DE102004010656A1 - Process and device for the treatment of organic and / or biologically contaminated water or contaminated air - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasser bzw. verunreinigter Luft durch intensive Behandlung des Wassers bzw. der Luft mit positiven und negativen Sauerstoffionen als Oxidationsmittel, die in einem Ionisator erzeugt werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt das durch ein Verfahren, bei dem DOLLAR A - Luft mittels Gebläse/Kompressor über einen Filter angesaugt, DOLLAR A - in einem rohrförmig konstruierten Ionenerzeuger verwirbelt wird und DOLLAR A - die Sauerstoffmoleküle mit einer Spannung von 2300 V bis 6400 V und Frequenzen von 25 Hz bis 580 Hz bei einer Pulsfrequenz von 4000 bis 15000 Hz ionisiert werden und DOLLAR A - die Luft mit den elektrostatisch aufgeladenen Teilchen über ein Ausströmsystem breitflächig in das aufzubereitende Medium eingeführt und dabei verwirbelt wird, wobei DOLLAR A - der optimale Arbeitsbereich durch Messung der Ionenintensität über einen Ionenmeßfühler und ein daran angepaßtes Regelsystem gesteuert wird. DOLLAR A Der Ionenerzeuger besteht aus zwei ineinander gesteckter Glasröhren mit einem (durch eine der Glasröhren) getrennten Kathoden- und Anodengeflecht aus Edelstahl. DOLLAR A Der Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt niedriger als bei bisher bekannten Verfahren. Durch das neu entwickelte Ionisationsverfahren wird eine extrem höhere Oxidationsintensität erreicht.The invention relates to a method and a device for the treatment of organically and / or biologically contaminated water or contaminated air by intensive treatment of the water or the air with positive and negative oxygen ions as the oxidizing agent, which are produced in an ionizer. DOLLAR A according to the invention succeeds by a method in which DOLLAR A - air by means of blower / compressor sucked through a filter, DOLLAR A - is swirled in a tube-shaped ion generator and DOLLAR A - the oxygen molecules with a voltage of 2300 V to 6400 V and Frequencies from 25 Hz to 580 Hz are ionized at a pulse frequency of 4000 to 15000 Hz and DOLLAR A - the air is introduced with the electrostatically charged particles over a wide-area discharge system in the medium to be treated and thereby swirling, with DOLLAR A - the optimal working range Measurement of the ion intensity is controlled by a Ionenmeßfühler and a control system adapted thereto. DOLLAR A The ion generator consists of two nested glass tubes with a (by one of the glass tubes) separated cathode and anode mesh made of stainless steel. DOLLAR A The energy consumption of the method according to the invention is lower than in previously known methods. The newly developed ionization process achieves an extremely high oxidation intensity.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasser bzw. verunreinigter Luft durch intensive Behandlung des Wassers bzw. der Luft mit positiven und negativen Sauerstoffionen als Oxidationsmittel, die in einem Ionisator erzeugt werden.The The invention relates to a method and a device for processing of organically and / or biologically contaminated water or polluted Air through intensive treatment of the water or the air with positive and negative oxygen ions as oxidizing agents in one Ionizer be generated.
Gegenwärtig werden eine Vielzahl an Wasseraufbereitungsmethoden in der Praxis angewandt. Diese basieren auf sehr unterschiedlichen Methoden, wie beispielsweise auf Strahlungsenergie insbesondere im UV- und Gamma-Bereich, Zugabe von Chlor oder Chlorgas, Wasserstoffperoxid sowie Natriumchlorid zur Elektrolyse und verschiedenster anderer chemischer Hilfsstoffverfahren.Becoming present a variety of water treatment methods used in practice. These are based on very different methods, such as on radiant energy especially in the UV and gamma range, adding of chlorine or chlorine gas, hydrogen peroxide and sodium chloride for electrolysis and various other chemical auxiliary processes.
Alle bisherigen Anwendungen haben jedoch eines gemeinsam, die Zugabe von chemischen Substanzen oder beachtlicher Mengen an elektrischer oder Strahlenenergie. Wissenschaft und Technik sind sich darüber einig, dass jede Zugabe von agressiven Chemikalien (besonders zu nennen sind hier Chlor, Chloroxid, Ozon, Wasserstoffperoxid, Silber, Kupfer u. ä.) auch Risiken, sowie nachteilige Wirkungen einschließt.All However, previous applications have one thing in common, the addition of chemical substances or considerable quantities of electrical or Ray energy. Science and technology agree that any addition of aggressive chemicals (especially to call here are chlorine, chlorine oxide, ozone, hydrogen peroxide, silver, copper and. Ä.) also Risks, as well as adverse effects.
Nach
Die
Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des Verfahrens und der Vorrichtung
gemäß
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren und eine Wasseraufbereitungsanlage zu entwickeln, mit dem das Verfahren der natürlichen Oxidation optimal zur Aufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasser bzw. Luft genutzt wird.The The object of the invention was a process and a water treatment plant to develop, with which the process of natural oxidation optimal for Treatment of organic and / or biologically contaminated water or air is used.
Erfindungsgemäß gelingt das durch ein Verfahren, bei dem
- – Luft mittels Gebläse/Kompressor über einen Filter angesaugt,
- – in einem rohrförmig konstruierten Ionenerzeuger verwirbelt wird und
- – die Sauerstoffmoleküle mit einer Spannung von 2.300 V bis 6.400 V und Frequenzen von 25 Hz bis 580 Hz bei einer Pulsfrequenz von 4.000 bis 16.000 Hz ionisiert werden und
- – die Luft mit den elektrostatisch aufgeladenen Teilchen über ein Ausströmsystem breitflächig in das aufzubereitende Medium eingeführt und dabei verteilt wird, wobei
- – der optimale Arbeitsbereich durch Messung der Ionenintensität über einen Ionenmeßfühler und daran angepaßtes Regelsytem gesteuert wird.
- - air sucked in via blower / compressor via a filter,
- - Is swirled in a tube-shaped ion generator and
- - The oxygen molecules are ionized with a voltage of 2,300 V to 6,400 V and frequencies of 25 Hz to 580 Hz at a pulse frequency of 4,000 to 16,000 Hz and
- - The air is introduced with the electrostatically charged particles over a discharge system wide area in the medium to be treated and thereby distributed, wherein
- - The optimum working range is controlled by measuring the ion intensity via a Ionenmeßfühler and adapted Regelelsytem.
Die Pulsfrequenz oder auch Umpolfrequenz der Elektroden wird unabhängig von der Frequenz des verwendeten Wechselstroms eingestellt durch Impulsgeber.The Pulse frequency or Umpolfrequenz the electrodes is independent of the frequency of the alternating current used set by pulse generator.
Dadurch soll die Anzahl der positiven und negativen Sauerstoffionen gelenkt werden.Thereby to direct the number of positive and negative oxygen ions become.
Zweckmäßig wird die Luft mit einem Druck von 0,2 bis 0,6 bar in den Ionenerzeuger eingeleitet.It is useful the air at a pressure of 0.2 to 0.6 bar in the ion generator initiated.
Vorzugsweise sollte die Spannung am Ionenerzeuger 200 V bis 250 V und die Frequenz 50 Hz bis 150 Hz (z. B. Netzspannung) betragen bei einer Pulsfrequenz von 4.000 bis 6.000 Hz.Preferably The voltage at the ion generator should be 200V to 250V and the frequency 50 Hz to 150 Hz (eg mains voltage) are at one pulse frequency from 4,000 to 6,000 Hz.
Im Ionenerzeuger werden durch elektrostatische Aufladung aus den inaktiven Sauerstoffmolekülen Sauerstoffionen O2 + und O2 – gebildet. Die geladenen Sauerstoffionen werden mit der Luft zum Ausströmsystem geleitet.In the ion generator, oxygen ions O 2 + and O 2 - are formed by electrostatic charging of the inactive oxygen molecules. The charged oxygen ions are conducted with the air to the discharge system.
Der Arbeitsbereich ist auf einen relativ kleinen chemischen Reaktionsenergie-Bereich beschränkt. Kernpunkt der Entwicklung war, diesen kleinen Bereich zwischen inaktivem Sauerstoff und Ozon auf Grund des höheren Oxidationspotentiales von aktiven Sauerstoffionen für die natürliche Oxidation zu nutzen.Of the Workspace is on a relatively small chemical reaction energy range limited. At the heart of the development was this small area between inactive Oxygen and ozone due to the higher oxidation potential of active oxygen ions for The natural To use oxidation.
Der Übergang von aktiven Sauerstoffionen zu Ozon allein erfolgt bei Einfluss von hohen Energiemengen in der Praxis sehr schnell. Da die Abbaueffekte durch Ozon wesent lich geringer sind als durch Ionisation, wurde bei der Entwicklung auf des Verfahrens auf die ausschließliche Erzeugung von Sauerstoffionen gezielt, um die vermehrte Bildung und Überreaktionen in Richtung Ozon auszuschließen.The transition from active oxygen ions to ozone alone takes place at impact of high amounts of energy in practice very fast. Because the degradation effects are significantly lower by ozone than by ionization when developing on the process of exclusive production targeted by oxygen ions to the increased formation and overreactions to exclude in the direction of ozone.
Jede auch noch so geringe Menge an erzeugten Ozon bedeutet in der Praxis Verlust an aktiv erzeugten Sauerstoffionen. Der primär zur Verfügung stehende Sauerstoffanteil in der Umgebungsluft muss, um ein optimales Oxidationsverhalten zu erreichen, bestmöglich für die Erzeugung von Sauerstoffionen genutzt werden. Dieses wurde durch verschiedene technische Parameter wie Spannungsart und Spannungshöhe erzielt.Any amount of ozone generated, even in practice, means loss of actively generated oxygen ions. The primarily available oxygen content in the ambient air In order to achieve optimal oxidation behavior, it must be used optimally for the generation of oxygen ions. This was achieved by various technical parameters such as voltage type and voltage level.
Kohlenwasserstoffe und deren chemisch analoge Verbindungen werden damit schnell und wirkungsvoll aufoxidiert. Durch das hohe Oxidationspotenzial der geladenen Sauerstoffionen werden Bakterienhüllen gespalten und somit nachhaltig vernichtet.hydrocarbons and their chemically analogous compounds are thus fast and effectively oxidized. Due to the high oxidation potential of the charged oxygen ions are split bacterial envelopes and thus sustainable destroyed.
In Wasser gelöste Huminstoffe gehören zu den schwer abbaubaren Substanzen in der Trinkwasseraufbereitung. Auch hier werden gute Ergebnisse erzielt. Ein gezielter Einsatz positiver oder negativer Sauerstoffionen kann den Abbau chemisch schwer zu oxidierender Stoffe quantitativ beeinflussen.In Dissolved water Humic substances belong to the hardly degradable substances in drinking water treatment. Again, good results are achieved. A targeted use positive or negative oxygen ions can chemical degradation quantitatively affect substances that are difficult to oxidize.
Im Gegensatz zur Ozonerzeugung werden zur Sauerstoffionen-Erzeugung wesentlich geringere Energiemengen benötigt. Der Gesamtenergiebedarf liegt bei ca. 0,8 Watt pro Liter mittelschwer belastetem Rohwasser.in the Contrary to the ozone production become the oxygen ion generation much less energy needed. The total energy requirement is at about 0.8 watts per liter medium loaded raw water.
Es kommt darauf an, dass diese ionisierte Luft möglich großflächig in das aufzu-bereitende Medium (verunreinigtes Wasser und/oder verunreinigte Luft) geleitet wird.It It is important that this ionized air is possible to be prepared over a large area Medium (contaminated water and / or contaminated air) passed becomes.
Ein Ionenmeßfühler im austretenden Luftkanal überwacht den Arbeitsbereich des Ionenerzeugers und steuert die Spannung und Frequenz im Ionenerzeuger, je nach Verschmutzungsgrad.One Ion probe in exiting air duct monitors the working area of the ion generator and controls the voltage and Frequency in the ion generator, depending on the degree of soiling.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Anlage besteht aus
- – einem Seitenkanalgebläse/Kompressor
(
1 ) mit vorgeschalteten F7-Filter (2 ) zur Ansaugung/Kompression von Luft, - – einem
Ionenerzeuger in Form zweier ineinander gesteckter Glasröhren (
10 ,11 ) mit einem (durch eine der Glasröhren (11 )) getrennten Kathoden- (12 ) und Anodengeflecht (13 ) aus Edelstahl, - – einem breitflächig angeordneten und zu Verwirbelungen der ionisierten Luft im aufzubereitenden Medium führenden Ausströmsystem und
- – einem
Regelsystem (
3 ), das durch einen Ionenmeßfühler (6 ) gesteuert wird.
- - a side channel blower / compressor (
1 ) with upstream F7 filter (2 ) for the suction / compression of air, - - an ion generator in the form of two nested glass tubes (
10 .11 ) with one (through one of the glass tubes (11 )) separate cathode (12 ) and anode mesh (13 ) made of stainless steel, - - A broad-based and leading to turbulence of the ionized air in the medium to be recycled leading outflow system and
- - a control system (
3 ), which by an ion probe (6 ) is controlled.
Unter einem sog. F7-Filter wird ein Feinfilter < 50 μm für die Filtrierung der anzusaugenden Außenluft verstanden.Under a so-called F7 filter becomes a fine filter <50 μm for the Filtration of the intake air to be sucked understood.
Besonders
günstig
ist es, wenn alle Bestandteile der Vorrichtung mit Ausnahme des
Ausströmsystems
kompakt in einer geschlossenen und transportablen Anlage angeordnet
sind (
Der
Ionenerzeuger in Form eines Zylinders (
Bei
dieser Durchströmung
kommt es an den Kathoden- und Anodengeflechten (
Um
eine optimale Verwirbelung zu erreichen, wird die Luft mit einem
Druck von 0,2 bis 0,6 bar in den Ionenerzeuger eingeleitet. Das
Kathodengeflecht (
Der Arbeitsbereich liegt bei einer Spannung von 2.300 V bis 6.400 V und einer Frequenz von 25 Hz bis 580 Hz. Zweckmäßig wird Wechselstrom von 200 V bis 250 V (Netzspannung) und eine Frequenz von 50 Hz und über 50 Hz verwendet.Of the Working range is at a voltage of 2,300 V to 6,400 V and a frequency of 25 Hz to 580 Hz. Suitably, alternating current of 200 V up to 250 V (mains voltage) and a frequency of 50 Hz and over 50 Hz used.
Die erfindungsgemäßen Ausströmsysteme sind breitflächig, aber unterschiedlich gestaltet in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Medium, und zwar
- – bei der Aufbereitung von
Luft als Ausströmdüse (
3 ), - – bei
der Aufbereitung von Wasser als Ausströmplatte (
4 ) und - – bei
der Aufbereitung gleichzeitig von Wasser und Luft als rohrförmiges System
(
5 ).
- - in the treatment of air as a discharge nozzle (
3 ) - - in the treatment of water as Ausströmplatte (
4 ) and - - in the treatment of water and air simultaneously as a tubular system (
5 ).
In
den Luftleitsystemen erfolgt dies durch die Ausströmdüse, bestehend
aus einem runden Eingang (
Bei
der Aufbereitung von Trink-, Prozess- und Abwasser erfolgt die Verteilung
durch die Ausströmplatte.
Diese Platte besteht aus einer geschlossenen Unterplatte, einer
darauf befestigten Luftverteilungsspirale (
Bei
der Aufbereitung von Wasser und Luft, bevorzugt in raumlufttechnischen
Anlagen, erfolgt die Verteilung durch das rohrförmige Ausströmsystem. Der
ionisierte Sauerstoff wird zum Luftverteiler (
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihren Varianten wird beispielhaft schematisch durch die FigurenThe inventive device with its variants is exemplified schematically by the figures
Darin bedeuten:In this mean:
- 11
-
Gebläse/Kompressor
(
1 )Blower / compressor (1 ) - 22
-
F7-Filter
(
1 )F7 filter (1 ) - 33
-
Regelsystem
(
1 )Control system (1 ) - 44
-
Ionisator
(
1 )Ionizer1 ) - 55
-
Ausströmöffnungen
(
4 ,5 )Outflow openings (4 .5 ) - 66
- IonenmessfühlerIon probe
- 77
-
Luftverteiler
(
5 )Air distributor (5 ) - 88th
-
Perforiertes
Rohrsystem (
5 )Perforated pipe system (5 ) - 99
-
Endkappen
des Ionenerzeugers (
2 )End caps of the ion generator (2 ) - 1010
-
äußere Glasröhre des
Ionenerzeugers (
2 )outer glass tube of the ion generator (2 ) - 1111
-
innere
Glasröhre
des Ionenerzeugers (
2 )inner glass tube of the ion generator (2 ) - 1212
-
Kathodengeflecht
des Ionenerzeugers (
2 )Cathode mesh of the ion generator (2 ) - 1313
-
Anodengeflecht
des Ionenerzeugers (
2 )Anode mesh of the ion generator (2 ) - 1414
-
kreisförmiger Eingang
(
3 )circular entrance (3 ) - 1515
-
elliptischer
Ausgang (
3 )elliptical output (3 ) - 1616
-
Drallblech
(
3 )Swirl plate (3 ) - 1717
-
Luftverteilungsspirale
(
4 )Air distribution spiral (4 )
Der Ionenmessfühler wird in den Kanal eingebaut, um die Ionenintensität zu messen. Über ein Regelsystem werden insbesondere die Spannung und die Pulsfrequenz im Ionisator geregelt. Auch die Zulaufmenge des unbehandelten Wassers könnte gesteuert werden.Of the Ion probe is built into the channel to measure the ion intensity. About a rule system In particular, the voltage and the pulse frequency in the ionizer regulated. The inflow of untreated water could also be controlled become.
Der Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt mit 0,1 bis 1,5 Watt/Liter Wasser niedriger als bei bisher bekannten Verfahren, im Durchschnitt bei 0,8 Watt/Liter.Of the Energy consumption of the method according to the invention is 0.1 up to 1.5 watts / liter of water lower than in previously known methods, on average at 0.8 watts / liter.
Durch das neu entwickelte Ionisationsverfahren ist eine extrem höhere Oxidationsintensität erreicht worden. Bisher wurde Ozon als bestmöglicher Oxidator angesehen. Somit ist die Wirksamkeit entschieden höher als bei der herkömmlichen Ozonbehandlung, die derzeitig in allen Bereichen praktiziert wird.By the newly developed ionization process has achieved an extremely higher oxidation intensity Service. So far, ozone has been considered as the best possible oxidizer. Thus, the effectiveness is decidedly higher than in the conventional one Ozone treatment, which is currently practiced in all areas.
Bei der Aufbereitung von Luft wird durch die Luftgebläseeinheiten Luft angesaugt und in die Ionenerzeuger geleitet. Die Luft wird durch elektrische Ladung ionisiert und über den kurzmöglichsten Weg zur Ioneninduzierung transportiert. Über diese gelangen die elektrisch geladenen Ionen in den Kanal des Luftleitungssystems, treffen auf die zu entkeimende Abluft, reagieren mit den in der Luft befindlichen Keimen und eliminieren sie.at The treatment of air is through the air blower units Air sucked in and passed into the ion generator. The air becomes ionized by electric charge and over the shortest possible Transported way to ion induction. About this get the electric charged ions in the duct of the air duct system, meet the exhaust air to be disinfected react with those in the air Germinate and eliminate them.
In Folge des Oxidationsprozesses werden auch auftretende Geruchsbelästigungen neutralisiert.In Result of the oxidation process are also occurring odor nuisance neutralized.
Es erfolgt eine Entkeimung des gesamten Luftleitungssystems. Befreit von umweltschädlichen Stoffen wie Keimen und Bakterien sowie von Geruchsemissionen, kann die behandelte Abluft unbedenklich in die Atmosphäre abgegeben werden.It there is a sterilization of the entire air duct system. exempt of environmentally harmful substances such as germs and bacteria as well as odor emissions, the treated Exhaust air safely be discharged into the atmosphere.
Als Beispiele für die Aufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasser seien folgende Einsatzgebiete genannt:
- – Entkeimung von Salzlaken, Entkeimung von Brauchwasser und Entkeimung von Bearbeitungsräumen bei der Fleischverarbeitung,
- – Entkeimung von Wasser zur Flaschenspülung in der Getränkeindustrie,
- – Entkeimung von Wasser in Fischaufzuchtbecken,
- – Entkeimung von Prozesswasser zur Rückführung in Produktionsprozess oder zur Rückführung in öffentliche Gewässer.
- - degermination of brine, sterilization of process water and sterilization of processing rooms in meat processing,
- - degermination of water for bottle washing in the beverage industry,
- - sterilization of water in fish breeding tanks,
- - Sterilization of process water for recycling in production process or for return to public waters.
Ein aktuelles Thema der Trinkwasseraufbereitung sind Pestizidrückstände (aus der Landwirtschaft), zumal in den nächsten Jahren der Anteil von Herbiziden und anderer Pestizide im Rohwasser steigen wird. Pflanzenschutzmittel und Insektizide sind seit 1970 in weitem Umfang eingesetzt worden. Da die Natur diese Stoffe meist nur sehr schwer oder gar nicht abzubauen vermag, sind diese durch das Erdreich bis in wasserführende Schichten gelangt. Als einer der Hauptvertreter der Herbizide ist das Atrazin genannt. Dabei handelt es sich um den prominentesten Vertreter der Triazin-Herbizide. Das Abbauvermögen in der Natur beträgt faktisch null. Demgegenüber bestätigen die erfindungsgemäßen Ergebnisse die hohe Oxidationsaktivität der Sauerstoffionen.One of the current topics in drinking water treatment is pesticide residues (from agriculture), especially as the share of herbicides and other pesticides in raw water will rise in the coming years. Plant protection products and insecticides have been widely used since 1970. Since nature is usually very difficult or impossible to decompose these substances, they have penetrated through the soil into water-bearing layers. As an egg One of the main representatives of herbicides is called atrazine. It is the most prominent representative of triazine herbicides. The mining capacity in nature is virtually zero. In contrast, the results of the invention confirm the high oxidation activity of the oxygen ions.
Um die Effektivität der Keimabtötung zu überprüfen, wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser eingesetzt, das mit einer definierten Menge des Bakteriums Legionella pneumophila beeimpft wurde. Dazu wurde eine Ausgangskonzentration gewählt, die einer massiven (in Ausnahmefällen vorkommenden) Belastung in wasserführenden Systemen entspricht.Around the effectiveness the germ killing to check was the device according to the invention used for the treatment of water, with a defined Amount of the bacterium Legionella pneumophila was vaccinated. To a starting concentration was chosen that was a massive (in exceptional cases) Load in aquifer Systems corresponds.
Nachdem eine erste Beprobung zur Bestimmung der vorhandenen Bakterienkonzentration erfolgte (Nullwert), wurde die Vorrichtung in Betrieb genommen und in vorher festgelegten zeitlichen Intervallen Wasserproben entnomnmen und mikrobiologisch untersucht.After this a first sampling to determine the existing bacterial concentration (zero value), the device was put into operation and Take water samples at pre-determined time intervals and microbiologically examined.
Die erste Probenahme zeigte eine Ausgangskonzentration von 140.000 KBE/ml an Legionellen (Nullwert). Nach erfolgter Probenahme wurde die Vorrichtung zugeschaltet. Bereits nach einer Stunde Laufzeit zeigte sich eine Reduktion des eingesetzten Bakterienstammes Legionella pneumophila von 140.000 KBE/ml auf eine nicht mehr nachweisbare Konzentration (KBE = Koloniebildende Einheit).The initial sampling showed a baseline concentration of 140,000 cfu / ml on Legionella (zero value). After sampling, the device was switched on. Already after one hour running time, one showed up Reduction of the used bacterial strain Legionella pneumophila from 140,000 cfu / ml to an undetectable concentration (KBE = Colony Forming Unit).
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