DE2241450B2 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen einer Kammer mit einer semipermeablen Membran - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen einer Kammer mit einer semipermeablen Membran

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen einer von unter Druck stehender Aufgabeflüssigkeit durchströmten Kammer mit einer semipermeablen Membran, die für eine Flüssigkeit durchlässig, für darin gelöste oder suspendierte Festkörper undurchlässig ist, wobei die Kammer eine erste öffnung an ihrem einen Ende und eine zweite öffnung an ihrem anderen Ende besitzt, mit einem mit einer Quelle für die Aufgabeflüssigkeit verbundenen Einlaß und einem durch ein Auslaßventil absperrbaren Auslaß zur Entfernung des Flüssigkeitsrestes aus der Kammer, einer Vorrichtung zur Richtungsänderung für die durch die Kammer strömende Flüssigkeit, einem oder mehreren festen Körpern, die zwischen Sieben angebracht sind und in Abhängigkeit von dem Druck der Aufgabeflüssigkeit hin und her bewegt werden können, wobei der oder die Körper eine solche Größe aufweisen, daß sie an den Innenwänden des Röhrensystems entlangwischen und Ablagerungen davon entfernen können.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren gemäß der in Anspruch 6 genannten Gattung zum Reinigen einer derartigen Kammer.
Je mehr Wasser bei Prozessen der Filterung, Ultrafilterung und umgekehrter Osmose durch das Filtermaterial oder die Membranfläche tritt, desto größer ist auch die Menge des dort abgelagerten Schlammes. Dies wirft das ernsthafte Problem der Minderung der Durchlässigkeit von Filtermaterial oder Membran auf.
Bei den üblichen Pro/essen der umgekehrten
Osmose, insbesondere zur Entsalzung, Eindickung oder Reinigung durch Abscheidung von Flüssigkeiten, setzt die Verminderung der Durchlässigkeit der semipermeablen Membran im Laufe der Zeit durch die Schlammablagerung nicht nur das Flüssigkeitsreinigungsvermögen der Anlage herab, d. h. es erfolgt eine Verminderung des Gesamtvolumens der pro Zeiteinheit gewonnenen, gereinigten Produktflüssigkeit, sondert: es erniedrigt sich auch die Menge der aus der behandelten EingangsflüLaigkeit abgeschiedenen Lösungsstoffe, d. h. in der Produktflüssigkeit nimmt die Menge gelöster Feststoffe zu, womit die Qualität der geklärten Produktflüssigkeit beeinträchtigt wird
Bei umgekehrten osmotischen Prozessen war es aus der US-PS 34 25 562 bekannt, die Konzentration der Polarisation und die Schlammablagerung an der Membranfläche durch Betriebsbedingungen der Flüssigkeitszufuhr zu verhindern, die den Flüssigkeitsstrom an der semipermeablen Membran turbulent gestalten. Dazu hat man zur Verminderung der Verschlammung oberhalb der Membran ein geeignetes Filter im Rohrsystem angebracht
Diese Maßnahme hat den Nachteil, daß das Filter die Schlammablagerung nicht völlig verhindert und daß bei einer behandelten Eingangsflüssigkeit, welche die Installation eines Filters stromaufwärts im Rohrsystem erschwert, z. B. bei einer Flüssigkeit mit feinem Suspensiod oder Emulsoid, die Abnahme der Membrandurchlässigkeit im Laufe der Zeit zu schnell erfolgt.
Ein weiterer Grund für eine niedrige Membrandurchlässigkeit kann sich insbesondere dann ergeben, wenn beim Eindicken einer wässerigen Lösung von natürlichem Protein, z. B. von Käsemolke, Eiweiß oder Fischmehl, an der Membranfläche Fett abgelagert wird. Für eine Annahme der Durchlässigkeit kann ferner die Ablagerung von Feststoffen aus der Flüssigkeit an der Membran im Verlaufe eines Eindickungsprozesses, der mit einem Durchgang die Membran verbunden ist, verantwortlich sein.
Aus dem Journal AWWA, S. 346-353 (1970) ist es bekannt, die semipermeable Membran eines umgekehrten osmotischen Systems nach einer bestimmten Betriebsdauer dadurch zu reinigen, daß man den Betrieb stoppt und in das System eine oder mehrere Schwammkugeln einführt Wenn eine Flüssigkeit behandelt wird, die eine starke Ablagerung an der Membran hervorruft, besitzt diese Prozedur nur begrenzten praktischen Wert, weil sie wiederholtes Anhalten und Wideranfahren des Betriebes erfordert, was entsprechende Zeitverluste und aus mehreren Gründen zusätzliche Betriebskosten verursacht.
Aus der US-PS 35 52 574 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt. Diese Dekannte Vorrichtung arbeitet mit Kammern für die Umkehrosmose, die von flachen Membranen begrenzt werden. Die beweglichen Körper sind hart und etwas kleiner als der freie Durchmesser des Durchgangs für die Flüssigkeit. Zur Bewegung der Kugeln in der Kammer ist eine umschaltbare Umwälzpumpe vorgesehen, die bewirkt, daß der Druck der Flüssigkeit in der einen Richtung geringer ist als der Druck der Flüssigkeit in der anderen Richtung. Deshalb kann die Umkehrosmose nicht bei konstantem Druck durchgeführt werden, was sowohl Menge als auch Qualität der gewonnenen reinen Flüssigkeit vermindert
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung und einem Verfahren der genannten Gättun*7 die ReJnI4^m** zu vereinfachen, die Reini^un^swirkung zu verbessern und die Menge der pro Zeiteinheit durchströmenden Aufgabeflüssigkeit sowie den Druck unverändert zu halten.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung und einem Verfahren der genannten Gattungen durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 6 enthaltenen Merkmale gelöst
Die wichtigsten Vorteile der erfinriungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik liegen
ίο darin, daß die Körper vollständig durch das Innere der Kammer hindurch bewegt werden können und elastisch und kompressibel sind. Ferner wird die Kammer von der Membran gebildet wodurch die gewonnene reine Flüssigkeit in großer Menge und guter Qualität erhalten wird
Gemäß einer Ausführungsform ist der elastische Körper eine Schwammkugel mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der innere Durchmesser der röhrenförmigen Membran. Gemäß einer anderen Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Schwammkugel etwa das Ein- bis Zweieinhaibfache des inneren Durchmessers der röhrenförmigen Membran.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen benachbarten Gittern ein Einlaß zum Einführen und Herausnehmen des elastischen Körpers angeordnet. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß ein zyklisch arbeitender, mit den Ventilen verbundener Taktgeber einen automatischen Reinigungszyklus steuert
Es ist gemäß der Erfindung möglich, zu irgend einem günstigen Zeitpunkt des Betriebsablaufes an der Membranfläche abgelagerten Schwamm zu entfernen und die Röhren automatisch zu reinigen, und zwar unter Fortsetzung des normalen Betriebs des Systems und ohne besonderen Zeitaufwand. Die Erfindung bringt somit viele Vorteile, indem sie z. B. ein Nachlassen der Durchlässigkeit und eine Verminderung der Qualität der Produktflüssigkeit verhindert Dabei verwendet sie einfache, aber höchst betriebssichere Vorrichtungsteile.
Der Innendurchmesser einer zylindrischen semipermeablen Membran, wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, liegt im aligemeinen zwischen 1,2 und 5,1 cm.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
F i g. 1 ein schematisches Strömungsdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; F i g. 2 ein schematisches Strömungsdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 3 eine Schwammkugel, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird;
Fig.4 eine fragmentarische Schnittansicht die die Schwammkugel gemäß F i g. 3 zeigt wie sie durch einen zylindrischen, semipermeablen Membrankörper läuft und diesen reinigt;
Fig.5 einen Schnitt durch ein erfindu.igsgemäß verwendetes Sieb;
F i g. 6 eine abgewandelte Ausführungsform des Siebs.
F i g. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines zylindrischen semipermeablen Membrankörpers, der mit der automatischen Reinigungseinrichtung gemäß der Erfindung versehen ist. A bezeichnet ein Röhrensystem, in dem solenoidgesteuerte Ventile 1-6 angeordnet sind. Das System enthält auch Siebe 7, 8, eine zylindrische, semipermeable Membrankammer 9, ein Druckregelventil ίο und pinen Einlaß 11. durch den eine Sclnvamniku-
gel oder Schwammkugeln 21, wie eine davon in F i g. 3 dargestellt ist, in das Röhrensystem eingeführt und wieder entnommen werden können, und zwar zwischen den Sieben 7 und 8. Die Kammer 9 weist eine erste Öffnung 26 und eine zweite öffnung 27 auf. Für die Flüssigkeit sind ein Einlaß 24, ein Auslaß 25, eine erste Leitung 28 und eine zweite Leitung 29 vorgesehen.
Wenn das System A normal arbeitet, sind die solenoidgesteuerten Ventile 1 und 2 offen, die Ventile 3, 4,5 und 6 hingegen geschlossen. Die Eingangsflüssigkeit fließt unter hohem Druck durch den Einlaß 24 und das Ventil 1 in die Membrankammer 9. Das Konzentrat fließt durch die Ventile 2 und 10 und den Auslaß 25 heraus. Das Konzentrat ist ein Flüssigkeitsstrom, der die von der Eingangsfiüssigkeii durch die Membran is abgeschiedenen Feststoffe enthält. Das geklärte Produktwasser wird von der Außenseite der Membran durch in Fig. 1 nicht dargestellte, übliche Mittel aus dem System abgezogen.
Wenn die Innenfläche der zylindrischen Kammer 9, die aus einer semipermeablen Membran besteht, mit den zuvor durch den Einlaß 11 in das Röhrensystem A eingeführten Schwammkugeln gereinigt werden soll, während die zugeführle Flüssigkeit durch die zylindrische Membran in der gleichen Richtung fließt, wie es dem Normalbetrieb entspricht, werden die solenoidgesteuerten Ventile 4 und 5 geöffnet und die Ventile 1,2,3 und 6 geschlossen. Auf diese Weise fließt die zugeführte Flüssigkeit durch den Einlaß 24, durch das Ventil 5 und das Sieb 7, dann durch die erste Leitung 28, die erste öffnung 26 und die Kammer 9, die zweite öffnung 27, die zweite Leitung 29 und das Sieb 8, durch das Ventil 4 und Auslaß 25 zum Ventil 10 und danach zur Auslaßleitung für das Konzentrat Die Schwammkugeln werden dann vom Einlaß 11 durch die Kammer 9 zum Sieb 8 bewegt.
Wie F i g. 4 zeigt, reinigt die Schwammkugel 21 die Innenseite der zylindrischen Kammer 9, wenn sie durch diese hindurchgeht. Ferner sieht man, daß die Schwammkugel elastisch in einen dichten, gleitenden Kontakt mit der Membran gepreßt wird, so daß sie einen Druck gegen die Membran ausübt, und diese durch Auswischen säubert. Die Schwammkugel wird von dem Sieb 8 aufgefangen, während die Flüssigkeit weiter durch das Sieb 8 und dann durch das solenoidgesteuerte Ventil 4 und das Druckregelventil 10 fließt.
Danach werden, um die Schwammkugel 21 in der umgekehrten Richtung durch die zylindrische Kammer 9 aus einer semipermeablen Membran zu bewegen, die solenoidgesteuerten Ventile 3 und 6 geöffnet, und die Ventile 1, 2, 4 und 5 geschlossen. Durch die Flüssigkeit wird die Schwammkugel 21 von der zur Kammer 9 gewandten Seite des Siebs 8 weggedrückt i'nd durch die Kammer hindurchgetrieben und von der der Kammer zugewendeten Seite des Siebs 7 aufgefangen, während die Flüssigkeit durch das Sieb 7, das Ventil 6, den Auslaß 25 und das Druckregelventil 10 zu der Auslaßleitung für das Konzentrat fließt
Die solenoidgesteuerten Ventile 1—6 sind über eine elektrische Folgeschaltung mit einem Taktgeber 23 verbunden, der einen geeignet gewählten Schaltzyklus vorgibt. Die Ventile müssen nicht unbedingt Zweiweg-Solenoidventile sein. Durch Verwendung von Dreiwegoder sogar Vierwegventilen kann die Anzahl der Ventile vermindert werden.
F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, nämlich einen Reiniger, in dem die Reinigungskugeln ständig in einem konstanten Durchflußsystem belassen werden können. Hierin bezeichnet B ein Röhrensystem mit solenoidgesteuerten Ventilen 12—15. Es sind ebenfalls Siebe 16,17, eine zylindrische Kammer 18 aus einer semipermeablen Membran mit einer ersten Öffnung 26 und einer zweiten öffnung 27, ein Druckregelvenii! 13 und ein Einlaß 20 vorhanden, durch den zwischen die Siebe 16 und 17 eine Schwammkugel oder Schwammkugeln eingeführt und entfernt werden können. Für die Flüssigkeit sind ferner ein Einlaß 24, ein Auslaß 25, eine erste Leitung 28 und eine zweite Leitung 29 vorgesehen. In vorbestimmten Zeitabständen wird das Ventilpaar 12 und 14 geöffnet und gleichzeitig das Ventilpaar 13 und 15 geschlossen und umgekehrt Durch die Wiederholung des Öffnungsund Schließzyklus in regelmäßigen Abständen wird die Innenfläche des zylindrischen, semipermeablen Membrankörpers 18 automatisch und intermittierend gereinigt, indem die Kugel oder die Kugeln zwischen den Sieben 16 und 17 hin- und herläuft bzw. -laufen.
Die in den zuvor beschriebenen Anordnungen verwendete Schwammkugel 21 (siehe Fig.3) besitzt geschlossene, nicht miteinander verbundene Zellen, obwohl auch eine offene, verbundene Zellstruktur nicht unbrauchbar wäre. Während des Betriebes tritt die Schwammkugel 21 durch keines der Magnetventile und es besteht keine Gefahr, daß sie von einem Ventil festgehalten wird oder eines der Ventile verstopft Dies macht die Anordnung betriebssicher.
Bei bestimmten Eingangsflüssigkeiten ist es notwendig, das System nur in relativ langen Zeitabständen zu reinigen. In einem solchen Falle können die solenoidgesteuerten Ventile natürlich durch Ventile ersetzt werden, die man von Hand schalten kann. Die Siebe 7 und 8, die die Schwammkugeln auffangen, können Maschengitter, Roste oder Schirme irgendeiner Art sein, deren Maschendichte eng genug ist, daß sie den Durchgang der Schwammkugeln verhindern, dabei aber so weit als möglich, um den Strömungswiderstand auf einem Minimum zu halten. Die Siebe 7 und 8 bzw. 16 und 17 können z. B, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist in der Weise installiert werden, daß man die aneinanderstoßenden Enden der Röhren 22 und 22' nach außen biegt und das Gitter zwischen diese umgebogenen Flansche einspannt, oder dadurch, daß man, wie F i g. 6 zeigt das angrenzende Ende einer Röhre 22* zu einer zylindrischen Form erweitert und fai dieses Ende ein zylindrisch geformtes Sieb einsetzt
Die erzielten vorteilhaften Wirkungen einer Anordnung nach der Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele dargelegt
Beispiel
Unter Verwendung einer zylindrischen Kammer 9 aus einer semipermeablen Membran mit einem Innendurchmesser von 13 mm und unter Anwendung eines Eingangsdruckes von 42 at wurden bei der Entsalzung von Salzwasser folgende Ergebnisse erzielt Die dabei verwendete. Schwammkugel 21 entsprach in ihrer Qualität einem handelsüblichen Küchenschwamm.
Permeabilität
Salzabscheidung
Eingangswerte Werte nach 400 Sid.
Betrieb
1,05 mVrtr tgl.
94,5 %
Beispiel 2
Der in Beispiel 1 beschriebene Vorgang wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß an Stelle von 0,82 ni3/nr tgl.
94,1 %
Werte nach Reinigung mit Schwammkugel mit 25 mm 0
1,03 mVnr tgl. 94,6 %
Salzlösung Fischmehl-Lösungswasser behandelt wurde. Die Schwammkugel 21 entsprach der im Beispiel 1 verwendeten. Die Ergebnisse waren folgende:
Eingangswerte Werte nach 8 Std.
Betrieb
Werte nach Reinigung mit Schwammkugel mit 25 mm 0
Permeabilität
Proteinabscheidung
Beispiel 3
0,71 m Vm2 tgl.
97,5 %
0,43 m3/m2 tgl.
96,9 %
0,69 m3/m2 tgl. 97,1 %
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei die Salzlösung durch Abfallzellstoffflüssigkeit ersetzt wurde. Die Schwammkugel entsprach einer im Handel erhältlichen Schwammgummimatte. Es wurden die folgenden Resultate erzielt:
Eingangswerte Werte nach 15 Std.
Betrieb
Werte nach Reinigung mit Schwammkugel mit 25 mm 0
Permeabilität
CSB-Abscheidung
1,35 m3/m2 tgl.
96,7 %
0,26 m3/m2 tgl.
95,4 %
1,36 mVm2 tgl. 96,3 %
Beispiel 4
und Kontrollbeispiel
Unter den gleichen Bedingungen wie für Beispiel 1, ausgenommen, daß die Salzlösung durch Abfallzellstoffflüssigkeit, die Hemizellulose enthielt, ersetzt war, wurde die Versuchsanlage etwa 30 Stunden lang betrieben. Bei einem 30stündigen Durchlauf wurde die Anlage nach 15 Stunden gestoppt und die semipermeable Membran wurde einmal gewaschen. In dem anderen Durchlauf wurde die Anlage automatisch jede Stunde gewaschen. Es wurden folgende Durchschnittswerte für die Permeabilität und die mittlere CSB-Abscheidung gemessen:
Permeabilität
Eine Reinigung nach
Std.
Stündliche Reinigung
0,40 mVnr tgl. 0,87 mVnr tgl.
CSB-Abscheidung
96,9 %
97,1 %
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Reinigen einer von unter Druck stehender Aufgabeflüssigkeit durchströmten Kammer mit einer semipermeablen Membran, die für eine Flüssigkeit durchlässig, für darin gelöste oder suspendierte Festkörper undurchlässig ist, wobei die Kammer eine erste Öffnung an ihrem einen Ende und eine zweite öffnung an ihrem anderen Ende besitzt, mit einem mit einer Quelle für die Aufgabeflüssigkeit verbundenen Einlaß und einem durch ein Auslaßventil absperrbaren Auslaß zur Entfernung des Flüssigkeitsrestes aus der Kammer, einer Vorrichtung zur Richtungsänderung für die durch die Kammer strömende Flüssigkeit, einem oder mehreren festen Körpern, die zwischen Sieben angebracht sind und in Abhängigkeit von dem Druck der Aufgabeflüssigkeit hin und her bewegt werden können, wobei der oder die Körper eine solche Größe aufweisen, daß sie an den Innenwänden des Röhrensystems entlangwischen und Ablagerungen davon entfernen können, gekennzeichnet durch ein oder mehrere erste Ventile (1, 3, 5, 13, 14), die mit dem Einlaß (24) einerseits und mit der ersten und zweiten Öffnung (26, 27) andererseits in Verbindung stehen, um die unter Druck stehende Aufgabeflüssigkeit alternativ von dem Einlaß (24) in das eine oder andere Ende der von einer länglichen röhrenförmigen Membran gebildeten Kammer (9, 18) zu leiten, ein oder mehrere zweite Ventile (2,4,6,12,15), die einerseits mit dem Auslaß (25) und andererseits mit der ersten und zweiten öffnung (26,27) verbunden sind, um den Rest der Flüssigkeit alternativ von dem einen oder anderen Kammerende nach dem Auslaß zu leiten, wobei die ersten und zweiten Ventile miteinander koordiniert arbeiten, so daß dit Aufgabeflüssigkeit in der einen oder in der anderen Richtung durch die Kammer (9,18) fließt, eine erste Leitung (28), die mit der ersten Öffnung (26) verbunden ist und ein erstes Sieb (7, 16) enthält, wobei die erste Leitung an die ersten und zweiten Ventile angeschlossen ist, damit die Flüssigkeit in der einen oder anderen Richtung in Abhängigkeit von der Ventileinstellung fließen kann, eine zweite Leitung (29), die mit der zweiten öffnung verbunden ist und ein zweites Sieb (8, 17) enthält, wobei die zweite Leitung an die ersten und zweiten Ventile angeschlossen ist, damit die Flüssigkeit in der einen oder in der anderen Richtung in Abhängigkeit von der Ventileinstellung hindurchfließen kann, und einen oder mehrere elastische kompressible Körper (21), wobei das erste und das zweite Sieb (7,8,16, lir) zwischen den entgegengesetzten Kammerenden und dem Einlaß sowie dem Auslaß in Abhängigkeit von der Ventileinstellung in Reihe miteinander verbunden werden können, und wobei die erste und die zweite Leitung (28, Vi) zwischen den Sieben (7, It) von Ventilen frei sind, so daß der oder die Körper (21) zwischen den Sieben in Abhängigkeit von dein Druck der Aufgabeflüssigkeit durch die Kammer (9, 18) vollständig hindurch frei beweglich sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper eine Schwammkugel ist, mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der innere Durchmesser der röhrenförmigen Membran.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-
zeichnet, daß der Durchmesser der Schwammkugel etwa zwischen dem ein- und dem zweieinhalbfachen des inneren Durchmessers der röhrenförmigen Membran beträgt
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis."?, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Sieben ein Einlaß (11, 20) zum Einführen und Herausnehmen des elastischen Körpers (21) angeordnet ist
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zyklisch arbeitender mit den Ventilen verbundener Taktgeber (23) einen automatischen Reinigungszyklus steuert
6. Verfahren zum Reinigen einer Kammer nach Anspruch 1 mit einer semipermeablen Membran, die von unter Druck stehende^ Aufgabeflüssigkeit durchströmt wird, bei dem man die gelöste und/oder suspendierte Feststoffe enthaltende Aufgabeflüssigkeit durch die halbdurchlässige Membran leitet, wobei einerseits ein Konzentrat, das einen größeren Anteil an gelösten und/oder suspendierten Feststoffen enthält als die Eingangsflüssigkeit, und andererseits ein durch die Membran hindurchgetretener Strom geklärten Wassers gewonnen wird, wobei während des Fließens der Aufgabeflüssigkeit deren Strömungsrichtung durch die Membran in regelmäßigen Zeitabständen umgekehrt wird und gleichzeitig ein oder mehrere Körper durch die Flüssigkeit vorwärts und rückwärts bewegt werden, um von der Membran den abgesetzten Schlamm zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, daß elastische, kompressible Körper vollständig durch das Innere der von der röhrenförmigen Membran gebildeten Kammer hindurchbewegt werden.
DE2241450A 1971-08-26 1972-08-23 Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen einer Kammer mit einer semipermeablen Membran Ceased DE2241450B2 (de)

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