JP2004148242A - 排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents

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Takashi Yamaguchi
隆司 山口
Shinichi Yamazaki
慎一 山崎
Nobuo Araki
信夫 荒木
Satoshi Shimozaki
敏 霜▲崎▼
Akihiro Nagano
晃弘 長野
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Takashi Yamaguchi
隆司 山口
Shinichi Yamazaki
慎一 山崎
Kotobuki Giken Kogyo Kk
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Abstract

【課題】排水が15度以下の低温の場合でも排水処理を良好に行うことができ、且つ、余分なエネルギーを使用することのない排水処理方法及び排水処理装置を提供する。
【解決手段】嫌気性微生物の硫酸呼吸により排水2中の有機物を分解する上向流嫌気性汚泥床式の嫌気性処理槽1と、嫌気性処理槽1からの排水11を好気性微生物により分解すると共に、排水11中の硫化水素や硫化物を酸化して硫酸イオンを得るようにした好気性処理槽10と、好気性処理槽10で得られた硫酸イオンを含む被処理水14を嫌気性処理槽1の流入側の管路3へ戻すための管路17を備える。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市下水、工場排水、家庭排水等の排水より、固形物、有機性物質等を除去する排水処理方法及び排水処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
都市下水等の排水を処理する手段として、嫌気性微生物及び好気性微生物を用いる手段が従来から知られており、例えば特許文献1、特許文献2に示すものがある。
【0003】
特許文献1は、排水に酸素を溶解させる反応部に引き続き、上向流式反応部において、排水を上昇させ、上向流式反応部で形成された好気性微生物群、嫌気性微生物群、及び固形物を含む自己造粒汚泥を同反応部に抑留する排水処理方法であり、特許文献2は特許文献1の方法を具体化した装置で、散気装置が設けられた反応槽と、該反応槽に連結された上向流式反応槽とからなる反応部が多段に連結されている排水処理装置であり、上向流式反応槽には、好気性微生物群、嫌気性微生物群、及び固形物を含む自己造粒汚泥が抑留されるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平3−238093号公報(第1ページ左欄、第1図)
【特許文献2】
特公平6−36920号公報(第1ページ左欄、第3ページ左欄、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1及び特許文献2において使用する上向流式反応部(上向流式反応槽)は、メタン発酵等、不完全酸化系で使用されており、硫酸は使用されていないため、排水の温度が例えば15℃以下のように低い場合には、排水中の有機物の分解処理を良好に行うことができず、又、酸素の供給には電動機等の駆動装置により駆動するブロワを備えた散気装置を使用しているため、余分な電力を消費して省エネルギーを図ることができない。
【0006】
本発明は、斯かる実情に鑑み、導入される排水が15℃以下の低温の場合でも排水処理を良好に行うことができ、且つ、余分なエネルギーを使用することのない排水処理方法及び排水処理装置を提供することを目的としてなしたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の排水処理方法は、上向流嫌気性汚泥床式の嫌気性処理槽において嫌気性微生物の硫酸呼吸により排水中の有機物を分解し、前記嫌気性処理槽からの排水を好気性処理槽における好気性微生物により分解すると共に、好気性処理槽において、排水中の硫化水素や硫化物を酸化して硫酸イオンを得、該硫酸イオンを含む被処理水を前記嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すものである。
【0008】
請求項2の排水処理方法は、好気性処理槽から嫌気性処理槽の排水流入側へ戻される硫酸イオンを含んだ被処理水の量を、嫌気性処理槽に導入される有機物を含んだ排水の量の1〜10倍とするものである。
【0009】
請求項3の排水処理方法は、好気性処理槽から嫌気性処理槽の排水流入側へ戻される被処理水中の硫酸イオンの濃度を、嫌気性処理槽に導入される排水中の有機物の濃度の1/10以上とするものである。
【0010】
請求項4の排水処理方法は、嫌気性処理槽及び/又は好気性処理槽で発生した硫化水素等を含むガスを生物脱臭装置により酸化処理して得られた硫酸イオンの水溶液を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すものである。
【0011】
請求項5の排水処理方法は、嫌気性処理槽で有機物を分解された排水のpHが所定の値以下の場合には、嫌気性処理槽へ導入される排水に所定量のアルカリ溶液を加えるものである。
【0012】
請求項6の排水処理装置は、嫌気性微生物の硫酸呼吸により排水中の有機物を分解する上向流嫌気性汚泥床式の嫌気性処理槽と、該嫌気性処理槽からの排水を好気性微生物により分解すると共に、排水中の硫化水素や硫化物を酸化して硫酸イオンを得るようにした好気性処理槽と、該好気性処理槽で得られた硫酸イオンを含む被処理水を前記嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段を備えたものである。
【0013】
請求項7の排水処理装置は、嫌気性処理槽の排水流入側に硫酸水溶液を供給するための手段を設けたものである。
【0014】
請求項8の排水処理装置は、嫌気性処理槽の排水流入側にアルカリ水溶液を供給するための手段を設けたものである。
【0015】
請求項9の排水処理装置は、嫌気性処理槽及び/又は好気性処理槽で発生した硫化水素等を含むガスを酸化処理して硫酸イオンの水溶液を得るための生物脱臭装置と、該生物脱臭装置からの硫酸イオンの水溶液を前記嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段を備えたものである。
【0016】
請求項1〜請求項9の発明によれば、排水が低温の場合でも、有機物の分解を良好に行うことができ、硫酸還元菌の活性を高めることができるため、有機物の分解を迅速に行うことができ、有機物の分解を良好且つ迅速に行うことができるため、装置の小型化が可能となり、嫌気性処理槽に上向流嫌気性汚泥床を用いているため、汚泥の発生が少量となり、好気性処理槽では空気の導入に動力を用いていないため、省エネルギーに貢献することができ、排水の温度が高い場合には、同時に窒素の処理を行うことができる。
【0017】
又請求項5及び請求項8の発明によれば、pHを所定の値に保持して硫化水素が逃げることを防止することができるため、好気性処理槽において硫酸イオンを多量に生成させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1は本発明の排水処理方法及び排水処理装置を説明するための実施の形態の一例である。図中、1は上向流嫌気性汚泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blankt)を形成する嫌気性処理槽で、都市下水、工場排水、家庭排水等の排水2は、管路3を通りノズル管4から嫌気性処理槽1内下部に供給されるようになっている。
【0019】
而して、嫌気性処理槽1内に供給された排水2に含まれる有機物(BOD)中のCHOは、例えば、嫌気性微生物である硫酸還元菌により分解されるようになっている。又、嫌気性処理槽1内の上部には、フード5が配置され、嫌気性処理槽1内で発生してフード5に捕集されたガス6は、中途部にブロワ7が設けられた管路8を循環し、ノズル管9から嫌気性処理槽1内の液中に噴出させ得るようになっている。なお、以下の説明における「有機物の分解」は有機物に含まれるCHOの分解を意味する。又、本図示例では、フード5及びブロワ7並びに管路8は設けなくても実施できる。
【0020】
10は散水濾床式のスポンジ型リアクタである好気性微生物膜型の好気性処理槽であり、嫌気性処理槽1で有機物の除去された排水11は、管路12を経て散水管13から好気性処理槽10内に噴射、供給されるようになっている。又、好気性処理槽10内には、例えば、好気性微生物である硫黄酸化菌が担持された担持体10aが設置されており、好気性処理槽10の担持体10aに供給された排水11は、硫黄酸化菌により分解されるようになっている。好気性処理槽10の担持体10aよりも下部には、内部に空気を導入するための空気孔10bが設けられている。
【0021】
好気性処理槽10で処理されて清浄になった被処理水14は、好気性処理槽10の担持体10aよりも下部に接続された管路15を通り、後工程へ供給されるようになっている。又被処理水14の一部は中途部にポンプ16の接続された管路17から、管路3に戻し得るようになっている。被処理水14の一部を管路3へ戻すのは、被処理水14中に硫酸還元菌が硫酸呼吸するに必要な硫酸イオン(SO 2−)が含有されているためである。
【0022】
次に、上記図示例の作動を説明する。
都市下水、工場排水、家庭排水等の排水2は、管路3において、好気性処理槽10から管路17を通り供給された硫酸イオン(SO 2−)を含む被処理水14と合流し、ノズル管4から嫌気性処理槽1内に上向きに噴射され、排水2中の有機物は嫌気性処理槽1内の液中に含まれている硫酸還元菌の硫酸呼吸により分解される(硫酸還元反応)。
【0023】
すなわち、排水2中に含まれている硫酸イオン(SO 2−)は硫酸還元菌の働きにより硫化水素(HS)に還元されると共に、有機物は硫酸イオン(SO 2−)の還元時に生じる酸素(O)により酸化されて炭酸ガス(CO)と水(HO)となる。
【0024】
なお、排水2中には、多少硫酸イオン(SO 2−)が含まれているが、被処理水14中の硫酸イオン(SO 2−)を利用することにより、嫌気性処理槽1での有機物の分解を効率的に行うことができる。又、硫酸イオン(SO 2−)は更に還元されてS2−が発生する他、HS、S等も発生する。
【0025】
嫌気性処理槽1で生じた炭酸ガス(CO)、硫化水素(HS)、メタン(CH)、窒素(N)等を含むガス6の一部は外部に排出されるが、残りのガス6はフード5に捕集されてブロワ7により管路8を循環し、ノズル管9から嫌気性処理槽1内の排水2中に噴射される。このため、嫌気性処理槽1内の排水2に含まれる汚泥は下方へ沈殿することなく浮遊状態を維持する。従って、嫌気性処理槽1内の汚泥濃度を嫌気性微生物が2万〜8万mg/l程度に濃縮されるまで高くすることができる。嫌気性処理槽1の底部に溜まった汚泥は、嫌気性処理槽1から外部に排出される。
【0026】
有機物が分解されて生成された排水11は、管路12を経て散水管13へ送給され、散水管13から好気性処理槽10内に散水される。散水された排水11は空気と接触して酸素を取り込み、又、空気孔10bから導入されて上昇する空気と接触して酸素を取り込み、担持体10aを下降する。排水11が担持体10aを下降する際には、排水11中に含まれている有機物は、好気性微生物である硫黄酸化菌により分解され、清浄化されて被処理水14となる。この際、排水11中のS2−は酸化されて硫酸イオン(SO 2−)が生成される。硫酸イオン(SO 2−)は被処理水14中に溶解される。
【0027】
排水11が処理されて生成された硫酸イオン(SO 2−)を含む被処理水14は管路15から後工程へ供給されるが、一部の被処理水14は硫酸還元反応を良好に行わせるため、ポンプ16により管路17を通り管路3に送給され、管路3において排水2に合流する。管路17から管路3へ供給される被処理水14の単位時間当りの流量Q2は、排水2の単位時間当りの流量Q1の1〜10倍(Q2/Q1=R=1〜10)とすると良い。
【0028】
本図示例によれば、嫌気性処理槽1における硫酸イオン(SO 2−)の濃度を濃くすることができるため、硫酸還元菌による硫酸還元反応が活発に行われ、従って、排水2が15℃以下5℃程度の低温であっても、有機物の分解を良好に行うことができる。
【0029】
又、嫌気性処理槽1として上向流嫌気性汚泥床を用いているため汚泥の発生量が少ない。因みに、有機物1kgに対し、汚泥の発生量は0.4kg程度である。
【0030】
更に、排水2の有機物濃度が薄くて多量の場合にも、有機物の分解を効果的に行うことができ、硫酸還元菌や硫黄酸化菌の活性を高めることができるため、有機物の迅速な分解が可能であると共に、嫌気性処理槽1や好気性処理槽10の小型化を図ることができる。
【0031】
更に又、排水2の温度が15℃以上の高温の場合には、有機物のCHOの分解と同時にアンモニア(NH)等の分解を行うこともできる。この場合の反応は次のようになる。すなわち、嫌気性処理槽1では、硝酸イオン(NO )が還元されて窒素(N)と酸素(O)が生成され、CHOは酸素と反応して炭酸ガス(CO)と水(HO)に分解される。又、好気性処理槽10では、アンモニア(NH)が酸素(O)と反応して硝酸性窒素(NO )が生成される。
【0032】
又更に、本図示例では、好気性処理槽10では電動機等の駆動装置により駆動されるブロワを備えた散気装置を用いていないため、電力を消費することがなく、省エネルギーに貢献することができる。
【0033】
図2は本発明の排水処理方法及び排水処理装置の実施の形態の他の例である。図中、図1に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。而して、本図示例の特徴とするところは嫌気性処理槽1中の硫酸イオン(SO 2−)の濃度が低い場合には硫酸(HSO)の水溶液を、又、排水11のpHが低い場合には、アルカリ(NaOH)の水溶液を、排水2や管路17を経て送給されてきた被処理水14と共に管路3からノズル管4を介して嫌気性処理槽1へ供給するようにした例である。
【0034】
図2中、18は硫酸水溶液槽であり、硫酸水溶液槽18内の硫酸水溶液19は以下に述べる条件が満たされた場合に、ポンプ20により管路21から管路3に供給し得るようになっている。すなわち、排水2の単位時間当りの流量をQ1、管路17から管路3へ供給される被処理水14の単位時間当りの流量をQ2とすると、有機物の量に比べて硫酸イオン(SO 2−)の濃度が薄い場合には、[数1]の関係が成立するように、すなわち[数1]から得られた[数2]の関係が成立するように、好ましくは、硫酸イオン(SO 2−)の濃度がBODの濃度の1/10以上になるよう、硫酸水溶液を供給することにより、嫌気性処理槽1内の硫酸イオン(SO 2−)の濃度を高めて嫌気性処理槽1内での硫酸還元反応を活発に行わせるようにしている。なお、Rの値は段落番号[0027]参照。
【数1】
Q2/Q1=R≧(BODの濃度/硫酸イオンの濃度)×0.5
【数2】
【0035】
又、22は管路12に接続されたpH検出器であり、pH検出器22により検出されたpH値が例えば6よりも低い場合には、アルカリ水溶液槽23内のアルカリ水溶液24はポンプ25により管路26から管路3に供給し得るようになっている。
【0036】
図2の例においても、排水処理時の基本的な作用は図1の場合と同様である。而して、図2に示す装置の稼動時に硫酸イオン(SO 2−)の濃度が低い場合には、ポンプ20を駆動して硫酸水溶液槽18に貯留されている硫酸水溶液19を管路21から管路3及びノズル管4を介し、排水2及び被処理水14と共に嫌気性処理槽1内に供給する。供給する硫酸水溶液19の量は、硫酸イオン(SO 2−)の濃度が、BODの濃度の1/10以上となる程度とする。これにより、嫌気性処理槽1内の硫酸イオン(SO 2−)の濃度は所望の状態に保持されるため、嫌気性処理槽1内における硫酸還元反応は活発に行われ、有機物の分解を迅速に行うことができる。
【0037】
pH検出器22で検出されたpHが所定の値(例えば6)よりも低い場合には、ポンプ25を駆動してアルカリ水溶液槽23に貯留されているアルカリ水溶液24を管路26から管路3及びノズル管4を介し、排水2及び被処理水14と共に嫌気性処理槽1内に供給する。これにより、嫌気性処理槽1内のpHは所定の値以上に保持され、嫌気性処理槽1から硫酸イオン(SO 2−)が逃げることを防止することができ、その結果、嫌気性処理槽1内での硫酸還元反応を良好な状態に保持することができる。
【0038】
図3は本発明の排水処理方法及び排水処理装置の実施の形態の他の例である。図中、図1に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。而して、本図示例の特徴とするところは、嫌気性処理槽1で発生した硫化水素(HS)を含むガス6を取り込み得るよう管路27を設けると共に、好気性処理槽10で発生した硫化水素(HS)を含むガス6’を取り込み得るよう管路28を設け、管路27,28を合流させた管路29を生物脱臭装置30の好気性処理槽31に接続する。
【0039】
生物脱臭装置30の好気性処理槽31内には、Thiobacillus、Thiobacterium、Thiothrix、Beggiatoa、Sulfolobus等の好気性微生物が担持された担持体31aが収納されると共に、担持体31aの上部には、担持体31aに水又は水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリ水溶液32を散水し得るよう散水管33が配設され、担持体31aの下部には、好気性処理槽31内に空気34を曝気し得るよう、空気供給管35が配設されている。
【0040】
而して、生物脱臭装置30では、好気性微生物の働きにより硫化水素(HS)が酸化されて硫酸イオン(SO 2−)が生成され、硫酸イオン(SO 2−)の水溶液36は硫酸イオン水溶液槽37からポンプ38により管路39を経て管路3へ送給し得るようになっている。
【0041】
図3の例においても、排水処理時の基本的な作用は図1の場合と同様である。而して、図3に示す装置の稼動時には、嫌気性処理槽1及び好気性処理槽10で発生した硫化水素(HS)を含むガス6,6’は管路27,28へ取り出され、管路29から生物脱臭装置30へ供給される。
【0042】
生物脱臭装置30では、空気34が空気供給管35から好気性処理槽31内へ曝気されて担持体31aに担持されているThiobacillus、Thiobacterium、Thiothrix、Beggiatoa、Sulfolobus等の好気性微生物が活性化され、活性化された好気性微生物の働きにより、ガス中の硫化水素(HS)は酸化されて硫酸イオン(SO 2−)が生成され、硫酸イオン(SO 2−)は散水管33から散水される水又は水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリ水溶液32に溶けて硫酸イオン水溶液36となり、硫酸イオン水溶液槽37からポンプ38により管路3へ送給される。硫化水素(HS)の除去されたガスは、ブロワ又はファン40により管路41を経て排気される。
【0043】
管路3に供給された硫酸イオン水溶液36は、排水2や管路17から送給された硫酸イオン(SO 2−)を含む被処理水14と共に管路3を送給され、ノズル管4から嫌気性処理槽1内に供給され、供給された硫酸イオン(SO 2−)は前述のごとく硫酸還元菌により還元され、還元時に発生する酸素(O)により有機物の分解に供される。
【0044】
このように、本図示例では、嫌気性処理槽1や好気性処理槽10から出るガス6,6’中の硫化水素(HS)をも利用するようにしているため、硫酸還元菌の硫酸還元反応が活発となり、有機物中のCHOの分解をより一層効果的に行うことができる。
【0045】
なお、本発明の排水処理方法及び排水処理装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0046】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項1〜9記載の排水処理方法及び排水処理装置によれば、
I)排水が低温の場合でも、有機物の分解を良好に行うことができる、
II)硫酸還元菌の活性を高めることができるため、有機物の分解を迅速に行うことができる、
III)有機物の分解を良好且つ迅速に行うことができるため、装置の小型化が可能となる、
IV)嫌気性処理槽に上向流嫌気性汚泥床を用いているため、汚泥の発生が少量となる、
V)好気性処理槽では空気の導入に動力を用いていないため、省エネルギーに貢献することができる、
VI)排水の温度が高い場合には、窒素の処理を行うことができる、
等の効果を奏することができ、又、請求項5及び請求項8の場合は、pHを所定の値に保持して硫化水素が逃げることを防止することができるため、好気性処理槽において硫酸イオンを多量に生成させることができる等の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排水処理方法及び排水処理装置の実施の形態の一例を示すフロー図である。
【図2】本発明の排水処理方法及び排水処理装置の実施の形態の他の例を示すフロー図である。
【図3】本発明の排水処理方法及び排水処理装置の実施の形態の更に他の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
1 嫌気性処理槽
2 排水
3 管路
6 ガス
6’ ガス
10 好気性処理槽
14 被処理水
16 ポンプ(硫酸イオンを含む被処理水を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段)
17 管路(硫酸イオンを含む被処理水を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段)
18 硫酸水溶液槽(嫌気性処理槽の排水流入側に硫酸水溶液を供給するための手段)
19 硫酸水溶液
20 ポンプ(嫌気性処理槽の排水流入側に硫酸水溶液を供給するための手 段)
21 管路(嫌気性処理槽の排水流入側に硫酸水溶液を供給するための手段)
23 アルカリ水溶液槽(嫌気性処理槽の排水流入側にアルカリ水溶液を供給するための手段)
24 アルカリ水溶液
25 ポンプ(嫌気性処理槽の排水流入側にアルカリ水溶液を供給するための手段)
26 管路(嫌気性処理槽の排水流入側にアルカリ水溶液を供給するための手段)
30 生物脱臭装置
36 硫酸イオン水溶液
37 硫酸イオン水溶液槽(生物脱臭装置からの硫酸イオンの水溶液を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段)
38 ポンプ(生物脱臭装置からの硫酸イオンの水溶液を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段)
39 管路(生物脱臭装置からの硫酸イオンの水溶液を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段)

Claims (9)

  1. 上向流嫌気性汚泥床式の嫌気性処理槽において嫌気性微生物の硫酸呼吸により排水中の有機物を分解し、前記嫌気性処理槽からの排水を好気性処理槽における好気性微生物により分解すると共に、好気性処理槽において、排水中の硫化水素や硫化物を酸化して硫酸イオンを得、該硫酸イオンを含む被処理水を前記嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すことを特徴とする排水処理方法。
  2. 好気性処理槽から嫌気性処理槽の排水流入側へ戻される硫酸イオンを含んだ被処理水の量を、嫌気性処理槽に導入される有機物を含んだ排水の量の1〜10倍とする請求項1に記載の排水処理方法。
  3. 好気性処理槽から嫌気性処理槽の排水流入側へ戻される被処理水中の硫酸イオンの濃度を、嫌気性処理槽に導入される排水中の有機物の濃度の1/10以上とする請求項1又は2に記載の排水処理方法。
  4. 嫌気性処理槽及び/又は好気性処理槽で発生した硫化水素等を含むガスを生物脱臭装置により酸化処理して得られた硫酸イオンの水溶液を嫌気性処理槽の排水流入側へ戻す請求項1、2又は3に記載の排水処理方法。
  5. 嫌気性処理槽で有機物を分解された排水のpHが所定の値以下の場合には、嫌気性処理槽へ導入される排水に所定量のアルカリ溶液を加える請求項1、2、3又は4に記載の排水処理方法。
  6. 嫌気性微生物の硫酸呼吸により排水中の有機物を分解する上向流嫌気性汚泥床式の嫌気性処理槽と、該嫌気性処理槽からの排水を好気性微生物により分解すると共に、排水中の硫化水素や硫化物を酸化して硫酸イオンを得るようにした好気性処理槽と、該好気性処理槽で得られた硫酸イオンを含む被処理水を前記嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段を備えたことを特徴とする排水処理装置。
  7. 嫌気性処理槽の排水流入側に硫酸水溶液を供給するための手段を設けた請求項6に記載の排水処理装置。
  8. 嫌気性処理槽の排水流入側にアルカリ水溶液を供給するための手段を設けた請求項6又は7に記載の排水処理装置。
  9. 嫌気性処理槽及び/又は好気性処理槽で発生した硫化水素等を含むガスを酸化処理して硫酸イオンの水溶液を得るための生物脱臭装置と、該生物脱臭装置からの硫酸イオンの水溶液を前記嫌気性処理槽の排水流入側へ戻すための手段を備えた請求項6、7又は8に記載の排水処理装置。
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