JP4994414B2 - 有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置｛ｄｒｙｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｓｌｕｄｇｅｕｓｉｎｇｉｍｍｅｒｓｅｄｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄ｝ - Google Patents

Description

本発明は、含水率が３０〜９０％である有機性スラッジまたは低級石炭の油中蒸発乾燥装置に関し、油中蒸発タンクに移送された有機性スラッジまたは低級石炭が、加熱された石油係油類または各種の廃油と接触することにより、有機性スラッジまたは低級石炭の水分が排出された後の空隙から油が浸透して、発熱量が４,０００〜６,０００ｋｃａｌ／ｋｇに至る固形燃料が製造可能な有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置に関する。

一般的に、下水処理場、廃水処理場、生ごみ処理場または畜産糞尿などに含まれた有機性スラッジは、含水率が４０〜９０％程度、有機成分の含量は５〜５０％である。従って、有機性スラッジに含まれた水分を効果的に除去する場合、発熱量が４,０００〜６,０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度に至り、単独でまたは石炭等の燃料と混合して用いる場合、良質の燃料として活用できるようになる。或いは、亜炭、泥炭を初め、一部の褐炭などの低級石炭も水分含量が３０〜７０％と高いため、これを乾燥しなければ５,５００〜６,５００ｋｃａｌ／ｋｇの高熱量石炭として活用することができない。

前記有機性スラッジを脱水するための従来の脱水装置の例として、ドイツ連邦共和国特許第９４８,４９７号に、連続して作動するスクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）遠心分離機、例えば、スライディングスクリーン遠心分離機、スクリュー型（ｓｃｒｅｗ−ｔｙｐｅ）スクリーン遠心分離機または一体型ケーシング遠心分離機で脱水された湿潤固体が、乾燥装置により乾燥される方案が開示されている。

このように脱水された有機性スラッジは、乾燥装置で９０重量％の乾燥物質に乾燥するために、粉砕過程を経るようになる。

このように、含水率を減らすための脱水装置及び乾燥装置の複雑化及び大型化が進むにつれて、設備費用及び運転費用が多く所要される問題点があった。また、粉砕時に発生する砒素粉のため装備を周期的に掃除しなければならず、乾燥されて成形された固体燃料は発熱量がさほど高くない問題点があった。

一方、バイオディーゼル油／エタノール生産工程で副産物として発生するグリセロール及びガム等を含む副産廃棄物は、軽油の代替燃料であるバイオディーゼルの生産の急増により、適切な使用方法が開発されずその処理が非常に困難であるだけでなく、環境処理費用の増加により、産業体の経営において経済的な負担を与えている。

また、生ごみ処理の際に脱離液から分離した油成分と、屠畜場で発生する動物性脂肪油と、飲食店で発生する動植物性脂肪油廃棄物は、現在、下水管渠内における堆積だけでなく、下水処理場の処理費用を上昇させる主な原因である。従って、これらの動植物性脂肪油を収集して所定の温度で加熱すると液状になるので、有機性スラッジを油中蒸発乾燥する油として用いることができる。

２００６年現在、韓国国内で年間発生する約２７２万トンの下水スラッジと約２万トンのバイオディーゼル油／エタノールの副産物であるグリセロールと廃棄物を主原料として用いることにより、国家的な資源活用の増大に寄与し、環境にやさしい有機性スラッジの処理と、バイオディーゼル油／エタノールの廃棄物の無断放流による下水の汚染源を低減し、代替燃料を提供して経済性を向上することができる有機性スラッジを用いた固体燃料製造装置の開発が求められている。

ドイツ連邦共和国特許第９４８,４９７号

本発明は上述のような問題点を解決するために導出されたものであって、本発明の目的は、各種の動植物性脂肪油とバイオ燃料生産の副産廃棄物及び燃料用石油係油類と、自動車用を初め、産業体で発生する各種の廃油を用いて、様々な性状の有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物を短時間で蒸発乾燥することができる油中蒸発乾燥方法を適用して、含水率が３０〜９０％である有機性スラッジまたは低級石炭を用いて固形燃料が生産できる有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置を提供することにある。

本発明の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置は、有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物が貯蔵されるスラッジ貯蔵ホッパー；有機性スラッジの蒸発乾燥のための油が貯蔵される油類貯蔵タンク；前記油類貯蔵タンクから供給された油が適正温度に加熱され、加熱された油により有機性スラッジの蒸発乾燥が行われる油中蒸発乾燥タンク；前記貯蔵ホッパーの下端の供給口から有機性スラッジを排出する供給手段；前記供給手段により供給される有機性スラッジを前記油中蒸発乾燥タンクへ供給して蒸発乾燥するスラッジ移送蒸発装置；及び、前記スラッジ移送蒸発装置により前記油中蒸発乾燥タンクを経て水分が蒸発された乾燥スラッジを外部へ排出する排出手段；を備えてなることを特徴とする。
この際、前記有機性スラッジは、例えば、含水率が４０〜９０％である下水スラッジ、廃水スラッジ、畜産糞尿及び生ごみからなる群から選ばれるいずれか一つ以上であってもよい。
また、前記低級炭化水素化合物は、例えば、含水率が３０〜７０％である泥炭、亜炭及び褐炭からなる群から選ばれるいずれか一つ以上であってもよい。
上記スラッジ移送蒸発装置は、円筒形の移送管と、前記移送管の内部に長手方向に沿って備えられるスクリューとからなり、前記スラッジ移送蒸発装置は、移送管に複数の連通口が形成され、前記スラッジ移送蒸発装置の移送管とスクリューは、前記排出手段側に近づくほど直径が小さく、前記スクリューは、前記排出手段側に近づくほど外周面に形成された移送羽のピッチ（ｐｉｔｃｈ）が小さくなることを特徴とする
上記スラッジ移送蒸発装置は、両側のスプロケットと前記スプロケットに巻き取られて回転するベルトとからなり、前記スラッジ移送蒸発装置のベルトには、垂直に突き出る移送板が複数形成され、前記スラッジ移送蒸発装置のベルトには複数の連通口が形成され、前記供給手段により供給される有機性スラッジは、前記スプロケットにより回転するベルトの移送板により前記油中蒸発乾燥タンクの底面と接して移送されることを特徴とする。
前記供給手段は、前記貯蔵ホッパーの供給口と垂直方向に往復動するピストンであることを特徴とする。
前記貯蔵ホッパーの供給口の直径は、前記供給手段とスラッジ移送蒸発装置との間を連結する供給管の直径よりも大きいことを特徴とする。
前記油中蒸発乾燥タンクの上部には、有機性スラッジから排出される水分を凝縮して外部へ排出するための凝縮器がさらに備えられることを特徴とする。

上記のような構成によれば、油中蒸発乾燥タンク中に投入された有機性スラッジが高温の油と接触するとき、瞬間的にスラッジの表面及び内部の水分が蒸発すると共に多量の気泡が発生して有機性スラッジに強力な浮力が作用するが、スラッジ移送蒸発装置により有機性スラッジが浮び上がることを防ぎ、一定の速度で有機性スラッジを移送することができるので、連続して運転することができる効果がある。

また、有機性スラッジを陸上に埋め立てるときに排出される地球温暖化ガスであるメタン（ＣＨ_４）を抑制し、蒸発乾燥した有機性スラッジを高熱量の固形燃料として活用する場合、温室ガスを画期的に低減できる効果がある。

更に、油中蒸発乾燥方法を用いて乾燥した有機性スラッジは、スラッジに含まれた無機物及び重金属の性状に応じて、セメントキルンにおいては優れた有煉炭の代用燃料であると共に原料として用いることができ、一部の有害性重金属が含まれたスラッジは、高温熱分解溶融方式を用いる場合、良質の合成ガスを生産し、重金属と無機物は溶融スラグとして排出して硝子化する場合、モルタル用骨材として活用できる“ｚｅｒｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”技術となる効果がある。

本発明の油中蒸発乾燥装置の実施例１の概念図。 本発明の油中蒸発乾燥装置の実施例２の概念図。 図１のＡ、Ｂの斜視図。 図２のベルトと移送板の斜視図。

以下、上記のような本発明の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の油中蒸発乾燥装置の実施例１の概念図であり、図２は、本発明の油中蒸発乾燥装置の実施例２の概念図であり、図３は、図１のＡ、Ｂの斜視図であり、図４は、図２のベルトと移送板の斜視図である。

本発明の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置は、図１乃至２のように、有機性スラッジまたは低級石炭が貯蔵されるスラッジ貯蔵ホッパー１０；有機性スラッジの蒸発乾燥のための石油係油類または廃油が貯蔵される油類貯蔵タンク５０；前記油類貯蔵タンク５０から供給された油が適正温度に加熱され、加熱された油により有機性スラッジの蒸発乾燥が行われる油中蒸発乾燥タンク４０；前記貯蔵ホッパー１０の下端の供給口１２から有機性スラッジを排出する供給手段２０；前記供給手段２０により供給される有機性スラッジを前記油中蒸発乾燥タンク４０へ供給して蒸発乾燥するスラッジ移送蒸発装置３０；及び、前記スラッジ移送蒸発装置３０により前記油中蒸発乾燥タンク４０を経て水分が蒸発された乾燥スラッジを外部へ排出する排出手段６０；からなる。

前記貯蔵ホッパー１０は、含水率が３０〜９０％程度であり、５〜５０％の有機物成分が含まれた下水スラッジ、廃水スラッジ、生ごみまたは畜産糞尿等の様々な有機性スラッジが貯蔵され、下端には有機性スラッジが排出される供給口１２が形成される。

前記貯蔵ホッパー１０の下端の供給口１２には、排出される有機性スラッジをスラッジ移送蒸発装置３０へ供給するための供給手段２０が形成される。前記供給手段２０は、前記供給口１２と垂直方向に往復動するピストンで形成される。前記供給手段２０が後進することにより、前記供給口１２が完全に開放されて前記供給手段２０の高さ分の有機性スラッジが排出され、前記供給手段２０が前進することにより、供給口１２を介して排出された有機性スラッジが一方側に押し出されるようになる。押し出された有機性スラッジは、前進する供給手段２０により、供給手段２０の長手方向と垂直をなす壁面と接して圧縮され、所定の大きさの固形体となる。上記において、前記貯蔵ホッパー１０の下端の供給口１２の直径Ｌ１は、前記供給手段２０とスラッジ移送蒸発装置３０とを連結する供給管１４の直径Ｌ２よりも大きく形成（Ｌ１＞Ｌ２）されることが好ましい。従って、貯蔵ホッパー１０から排出された有機性スラッジが、供給手段２０が前進することにより、壁面と接して小さい体積に圧縮されることにより、供給管１４を介して前記スラッジ移送蒸発装置３０への供給が可能となる。

前記油類貯蔵タンク５０には、動植物性脂肪油とバイオ燃料生産副産物、燃料用油類または油類廃棄物等の様々な油が貯蔵される。前記油類貯蔵タンク５０の一方側には、前記油類貯蔵タンク５０から供給される油が加熱されて有機性スラッジとの反応が行われる油中蒸発乾燥タンク４０が備えられる。

前記油中蒸発乾燥タンク４０は、前記油類貯蔵タンク５０から供給される油が流入され、加熱手段（未図示）により流入された油が１２０〜１７０℃程度に加熱される。

前記供給手段２０により排出される有機性スラッジが、供給管１４を介して前記スラッジ移送蒸発装置３０へ供給される。図１乃至２は、前記スラッジ移送蒸発装置の実施例であって、図１はスクリューの回転による方式であり、図２はスプロケットに巻き取られたベルトの回転による方式である。

図１のように、前記スラッジ移送蒸発装置３０は、円筒形の移送管３２と、前記移送管３２の内部に前記移送管３２の長手方向に沿って備えられるスクリュー３３とからなる。前記移送管３２は、一端が前記供給手段２０により有機性スラッジが供給される供給管１４の下端と連結され、他端は前記油中蒸発乾燥タンク４０の他側壁まで延設される。前記移送管３２には、図３（ａ）のように、複数の連通口３２ａが形成され、前記油中蒸発乾燥タンク４０内への油の流出入が自由に行われる。前記移送管３２の内部に備えられるスクリュー３３は、駆動手段（未図示）により回転が行われ、外周面にはスクリュー３３の長手方向に沿って螺旋形の移送羽３４が形成される。前記移送管３２の内壁面直径と前記スクリュー３３の移送羽３４の直径とをほぼ同様に形成して、スクリュー３３により移送される有機性スラッジが、移送管３２の内壁面との摩擦によりさらによく移送されるようにすることが好ましい。前記移送管３２は、前記油中蒸発乾燥タンク４０の他方側に近づくほど直径が小さくなる。また、スクリュー３３の外周面の移送羽３４のピッチ（ｐｉｔｃｈ）も小さくなる。従って、スクリュー３３により移送される有機性スラッジが、油中蒸発乾燥タンク４０の他方側に近づくほど小さくなる移送管３２の直径と移送羽３４のピッチにより互いに圧着されて体積が減少し、所定の大きさの固形体となる効果がある。

図２は、スラッジ移送蒸発装置の他の実施例であって、回転するスプロケット３６に巻き取られたベルト３７の回転による有機性スラッジの移送が行われることを示す。前記油中蒸発乾燥タンク４０の下端の両側には、駆動手段（未図示）により回転する２つのスプロケット３６が備えられる。前記スプロケット３６にはベルト３７が巻き取られて回転し、前記ベルト３７にはベルト３７の長手方向と垂直に複数の移送板３８が形成される。前記ベルト３７には、図４のように、複数の連通口３７ａが形成され、高温の油と接した有機性スラッジから排出される水分を容易に浮上させる。また、前記移送板３８には複数の穴３８ａを形成して、スプロケット３６の駆動力を減少させることが好ましい。前記スラッジ移送蒸発装置３０へ有機性スラッジが供給される供給管１４の下端は、前記一方側のスプロケットの下部まで延長されるようにして、有機性スラッジが回転する移送板３８と接して前記油中蒸発乾燥タンク４０の底面の方に下降し、回転し続ける移送板３８により前記油中蒸発乾燥タンク４０の底面と接して他方側に移送される。上記において、移送板の高さは５０〜２００ｍｍでかつ移送板の間隔は１００〜５００ｍｍであることが、スラッジ油中蒸発過程で発生する気泡による浮力によって浮び上がることを防止し、また、移送板の間隔を一定にするため、蒸発乾燥される時間の調節が容易であって、均一な固形燃料の生産が可能である。

前記油中蒸発乾燥タンク４０の他方側には、前記スラッジ移送蒸発装置３０により移送され、有機性スラッジ中の水分が油に置換された乾燥スラッジが排出される排出手段６０が備えられる。前記排出手段６０は、図３（ｂ）のように、筒形状の排出管６２と前記排出管６２の内部に備えられるスクリュー６４とからなり、前記スクリュー６４の外周面には螺旋形の排出羽６６が形成される。前記排出羽６６には複数の穴６６ａを形成して、スクリュー６４により上方に移送される乾燥スラッジの表面に付着した余分の油が外部へ排出されず、前記油中蒸発乾燥タンク４０へ再供給されるようにして、油の急激な消費を防止することが好ましい。さらに、前記排出手段６０は、上端に近づくほど排出管６２の直径と排出羽６６のピッチ（ｐｉｔｃｈ）を小さく形成し、排出される乾燥スラッジが圧着されて所定の大きさの固形体となるようにし、乾燥スラッジを固形体に形成するための別途の手段を削除することが好ましい。

前記油中蒸発乾燥タンク４０の上部には、有機性スラッジから排出される水分を凝縮して外部へ排出する凝縮器７０が備えられる。前記凝縮器７０は、ポンプ７２により低い温度の水が流動される流動路７４が前記凝縮器７０の内部を通るようにして、有機性スラッジから排出された熱い蒸気が、流動路７４を通る水と熱交換して水に凝縮されるようにする。水に凝縮された水分には、有機性スラッジ中に含まれた有害な化学成分が含まれている可能性があるので、別途の浄化手段（未図示）を経て外部へ排出されるようにすることが好ましい。

前記のような構成の油中蒸発乾燥装置を用いて、有機性スラッジの乾燥が行われる過程について説明する。

貯蔵ホッパー１０に貯蔵された含水率が４０〜９０％程度で、５〜５０％の有機物成分を保有する下水スラッジ、廃水スラッジ、生ごみまたは畜産糞尿等の様々な有機性スラッジが、前記供給手段２０の作動により下端の供給口１２を介して排出される。前記供給手段２０が後進することにより供給口１２を介して排出された有機性スラッジが、供給手段２０が前進することにより移送されて壁面と接して、所定の大きさの固形体となり、供給管１４を介して下端のスラッジ移送蒸発装置３０へ供給される。供給された有機性スラッジは、スクリュー３３の回転によりまたはベルト３７の回転により移送板３８と接し、前記油中蒸発乾燥タンク４０へ移送される。前記油中蒸発乾燥タンク４０には、前記油類貯蔵タンク５０から供給された油が、加熱手段（未図示）により予め１２０〜１７０℃に加熱されている。前記スラッジ移送蒸発装置３０により移送される有機性スラッジが１２０〜１７０℃に加熱された油と接して、前記有機性スラッジの表面の水分は瞬間的に蒸発し、前記有機性スラッジの内部の水分も、加熱された油との接触により液体−固体伝導熱伝達が発生して、有機性スラッジの内部温度が急速に上昇し、有機性スラッジの内部に含有された水分は高い圧力で外部へ排出されて蒸発される。この過程で、前記有機性スラッジの内部の水分が蒸発され、有機性スラッジの内部には複数の空隙が形成され、瞬間的に負圧が発生するようになる。これにより、水分が蒸発された空隙には高い発熱量を持つ油が浸透する。有機性スラッジ中の水分と油の置換がさらによく行われるように、有機性スラッジは含水率に応じて油中蒸発乾燥タンク４０内の油と５〜２０分間接触されるようにすることが好ましく、乾燥が完了した乾燥スラッジは１〜１５％程度の含水率を示し、発熱量が４,０００〜６,０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度に増加するようになる。乾燥が完了した乾燥スラッジは、スラッジ移送蒸発装置３０により排出手段６０側へ移送され、スクリュー６４により上方に移送され、表面の油は再度油中蒸発乾燥タンク４０へ供給され、排出手段により圧着されて所定の大きさの固形体となり、外部へ排出されるようになる。この過程で、有機性スラッジから排出される水分は、油中蒸発乾燥タンク４０の上部の凝縮器７０に流入され、低い温度の水との熱交換により水に凝縮され、外部へ排出されるようになる。

前記のような過程で生産された乾燥スラッジは、スラッジに含まれた無機物及び重金属の性状に応じて、セメントキルンにおいては優れた有煉炭の代用燃料であると共に原料として用いることができ、一部の有害性重金属が含まれたスラッジは、高温熱分解溶融方式を用いる場合、良質の合成ガスを生産することができ、重金属と無機物は、溶融スラグとして排出して硝子化する場合、モルタル用骨材として活用できる“ｚｅｒｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”技術となる効果がある。

本明細書及び請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい実施例に過ぎないだけであり、本発明の技術的思想をすべて満すわけではないので、本出願の時点において、これらを代替できる様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

１０：貯蔵ホッパー
１２：供給口
１４：供給管
２０：供給手段
３０：スラッジ移送蒸発装置
３２：移送管
３２ａ：連通口
３３：スクリュー
３４：移送羽
３６：スプロケット
３７：ベルト
３７ａ：連通口
３８：移送板
３８ａ：穴
４０：油中蒸発乾燥タンク
５０：油類貯蔵タンク
６０：排出手段
６２：ポンプ
６４：スクリュー
６６：排出羽
６６ａ：穴
７０：凝縮器
７２：ポンプ
７４：流動路

Claims (11)

1. 有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物が貯蔵されるスラッジ貯蔵ホッパー１０；
   有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物の蒸発乾燥のための石油係油類を初め、各種自動車、産業体の廃油、動植物性脂肪油、バイオディーゼルの副産物が貯蔵される油類貯蔵タンク５０；
   前記油類貯蔵タンク５０から供給された油が適正温度に加熱され、加熱された油により有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物の蒸発乾燥が行われる油中蒸発乾燥タンク４０；
   前記貯蔵ホッパー１０の下端の供給口１２から有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物を排出する供給手段２０；
   前記供給手段２０により供給される有機性スラッジまたは低級炭化水素化合物を前記油中蒸発乾燥タンク４０へ供給して蒸発乾燥するスラッジ移送蒸発装置３０；及び
   前記スラッジ移送蒸発装置３０により前記油中蒸発乾燥タンク４０を経て水分が蒸発された乾燥スラッジまたは低級炭化水素化合物を外部へ排出する排出手段６０；を備え、
   前記スラッジ移送蒸発装置３０は、複数の連通口３２ａが形成された円筒形の移送管３２と、前記移送管３２の内部に長手方向に沿って備えられるスクリュー３３とからなり、
   前記スラッジ移送蒸発装置３０の移送管３２とスクリュー３３は、前記排出手段６０側に近づくほど直径が小さくなることを特徴とする、有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
2. 前記スクリュー３３は、前記排出手段６０側に近づくほど外周面に形成された移送羽３４のピッチ（ｐｉｔｃｈ）が小さくなることを特徴とする、請求項１に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置
3. 前記スラッジ移送蒸発装置３０は、両側のスプロケット３６と、前記スプロケット３６に巻き取られて回転するベルト３７とからなることを特徴とする、請求項１に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
4. 前記スラッジ移送蒸発装置３０のベルト３７には、垂直に突き出る移送板３８が複数形成されることを特徴とする、請求項３に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
5. 前記スラッジ移送蒸発装置３０のベルト３７には複数の連通口３７ａが形成されることを特徴とする、請求項４に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
6. 前記供給手段２０により供給される有機性スラッジは、前記スプロケット３６により回転するベルト３７の移送板３８によって、前記油中蒸発乾燥タンク４０の底面と接して移送されることを特徴とする、請求項５に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
7. 前記供給手段２０は、前記貯蔵ホッパー１０の供給口１２と垂直方向に往復動するピストンであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
8. 前記貯蔵ホッパー１０の供給口１２の直径Ｌ１は、前記供給手段２０とスラッジ移送蒸発装置３０との間を連結する供給管１４の直径Ｌ２よりも大きいことを特徴とする、請求項７に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
9. 前記油中蒸発乾燥タンク４０の上部には、有機性スラッジから排出される水分を凝縮して外部へ排出するための凝縮器７０がさらに備えられることを特徴とする、請求項８に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
10. 前記有機性スラッジは、含水率が４０〜９０％である下水スラッジ、廃水スラッジ、畜産糞尿及び生ごみからなる群から選ばれるいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。
11. 前記低級炭化水素化合物は、含水率が３０〜７０％である泥炭、亜炭及び褐炭からなる群から選ばれるいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の有機性スラッジ油中蒸発乾燥装置。

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