JP2004089956A - Nitrogen and phosphorus removing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒素とリンと有機物とを含む原水からの窒素・リン除去方法に係り、特に分離膜を用いて処理水を抜き出すようにした窒素・リン除去方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
窒素とリンと有機物とを含む原水を生物学的に処理して、原水中の有機物のみならず、窒素とリンとを同時に除去する方法が知られている。この方法は例えば特許文献1に記載されているように、原水を嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び沈殿槽の順に通水し、沈殿槽で分離した汚泥混合液を最前段の嫌気槽に返送し、かつ、好気槽の処理液を無酸素槽に循環させることを基本としている。
この方法によれば、嫌気槽では嫌気条件下で原水中の有機物が活性汚泥に取り込まれると同時に、活性汚泥中のリンが放出される。無酸素槽では有機物の存在下で硝酸性窒素が脱窒菌の作用により還元されて窒素ガスとなる脱窒処理が進行する。したがって、この無酸素槽を脱窒槽と別称する場合もある。好気槽では硝化菌による原水中のアンモニア態窒素の硝化と、活性汚泥中へのリンの取り込みが行われる。好気槽での硝化反応により生成した硝酸性窒素を脱窒処理するために好気槽の処理液を前段の無酸素槽に循環させる。沈殿槽では好気槽の処理液を沈殿処理し、上澄水である処理水と沈殿物である汚泥混合液とに分離する。沈殿した汚泥混合液の一部を余剰汚泥として系外に排出するとともに、残部の大部分の汚泥混合液を最前段の嫌気槽に返送する。
また、特許文献2には、上記の方法をさらに発展させ、好気槽(曝気槽)内に浸漬した分離膜によって処理水を分離する方法が開示されている。この方法によれば沈殿槽を省略することができる。また、好気槽で分離した高濃度の汚泥混合液を嫌気槽、無酸素槽(脱窒槽)及び好気槽に循環させることができるので、各槽での反応速度が大きくなり、結果として装置全体の小容量化を図ることができるという利点がある。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−296991号公報
【特許文献2】
特開2001−314890号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各方法はいずれも窒素とリンと有機物とを含む原水を嫌気槽、無酸素槽、好気槽の順に通水するという旧来の方法を踏襲するものである。特に特許文献2に記載された方法は、好気槽内に浸漬した分離膜によって処理水を抜き出すという新たな手法を採用しているにもかかわらず、上記旧来の方法を踏襲しているため装置構成がやや複雑であった。すなわち、好気槽で分離した汚泥混合液は硝酸性窒素と溶存酸素を含むので、この汚泥混合液を最前段の嫌気槽に直接に送っても槽内を嫌気状態にすることが困難であり、活性汚泥からリンの放出させることができない。このため、汚泥混合液を無酸素槽に返送して脱窒処理をした後に、無酸素槽内の混合液の一部を前段の嫌気槽に循環させるという複雑な構成を採用している。
本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、分離膜を用いて処理水を抜き出すようにした窒素・リン除去方法の利点を生かしつつ、構成が簡単で、かつ運転管理が容易な窒素・リン除去方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る窒素・リン除去方法は、窒素とリンと有機物とを含む原水を活性汚泥の存在下で嫌気槽、好気槽の順に通水し、前記好気槽では内部に浸漬した分離膜により処理水と汚泥混合液とに分離し、分離した前記汚泥混合液の余剰汚泥分以外の全量を水素供与体が添加される無酸素槽で所定時間滞留させた後に前記嫌気槽に供給することを特徴とする。
このような構成によれば、嫌気槽では活性汚泥からのリン放出が活発に進行する。好気槽では残存する有機物の酸化分解と、活性汚泥のリン取り込みによる脱リン反応と、硝化反応と、膜分離による処理水の抜き出しが併行して進行する。無酸素槽では好気槽で分離した汚泥混合液中の硝酸性窒素が脱窒反応によって除去される。無酸素槽から嫌気槽に供給される汚泥混合液には溶存酸素や硝酸性窒素が実質的に存在しないので、嫌気槽では嫌気状態を容易に維持できる。したがって、分離膜を用いて処理水を抜き出すようにした窒素・リン除去方法の利点を生かしつつ、構成が簡単で、かつ運転管理が容易な窒素・リン除去方法を実現することができる。
【0006】
また、本発明に係る窒素・リン除去方法は、窒素とリンと有機物とを含む原水の一部を活性汚泥の存在下で嫌気槽、第1好気槽の順に通水し、次いで前記原水の残部と前記第1好気槽で処理を受けた被処理水とを第1無酸素槽、第2好気槽の順に通水し、前記第2好気槽では内部に浸漬した分離膜により処理水と汚泥混合液とに分離し、分離した前記汚泥混合液の余剰汚泥分以外の全量を水素供与体が添加される第2無酸素槽で所定時間滞留させた後に前記嫌気槽に供給することを特徴とする。
【0007】
また、本発明に係る窒素・リン除去方法は、前記水素供与体として有機酸、メタノール又は前記原水の一部のいずれかを用いることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態を実現するための装置系統図である。本装置は、主に無酸素槽10、嫌気槽12、好気槽14とによって構成される。無酸素槽10には撹拌機16が配備され、好気槽14から管路18を介して返送されてきた汚泥混合液が無酸素状態に置かれる。なお、本発明においては「無酸素状態」とは液中に溶存する遊離酸素が実質的に零に近いが、脱窒反応の際に脱窒菌の呼吸作用に必要な酸素源としての硝酸性窒素が供給されている状態を意味する。また、無酸素槽10には有機酸、メタノールなどの水素供与体の供給管路20が接続している。
【0009】
嫌気槽12には撹拌機22が配備され、内部の被処理水が嫌気状態に置かれる。なお、本発明においては「嫌気状態」とは液中に溶存する遊離酸素が実質的に零であり、かつ、硝酸性窒素も実質的に存在しない状態を意味する。また、嫌気槽12には原水の供給管路24と無酸素槽10からの汚泥混合液の供給管路26が接続している。
【0010】
好気槽14には嫌気槽12からの被処理水が流入するとともに、内部に分離膜28が浸漬されており、被処理水を処理水と槽内に残留する汚泥混合液とに分離する。分離膜28の下部にはブロワ30で昇圧した空気が散気手段32から散気され、内部の被処理水(汚泥混合液)が好気状態に置かれる。なお、本発明においては「好気状態」とは活性汚泥中の硝化菌などの好気性菌が活発に呼吸するための遊離酸素が液中に十分に溶存している状態を意味する。分離膜28の二次側には管路34が接続し、この管路34に設けた吸引ポンプ36によって分離膜28を透過した処理水が系外へ排出される。また、好気槽14には汚泥混合液を抜き出す管路18が接続している。管路18にはポンプ40が配置され、管路18の他端は無酸素槽10に接続している。また、管路18からは余剰汚泥を排出するための管路42が分岐している。
【0011】
上記の構成において、嫌気槽12には管路24からアンモニア態窒素とリンと有機物とを含む原水が連続的に流入し、また、管路26から無酸素槽10からの汚泥混合液が自然流下によって連続的に流入する。流入した原水と汚泥混合液とは撹拌機22によって撹拌、混合され嫌気状態に置かれる。この嫌気状態では流入した原水中の有機物が活性汚泥に取り込まれるとともに、活性汚泥は体内に過剰蓄積していたリンを体外に放出する。すなわち、この嫌気槽12は主としてリンの放出槽としての機能を果たす。次いで、この活性汚泥から放出されたリンと原水中のアンモニア態窒素とリンとを含む被処理水は嫌気槽12を溢流し、好気槽14に流入する。
【0012】
好気槽14では被処理水は散気手段32からの散気によって好気状態に置かれており、以下に説明するように主に4つの処理が同時に進行する。第1に被処理水中に残存する有機物が活性汚泥により酸化分解される。第2に被処理水中のリンが活性汚泥に取り込まれて除去され、活性汚泥は体内にリンを過剰に蓄積する。第3に被処理水中のアンモニア態窒素が活性汚泥中の硝化菌の作用によって硝化され、硝酸性窒素となる。第4に上記の処理を受けた被処理水が分離膜28によって膜分離される。膜透過水は処理水として分離膜28の二次側に接続された管路34を介して系外に排出される。
【0013】
処理水が分離されることにより、濃縮された好気槽14内の被処理水は汚泥混合液として管路18から抜き出される。ポンプ40によって抜き出された汚泥混合液は余剰汚泥として系外へ排出される分以外の全量が管路18を介して無酸素槽10に返送される。抜き出された汚泥混合液の一部は管路42から余剰汚泥として系外へ排出される。この汚泥混合液は体内にリンを過剰に蓄積した活性汚泥と硝酸性窒素と溶存酸素を含む。
【0014】
無酸素槽10では、管路18から流入した汚泥混合液と、管路20から添加された水素供与体が撹拌機16によって撹拌混合され、無酸素状態に置かれて所定時間滞留する。この状態では活性汚泥中に存在する脱窒菌が添加された水素供与体を栄養源として活発に呼吸する。その結果、汚泥混合液中の溶存酸素を直ちに消費するとともに、硝酸性窒素を電子受容体とした硝酸呼吸である脱窒反応が進行する。この結果、硝酸性窒素は還元されて窒素ガスとなり、大気に放散される。すなわち、無酸素槽10は主として脱窒槽としての機能を果たす。
【0015】
系内に循環させる活性汚泥の濃度は8,000〜15,000mg/Lの範囲に維持することが好ましい。活性汚泥の濃度は前記管路42から系外に排出する余剰汚泥の量を調節することによって、容易にコントロールすることができる。また、系内に循環させる汚泥混合液の量、すなわち好気槽14から管路18を介して無酸素槽10に返送する汚泥混合液の循環率は、原水の流入量に対して2〜4倍の範囲に維持することが好ましい。2倍未満では無酸素槽10での脱窒処理率が相対的に低下し、好気槽14から排出される処理水中の硝酸性窒素の濃度が相対的に高くなる。また、4倍を越えると運転動力が増大するとともに、各槽での被処理水、汚泥混合液の滞留時間が減少して処理が不十分となる可能性がある。したがって、原水中の窒素濃度が低い時や原水流入量が多い時には、上記の範囲で汚泥混合液の循環率を小さく選定し、原水中の窒素濃度が高い時や原水流入量が少ない時には、上記の範囲で汚泥液の循環率を大きく選定すればよい。
【0016】
なお、本実施の形態では好気槽14から排出される処理水に硝酸性窒素が含まれる。したがって、必要に応じて処理水中の硝酸性窒素を脱窒処理するための脱窒槽を別途、設けるようにしてもよい。また、本実施の形態では無酸素槽10に添加する水素供与体として有機酸、メタノールなどを用いた。しかしながら、原水中の有機物濃度が高い場合には、原水の全量を嫌気槽12に供給せずに、一部を無酸素槽10に分注し、原水中の有機物を水素供与体として利用するようにしてもよい。
【0017】
上述のとおり、本実施の形態によればアンモニア態窒素とリンと有機物とを含む原水が、きわめて自然に、円滑な生物学的な硝化脱窒処理と脱リン処理を受けて浄化される。かつ、好気槽で膜分離した高濃度の汚泥混合液を無酸素槽、嫌気槽及び好気槽に循環させることができるので、各槽での反応速度が大きくなり、結果として装置全体の小容量化を図ることができる。このため、原水を嫌気槽、無酸素槽、好気槽の順に通水するという旧来の方法を踏襲する場合に比べて、構成が簡単で、かつ運転管理が容易な窒素・リン除去方法を実現することができる。
【0018】
図2は本発明の第2の実施形態を実現するための装置系統図である。本装置は、主に嫌気槽50、第1好気槽52、第1無酸素槽54、第2好気槽56、第2無酸素槽58とによって構成される。
第2無酸素槽58には撹拌機60が配備され、第2好気槽56から管路62を介して返送されてきた汚泥混合液が無酸素状態に置かれる。また、第2無酸素槽58には有機酸、メタノールなどの水素供与体の供給管路64が接続している。
嫌気槽50には撹拌機66が配備され、内部の被処理水が嫌気状態に置かれる。また、嫌気槽50には原水の供給管路68と第2無酸素槽58からの汚泥混合液の供給管路70が接続している。
第1好気槽52には嫌気槽50からの被処理水が流入するとともに、ブロワ72で昇圧した空気が散気手段74から散気され、内部の被処理水が好気状態に置かれる。
第1無酸素槽54には管路76から原水が、第1好気槽52から被処理水が流入するとともに、撹拌機77が配備され、内部の被処理水が無酸素状態に置かれる。
第2好気槽56には第1無酸素槽54からの被処理水が流入するとともに、内部に分離膜74が浸漬されており、被処理水を処理水と槽内に残留する汚泥混合液とに分離する。分離膜74の下部にはブロワ72で昇圧した空気が散気手段76から散気され、内部の被処理水(汚泥混合液)が好気状態に置かれる。分離膜74の二次側には管路78が接続し、この管路78に設けた吸引ポンプ80によって分離膜74を透過した処理水が系外へ排出される。また、第2好気槽56には汚泥混合液を抜き出す管路62が接続している。管路62にはポンプ82が配置され、管路62の他端は第2無酸素槽58に接続している。また、管路62からは余剰汚泥を排出するための管路84が分岐している。そして、第2好気槽56から抜き出された汚泥混合液は、余剰汚泥分以外の全量がポンプ82によって第2無酸素槽58に返送される。
【0019】
この第2実施形態と前記第1実施形態とを対比すると、本実施形態における第2無酸素槽58、嫌気槽50及び第2好気槽56が、図1に示した第1実施形態の無酸素槽10、嫌気槽12及び好気槽14と対応しており、同一の作用と機能を果たす。本実施形態では嫌気槽50と第2好気槽56との間に、更に第1好気槽52と第1無酸素槽54が追設され、原水は嫌気槽50と第1無酸素槽54とに分注される。この構成は、いわゆる「ステップ流入式硝化脱窒処理」の考え方を取り入れたものであり、第1好気槽52では一次的な硝化反応、第1無酸素槽54では一次的な脱窒反応が複合して進行する。このため、第2好気槽56での二次的な硝化反応と第2無酸素槽58での二次的な脱窒反応の負荷がそれぞれ低減する。この結果、本実施形態によれば、前記第1実施形態で説明した作用効果にプラスして、更に全体的な処理の安定化、汚泥混合液の循環率の低減化、処理水の硝酸性窒素濃度の低減化を達成できる。
【0020】
また、「ステップ流入式硝化脱窒処理」を更に進め、第2実施形態に対して、第1無酸素槽54と第2好気槽56との間に、更に第3の好気槽と第3の無酸素槽を追設し、原水を第3の無酸素槽にも分注するように構成すれば、より一層,木目の細かい処理が可能となる。本発明は、このような実施の形態をも含む。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、分離膜を用いて処理水を抜き出すようにした窒素・リン除去方法の利点を生かしつつ、構成が簡単で、かつ運転管理が容易な窒素・リン除去方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を実現するための装置系統図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を実現するための装置系統図である。
【符号の説明】
10……無酸素槽
12……嫌気槽
15……好気槽
18……(汚泥混合液の)返送管路
20……(水素供与体の)供給管路
24……(原水の)供給管路
28……分離膜
34……(処理水の)排出管路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for removing nitrogen / phosphorus from raw water containing nitrogen, phosphorus, and organic matter, and more particularly to a method for removing nitrogen / phosphorus using a separation membrane to extract treated water.
[0002]
[Prior art]
There is known a method of biologically treating raw water containing nitrogen, phosphorus, and organic substances to simultaneously remove not only organic substances in the raw water but also nitrogen and phosphorus. In this method, for example, as described in
According to this method, in the anaerobic tank, the organic matter in the raw water is taken into the activated sludge under anaerobic conditions, and simultaneously, the phosphorus in the activated sludge is released. In the anoxic tank, nitrate nitrogen is reduced by the action of denitrifying bacteria in the presence of organic substances, and the denitrification process in which nitrogen gas is produced proceeds. Therefore, this anoxic tank is sometimes referred to as a denitrification tank. In the aerobic tank, nitrification of ammonia nitrogen in raw water by nitrifying bacteria and uptake of phosphorus into activated sludge are performed. In order to denitrify the nitrate nitrogen generated by the nitrification reaction in the aerobic tank, the treatment liquid in the aerobic tank is circulated to the preceding anoxic tank. In the sedimentation tank, the treatment liquid in the aerobic tank is subjected to sedimentation treatment and separated into treated water as supernatant water and sludge mixed liquid as sediment. A part of the settled sludge mixture is discharged out of the system as surplus sludge, and most of the remaining sludge mixture is returned to the forefront anaerobic tank.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-296991 [Patent Document 2]
JP 2001-314890 A
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the above methods follows the conventional method of passing raw water containing nitrogen, phosphorus, and organic matter in the order of an anaerobic tank, an anoxic tank, and an aerobic tank. In particular, the method described in
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the problems of the prior art described above and to take advantage of the nitrogen / phosphorus removal method in which treated water is extracted using a separation membrane, while using a simple configuration and easy operation management.・ To provide a method for removing phosphorus.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the method for removing nitrogen and phosphorus according to the present invention comprises passing raw water containing nitrogen, phosphorus, and organic matter in the order of an anaerobic tank and an aerobic tank in the presence of activated sludge. In the gas tank, the treated water and the sludge mixed liquid are separated by the separation membrane immersed inside, and the entire amount of the separated sludge mixed liquid except for the excess sludge is retained in the oxygen-free tank to which the hydrogen donor is added for a predetermined time. After that, it is supplied to the anaerobic tank.
According to such a configuration, the release of phosphorus from the activated sludge actively proceeds in the anaerobic tank. In the aerobic tank, the oxidative decomposition of the remaining organic matter, the dephosphorization reaction by taking in activated sludge with phosphorus, the nitrification reaction, and the withdrawal of treated water by membrane separation proceed in parallel. In the anoxic tank, nitrate nitrogen in the sludge mixture separated in the aerobic tank is removed by a denitrification reaction. Since substantially no dissolved oxygen or nitrate nitrogen is present in the sludge mixture supplied from the anoxic tank to the anaerobic tank, the anaerobic tank can easily maintain the anaerobic state. Therefore, it is possible to realize a nitrogen / phosphorus removal method with a simple configuration and easy operation management, while taking advantage of the nitrogen / phosphorus removal method in which treated water is extracted using a separation membrane.
[0006]
Further, in the method for removing nitrogen and phosphorus according to the present invention, a part of raw water containing nitrogen, phosphorus and organic matter is passed in the order of an anaerobic tank and a first aerobic tank in the presence of activated sludge, and then the raw water The remainder and the water to be treated which have been treated in the first aerobic tank are passed through in the order of a first anoxic tank and a second aerobic tank, and the second aerobic tank is treated by a separation membrane immersed therein. Separation into water and sludge mixture, and the entire amount of the separated sludge mixture other than the excess sludge is retained in the second oxygen-free tank to which the hydrogen donor is added for a predetermined time and then supplied to the anaerobic tank. It is characterized by.
[0007]
Further, the method for removing nitrogen and phosphorus according to the present invention is characterized in that any one of an organic acid, methanol, or a part of the raw water is used as the hydrogen donor.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an apparatus system diagram for realizing the first embodiment of the present invention. The present apparatus mainly includes an anoxic tank 10, an anaerobic tank 12, and an aerobic tank 14. A stirrer 16 is provided in the oxygen-free tank 10, and the sludge mixture returned from the aerobic tank 14 via the
[0009]
The stirrer 22 is provided in the anaerobic tank 12, and the to-be-processed water inside is put in an anaerobic state. In the present invention, the “anaerobic state” means a state in which free oxygen dissolved in the liquid is substantially zero and nitrate nitrogen is substantially absent. The anaerobic tank 12 is connected to a
[0010]
The water to be treated from the anaerobic tank 12 flows into the aerobic tank 14, and a separation membrane 28 is immersed therein to separate the water to be treated into the treated water and the sludge mixture remaining in the tank. The air pressurized by the
[0011]
In the above configuration, raw water containing ammonia nitrogen, phosphorus and organic matter continuously flows into the anaerobic tank 12 from the
[0012]
In the aerobic tank 14, the water to be treated is placed in an aerobic state by the aeration from the aeration means 32, and four processes mainly proceed simultaneously as described below. First, organic matter remaining in the water to be treated is oxidatively decomposed by activated sludge. Second, phosphorus in the water to be treated is taken in and removed by the activated sludge, and the activated sludge excessively accumulates phosphorus in the body. Third, the ammonia nitrogen in the water to be treated is nitrified by the action of nitrifying bacteria in the activated sludge, and becomes nitrate nitrogen. Fourth, the water to be treated that has undergone the above treatment is membrane-separated by the separation membrane 28. The membrane permeated water is discharged out of the system as treated water via a
[0013]
By separating the treated water, the treated water in the concentrated aerobic tank 14 is extracted from the
[0014]
In the anoxic tank 10, the mixed sludge flowing from the
[0015]
It is preferable to maintain the concentration of the activated sludge circulated in the system in the range of 8,000 to 15,000 mg / L. The concentration of the activated sludge can be easily controlled by adjusting the amount of excess sludge discharged from the
[0016]
In the present embodiment, the treated water discharged from the aerobic tank 14 contains nitrate nitrogen. Therefore, if necessary, a denitrification tank for denitrifying nitrate nitrogen in the treated water may be separately provided. In the present embodiment, an organic acid, methanol, or the like is used as a hydrogen donor added to the oxygen-free tank 10. However, when the concentration of the organic matter in the raw water is high, the whole amount of the raw water is not supplied to the anaerobic tank 12, but a part of the raw water is dispensed to the oxygen-free tank 10, and the organic matter in the raw water is used as a hydrogen donor. It may be.
[0017]
As described above, according to the present embodiment, raw water containing ammonia nitrogen, phosphorus, and organic matter is very naturally purified by undergoing smooth biological nitrification and denitrification and dephosphorization. In addition, since a high-concentration sludge mixture separated by membrane in an aerobic tank can be circulated to an anoxic tank, an anaerobic tank, and an aerobic tank, the reaction speed in each tank increases, and as a result, the size of the entire apparatus becomes small. The capacity can be increased. Therefore, compared to the conventional method of passing raw water through an anaerobic tank, an anoxic tank, and an aerobic tank in order, a nitrogen / phosphorus removal method with a simpler configuration and easier operation management is realized. can do.
[0018]
FIG. 2 is an apparatus system diagram for realizing the second embodiment of the present invention. The present apparatus mainly includes an
A stirrer 60 is provided in the second
A
The to-be-processed water from the
Raw water flows into the first oxygen-free tank 54 from a
The to-be-processed water from the first anoxic tank 54 flows into the second aerobic tank 56, and the
[0019]
When the second embodiment is compared with the first embodiment, the second
[0020]
Further, the “step-flow nitrification and denitrification treatment” is further advanced, and a third aerobic tank and a third aerobic tank are further disposed between the first anoxic tank 54 and the second aerobic tank 56 with respect to the second embodiment. If the third anoxic tank is additionally provided and the raw water is also dispensed to the third anoxic tank, finer grain treatment can be achieved. The present invention includes such an embodiment.
[0021]
【The invention's effect】
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to realize a nitrogen / phosphorus removal method that is simple in configuration and easy in operation management while taking advantage of a nitrogen / phosphorus removal method in which treated water is extracted using a separation membrane. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an apparatus system diagram for realizing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an apparatus system diagram for realizing a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 anoxic tank 12 anaerobic tank 15
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