CN201390675Y - 连续更新动态膜的v形槽式立方体微网组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，包括微网网体，其特征是还设有方框形壳套，T形截面导轨，反冲洗水管，喷气冲刷管，收水堰，行走机构；所述微网网体是由多层不同孔径微网叠加并依骨架固定成形为由多列V形槽并排连接形成的立方微网网体，底部密封连接底网；微网网体与底网之间形成若干内置陶粒球的封闭网室；所述导轨置于壳套中央，两微网网体对称设置于导轨两侧，导轨上设有带动两侧反冲洗水管及喷气冲刷管连续往复同步运行的行走机构；应用时在混合液中加入5‰～1％的环境矿物材料。本实用新型的优点是：造价低，体积小，通量高，出水水质好，出水率高，优化简化动力和控制系统，低能耗，低成本。

Description

连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件

技术领域

本实用新型涉及一种污、废水处理领域膜生物反应器工艺用膜组件，尤其涉及一种具有以环境矿物、微生物菌胶团与微细滤网(行业统称微网)协同作用达到微滤固液分离效果的连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bio Reactor，简称MBR)的研究开发只有近30年的历史，真正的规模应用不到20年。它是将污、废水生物处理技术和膜分离技术相结合的一种新型水处理装置。膜生物反应器工艺所具有的高质量的固液分离效果和高浓度、长泥龄活性污泥对有机物较高的去除效果，使其成为一种出水水质好、占地面积小、剩余污泥量低、易于实现自动化的优化合成水处理工艺。在水处理领域，尤其在污、废水资源化工程方面得到较为广泛的应用。然而，在MBR工艺推广过程中存在着如下缺点与障碍：(1)MBR采用专用的膜孔径在1微米以下微滤或超滤膜组件截留污泥，出水量低，难以满足大规模应用的要求；(2)传统的膜组件造价高，且运行的控制过程相对复杂，使得基建投资较高；(3)膜组件容易出现因浓差极化、污染、老化使其通量下降并产生堵塞，导致使用寿命低；尤其使用中为使过滤水通过膜组件，需要设置高压抽吸水泵和与之相关的控制部件，同时维护需要较高技术条件，因此运行能耗、费用较高，限制了膜组件较大规模的应用和推广。

近年，MBR领域开始出现对动态膜分离技术的研究，其特点是以普通孔状材料通常是指孔径在400目以上如不锈钢丝网、尼龙丝网、化纤丝网、无纺布等微细滤网(行业统称微网)代替传统的微滤或超滤膜制作微网组件，使用时，微网组件置于生物反应器混合液中，在污水处理的循环过程中，随着生化反应及过滤过程的进行，微生物菌胶团沉淀附着在微网上形成周期性生长脱落的生物质层也称为动态膜。该膜的形成改进了作为支撑体的微网介质的过滤性能，动态膜具有活性、柔性和吸附性，其分离质量的高低和通量的大小决定于膜的活性、密度、厚度以及通过压力；在一定的控制条件下，动态膜可达到和上述固体型传统MBR工艺用膜组件相同的微滤分离效果，但其对流体的跨膜压力要求却远远低于传统的MBR膜组件，且膜组件材料易得、价格低廉，可显著降低工程成本，因此易于大规模应用和推广。然而目前该技术仍不成熟，尚处于研发阶段。现有动态膜微网组件一般为平面形，类似于传统平板形MBR膜组件，并延用传统膜组件MBR工艺的错流过滤来控制动态膜厚度和降低膜污染以及延用停机间断反冲洗方式来保证膜通量。错流是利用紊流剪切和冲刷作用来抑制污染物质在膜表面的附集，这对于MBR膜组件降低污染非常有效，但对以利用污染物质进行固液分离的活性和柔性的动态膜来说却会产生不利影响，紊流使质地柔软，与滤网附着力弱，尤其在经历生成、成长、成熟、衰弱、死亡的新陈代谢过程中本身就会出现非周期性脱落的生物质层更易脱离微网，造成悬浮物质无规律泄漏；错流除体现表面剪切冲刷作用外，同时存在对膜面的法向振动作用，这种法向振动使膜层生长不可能均匀，膜面中心部位因振幅过高而难以形成有效凝胶层，因此，错流方式运行的动态膜对较大分子量的溶解性有机物截流效果很差；错流剪切冲刷和法向振动作用也极易使动态膜层出现“漏洞”，使出水浊度无规律波动并难以控制在较高水平，细菌总数超标；尤其在使用过程中因膜层增厚，附着污物过多，通量下降进行反冲洗时需要足够大流量的水或气混水，使反冲洗设备容量大，资源耗费、能耗高，间断使用，设备闲置率高；反冲洗后，因动态膜再生成期间会产生大量未经过滤的干扰水，使出水率难以提高。这些不利影响造成现有动态膜技术处于出水水质不够稳定、膜面积难以放大、出水率较低、尚不能实现大规模应用的技术性瓶颈，限制了动态膜技术的工程性利用。

综上所述，如何克服上述问题，实现采用低成本的动态膜分离技术既能达到传统MBR膜组件出水水质，并提高通量及出水率，又能达到减少能耗，降低成本的目的，成为业界关注问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于：针对上述问题，提供一种造价低、体积小、出水水质好，通量高、出水率高并优化简化动力和控制系统，实现低能耗，低成本的连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，包括支撑动态膜的微网网体，其特征在于还设有方框形壳套，T形截面导轨、反冲洗水管，喷气冲刷管，收水堰，行走机构；所述微网网体是由多层孔径为300～500目的不同孔径微网叠加并依骨架固定成形为由多列V形槽并排连接形成的立方体微网网体，其底部密封连接孔径为50～100目的底网；微网网体的V形槽与底网之间形成的若干纵向条形封闭网室由骨架上设置的多个横向分隔孔板分隔成若干分段封闭网室，各分段封闭网室对应的底网上放置2～3层能在向上推力作用下跳动的陶粒球；所述T形截面导轨平行于壳套侧壁设置于壳套中央，两个微网网体以V形槽平行于壳套侧壁对称设置于T形截面导轨两侧，两个微网网体外侧分别固定连接壳套、内侧分别固定连接T形截面导轨；置于混合液中的的微网网体的上部开放，为清水区，清水通过设置在套壳上部的收水堰排出；底网下部为混合液进水面；高于收水堰的T形截面导轨顶部设有配置水源及气源并沿T形截面导轨连续往复运行的行走机构，所述反冲洗水管横跨微网网体设置在微网网体上方，反冲洗水管下面连接多个与各V形槽对应设置的液体喷头；所述喷气冲刷管横跨微网网体与反冲洗过水管位于同一平面设置在微网网体下方，喷气冲刷管上面对应所述底网设置若干出气孔；所述行走机构通过连接水源的两输水管分别密封连接设于其两侧的反冲洗水管、通过连接气源的两输气管分别密封连接设于其两侧的喷气冲刷管；所述两个微网网体各自对应的输水管和输气管上分别设置了用于使各自微网网体的输水管、输气管同时开、闭，并在所述行走机构完成单向行程进行反向时，两输水管之间及两输气管之间进行开闭转换的联动电动阀。

所述T形截面导轨其竖直部分为通道，通道两侧的水平顶部为行走导轨；所述行走机构包括设置于所述行走导轨顶部的移动架，安装于移动架上的电机，减速机，传动齿轮，轮轴，微动开关及通过微动开关控制所述联动电动阀开闭及所述电机运行方向的电气控制箱，微动开关分别设置在移动架与所述套壳端壁对应的两侧，电机通过减速机连接传动齿轮，传动齿轮与轮轴固定连接，通过置位于行走导轨上的轮轴的两滚轮的滚动，行走机构移动；所述气源取自曝气器进气管或附设空气泵，固定于移动架上的所述两输气管通过所述T形截面导轨竖直部分的通道分别连至两喷气冲刷管；所述水源为清水区，固定于移动架上的高压水泵通过水泵进水管连接清水区，通过水泵出水管分别连接两输水管，所述水泵出水管上设有水量调节阀，连接两输气管的进气管上设有气量调节阀。

所述的多个液体喷头形状与V形槽形状吻合，并分别插入各V形槽内，其贴靠V形槽槽面的两侧开有出水孔。

所述陶粒球是直径为4～1 0mm的圆形陶粒球。

本实用新型的有益效果是：

(1)采用V形槽式微网立方体组件，可提供出一种变紊流为层流即稳定升流的死端过滤方式，在V形槽、封闭底网、陶粒球、分隔孔板以及收水堰的共同作用下，创造了适于动态膜生成、代谢的良好稳定的水力环境，它可有效避免紊流振动造成动态膜层生成不均匀、易脱落和产生“漏洞”问题，以此为稳定和提高出水水质提供了基础性保证；(2)采用V形槽式微网立方体组件，提高了单位体积下的膜过滤面积，提高通量并减小装置体积，尤其与传统MBR膜组件相比，微网价格低，显著降低制造成本；(3)采用设于同一竖直平面内的缓慢移动的反冲洗液体喷头喷气冲刷管实现对微网动态膜的连续在线反冲洗及剪切剥离，由于速度缓慢且瞬间仅对沿管线区域的微网上的局部动态膜进行冲刷，因此给新动态膜的生长以足够延续时间，尤其采用喷气冲刷管与圆形陶粒球结合，通过分段封闭网室内圆形陶粒球的不规则跳动达到充分剪切、摩擦微网的进水面，使膜充分脱落，这种水、气协同作用达到旧膜去除与新膜生长良性交替循环，有效控制膜厚，既保证通量，又不出现漏洞，防止悬浮物质和微细胶体颗粒穿过滤网保证出水水质良好，出水率高；(4)使用时，混合液中加入环境矿物材料，当微网上的动态膜层被瞬时冲开后，环境矿物材料在水压作用下及时填补微网孔隙，抑制悬浮物质和微细胶体颗粒穿过微网，使干扰降低到最小水平；此外环境矿物材料作为微网填充层，比生物体直接包裹在微网上更容易剥离，有利于对微网组件的保护，使其不出现深度污染，因此降低反冲洗的能耗；(5)与传统加一定压力及足够大流量的水或气混水的间断反冲洗方式相比，本实用新型使用动态膜的透过水作为反冲洗水，因用量极低，具有非常高的有效透水率；与现有膜生物反应器工艺中采用错流冲洗模式的高气水比相比，本实用新型的连续在线清洗方法，对供气量的要求不超过正常硝化所需要的供气量，设备容量也远低于传统的膜生物反应器工艺，显著节约资源及装机成本，降低能耗，而且使反冲洗水设备利用率为1 00％。这种连续在线清洗方法，有效解决了现存有效透水率过低和反冲洗设备闲置率过高的问题。本实用新型作为单独的固液分离组件，可以安装在任何形式的好氧生化池内，可以满足大规模应用的要求。

附图说明

图1是本实用新型的俯视结构示意图；

图2是图1的A-A剖面视图。

以下结合附图和实施例对本实用新型详细说明。

具体实施方式

图1-图2示出一种连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，包括支撑动态膜的微网网体，其特征在于还设有方框形壳套25，T形截面导轨40、反冲洗水管2-1、2-2，喷气冲刷管7-1、7-2，收水堰1-1、1-2，行走机构30；上述微网网体是由多层孔径为300～500目的不同孔径微网叠加并依骨架固定成形为由多列V形槽并排连接形成的立方体微网网体，其底部密封连接孔径为50～100目的底网65；微网网体的V形槽与底网之间形成的若干纵向条形封闭网室由骨架上设置的多个横向分隔孔板66分隔成若干分段封闭网室，各分段封闭网室对应的底网上放置2～3层能在向上推力作用下跳动的市售陶粒球64，陶粒球64是直径为4～10mm的圆形陶粒球，本实施例中放置了3层。在实际制作中，上述骨架主要由压条62、龙骨63、多个分隔孔板66构成，本例中采用由下至上分别为310目、390目、500目三层微网叠加依骨架成形为V形槽状立方体微网网体，微网支撑在龙骨63及分隔孔板64上，V形槽上下折弯顶沿通过压条62压在龙骨63上并用紧固螺栓61固定。

上述T形截面导轨40平行于壳套25侧壁设置于壳套中央，两个上述的微网网体6-1、6-2以V形槽平行于壳套侧壁对称设置于T形截面导轨40的两侧，两个微网网体6-1、6-2的外侧分别固定连接壳套2 5、内侧分别固定连接T形截面导轨40；本实施例中，微网网体6-1、6-2的外侧分别由骨架通过顶部固定条板10及底部固定条板8固定连接在套壳25两侧壁上，固定条板10为开有若干孔的孔板，这样可以使过滤水通过；微网网体6-1、6-2的内侧分别由骨架通过顶部固定条板10及底部固定条板8固定连接T形截面导轨40。置于混合液中的的微网网体6-1、6-2的上部开放，为清水区，清水分别通过设置在套壳上部的收水堰1-1的出水口31、收水堰1-2的出水口32排出；底网65下部为混合液进水面；高于收水堰1-1、1-2的T形截面导轨40顶部设有配置水源及气源并沿T形截面导轨连续往复运行的行走机构30，上述反冲洗水管2-1、2-2分别横跨微网网体6-1、6-2设置在微网网体上方，反冲洗水管下面连接多个与各V形槽对应设置的液体喷头20，液体喷头20的形状与V形槽形状吻合，并分别插入各V形槽内，其贴靠V形槽槽面的两侧开有出水孔20-1。上述喷气冲刷管7-1、7-2分别横跨微网网体6-1、6-2与反冲洗过水管2-1、2-2位于同一平面设置在微网网体下方，喷气冲刷管7-1、7-2上面对应上述底网6 5设置若干出气孔70。本实施例中，上述反冲洗水管2-1、2-2两端分别设置滚轮11，通过滚轮11在微网网体顶部的固定条板10上滚动，实现平稳运行。同样，上述喷气冲刷管7-1、7-2两端分别设置滚轮9，通过滚轮9在微网网体底部的固定条板8上滚动，实现平稳运行。上述行走机构30通过连接水源的两输水管3-1、3-2分别密封连接设于其两侧的反冲洗水管2-1、2-2，并通过连接气源的两输气管16-1、16-2分别密封连接设于其两侧的喷气冲刷管7-1、7-2；上述两个微网网体6-1、6-2各自对应的输水管2-1、2-2和输气管16-1、16-2上分别设置了用于使各自微网网体的输水管、输气管同时开、闭，并在上述行走机构30完成单向行程进行反向时，两输水管之间及两输气管之间进行开闭转换的联动电动阀。本例中，输气管16-1、16-2，输水管3-1、3-2分别设置了联动电动阀5-1、5-2、5-3、5-4，并在所述行走机构30完成单向行程进行反向时，两输气管的联动电动阀5-1、5-2之间及两输水管的联动电动阀5-3、5-4之间进行开闭转换。

上述T形截面导轨40其竖直部分为通道，通道两侧的水平顶部为行走导轨4-1、4-2；上述行走机构30包括置于所述行走导轨顶部的移动架13，安装于移动架13上的电机18，减速机21，传动齿轮17，轮轴19，微动开关9-1、9-2及通过微动开关控制上述联动电动阀开闭及上述电机运行方向的电气控制箱33，微动开关9-1、9-2分别设置在移动架13与所述套壳端壁25-1、25-2对应的两侧，电机18通过减速机21连接传动齿轮17，传动齿轮17与轮轴19固定连接，通过置位于行走导轨上的轮轴19的两滚轮14的滚动，行走机构30移动。本实施例中，在移动架13上设置的电动控制箱33，用于通过微动开关9-1、9-2控制上述电机18反向运行及联动电动阀5-1、5-2、5-3、5-4与电机反向的同步开闭操作。电动控制箱33中的控制电路为现有常规电路。上述气源即本实用新型的进气管16的气源取自曝气器进气管或附设空气泵；通过固定架50固定于移动架13上的上述两输气管16-1、16-2通过上述T形截面导轨40竖直部分的通道分别连至两喷气冲刷管7-1、7-2。上述水源为清水区，固定于移动架13上的高压水泵15通过水泵进水管15-1连接清水区，通过水泵出水管分别连接两输水管3-1、3-2，水泵出水管上设有水量调节阀53，用于控制反冲洗水量的大小。连接两输气管的进气管16上设有气量调节阀52，用于控制喷气冲刷管气流的大小。

以下为采用上述连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件进行污、废水过滤的方法及工作原理

(1).含有环境矿物材料和微生物菌胶团的动态膜的形成

首先在现有含微生物菌胶团的待处理污水混合液中按重量百分比加入5‰～1％粒径为100目～400目的一种或多种环境矿物材料，环境矿物材料为硅藻土、沸石、海泡石、凹凸棒、蛭石及活性炭粉，本例中采用了粒径380目的硅藻土、粒径250目的沸石及粒径170目的海泡石；然后将所述微网组件水平放置于生物反应器好氧区或曝气生化池上端水中，调整合适的浸入深度，动态膜的通过压力要求很低，只需适当调整微网组件在混合液中的浸入深度即可实现；在曝气气压和水压共同作用下，混合液连续由微网组件的下部进入，贯通于微网组件，从上部流出，随液流循环，环境矿物材料和微生物菌胶团附着在微网网体6-1、6-2上形成具有活性、柔性和吸附特性的动态膜层；

(2).过滤生成清水

继续在步骤(1)中的曝气气压和水压共同作用下，混合液通过动态膜过滤，悬浮物质和微细胶体颗粒被拦截吸附在所述微网网体6-1、6-2进水面，净化后的清水分别经收水堰1-1、1-2从出水口31、32流出；

(3).在线气、水清洗并更新动态膜

经过一段时间的过滤，动态膜活性降低，膜层增厚，过滤液通量下降，开启所述电气控制箱33开关、高压水泵15出水管水量调节阀53及进气管16的气量调节阀52，在电气控制箱的控制下，电机通过减速机、传动齿轮带动轮轴转动，使行走机构30带动反冲洗水管2-1、2-2与喷气冲刷管7-1、7-2由套壳25一端壁即图2中的端壁25-1向套壳另一端壁即端壁25-2移动，根据动态膜的生长代谢时间，行走机构30的运行速度为0.1～10m/h；与此同时，在电气控制箱的控制下，使一侧的微网网体6-1的反冲洗水管2-1与喷气冲刷管7-1工作；工作时，一方面清水区的清水通过高压水泵15、输水管3-1压入反冲洗水管并通过液体喷头20贴靠微网出水面冲洗微网；另一方面，气体由输气管16-1压入喷气冲刷管7-1并通过出气孔70向微网网体6-1底部的分段封闭网室喷气，使其中的陶粒球64在上升推力作用下不规则跳动，剪切、摩擦微网的进水面，在气、水同步作用下，使微网动态膜及附着污物脱落；环境矿物材料可及时填补微网空隙，抑制悬浮物质和微细胶体颗粒穿过微网，由于位于同一竖直平面的反冲洗水管与喷气冲刷管以线形区域连续缓慢协同冲刷动态膜，使动态膜代谢、脱落、生长交错进行，实现在线更新。当行走机构30行至套壳的端壁25-2时，微动开关9-2与端壁25-2碰撞并动作，电机18在电气控制箱的控制下反向运转，行走机构30返回运行，与此同时，两输气管的联动电动阀5-1、5-2之间及两输水管联动电动阀5-3、5-4之间进行开闭转换，使另一侧微网网体6-2的反冲洗水管2-2与喷气冲刷管7-2工作，过程同前；当行走机构30返回到初始的套壳端壁25-1时，微动开关9-1与端壁25-1碰撞并动作，在电气控制箱的控制下，电机18又反向运转，又使初始运行的一侧微网网体6-1的反冲洗水管2-1与喷气冲刷管7-1工作；如此周而复始重复上述动态膜清洗、更新过程直至过滤操作停止。

以下为本实用新型的应用效果：

在瀑气池(或氧化沟)HRT＝4.5h，MILLSS＝9000mg/L，气水比＝10；膜组件反冲洗周期＝90min，膜组件浸入深度＝0.8m，微网面积＝45m²的条件下，

进水指标(原水平均值)：COD＝410mg/L、BOD＝170mg/L、SS＝230mg/L、氨氮＝30mg/L、总氮＝87mg/L、总磷＝3.5mg/L；

出水指标(透过水平均值)：COD＝41mg/L、BOD＝9mg/L、氨氮＝3.9mg/L、总氮＝11mg/L、总磷＝1mg/L，SS未检出、浊度＝3NTU、总菌群数≤200个/L。

总之，本实用新型的每个技术环节均体现保证出水质量、节约能源和提高运行效率的原则，有效解决传统膜组件出水量低，造价高，使用寿命低，容易出现因浓差极化、污染、老化导致的通量下降和堵塞，以及运行的控制过程复杂，维护需要较高技术条件的缺陷，并克服了现有利用动态膜的微网组件出水水质不够稳定、膜面积难以放大、出水率较低、能耗高，尚不能达到大规模应用水平的缺陷，进一步满足污、废水资源化大规模应用的技术、经济要求，使得利用动态膜的微网组件这项优秀的组合技术能够得到更为广泛的应用。

Claims (4)

1、一种连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，包括支撑动态膜的微网网体，其特征在于还设有方框形壳套，T形截面导轨、反冲洗水管，喷气冲刷管，收水堰，行走机构；所述微网网体是由多层孔径为300～500目的不同孔径微网叠加并依骨架固定成形为由多列V形槽并排连接形成的立方体微网网体，其底部密封连接孔径为50～100目的底网；微网网体的V形槽与底网之间形成的若干纵向条形封闭网室由骨架上设置的多个横向分隔孔板分隔成若干分段封闭网室，各分段封闭网室对应的底网上放置2～3层能在向上推力作用下跳动的陶粒球；所述T形截面导轨平行于壳套侧壁设置于壳套中央，两个微网网体以V形槽平行于壳套侧壁对称设置于T形截面导轨两侧，两个微网网体外侧分别固定连接壳套、内侧分别固定连接T形截面导轨；置于混合液中的的微网网体的上部开放，为清水区，清水通过设置在套壳上部的收水堰排出；底网下部为混合液进水面；高于收水堰的T形截面导轨顶部设有配置水源及气源并沿T形截面导轨连续往复运行的行走机构，所述反冲洗水管横跨微网网体设置在微网网体上方，反冲洗水管下面连接多个与各V形槽对应设置的液体喷头；所述喷气冲刷管横跨微网网体与反冲洗过水管位于同一平面设置在微网网体下方，喷气冲刷管上面对应所述底网设置若干出气孔；所述行走机构通过连接水源的两输水管分别密封连接设于其两侧的反冲洗水管、通过连接气源的两输气管分别密封连接设于其两侧的喷气冲刷管；所述两个微网网体各自对应的输水管和输气管上分别设置了用于使各自微网网体的输水管、输气管同时开、闭，并在所述行走机构完成单向行程进行反向时，两输水管之间及两输气管之间进行开闭转换的联动电动阀。

2、根据权利要求1所述的连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，所述T形截面导轨其竖直部分为通道，通道两侧的水平顶部为行走导轨；所述行走机构包括设置于所述行走导轨顶部的移动架，安装于移动架上的电机，减速机，传动齿轮，轮轴，微动开关及通过微动开关控制所述联动电动阀开闭及所述电机运行方向的电气控制箱，微动开关分别设置在移动架与所述套壳端壁对应的两侧，电机通过减速机连接传动齿轮，传动齿轮与轮轴固定连接，通过置位于行走导轨上的轮轴的两滚轮的滚动，行走机构移动；所述气源取自曝气器进气管或附设空气泵，固定于移动架上的所述两输气管通过所述T形截面导轨竖直部分的通道分别连至两喷气冲刷管；所述水源为清水区，固定于移动架上的高压水泵通过水泵进水管连接清水区，通过水泵出水管分别连接两输水管，所述水泵出水管上设有水量调节阀，连接两输气管的进气管上设有气量调节阀。

3、根据权利要求1或2所述的连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，其特征在于所述的多个液体喷头形状与V形槽形状吻合，并分别插入各V形槽内，其贴靠V形槽槽面的两侧开有出水孔。

4、根据权利要求1或2所述的连续更新动态膜的V形槽式立方体微网组件，其特征在于所述陶粒球是直径为4～10mm的圆形陶粒球。

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