JP2003190967A - 晶析脱リン方法及び晶析脱リン装置 - Google Patents
晶析脱リン方法及び晶析脱リン装置Info
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Abstract
量変化に対応して、炭酸カルシウムの析出を抑えつつ反
応晶析槽内での反応を好適に行うことができる晶析脱リ
ン方法及び晶析脱リン装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 リン含有排水を反応晶析槽1内に導入
し、カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤を添加する
と共にリン酸カルシウムを含有する結晶種の流動床1a
を形成しながら前記リン含有排水中のリンと前記結晶種
とを接触させて、前記リン含有排水中のリンをリン酸カ
ルシウム化合物として分離する晶析脱リン方法におい
て、前記反応晶析槽1内に導入されるリン含有排水の流
量に応じて前記反応晶析槽1内に注入するカルシウム化
合物及び/又はアルカリ剤の量をフィードフォワード制
御することを特徴とする晶析脱リン方法。
Description
ン含有排水からリンを分離する晶析脱リン方法及び晶析
脱リン装置に関し、更に詳しくは、リン酸カルシウムを
含有する結晶種を流動化させた流動床式の反応晶析槽内
に前記リン含有排水を供給し、前記流動床式の反応晶析
槽内でカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤を添加し
ながら前記リン含有排水中のリンと前記結晶種とを反応
させることによりリン酸カルシウム化合物を析出させる
晶析脱リン方法及び晶析脱リン装置に関する。
リン装置としては、最終生成物のリサイクル性が高く、
系外に排出されるリン含有物の容積が小さく、かつ、含
液分(付着液分)が少ないという理由から、晶析脱リン
装置が注目されている。
は、結晶種を固定した状態で用いる固定床式の晶析脱リ
ン装置が多数を占めているが、処理速度を大きくとれな
いという問題点があるため、処理速度を大きくとれる流
動床式の晶析脱リン装置を用いた晶析脱リンも行われて
いる。このような流動床式の晶析脱リン装置としては、
図2に示すものを例示できる。
7を介して反応晶析槽9に槽9下部から導入されるよう
になっている。この場合、既に反応晶析槽9で脱リン処
理された処理水が、ポンプ9eで反応晶析槽9から抜き
出され、配管9fを介して配管7内に導入されるように
なっている。反応晶析槽9の下部には配管7から導入さ
れた液を均一に流入させるためのディストリビュータ9
aが設けられていると共に、中央部には結晶種の流動床
9bが形成されており、配管7から導入されたリン含有
排水がディストリビュータ9aを通過して流動床9bに
供給されるようになっている。
貯槽8からCa(OH)2を供給する配管8cが設けら
れており、Ca(OH)2貯槽8からポンプ8dで抜き
出されたCa(OH)2が配管8cを介して反応晶析槽
9に上部から供給されるようになっている。この場合、
反応晶析槽9にはpH測定器9cが設けられており、p
H測定器9cでの測定結果に基づいて、配管8cを介し
て反応晶析槽9に供給されるCa(OH)2の流量が調
整されるようになっている。
種とリンとが接触することでリン含有排水から好適にリ
ンが分離されるようになっている。結晶種と接触したリ
ンは、カルシウムヒドロキシルアパタイトとして有意に
回収され、脱リン処理が施された排水は、一部が配管9
dを介して図示しないpH調整槽に供給されてpH調整
槽でpH値を中和処理された後、河川に放流され、一部
がポンプ9eで反応晶析槽9から抜き出されて配管9f
を介して配管7内に導入されるようになっている。
床式の晶析脱リン槽を使用した晶析脱リン装置には、以
下のような問題があった。 (1)反応晶析槽内の処理水のpH値に応じて反応晶析
槽内に注入するカルシウム化合物やアルカリ剤等の添加
剤の注入量をフィードバック制御していたが、反応晶析
槽内で生じる上向流によって結晶種を流動させていたた
め、反応晶析槽の流動床での添加剤の拡散が遅く、反応
晶析槽内に注入された添加剤が反応晶析槽内で滞溜する
のにある程度時間がかかる。このため、反応晶析槽内で
添加剤が滞溜する時間を考慮して、待機時間を設定して
いたが、反応晶析槽内に導入されるリン含有排水の流量
が変化した場合には、添加剤の滞溜時間が変動するた
め、リン含有排水の流量変化に対応して反応晶析槽内に
供給する添加剤の量の調整をうまく行うことができず、
反応晶析槽内のリン含有排水を所望のpH値に維持する
のが困難であった。 (2)通常、流動床のpH値を高くすると反応晶析槽内
での微細核の発生量が増大し、リン酸カルシウム化合物
を晶析させることができなかったため、流動床をpH=
9程度に設定することが一般的に行われていた。しか
し、流動床のpH値を9程度としたのでは、リン酸カル
シウム化合物の晶析反応速度が遅いため、接触時間に長
時間を要するとともに炭酸カルシウムとリン酸カルシウ
ムとの競合析出反応が生じるおそれがあり、前工程とし
て脱炭酸工程を設ける必要があった。
たものであって、反応晶析槽内に導入されるリン含有排
水の流量変化に対応して、炭酸カルシウムの析出を抑え
つつ反応晶析槽内での反応を好適に行うことができる晶
析脱リン方法及び晶析脱リン装置を提供することを目的
とする。
になされた請求項1に係る晶析脱リン方法の発明は、リ
ン含有排水を反応晶析槽内に導入し、カルシウム化合物
及び/又はアルカリ剤を添加すると共にリン酸カルシウ
ムを含有する結晶種の流動床を形成しながら前記リン含
有排水中のリンと前記結晶種とを接触させて、前記リン
含有排水中のリンをリン酸カルシウム化合物として分離
する晶析脱リン方法において、前記反応晶析槽内に導入
されるリン含有排水の流量に応じて前記反応晶析槽内に
注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の量を
フィードフォワード制御することを特徴とする方法であ
る。
た晶析脱リン方法において、流動床が形成される反応晶
析槽内に導入されるリン含有排水の流量に応じて、反応
晶析槽内に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカ
リ剤の量をフィードフォワード制御するようにしたの
で、反応晶析槽に流入するリン含有排水の流量が変化し
て、カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の滞溜時間
が変化しても、この変化に対応して反応晶析槽内に供給
するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の量の調整
をうまく行うことができる。
前記反応晶析槽内の流動床が、pH=9.5〜11の範
囲内で、かつ、カルシウムイオン濃度が30mg/L〜
100mg/Lの範囲内となるよう、前記反応晶析槽内
に導入されるリン含有排水の流量に応じて前記反応晶析
槽内に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤
の量をフィードフォワード制御することを特徴とする請
求項1に記載の晶析脱リン方法である。
内に導入されるリン含有排水の流量に応じて前記反応晶
析槽内に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ
剤の流量をフィードフォワード制御して、前記反応晶析
槽内の流動床がpH=9.5〜11の範囲内で、かつ、
カルシウムイオン濃度が30mg/L〜100mg/L
の範囲内となるようにすることにより、反応晶析槽内の
流動床をpH=9程度に設定していた従来の晶析脱リン
方法に比べて晶析反応速度を速くできるので、接触時間
を短縮できる。また、流動床のpH値をこのように高い
値に設定することにより、反応晶析槽内に注入するカル
シウム化合物及び/又はアルカリ剤の量が反応晶析槽内
のリン含有排水の導入量に対応した所望の量からずれた
場合でも、反応晶析槽内のpHの変動を抑えることがで
き、安定して処理できる。
リン含有排水を反応晶析槽内に導入し、カルシウム化合
物及び/又はアルカリ剤を前記リン含有排水に添加する
と共にリン酸カルシウムを含有する結晶種の流動床を形
成しながら前記リン含有排水中のリンと前記結晶種とを
接触させて、前記反応晶析槽内のリン含有排水中のリン
をリン酸カルシウム化合物として分離する晶析脱リン装
置において、前記反応晶析槽内に導入されるリン含有排
水の流量に応じて前記反応晶析槽内に注入するカルシウ
ム化合物及び/又はアルカリ剤の量をフィードフォワー
ド制御するよう構成したことを特徴とする装置である。
た晶析脱リン装置において、流動床が形成される反応晶
析槽内に導入されるリン含有排水の流量に応じて、反応
晶析槽内に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカ
リ剤の量をフィードフォワード制御するようにしたの
で、反応晶析槽に流入するリン含有排水の流量が変化し
て、カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の滞溜時間
が変化しても、この変化に対応して反応晶析槽内に供給
するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の量の調整
をうまく行うことができる。
前記反応晶析槽内の流動床が、pH=9.5〜11の範
囲内で、かつ、カルシウムイオン濃度が30mg/L〜
100mg/Lの範囲内となるよう、前記反応晶析槽内
に導入されるリン含有排水の流量に応じて、前記反応晶
析槽内に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ
剤の流量をフィードフォワード制御するよう構成したこ
とを特徴とする請求項3に記載の晶析脱リン装置であ
る。
内に導入されるリン含有排水の流量に応じて前記反応晶
析槽内に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ
剤の流量をフィードフォワード制御して、前記反応晶析
槽内の流動床がpH=9.5〜11の範囲内で、かつ、
カルシウムイオン濃度が30mg/L〜100mg/L
の範囲内となるようにすることにより、反応晶析槽内の
流動床をpH=9程度に設定していた従来の晶析脱リン
方法に比べて晶析反応速度を速くでき、接触時間を短縮
できる。また、流動床のpH値をこのように高い値に設
定することにより、反応晶析槽内に注入するカルシウム
化合物及び/又はアルカリ剤の量が所望の値から多少ず
れても、反応晶析槽内のpH値の変動を抑えることがで
き、安定して処理できる。
実施形態について図面を参照して説明する。最初に、本
実施形態で使用される薬剤について説明する。 (1)本実施形態で用いられるカルシウム化合物及び/
又はアルカリ剤とは、排水中のリンと反応して難溶解性
のカルシウム塩を生成するものであり、代表的には、消
石灰Ca(OH)2の消石灰乳が挙げられる。しかし、
本発明で用いるカルシウム化合物は、同様な機能を奏す
ればCa(OH)2に限定されるものではなく、例えば
塩化カルシウム等他のカルシウム化合物を用いることも
できる。本発明の実施形態においては代表的な化合物と
してCa(OH)2を例示して説明する。Ca(OH)2
は、カルシウムイオン供給源としてだけでなくアルカリ
剤としての機能を兼用できることから、カルシウム化合
物としてはCa(OH)2を用いるのが望ましい。 (2)リン酸カルシウムが析出される担持体としては、
例えば骨炭、リン酸カルシウム、リン鉱石などの天然鉱
石や人工的に調整した脱リン材を用いることができる。
また、その粒径は、晶析反応速度と粉砕コストとの兼ね
合いから0.15〜0.3mm程度であることが好まし
い。すなわち、粒径が0.15mm未満では粉砕コスト
が高くなり、逆に、粒径が0.3mm以上では晶析反応
速度が遅くなる。
て図1を参照して説明する。図1は、本発明に係る晶析
脱リン装置の一実施形態を示す系統図である。本発明に
係る晶析脱リン装置は、原水供給部と、消石灰乳供給部
と、晶析脱リン部と、処理水循環部とを主要部としてい
る。
排水(リン濃度(PO4−Pとして)は1〜10mg/
L)が、配管2、配管1eを介して流動床式の反応晶析
槽1に供給される。このとき、リン含有排水が流れる配
管1eには、既に反応晶析槽1でリンを分離されて処理
水槽4に貯溜された処理水が、循環水ポンプ4a1によ
り配管4b1を介して供給され、リン含有排水と処理水
とが合流した液が反応晶析槽1に供給される。
ー車からカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤である
消石灰乳(例えばCa(OH)2として25%濃度)が
消石灰乳受入タンク3に受け入れられ、貯蔵される。貯
蔵された消石灰乳は、バルブV1を開として循環ライン
を形成し、循環ポンプ3aを運転しながら配管3bを介
して循環(攪拌)させることで消石灰乳受入タンク3内
の消石灰濃度を均一にすることができる。また、バルブ
V2を開とすることにより、循環ポンプ3aを運転しな
がら配管3b及び配管3cを介して流動床式の反応晶析
槽1に消石灰乳を供給するようになっている。
ており、配管2を介して反応晶析槽1内に流入する原水
の流量が検出され、流量計2aで検出された流量に応じ
てバルブV2の開度が調整されることで反応晶析槽1内
に注入される消石灰乳の注入量がフィードフォワード制
御され、流動床式の反応晶析槽1の流動床1aがpH=
9.5〜11、好ましくは9.5〜10.5、Ca濃度
=30〜100mg/L、好ましくは40〜70mg/
Lに設定できるように自動制御されて供給されるように
なっている。なお、消石灰乳の注入量の制御は、基本的
には反応晶析槽1内に流入する原水の流入量に比例する
ようになされるが、原水の水質が変動しやすく比例制御
だけでは十分な制御を行えない場合には、流入量に対す
る比例制御と処理水のpH値に対するフィードバック制
御とを併用することが好ましい。フィードバック制御に
は通常用いられるPI制御、PID制御あるいはファジ
ー制御などを使用することができる。
1の下部から所定流量のリン含有排水をディストリビュ
ータ1cに通過させて5〜20m/hrの範囲の線速度
LVで上向流を形成し、結晶種を流動化させて流動床を
形成し、結晶種とリン含有排水中のリンとが接触するこ
とにより、リン含有排水中のリンが除去される。
1内でリンを分離されたリン含有排水が配管1bを介し
て処理水として処理水槽4に貯溜され、処理水の1部
は、後段のpH調整槽(不図示)でpH値を中和処理さ
れた後河川に放流される。処理水の残りは、1部が循環
水ポンプ4a1により配管4b1を介して反応晶析層1
の下部へ戻され、また1部が希釈水ポンプ4a2により
配管4b2を介して配管3cへと消石灰乳を希釈するた
めの希釈水として供給される。
リン含有排水の流量に応じて、反応晶析槽1内に注入す
るカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の量を調整す
るようにしたので、反応晶析槽1に流入するリン含有排
水の流量が変化して、カルシウム化合物及び/又はアル
カリ剤の滞溜時間が変化しても、この変化に対応して反
応晶析槽1内に供給するカルシウム化合物及び/又はア
ルカリ剤の量の調整をうまく行うことができる。
9.5〜11の範囲内で、かつ、カルシウムイオン濃度
が30mg/L以上となるよう、反応晶析槽1に注入す
るカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の流量をフィ
ードフォワード制御することにより、反応晶析槽1の流
動床1aをpH=9程度、カルシウムイオン濃度を50
mg/L程度に設定していた従来の晶析脱リン方法に比
べて晶析反応速度を速くできるので、接触時間を短縮で
きる。さらに、流動床1aのpH値及びカルシウムイオ
ン濃度をこのように設定することにより、リンの反応速
度が十分に大きくでき、炭酸カルシウムが析出した場合
にも脱リン性能の低下を引き起こすことなく、反応晶析
槽1の流動床1aの結晶種表面に付着した炭酸カルシウ
ムを除去する手間を少なくでき、また、炭酸カルシウム
が付着して活性を維持できなくなった結晶種を新たな結
晶種と交換する手間を少なくできる。
ムとの競合析出反応を抑えるための脱炭酸工程を設ける
必要がなく、脱リン工程を短縮できる。また、流動床1
aのpH値をこのように高い値に設定することにより、
反応晶析槽1内に注入するカルシウム化合物及び/又は
アルカリ剤の量が反応晶析槽1内のリン含有排水の導入
量に対応した所望の量からずれた場合でも、反応晶析槽
1内のpH値の変動を抑えることができ、安定して処理
できる。
比して説明する。 〔実施例〕図3(a)に示すように、リン含有排水をポ
ンプ12aにより配管12を介して脱リン塔11に供給
しつつ、消石灰槽14に貯溜された消石灰をポンプ15
aで抜き出して、配管12に設けられた流量計17で計
測された流量に応じてバルブ16の開度を調整すること
により、消石灰の注入量がリン含有排水の流入量に比例
するようにフィードフォワード制御しつつ脱リン塔11
に供給して、脱リン塔11内に流動床11aを形成し、
リン含有排水中のリンをリン酸カルシウム化合物として
分離するよう構成した晶析脱リン装置を用いて、以下の
条件でリン含有排水を脱リン処理した。 (1)脱リン塔 直径750mm、高さ2000mmの円筒体 (2)原水処理量 リン含有排水(リン濃度(PO4−P)=3.5mgP
O4−P/L)を1.5〜5m3/hr(平均3m3/h
r)の水量で処理した。 (3)カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤 消石灰のうちJIS規格の特号より微粒子のもので、目
開きが150メッシュ(タイラー標準篩)の篩上残分が
0.05%以下のものを水に分散し懸濁液(消石灰乳)
として使用した。
内に供給されるリン含有排水の流量変化にかかわらず、
図3(b)に示すように、脱リン塔11から排出される
処理水をpH=9.8とほぼ均一に保つことができ、脱
リン塔11内での炭酸カルシウムとリン酸カルシウムと
の競合析出反応を抑えることができた。なお、この時の
処理水のCa濃度は40〜50mg/Lであった。
含有排水をポンプ22aにより配管22を介して脱リン
塔21に供給しつつ、消石灰槽24に貯溜された消石灰
をポンプ25aで抜き出して、脱リン塔21に設けられ
たpH測定器27で測定されたpH値に応じてバルブ2
6の開度を調整することにより、pH=9.8になるよ
う消石灰の注入量をフィードバック制御しつつ脱リン塔
21に供給して、脱リン塔21内に流動床21aを形成
し、リン含有排水中のリンをリン酸カルシウム化合物と
して分離するよう構成した晶析脱リン装置を用いて、以
下の条件でリン含有排水を脱リン処理した。 (1)脱リン塔 直径750mm、高さ2000mmの円筒体 (2)原水処理量 リン含有排水(リン濃度(PO4−P)=3.5mgP
O4−P/L)を1.5〜4.5m3/hr(平均3m3
/hr)の水量で処理した。 (3)カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤 消石灰のうちJIS規格の特号より微粒子のもので、目
開きが150メッシュ(タイラー標準篩)の篩上残分が
0.05%以下のものを水に分散し懸濁液(消石灰乳)
として使用した。
内に供給されるリン含有排水の流量が変化すると、図4
(b)に示すように、脱リン塔21から排出される処理
水のpH値が変動し、処理水をpH=9.8に保つこと
ができなかった。なお、この時の処理水のCa濃度は3
0〜60mg/Lであった。
に供給されるリン含有排水の流量に応じて脱リン塔に供
給する消石灰の注入量をフィードフォワード制御するこ
とにより、脱リン塔内に供給されるリン含有排水の流量
変化にかかわらず、脱リン塔から排出される処理水をp
H=9.8とほぼ均一に保つことができ、また、排水中
のリン濃度を安定して低く抑えることができた。
によれば、以下の効果を奏する。 1.請求項1の発明によれば、流動床を利用した晶析脱
リン方法において、流動床が形成される反応晶析槽内に
導入されるリン含有排水の流量に応じて、反応晶析槽内
に注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の量
をフィードフォワード制御するようにしたので、反応晶
析槽に流入するリン含有排水の流量の変化に対応して反
応晶析槽内に供給するカルシウム化合物及び/又はアル
カリ剤の量の調整をうまく行うことができる。 2.請求項2の発明によれば、前記反応晶析槽内に導入
されるリン含有排水の流量に応じて前記反応晶析槽内に
注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の流量
をフィードフォワード制御して、前記反応晶析槽内の流
動床がpH=9.5〜11の範囲内で、かつ、カルシウ
ムイオン濃度が30mg/L〜100mg/Lの範囲内
となるようにすることにより、反応晶析槽内の流動床を
pH=9程度に設定していた従来の晶析脱リン方法に比
べて晶析反応速度を速くできるので、接触時間を短縮で
きる。また、流動床のpH値をこのように高い値に設定
することにより、反応晶析槽内に注入するカルシウム化
合物及び/又はアルカリ剤の量が所望の値と異なる場合
でも、反応晶析槽内のpH値の変動を抑えることがで
き、安定して処理できる。 3.請求項3の発明によれば、流動床を用いた晶析脱リ
ン装置において、流動床が形成される反応晶析槽内に導
入されるリン含有排水の流量に応じて、反応晶析槽内に
注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の量を
フィードフォワード制御するようにしたので、反応晶析
槽に流入するリン含有排水の流量が変化しても、この変
化量に対応して反応晶析槽内に供給するカルシウム化合
物及び/又はアルカリ剤の量の調整をうまく行うことが
できる。 4.請求項4の発明によれば、前記反応晶析槽内に導入
されるリン含有排水の流量に応じて前記反応晶析槽内に
注入するカルシウム化合物及び/又はアルカリ剤の流量
をフィードフォワード制御して、前記反応晶析槽内の流
動床がpH=9.5〜11の範囲内で、かつ、カルシウ
ムイオン濃度が30mg/L〜100mg/Lの範囲内
となるようにすることにより、反応晶析槽内の流動床を
pH=9程度に設定していた従来の晶析脱リン方法に比
べて晶析反応速度を速くでき、接触時間を短縮できる。
また、流動床のpH値をこのように高い値に設定するこ
とにより、反応晶析槽内に注入するカルシウム化合物及
び/又はアルカリ剤の量が所望の値から多少ずれても、
反応晶析槽内のpH値の変動を抑えることができ、安定
して処理できる。
す系統図である。
置の系統図であり、(b)は同装置による晶析脱リン処
理の際の処理水のpH値の変化を示す図である。
図であり、(b)は同装置による晶析脱リン処理の際の
処理水のpH値の変化を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 リン含有排水を反応晶析槽内に導入し、
カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤を添加すると共
にリン酸カルシウムを含有する結晶種の流動床を形成し
ながら前記リン含有排水中のリンと前記結晶種とを接触
させて、前記リン含有排水中のリンをリン酸カルシウム
化合物として分離する晶析脱リン方法において、 前記反応晶析槽内に導入されるリン含有排水の流量に応
じて前記反応晶析槽内に注入するカルシウム化合物及び
/又はアルカリ剤の量をフィードフォワード制御するこ
とを特徴とする晶析脱リン方法。 - 【請求項2】 前記反応晶析槽内の流動床が、pH=
9.5〜11の範囲内で、かつ、カルシウムイオン濃度
が30mg/L〜100mg/Lの範囲内となるよう、
前記反応晶析槽内に導入されるリン含有排水の流量に応
じて、前記反応晶析槽内に注入するカルシウム化合物及
び/又はアルカリ剤の量をフィードフォワード制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の晶析脱リン方法。 - 【請求項3】 リン含有排水を反応晶析槽内に導入し、
カルシウム化合物及び/又はアルカリ剤を添加すると共
にリン酸カルシウムを含有する結晶種の流動床を形成し
ながら前記リン含有排水中のリンと前記結晶種とを接触
させて、前記リン含有排水中のリンをリン酸カルシウム
化合物として分離する晶析脱リン装置において、 前記反応晶析槽内に導入されるリン含有排水の流量に応
じて前記反応晶析槽内に注入するカルシウム化合物及び
/又はアルカリ剤の量をフィードフォワード制御するよ
う構成したことを特徴とする晶析脱リン装置。 - 【請求項4】 前記反応晶析槽内の流動床が、pH=
9.5〜11の範囲内で、かつ、カルシウムイオン濃度
が30mg/L〜100mg/Lの範囲内となるよう、
前記反応晶析槽内に導入されるリン含有排水の流量に応
じて、前記反応晶析槽内に注入するカルシウム化合物及
び/又はアルカリ剤の流量をフィードフォワード制御す
るよう構成したことを特徴とする請求項3に記載の晶析
脱リン装置。
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