CN113321313A - 一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，包括若干个垂直于河道水流方向的透水墙，两个相邻的所述透水墙分别固定于河道的相对的两侧河岸；包括沿河道水流方向依次设有的前置净化区、过渡区、深度处理区，微生物附着基***用于对来水中的泥沙进行前置拦截，所述前置净化区用于对来水的水质进行前置净化，所述过渡区用于对来水进行中间过渡，进一步降低悬浮物质，所述深度处理区用于对来水进行最终净化，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量；本发明透水墙能够将自然水流改道成“Z”形流态，将高速水流减缓为低速水流，减少对河堤及底质的冲刷作用，透水的同时对水中污染物质起到消解的作用。

Description

一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***
技术领域
本发明涉及到河道水质修复领域，具体涉及到一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***。
背景技术
随着水资源的日益匮乏，尤其是为了满足日常生产生活的水资源日益短缺，近年来引用并净化河流中的水资源的情况越来越多。受环境、人为过度开发等因素的影响，河道的泥沙含量普遍偏高。由于河流中的水夹杂着大量的泥沙和污染物，对处理饮用水的工作带来极大的困难。
河流含沙量高的主要原因有：水生植物生物量少；高流速水流对河堤及底质造成强烈的冲刷作用；降雨冲刷形成地表径流带入泥沙。河流含沙量高造成的主要危害有：会对河流水质造成影响、造成河道淤塞抬高河床、破坏河道自然水生态***、对河道水的引用工作造成困难。
目前河道清沙只要以在河道内安置泥沙分离装置为主，该技术手段存在前期投入成本较高、设备安装难度大、设备维护成本高等问题，不仅对高流速的河流的作用效果甚微，而且生态性差，不利于河流自净生态***的恢复。
现有技术申请号为CN201711445036.0的中国发明专利于2018年06月26日公开了一种适用于高含沙量河道的生态治理***，包括挂膜单元与生态***单元，挂膜单元有至少两个平行设置的人工水草组构成，人工水草组和驳岸垂直设置，相邻的两个人工水草组分别在其异侧和驳岸连接，人工水草组和所述的驳岸之间设置有流水道，流水道成Z字形延伸；生态***单元沿着河道的延伸方向由两排平行设置的导流隔离网分为三个区域。本发明的挂膜单元可在一定程度上减缓河道流速，有助于水体中的泥沙、颗粒物等较大悬浮物沉降，初步沉降上游来水中的颗粒物；该专利方案存在以下缺陷：(1)人工水草组有一定的吸附能力，但吸附功能较为单一，只能简单的处理泥沙，对具有多种污染物的水流处理能力有限；(2)人工水草组需要经常更换水草，维护不便，人工成本高；(3)人工水草组和生态***单元为分离设置，降低了生态***的处理能力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，透水墙能够将自然水流改道成“Z”形流态，将高速水流减缓为低速水流，减少对河堤及底质的冲刷作用、有利于水生植物的着根生长、矿物填充的透水结构能够形成消解污染物质的微环境，透水的同时对水中污染物质起到消解的作用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，包括若干个垂直于河道水流方向的透水墙，若干个所述透水墙交替错位设于河道的两侧河岸，所述透水墙的一端与河道的一侧河岸固定、另一端与河道的另一侧河岸之间设有微生物附着基***；包括沿河道水流方向依次设有的前置净化区、过渡区、深度处理区，所述前置净化区设置于第一透水墙与第二透水墙之间，所述过渡区设置于第二透水墙与第三透水墙之间，所述深度处理区设置于第三透水墙与第四透水墙之间；微生物附着基***用于对来水中的泥沙进行前置拦截，所述前置净化区用于对来水的水质起到前置净化作用，所述过渡区用于对来水起到中间过渡作用，进一步降低悬浮物质，所述深度处理区用于对来水起到最终净化作用，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量。
上述方案中，通过将两个相邻的透水墙分别固定于河道的相对的两侧河岸，即交错设于河道的两侧岸，透水墙对水流有阻缓的作用，使水流在经过透水墙时流速降低，使从微生物附着基***流过的水流的流速高于从透水墙流过的水流的流速，从而形成“Z”形流态，并且经过若干个透水墙的多次阻缓后，使高速水流减缓为低速水流，减少对河堤及底质的冲刷作用，有利于水生植物的着根生长、矿物填充的透水结构能够形成消解污染物质的微环境，透水的同时对水中污染物质起到消解的作用。
其中，微生物附着基***能够有效地对来水中的泥沙起到前置拦截作用；前置净化区能够对来水的水质起到前置净化作用，初步改善水质情况；过渡区能够对来水起到中间过渡作用，进一步降低悬浮物质；深度处理区对来水起到最终净化作用，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量等情况。
整个***的构造契合水生动植物的生境需求，能有效地改善高流速高含沙河道内水生动植物的生存环境，提高生物多样性。
进一步的，所述透水墙包括由石笼网组成的外框，所述外框的下端延伸至河道的底部，所述外框由钢管柱固定，所述钢管柱的下端固定于河道的底部，所述外框的内部设有填充物。
进一步的，所述填充物包括火山岩、斜发沸石、石灰石，所述火山岩与所述斜发沸石的质量比为1:1～1:3，斜发沸石与石灰石的质量比为2:1～3:1；所述填充物的粒径为40～50mm，所述外框的孔径为20x40mm～30x50mm。
其中，斜发沸石用于处理有机污染物，石灰石用于去除无机污染物，火山岩用于处理市政污水、工业废水、生活污水，通过调节三种矿物石的填充比例，适应不同需要处理的污水水质。
进一步的，所述微生物附着基***包括浮球、微生物附着基、碎石袋，所述微生物附着基为条形结构，所述微生物附着基的上端连接所述浮球、下端连接所述碎石袋；所述微生物附着基的布设密度为4～6株/m2。浮球浮于水面，碎石袋沉于河底，使微生物附着基避免纠缠在一起。
进一步的，所述透水墙的相对于河道的横向长度与所述河道的宽度的比值为1：2～2：3，所述透水墙高出河道常态水位0.1～0.2m。通过增加透水墙的长度，可以提高透水墙对水流流速的阻缓作用。
进一步的，若干个所述透水墙之间为等距排列，相邻的两个透水墙之间的布设间距为15～20m。通过调整透水墙的间距，可以调整该相邻透水墙之间的对应处理区域面积，增加该区域的处理效果。
进一步的，所述前置净化区包括耐污先锋种沉水植物，所述耐污先锋种沉水植物包括黑藻、伊乐藻；其中黑藻的种植密度为40～50株/m2，伊乐藻的种植密度为30～40株/m2。
进一步的，所述过渡区包括铺设的碎石，所述碎石的粒径为20～30mm，所述碎石铺设的厚度为30～40mm。
进一步的，所述深度处理区包括长效净化种沉水植物、以及底栖动物，所述长效净化种沉水植物包括苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜，所述苦草的种植密度为40～50株/m2，所述金鱼藻的种植密度为30～40株/m2，所述篦齿眼子菜的种植密度为20～30株/m2；所述底栖动物包括铜锈环棱螺、无齿蚌，所述铜锈环棱螺的投放密度为80～3100g/m2，所述无齿蚌的投放密度为50～360g/m2。
进一步的，所述复合生境***即可用于水环境修复治理工程，也可用于河流生态修复治理工程。
上述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***应用于郑州市某条断面宽为15m、平均水深为1.8m、长为5km、水流速度为3.2m/s的河道内，布设形式为：透水墙长度为10m、宽度为1.5m、布设间距为20m，高出河道常态水位0.1m；透水墙内填充的火山岩与斜发沸石的质量比为1:1、斜发沸石与石灰石的质量比为2:1、粒径为40mm；透水墙的外框的石笼网的孔径为20×40mm；微生物附着基的布设密度为4株/m2；前置净化区的黑藻与伊乐藻的种植密度分别为40株/m2、30株/m2；过渡区的碎石粒径为20mm，铺设厚度为40mm；深度处理区的苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜的种植密度分别为40株/m2、30株/m2、30株/m2，铜锈环棱螺、无齿蚌的放养密分别为100g/m2、50g/m2。在河道布设复合生境***4个月后，河道各项水质数据开始出现明显的变化：水中的氨氮由之前的3.254mg/L降至1.583mg/L，TN由4.36mg/L降至1.72mg/L，透明度由62cm提高到120cm，浊度由15.72NTU降低至4.24NTU，DO由2.14mg/L提高到4.8mg/L，水体流速降低至1.1m/s左右，河底沉水植物覆盖度由之前的23％提升至58％，水生动物的丰富度也呈现了明显的增长。
上述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***应用于贵州市某条断面宽为20m、平均水深为2.2m、长为10km、水流速度为2.5m/s的河道内，布设形式为：透水墙长度为10m、宽度为2m、布设间距为20m，高出河道常态水位0.2m；透水墙内填充的火山岩与斜发沸石的质量比为1:3、斜发沸石与石灰石的质量比为3:1、粒径为50mm左右；透水墙的外框的石笼网的孔径为30×50mm；微生物附着基的布设密度为6株/m2；前置净化区的黑藻与伊乐藻的种植密度分别为50株/m2、40株/m2；过渡区的碎石粒径为30mm，铺设厚度为30mm；深度处理区的苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜的种植密度分别为50株/m2、40株/m2、20株/m2，铜锈环棱螺、无齿蚌的放养密分别为80g/m2、60g/m2。在河道布设复合生境***4个月后，河道各项水质数据开始出现明显的变化：水中的氨氮由之前的3.94mg/L降至1.93mg/L，TN由3.96mg/L降至1.62mg/L，透明度由48cm提高到107cm，浊度由17.72NTU降低至6.24NTU，DO由2.54mg/L提高到4.64mg/L，水体流速降低至0.8m/s左右，河底沉水植物覆盖度由之前的26％提升至60％，水生动物的丰富度也呈现了明显的增长。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)透水墙能够将自然水流改道成“Z”形流态，将高速水流减缓为低速水流，减少对河堤及底质的冲刷作用、有利于水生植物的着根生长、矿物填充的透水结构能够形成消解污染物质的微环境，透水的同时对水中污染物质起到消解的作用；
(2)透水墙与各项生态处理区结合，在水流呈“Z”流动的过程中，可以横向流过各个生态处理区，相对于现有技术中方案(水流直接流过生态处理区)，增加了水流与生态处理区接触的范围，节省了施工空间，减少了成本；
(3)透水墙与微生物附着基***结合，能够有效地对来水中的泥沙起到前置拦截作用。
(4)微生物附着基***能够有效地对来水中的泥沙起到前置拦截作用；前置净化区能够对来水的水质起到前置净化作用，初步改善水质情况；过渡区能够对来水起到中间过渡作用，进一步降低悬浮物质；深度处理区对来水起到最终净化作用，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量等情况；
(5)整个***的构造契合水生动植物的生境需求，能有效地改善高流速高含沙河道内水生动植物的生存环境，提高生物多样性。
附图说明
图1为本发明一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***的俯视图；
图2为本发明透水墙与微生物附着基***的横向截面图；
图中：1、钢管柱；2、透水墙；201、第一透水墙；202、第二透水墙；203、第三透水墙；204、第四透水墙；3、石笼网；4、浮球；5、前置净化区；6、过渡区；7、深度处理区；8、河岸；9、微生物附着基；10、碎石袋；11、河底。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1至图2所示，一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，包括若干个垂直于河道水流方向的透水墙2，若干个所述透水墙2交替错位设于河道的两侧河岸，所述透水墙2的一端与河道的一侧河岸8固定、所述透水墙2的另一端与河道的另一侧河岸8之间设有微生物附着基***，；包括沿河道水流方向依次设有的前置净化区5、过渡区6、深度处理区7，所述前置净化区5设置于第一透水墙201与第二透水墙202之间，所述过渡区6设置于第二透水墙202与第三透水墙203之间，所述深度处理区7设置于第三透水墙203与第四透水墙204之间；微生物附着基***用于对来水中的泥沙进行前置拦截，所述前置净化区5用于对来水的水质起到前置净化作用，所述过渡区6用于对来水起到中间过渡作用，进一步降低悬浮物质，所述深度处理区7用于对来水起到最终净化作用，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量。
上述方案中，通过将两个相邻的透水墙2分别固定于河道的相对的两侧河岸8，即交错设于河道的两侧岸，透水墙2对水流有阻缓的作用，使水流在经过透水墙2时流速降低，使从微生物附着基***流过的水流的流速高于从透水墙2流过的水流的流速，从而形成“Z”形流态，并且经过若干个透水墙2的多次阻缓后，使高速水流减缓为低速水流，减少对河堤及底质的冲刷作用，有利于水生植物的着根生长、矿物填充的透水结构能够形成消解污染物质的微环境，透水的同时对水中污染物质起到消解的作用。
并且，本申请发明的关键之处在于，透水墙与各个生态处理区结合，在水流呈“Z”流动的过程中，可以横向流过各个生态处理区，相对于现有技术中方案(水流直接流过生态处理区)，增加了水流与生态处理区接触的范围，节省了施工空间，减少了成本。
透水墙与微生物附着基***结合，能够有效地对来水中的泥沙起到前置拦截作用。
所述的生态处理区包括前置净化区5、过渡区6、深度处理区7，前置净化区5能够对来水的水质起到前置净化作用，初步改善水质情况；过渡区6能够对来水起到中间过渡作用，进一步降低悬浮物质；深度处理区7对来水起到最终净化作用，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量等情况。
整个***的构造契合水生动植物的生境需求，能有效地改善高流速高含沙河道内水生动植物的生存环境，提高生物多样性。
进一步的，所述透水墙2包括由石笼网3组成的外框，所述外框的下端延伸至河道的底部，所述外框由钢管柱1固定，所述钢管柱1的下端固定于河道的底部，所述外框的内部设有填充物。
进一步的，所述填充物包括火山岩、斜发沸石、石灰石，所述火山岩与所述斜发沸石的质量比为1:1～1:3，斜发沸石与石灰石的质量比为2:1～3:1；所述填充物的粒径为40～50mm，所述外框的孔径为20x40mm～30x50mm。
其中，斜发沸石用于处理有机污染物，石灰石用于去除无机污染物，火山岩用于处理市政污水、工业废水、生活污水，通过调节三种矿物石的填充比例，适应不同需要处理的污水水质。
进一步的，所述微生物附着基***包括浮球4、微生物附着基9、碎石袋10，所述微生物附着基9为条形结构，所述微生物附着基9的上端连接所述浮球4、下端连接所述碎石袋10；所述微生物附着基的布设密度为4～6株/m2。浮球4浮于水面，碎石袋10沉于河底11，使微生物附着基避免纠缠在一起。
进一步的，所述透水墙2的相对于河道的横向长度与所述河道的宽度的比值为1：2～2：3，所述透水墙2高出河道常态水位0.1～0.2m。通过增加透水墙2的长度，可以提高透水墙2对水流流速的阻缓作用。
进一步的，若干个所述透水墙2之间为等距排列，相邻的两个透水墙2之间的布设间距为15～20m。通过调整透水墙2的间距，可以调整该相邻透水墙2之间的对应处理区域面积，增加该区域的处理效果。
进一步的，所述前置净化区5包括耐污先锋种沉水植物，所述耐污先锋种沉水植物包括黑藻、伊乐藻；其中黑藻的种植密度为40～50株/m2，伊乐藻的种植密度为30～40株/m2。
进一步的，所述过渡区6包括铺设的碎石，所述碎石的粒径为20～30mm，所述碎石铺设的厚度为30～40mm。
进一步的，所述深度处理区7包括长效净化种沉水植物、以及底栖动物，所述长效净化种沉水植物包括苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜，所述苦草的种植密度为40～50株/m2，所述金鱼藻的种植密度为30～340株/m2，所述篦齿眼子菜的种植密度为20～30株/m2；所述底栖动物包括铜锈环棱螺、无齿蚌，所述铜锈环棱螺的投放密度为80～3100g/m2，所述无齿蚌的投放密度为50～360g/m2。
进一步的，所述复合生境***即可用于水环境修复治理工程，也可用于河流生态修复治理工程。
通过上述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***应用于郑州市某条断面宽为15m、平均水深为1.8m、长为5km、水流速度为3.2m/s的河道内，布设形式为：透水墙2长度为10m、宽度为1.5m、布设间距为20m，高出河道常态水位0.1m；透水墙2内填充的火山岩与斜发沸石的质量比为1:1、斜发沸石与石灰石的质量比为2:1、粒径为40mm；透水墙的外框的石笼网3的孔径为20×40mm；微生物附着基9的布设密度为4株/m2；前置净化区5的黑藻与伊乐藻的种植密度分别为40株/m2、30株/m2；过渡区6的碎石粒径为20mm，铺设厚度为40mm；深度处理区7的苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜的种植密度分别为40株/m2、30株/m2、30株/m2，铜锈环棱螺、无齿蚌的放养密分别为100g/m2、50g/m2。在河道布设复合生境***4个月后，河道各项水质数据开始出现明显的变化：水中的氨氮由之前的3.254mg/L降至1.583mg/L，TN由4.36mg/L降至1.72mg/L，透明度由62cm提高到120cm，浊度由15.72NTU降低至4.24NTU，DO由2.14mg/L提高到4.8mg/L，水体流速降低至1.1m/s左右，河底沉水植物覆盖度由之前的23％提升至58％，水生动物的丰富度也呈现了明显的增长。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，通过一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***应用于贵州市某条断面宽为20m、平均水深为2.2m、长为10km、水流速度为2.5m/s的河道内，布设形式为：透水墙2长度为10m、宽度为2m、布设间距为20m，高出河道常态水位0.2m；透水墙2内填充的火山岩与斜发沸石的质量比为1:3、斜发沸石与石灰石的质量比为3:1、粒径为50mm左右；透水墙2的外框的石笼网3的孔径为30×50mm；微生物附着基9的布设密度为6株/m2；前置净化区5的黑藻与伊乐藻的种植密度分别为50株/m2、40株/m2；过渡区6的碎石粒径为30mm，铺设厚度为30mm；深度处理区7的苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜的种植密度分别为50株/m2、40株/m2、20株/m2，铜锈环棱螺、无齿蚌的放养密分别为80g/m2、60g/m2。在河道布设复合生境***4个月后，河道各项水质数据开始出现明显的变化：水中的氨氮由之前的3.94mg/L降至1.93mg/L，TN由3.96mg/L降至1.62mg/L，透明度由48cm提高到107cm，浊度由17.72NTU降低至6.24NTU，DO由2.54mg/L提高到4.64mg/L，水体流速降低至0.8m/s左右，河底沉水植物覆盖度由之前的26％提升至60％，水生动物的丰富度也呈现了明显的增长。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，包括若干个垂直于河道水流方向的透水墙，若干个所述透水墙交替错位设于河道的两侧河岸，所述透水墙的一端与河道的一侧河岸固定、所述透水墙的另一端与另一侧河岸之间设有微生物附着基***；还包括沿河道水流方向依次设有的前置净化区、过渡区、深度处理区，所述前置净化区设置于第一透水墙与第二透水墙之间，所述过渡区设置于第二透水墙与第三透水墙之间，所述深度处理区设置于第三透水墙与第四透水墙之间；所述微生物附着基***用于对来水中的泥沙进行前置拦截，所述前置净化区用于对来水的水质进行前置净化，所述过渡区用于对来水进行中间过渡，进一步降低悬浮物质，所述深度处理区用于对来水进行最终净化，使河流水质得到彻底的提升，改善高含沙量。
2.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述透水墙包括由石笼网组成的外框，所述外框的下端延伸至河道的底部，所述外框由钢管柱固定，所述钢管柱的下端固定于河道的底部，所述外框的内部设有填充物。
3.根据权利要求2所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述填充物包括火山岩、斜发沸石、石灰石，所述火山岩与所述斜发沸石的质量比为1:1～1:3，所述斜发沸石与所述石灰石的质量比为2:1～3:1；所述填充物的粒径为40～50mm，所述外框的孔径为20x40mm～30x50mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述微生物附着基***包括浮球、微生物附着基、碎石袋，所述微生物附着基为条形结构，所述微生物附着基的上端连接所述浮球、下端连接所述碎石袋；所述微生物附着基的布设密度为4～6株/m2。
5.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述透水墙的相对于河道的横向长度与所述河道的宽度的比值为1：2～2：3，所述透水墙高出河道常态水位0.1～0.2m。
6.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，若干个所述透水墙之间为等距排列，相邻的两个透水墙之间的布设间距为15～20m。
7.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述前置净化区包括耐污先锋种沉水植物，所述耐污先锋种沉水植物包括黑藻、伊乐藻；所述黑藻的种植密度为40～50株/m2，所述伊乐藻的种植密度为30～40株/m2。
8.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述过渡区包括铺设的碎石，所述碎石的粒径为20～30mm，所述碎石铺设的厚度为30～40mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述深度处理区包括长效净化种沉水植物、以及底栖动物，所述长效净化种沉水植物包括苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜，所述苦草的种植密度为40～50株/m2，所述金鱼藻的种植密度为30～340株/m2，所述篦齿眼子菜的种植密度为20～30株/m2；所述底栖动物包括铜锈环棱螺、无齿蚌，所述铜锈环棱螺的投放密度为80～3100g/m2，所述无齿蚌的投放密度为50～360g/m2。
10.根据权利要求1所述的一种用于提升高流速高含沙河道水质的复合生境***，其特征在于，所述复合生境***应用于水环境修复治理工程，或者所述复合生境***应用于河流生态修复治理工程。
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