阴离子PAM投加比设定对系统稳定运行的作用，因此，在权利要求1中，对高效池在高负荷运行情况下，PAM药剂投加比r的确定方法进行了研究。投加比为单位污水处理量需投加的PAM干粉质量，单位为mg/L。在相同负荷下，不同投加比对高效池沉淀区泥层的密实度和泥位的影响，通过读取和了解泥位计的泥位和波形图，及出水水质的稳定性来判断高效沉淀池的稳定运行情况。从PAM投加比为0.6mg/L、0.7mg/L、0.8mg/L、0.9mg/L、1.0mg/L时观察到的泥位计泥位和波形图如说明书附图10所示。随着投加比的增加，缓坡型的波形逐渐向峭壁型的波形变化，可知高效池沉淀区泥位逐渐密实，悬浮的污泥颗粒逐渐变少，出水水质稳定变好，这与实际运行情况观察结果相符，投加比越高，高效沉淀池稳定运行时间越长，漂泥翻泥现象越少。从实际运行效果和图中可知，高效沉淀池在投加比达到0.9mg/L时，已基本能保证稳定运行。但不同的高效沉淀池仍需要通过现场试验确定最佳投加比。

Claims (10)

1.一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，包括阴离子PAM精准投加控制方法、PAC除磷药剂精准投加控制方法、污泥回流精准控制方法、泥层精准控制方法、活性污泥精准投加控制方法和药剂优选控制方法；其特征在于：所述阴离子PAM精准投加控制方法，向高效沉淀池絮凝池加入配置成0.1％-0.3％的液体阴离子PAM，且阴离子PAM的加药流量根据污水处理厂实时出水流量与实际投入运行的高效沉淀池数量计算得出，加药流量Q_PAM计算公式如下：

Q_PAM＝K₁×(r×Q₁)/(C_PAM×n×1000)

其中：Q_PAM——单个高效沉淀池阴离子PAM加药流量，L/h；

r——阴离子PAM药剂投加比，mg/L；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

C_PAM——药剂配置浓度，％；

n——高效沉淀池实际投运数量；

K₁——调整系统，0.8-1.2；

在高效沉淀池实际运行中调匀各个高效沉淀池进水流量，并根据各高效沉淀池实际运行的进水流量差异，设置调整系数K₁，提高各池絮凝效果；

根据不同污水流量对高效沉淀斜管区上升流速的不同，以及对矾花沉淀效果的不同，药剂投加比r取值如下：

q﹤8m/h时，r＝0.7；

8≤q﹤10时，r＝0.8；

10≤q﹤12时，r＝0.9；

12≤q﹤14时，r＝1.0；

14≤q﹤15时，r＝1.1；

15≤q﹤17时，r＝1.2；

其中：q——高效沉淀池斜管区上升流速，可转换为对应出水污水流量。

2.根据权利要求1所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：所述PAC除磷药剂精准投加控制方法，是基于高效沉淀池进水正磷酸盐负荷(前馈)与出水总磷浓度(反馈)精准控制除磷剂投加的方法，向二沉池出口或高效沉淀池混凝池进口加入除磷药剂PAC，且除磷药剂PAC的加药流量根据污水处理厂实时出水流量、高效沉淀池进口正磷酸盐浓度与实际投入运行的高效沉淀池数量计算得出，加药流量Q_PAC计算公式如下：

其中：Q_PAC1——单个高效沉淀池PAC加药流量，L/h；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

n——高效沉淀池实际投运数量；

C_pj——高效池进水磷酸盐浓度，mg/L；

C_sp——高效池出水磷酸盐设定浓度，mg/L，C_sp＜C_pj；

m——投加系数，投加药剂中有效物质铝与污水中所需去除磷的摩尔比，mol/mol；Al——铝原子质量,27；

P——磷原子质量,31；

Al₂O₃——分子质量,102；

ρ：PAC液体密度，根据检测确定，一般取为1.25×10³kg/m³；

C_PAC——PAC中Al₂O₃中含量，这里取10％的PAC液体；

其中，摩尔比投加系数m由前馈投加系数m₁和后馈投加系数m₂合计计算，计算公式如下：

m＝m₁+m₂

在高效沉淀池实际运行中调匀各个高效沉淀池进水流量，并根据各高效沉淀池实际运行差异，设置调整系数K₂，提高各池混凝效果；

Q_PAC＝K₂×Q_PAC1

其中：Q_PAC——单个高效池调整后的PAC加药流量，L/h；

K₂——调整系数，取值范围为0.8-1.2；

对高效池进水的正磷酸盐浓度进行在线检测，并根据检测的正磷酸盐浓度C_pj，向二沉池出水或高效池进水口加入除磷药剂PAC；由于加入的部分PAC用于混凝作用，因此根据检测正磷酸盐浓度设置不同的投加系数，摩尔比m₁取值如下：

污水厂出水执行一级A排放标准(TP≤0.5mg/L)：

C_pj≥2.0mg/L时，m₁＝2.0；

2.0＞C_pj≥1.5mg/L时，m₁＝2.5；

1.5＞C_pj≥1.0mg/L时，m₁＝3.0；

1.0＞C_pj≥0.7mg/L时，m₁＝3.5；

0.7＞C_pj≥0.5mg/L时，m₁＝4.0；

污水厂出水执行更高排放标准(TP≤0.3mg/L)：

C_pj≥2.0mg/L时，m₁＝3.0；

2.0＞C_pj≥1.5mg/L时，m₁＝3.5；

1.5＞C_pj≥1.0mg/L时，m₁＝4.0；

1.0＞C_pj≥0.7mg/L时，m₁＝4.5；

0.7＞C_pj≥0.5mg/L时，m₁＝5.0；

0.5＞C_pj≥0.3mg/L时，m₁＝6.0。

3.根据权利要求2所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：对污水处理厂出水的总磷浓度进行在线检测，并根据检测的总磷浓度C₁，对照出水总磷浓度设定目标值C_1S，调整后馈摩尔比投加系数m₂，实现后反馈控制确保出水总磷达标排放，调整原则如下：

初时，m₂＝0；

当C₁＞C_1S时，m₂＝m₂+0.5；

在一个在线仪表检测周期后(一般出水在线仪表检测周期为2小时)，若C₁＞C_1S时，则m₂＝m₂+0.5；若C₁＜C_1S且m₂≥0.5时，则m₂＝m₂-0.5；如此循环；m₂取值范围为0～3。

4.根据权利要求3所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：所述除磷药剂PAC的有效成分含量为10～11％，盐基度大于70％，其它指标符合《水处理剂聚合氯化铝GB/T 22627-2014》。

5.根据权利要求1或4所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：所述污泥回流精准控制方法，通过污泥回流泵将沉淀区泥斗中污泥回流至絮凝池进口，回流污泥作为絮凝核晶吸附进水细小的胶体、悬浮物，同时将泥层中没有利用完毕的药剂导回二次利用，且污泥回流量根据污水处理厂实时出水流量、实际投入运行的高效沉淀池数量、以及设定的回流比计算得出，回流流量Q_h计算公式如下：

其中：Q_h——污泥回流流量，m³/h；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

n——高效沉淀池实际投运数量；

R₁——污泥回流比，％，取值范围为2％～5％。

6.根据权利要求5所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：所述泥层精准控制方法，通过剩余污泥泵把泥斗中的污泥排放至污泥处理系统的浓缩池或储泥池，来控制高效沉淀池沉淀区的泥层厚度，且剩余污泥泵根据设定的间隔时间t₀和排放时间t₁循环运行，排放时间t₁受泥层h₁变化自动调整，其具体步骤如下：

T₁＝t₀+t₁；

其中：T₁——1个循环运行周期，min；

t₀——间隔时间，剩余污泥泵停止运行，min；

t₁——排放时间，min；

步骤1：剩余污泥泵停止运行并开始计时间隔时间，计时时间到达t₀时，剩余污泥泵开始启动运行，把泥斗中的污泥排放至浓缩池或储泥池，并开始计时运行时间；

步骤2：运行时间达到t₁时，剩余污泥泵停止运行，并开始计时间隔时间；

步骤3：判断泥层h₁是否大于最高设定泥层h₀，如是则t₁＝t₁+0.5；

步骤4：判断泥层h₁是否小于最低设定泥层h₂，如是则t₁＝t₁-0.5，其中h₂＜h₁；

步骤5：重复步骤1；

其中：t₀取值范围为30～45min，t₁取值范围为0.5～10min，h₀取值范围为0.8～1米，h₂取值为0.3～0.5米。

7.根据权利要求6所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：所述活性污泥精准投加控制方法，通过活性污泥投加泵将生化池出水泥水混合液或二沉池回流污泥投加至絮凝池进口，利用泥团密实、沉降性能好的活性污泥为絮凝核晶吸附进水细小的胶体、悬浮物等，进一步增强絮凝效果，提高泥水在沉淀区的分离效果，且活性污泥投加量根据污水处理厂实时出水流量、实际投入运行的高效沉淀池数量、以及设定的投加比计算得出，并按设定的间隔时间间隙投加，投加流量Q₂计算公式如下：

其中：Q₂——活性污泥投加瞬时流量，m³/h；

Q₁——污水厂出水流量，m³/h；

n——高效沉淀池实际投运数量；

R₂——活性污泥投加比，％，取值范围为0.5％～1.5％；

活性污泥投加泵按照流量Q2，并按以下步骤投加活性污泥：

T₂＝t₂₀+t₂₁；

其中：T₂——1个循环运行周期，min；

t₂₀——间隔时间，投加泵停止运行，min，取值范围为30～60；

t₂₁——投加时间，min，取值范围为5～10；

步骤1：活性污泥投加泵停止运行并开始计时间隔时间，计时时间到达t₂₀时，投加泵开始启动运行，把活性污泥排放至絮凝池进口，并开始计时运行时间；

步骤2：运行时间达到t₂₁时，投加泵停止运行，并开始计时间隔时间；

步骤3：重复步骤1。

8.根据权利要求7所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制方法，其特征在于：所述药剂优选控制方法，包括阴离子PAM的优选控制方法，选取目前污水厂能开展检测的粘度(分子量)、固含量、灰分、电导率、游离氨、离子度、溶解时间、水不溶物含量等作为检测项目，在实验室开展检测，药剂检测合格后，再进行生产性上机试验，以选择性价比高、能使高效沉淀池稳定运行的药剂，并在药剂长期使用过程中定期抽检化验检测，步骤如下：

步骤1：用纯净水把固体阴离子PAM配置成浓度0.5g/L的溶液，检测电导率和游离氨指标；配置成0.1％浓度溶液，在溶液温度25℃时，用旋转粘度计0号转子在12rpm时的粘度；称取单位重量PAM在120℃烘干1小时和800℃灼烧2小时分别检测固含量和灰分；其他按阴离子PAM国家标准GB/T17514-2017方法检测；

步骤2：当检测结果粘度≥300mPa.S、且固含量≥90％、且灰分＜15％、且电导率70≤σ≤160S/m、且游离氨＜0.5％,且其它指标符合GB/T17514-2017时，表明药剂分子量大于1700万，且没有掺杂其它无效成分，药剂检测合格；

步骤3：对检测合格的药剂进行上机生产性试验，用阴离子PAM配药装置自动配置成0.15％的溶液，通过加药泵投加至高效沉淀池絮凝池，按上述阴离子PAM精准投加控制方法，投加比由1mg/L逐级下调，每级下调幅度0.05mg/L，生产运行1小时，直至高效沉淀池斜管区有局部细小漂泥为止；

步骤4：若此时投加比小于等于0.6mg/L的，药剂符合高负荷高效沉淀池稳定生产节能降耗使用要求；若不符合要求可重复步骤1选择其它阴离子PAM药剂。

9.一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制系统，其特征在于：所述稳定运行节能降耗控制系统包括污水处理池组件、PAM加药装置组件、PAC加药装置组件、污泥回流装置组件、泥层控制组件、活性污泥投加装置组件、检测仪表组件及控制系统，所述污水处理池组件包括生化池、二沉池、高效沉淀池、滤池和消毒池，所述高效沉淀池包括混凝池、絮凝池和沉淀池；

所述PAM加药装置组件包括配置装置、加药泵、电磁流量计、稀释装置、环形出药口、电气控制系统及PLC程序；所述PAC加药装置组件包括储药池、加药泵、电磁流量计、多点出口装置、电气控制系统及PLC程序；所述污泥回流装置组件包括回流泵、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；所述泥层控制组件包括剩余污泥泵、污泥界面分析仪、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；所述活性污泥投加装置组件包括投加泵、电磁流量计、电气控制系统及PLC程序；

所述检测仪表组件包括设置于高效沉淀池进水渠的磷酸盐在线分析仪，设置于污水厂出水口的总出水流量计、出水总磷在线分析仪，设置于高效沉淀池沉淀区中心岛无斜管敷设区的污泥界面分析仪、设置于PAC加药装置组件的PAC加药流量计、设置于PAM加药装置组件的PAM加药流量计、设置于高效沉淀池回流泵管道的回流污泥流量计、设置于活性污泥投加装置组件管路的活性污泥流量计，所述控制系统包括上述各组件的电气控制系统及PLC程序。

10.根据权利要求9所述的一种高负荷高效沉淀池的稳定运行节能降耗控制系统，其特征在于：所述PAC投药设备还包括多点加药管路，该多点加药管路与加药泵连通，并延伸至高效沉淀池混凝池进口处，分布于混凝池进水口上方，该多点加药管路对应混凝池进水口均匀分布设置有若干个出药孔，PAC药剂由若干个出药孔排入混凝池；所述PAM投药系统还包括环形加药管路，该环形加药管路与加药泵连通，并套设于污水处理组件的絮凝池导流筒外壁，所述环形加药管路上环绕导流筒均匀设置有若干个出药孔。

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