生活污水
| 分类:污染 |
| 污染 |
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生活污水（英语：Sewage，也可写为domestic sewage, domestic wastewater, municipal wastewater）是种产自人类社区的废水，这种污水通常经由下水道输送，[1]:175包括有住宅区，以及商业、机构和公共设施所排放者。[2]:10又可再分类为灰水（来自水槽、浴缸、淋浴间、洗碗机和洗衣机）以及黑水（冲马桶的水，连同排泄物）。污水中通常含有肥皂和清洁剂的成分。洗碗盘时会产生食物垃圾，使用食物垃圾处理机时，有增加污水中食物垃圾数量的机会。如果使用卫生纸而非坐浴桶，污水中又包含有卫生纸。污水同时含有大污染物和微污染物，还可能会含有城市固体废弃物和工业污水中的污染物。
污水通常从建物的管路进入下水道，然后输送到其他地方，或由现场设施处理。污水收集通常经由卫生下水道或是合流下水道从事。前者并不用于输送暴雨雪水带来的污水，而后者则会同时输送生活污水及暴雨雪水。污水的数量一般与当地用水量相呼应。有各式原因会影响到用水量，因而人均污水流量会随之改变。包括有：水源足够（与水资源短缺对立）、供水选择、气候（气温越高，水消耗可能会越大）、社区规模、社区经济水准、工业化程度、家庭消费水准、水费成本和水压问题。[2]:20
为评估污水强度（或称品质），以及处理方案，所采用的主要参数包括：固体、有机物质指标、氮、磷和粪便污染指标。[2]:33前述的与污水中主要大污染物有关。污水含有粪便中的病原体。这类病原体分为四种：致病性细菌、病毒、原生动物（有包囊或卵囊的形式）和寄生虫（呈虫卵形式）[3][4]常用来量化有机物质的间接方法有生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）[2]:36
污水处理包括收集和运输，根据符合当地标准的方式处理，之后再排放进入环境（水体、土壤）之中，或是再利用。[2]:156处置方案包括稀释（在可能情况下，利用到水体的同化能力达成自净的结果）、海洋排放、利用土地处置和应用于污水农场。但这些处置方案都有造成水污染的风险。
名词说明
[编辑]生活污水和废水
[编辑]生活污水（或称生活废水）包括由当地住宅和商业、机构和公共设施所排放的废水。[2]:10由水（来自社区供水系统]、人类排泄物（粪便和尿液）、浴室用水、厨余、洗衣水和其他正常生活产生的污水共同组成。
城市活动产生的污水包含有商业活动和机构的废水，例如从餐馆、洗衣店、医院、学校、监狱、办公室、商店和为较大社区提供服务的机构所排放的废水。[2]:21
污水可分为“未经处理的污水”（也称为“原污水”）和“处理后的污水”（也称为污水处理场的“流出物”）。
在许多今日的教科书、政策文件和文献中，“污水（sewage）”一词经常与“废水（wastewater）”互换使用，指的是“城市废水”。[2][5][6]确切地说，废水是个较广泛的用法，指的是经过各种应用后所产生者。[5]:1所以也包含与家庭活动无关的“工业废水”、农业废水，或是任何其他来源的废水。
黑水
[编辑]本节摘自黑水。
就卫生设施的观点而言，黑水表示是厕所的废水，其中含有可通过粪口途径传播的病原体。黑水包含来自抽水马桶的粪便、尿液、水和卫生纸。灰水不同，是来自水槽、浴缸、洗衣机和马桶以外的其他厨房用具。洗涤食物、衣服、碗盘以及淋浴或沐浴都会产生灰水。[7]
黑水与灰水在所谓的“生态建筑”（如自主式建筑）之内会被分开处置。露营车通常有各自独立的储箱，分开储存由淋浴和水槽产生的灰水以及马桶产生的黑水。
灰水
[编辑]本节摘自灰水。
灰水（Greywater，也可拼为grey water、sullage，在美国也拼写为gray water）指的是家庭或办公建物中产生，未被粪便污染的生活污水（即除厕所废水外的污水）。灰水产自水槽、淋浴、浴缸、洗衣机或洗碗机。由于灰水比诸黑水，含有更少的病原体，通常较安全，可当场处理和再利用 - 用于冲洗厕所、浇灌景观植物或作物的灌溉，及饮用之外的其他用途。洗涤肮脏衣服或在洗澡时清洗肛门部位，所产生的灰水仍会含有一些病原体。
灰水再利用对城市整合水处理系统有巨大好处，一是减少对清洁用水的需求，二是降低输送和处理的废水数量。[8]处理过的灰水有很多用途，例如冲马桶或是用于灌溉。 [9]
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整体外观
[编辑]污水总体情况如下：[2]:30温度略高于饮用水，但比环境温度稳定。新产生的污水颜色略带灰色，而旧的污水（又称“化粪池污水”）呈深灰色或黑色。新产生的污水汽味是“油腻”且相对难闻，而旧的污水因有硫化氢气体和其他分解副产物，会有恶臭。[10]:9-38污水会因含有悬浮固体而有较高浊度。
污水的pH值通常接近中性，在6.7~8.0之间。[2]:57
污染物
[编辑]污水主要成分为水，通常在每千份的水中含有不到一份固体物质。换句话说，可说污水由大约99.9%的纯水，加上0.1%的固体（溶解的固体或是悬浮固体）组成。 [2]:28
千分之1的数字是种数量估计值，而非精确的比率，因为除稀释引起的变化外，固体的定义可能会有所不同，具体取决于把这些固体与液体分离的机制。通过沉淀作用而得到的淤泥，或通过过滤方式取出的悬浮固体都含有大量水分，而透过蒸发可将其大部分消除，所得的干燥固体中含有仅靠过滤或沉淀而不能捕获的溶解矿物质。[11]污水中的悬浮物和溶解物包含有机物质和无机物质，以及微生物。[2]:28
大约3分之1的固体物质会因湍流而呈悬浮状态，其余的则呈溶解或呈胶体状态。对1950年代的美国而言，生活污水中所含的废物中，估计大约一半是有机物，一半是无机物。[10]:9-38
有机物
[编辑]污水中的有机物质可按形态和大小分类为：悬浮（颗粒）或已溶解者。其次，可按生物降解性分类：惰性或可生物降解者。[2]:35污水中的有机物质有蛋白质合成物（约40%）和糖类（25-50%），油及脂肪（约10%）及尿素、表面活性剂、酚类、杀虫剂等（少量）。[2]:35为把这些有机物质量化，通常会采用衡量有机物消耗氧气的“间接法”：主要是测量生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）两种。[2]:36这些间接方法与有机物质排入水体后会产生的主要影响有关：有机物质是微生物的食物，微生物在摄取后会增加数量，消耗氧气，而后对其他水生生物产生影响。
计算有机物质量负荷的方式，为污水流量乘以污水中有机物质浓度。[2]:55
下文将对未处理污水的物理化学特性典型数值作描述。
营养物质
[编辑]污水除有机物质外，还含有营养物质。主要的营养物质是氮和磷。如果污水未经处理就排放，其中包含的氮和磷会通过称为优养化的过程导致湖泊和水库发生污染。[2]:77
在未处理污水中，氮以有机氮或是氨两种形式存在。氨源于尿液中的尿素。尿素会迅速水解，因此通常不会出现在未处理的污水中。[2]:43
总磷主要以磷酸盐的形式存在于污水中。或是无机物（多磷酸盐和正磷酸盐），主要来源是清洁剂和其他日用化学品。另一种形式是有机磷，其来源是含有有机磷的有机化合物。[2]:45
病原体
[编辑]污水中的人类粪便可能含有会传播疾病的病原体。[10]:9-38污水中含有下属四种病原体：[3][4]
- 细菌，如沙门氏菌、志贺氏菌、弯曲杆菌或霍乱弧菌等；
- 病毒，如甲型肝炎、轮状病毒、冠状病毒[12]或肠道病毒等；
- 原生动物，如痢疾阿米巴、蓝氏贾第鞭毛虫、小隐孢子虫；和
- 蠕虫及虫卵，包括蛔虫、钩虫和鞭虫。
在大多数实际情况下，化验室不会对病原体进行检验。较简单的方法是评估粪便性链球菌（称为耐热大肠菌群），尤其是大肠杆菌的最可能数量。大肠杆菌是所有温血动物（包括人类）排泄物中的肠道细菌，因为它们的浓度非常高（每100毫升中约有1千万到1亿），因此很容易在污水中发现其踪迹。[2]:52
固体垃圾
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抽水马桶让物件“消失”的能力很快就被年幼的孩子知晓，他们会用任何可想像到的东西做尝试。[13]成人会用来处理卫生纸、湿巾、尿片、卫生棉、卫生棉条、卫生棉条容器、保险套和过期药品，但通常有造成堵塞的风险。厕所有私密性，可用来冲走成瘾药物用具、验孕棒、复合口服避孕药配件以及这些物件的包装，以避免尴尬。抽水马桶中可能有人不小心掉入的儿童玩具或牙刷等，并可能会在监狱或其他居住地的污水中发现人们无意中遗弃的衣物。[14]街道上的垃圾可能会被径流带入合流下水道。
微污染物
[编辑]污水含有持久性污染环境药物 。也有曾用来消毒的三卤甲烷。污水会含有微塑料，如聚乙烯和聚丙烯颗粒，或是聚酯和聚酰胺碎片，[15]这些物质来自受磨损和洗涤中服装和床单上脱落的合成纤维，或是遭泵站分解的塑料包装材料和涂塑纸制品。未被人体代谢的药物、内分泌干扰素和激素，[16][17][18]会通过尿液或粪便排出体外，进入污水。
一些居民会把不用的液体，例如用过的食用油、[19]:228润滑油、[19]:228粘合剂、油漆、溶剂、清洁剂，[19]:228和消毒剂等倒入下水道。这种做法会导致污水处理厂出现问题，因此不受鼓励。
典型污水成分
[编辑]决定成分的因素
[编辑]污水的成分随气候、社会经济状况和人口习惯而变化。[2]:28在美国供水不足的地区，污水的强度（即污染物浓度）远高于供水充足的地区[5]:183家庭收入和饮食也有影响：例如巴西的案例，家庭收入越高，人均家庭污水排放中微生物的生化需氧量负荷（BOD load）越高，家庭收入越低则相反。[2]:57
浓度和负荷
[编辑]公布的典型发展中国家未处理污水物理化学特征如下：总固体180克/人/天（以浓度表示时则为1,100毫克/升）、BOD50克/人/天（300毫克/升), COD100克/人/天 (600毫克/升) , 总氮8克/人/天 (45毫克/升)、氨氮 4.5克/人/天(25毫克/升) 和总磷1.0克/人/天 (7毫克/升)。[2]:57典型范围落在：总固体120–220克/人/天（700–1,350毫克/升）, BOD40–60克/人/天 (250–400毫克/升), COD 80–120克/人/天(450–800毫克/升), 总氮6–10 克/人/天(35–60毫克/升) ，氨氮3.5–6克/人/天(20–35毫克/升) ，总磷0.7–2.5克/人/天 (4–15毫克/升)。[2]:57
对于高收入国家，“人均有机物负荷”其中BOD约为每人每天60克。[6]这数字称为人口当量 (PE)，也用作与工业废水比较强度的参数之用。
公布的美国家庭数值如下，估计中采25%的家庭拥有食物垃圾处理机的假设（此类家庭产生的污水含有更多垃圾）：总悬浮物95克/人/天（503毫克/升）、BOD85克/人/天（450毫克/升L）、COD198克/人/天（1050毫克/升）、总和有机氮和氨氮13.3克/人/天 (70.4毫克/升)，氨氮7.8克/人/天 (41.2毫克/升) 和总磷3.28克/人/天 (17.3毫克/升) 。此处的浓度值是基于每人每天产生190升的流量推算。[5]:183
美国在1972年发表的一项消息来源估计，污水中每日人均固体废物中，估计粪便为20.5克（0.72盎司），尿液中溶解固体43.3克（1.53盎司），卫生纸20克（0.71盎司）、灰水固体86.5克（3.05盎司）、食物固体30克（1.1盎司）（假设使用食物垃圾处理机）和不同数量的溶解矿物质，具体取决于当地供水的盐度、人均用水量和采用硬水软化的程度。[19]:234
污水含有尿液和粪便。粪便质量随膳食纤维摄入量而变化。普通个人每天产生128克湿粪便，换算干质量为29克。[20]全球文献综述确定的中位数尿液排放约为1.42升/人/天。[20]
流量
[编辑]人均（可用“per capita”，或是缩写“cap”来表达）产生的生活污水量随当地的用水量而变化。[2]:11影响人均数量的因素有：水源足够（与水资源短缺对立）、供水选择、气候（气温越高，水消耗可能会越大）、社区规模、社区经济水准、工业化水准、家庭消费水准、水费成本和水压问题。[2]:20
污水的产生量一般与用水量相对应。但用于景观灌溉的水不会进入下水道系统，而地下水和暴雨雪水也可能会进入下水道系统。[2]:22每天到达污水处理厂的污水通常有两个峰值流量：一个在早上初始时，另一个在傍晚初始时。[2]:24
在用水量方面，一个堪称“世界平均水准”的数字是每人每天35-90升（1992年数据）[5]:163同一份刊物列出中国的用水量为80升，非洲为15-35升，东地中海地区的欧洲部分为40-85升，拉丁美洲和加勒比地区为70-190升。[5]:163甚至在一个国家内部，由于前述的各种因素，不同地区之间可能存在很大差异。
高收入国家经常采用每人每天200升的流量值作为估算值，用于设计污水处理厂时参照用。[6]
而相较之下，美国城市住宅源的典型污水流量估计为：365升/人/天（1人家庭）、288升/人/天（2人家庭）、200升/人/天（4人家庭），189升/人/天（6人家庭）。[5]:156参数的总体范围为189–365升（42–80英制加仑，或50–96美制加仑）。
分析方法
[编辑]一般品质指标
[编辑]本节摘自废水品质指标。
废水品质指标是实验室采用的方法学，用于评估废水是否适合排放、处理或是再利用。为评估污水强度（品质）以及可采用的处理方案，用到的主要指标有：固体、有机物指标、氮、磷、粪便污染指标。[21]:33选用的测试方法因预期用途或是排放地点而异。测试可测量废水的物理、化学和生物特性。物理特性包括温度和固体。化学特性包括pH值、溶氧浓度、生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）、氮、磷和氯。生物学特性则由生物检定法和水生毒理学来确定。
特定生物体和物质
[编辑]有多种技术可用来监测污水中的致病生物和无害生物。传统技术有过滤、染色和透过显微镜检查。例如要找出稀有生物、尝试消灭传染病、专门测试耐药菌株或发现新物种时，也可采用DNA测序来执行更灵敏和更具体的测试。[22][23][24]直接取得环境中遗传物质做DNA测序的做法称为总体基因体学（也称宏基因组学）。
对污水进行分析，可确定城市人口中在处方药和非法药物的相对使用率。[25]也可推断出一般的社会经济人口统计数据。[26]
收集
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污水通常透过重力下水道（包括卫生下水道，或是合流下水道）收集和运输，因为合流下水道也输送城市径流（暴雨雪水），污水在雨季时会被稀释。[2]:9
卫生下水道
[编辑]本节摘自卫生下水道。
卫生下水道是种地下管道或隧道系统，功能为把污水从房屋和商业建筑（但不包括暴雨雪水）输送到污水处理厂或是排放。卫生下水道是种重力下水道，是整个“下水道系统（也可写为sewerage））”中的一部分。用于工业区的卫生下水道也可能会携带工业废水。在建有生活污水管道的城市中，会另外设立独立的雨水渠，把地表径流直接输送到地表水体中。卫生下水道系统的优点是其可避免如合流下水道会发生的溢出。卫生下水道的口径通常比合流下水道小得多。如果由于基础设施中的接头因老化而漏水、管道缺陷等原因导致暴雨雪水过多或地下水渗入，则可能会发生未经处理污水回流的现象。
合流下水道
[编辑]本节摘自合流下水道。
合流下水道是种重力下水道，具有管道、隧道、泵站等系统，把污水和城市径流一起输送到污水处理厂或是排放地。这表示在下雨期间，污水会被稀释，而导致处理地点的流量更高。未受污染的暴雨雪水有稀释污水的功能，但径流经过屋顶、街道或堆积场时会溶解或悬浮它接触过的任何东西，[27]:296包括土壤颗粒和其他沉积物、重金属、有机化合物、动物粪便以及油和油脂。合流下水道还可能接收来自景观灌溉、施工排水以及清洗建筑物和人行道的干旱天气排水。
污水稀释
[编辑]地下水渗入污水处理系统
[编辑]所谓渗透是指地下水通过有缺陷的管道、连接、接头或人孔而进入下水道管道。[2]:26[5]:164遭到污染或含盐的地下水可能因此会引入额外的污染物进入污水。这种渗透水量取决于几个参数，例如收集网络的长度、管道口径、排水渠面积、土壤类型、地下水位深度、地形和单位面积的连接数目。[2]:26施工不当会增加渗透的机会，下水道越旧，渗透也会增加。渗透量会因下水道与地下水位的相关深度而有变化。[10]:9-1, 9-9旧下水道系统也可能透过漏水处把污水渗入地下水，[5]:167将其污染。[28]
暴雨雪水
[编辑]合流下水道可同时输送污水和暴雨雪水，因在降雨期间污水会被稀释。对于卫生下水道，来自地窖和地基排水沟、冷却水排放以及与卫生下水道收集系统任何会直接连接到的的雨水径流，均可把污水稀释。[5]:163 这类“直接流入”会导致污水流量达到峰值，与合流下水道在降雨期间的情况类似。[5]:165
工业废水
[编辑]来自包含有工业生产的社区，其产生的污水会包括一些工业废水。工业废水量因产业型态而异。[2]:27这种废水会含有非常不同的污染物，其浓度远高于生活污水中通常所具有者。[5]:188此类污染物可能是有毒或不可生物降解，包括药物、[29]杀生物剂、重金属、放射性同位素或是热污染。
一个产业可能会自行处理废水，然后将其排放进入环境中（或甚至把处理后的废水用于特定用途），或者如果这类产业位于市区，也可能会把废水排放到公共污水处理系统中。在后者的情况，工业废水可在工厂内预处理以减少污染物负荷（参见污染物浓度衡量）。[2]:27把工业废水与生活污水混合，并不会把工业废水中的污染物量降低，但生活污水可把工业废水的特有污染物浓度降低，同时工业废水也降低生活污水的特有污染物浓度。
处置和稀释
[编辑]
水体或土地的吸纳能力
[编辑]当污水排入水体（河流、湖泊、海洋）或陆地时，所产生的相对影响会由水体或生态系统的同化能力所决定。[2]:78水体具有自净的能力，因此污染物的浓度会随着离开排放点的距离而逐渐降低。水体可将排入的污染物浓度降低，但不会减少污染物的质量。原则上，稀释能力（受纳水体体积或流量，与污水数量或流量之对比）越高，受纳水体中污染物浓度会越低，负面影响也可能越小。但是如果水体本来就已受严重污染，稀释的效果将为有限。[30]
在某些情况下，社区可能会对其产生的污水先做部分处理，其余仍仰赖水体的同化能力。但这需要非常仔细分析，把水体在接收前的水质、排放后的水质以及预定在排放后的用途均列入考虑。每个国家也会制订特定的法律来规范。不同国家对排放污水的水质规格和受纳水体要维持的水质有不同的规定。[2]:152
在规范收纳水体同化能力的因素中，包括有水体维持溶氧浓度的能力，这些溶氧浓度是支持生物体把有机废物分解时所需。[19]:9, 673例如当溶氧水准低于5毫克/升时，鱼类就可能会死亡。[31]:573
将污水排放于土地，可被视为是种最终处置，或是种处理的形式，或是两者兼有。[2]:189利用土地处置方案需要考虑土地可用性、地下水品质和可能产生的土壤退化。[32]
其他处置方法
[编辑]污水可被排放到蒸发池或渗透池中。[10]:9-41这种补给地下水的做法可降低海水倒灌发生，或是补充含水层，再做农业灌溉之用。污水通常需要处理，以维持渗透池的渗流能力。对于会渗入含水层，而后用作饮用水的污水则需进行更广泛的处理。[19]:700–703
海洋排放口
[编辑]本节摘录自海洋排放口。
海洋排放口是把城市生活污水或工业废水、暴雨雪水、合流下水道溢流 (CSO)、冷却水或海水淡化厂的盐水流出物排放到海中的管道或隧道。通常这类排放在海面下进行。就城市污水而言，流出物通常仅经过一级处理，或甚至是未经一级处理或就被排放，而利用海洋的同化能力做净化的工作。这类海底排放口在世界各地都很常见。天然海水的光照强度和盐度对排入海洋的废水可做显著的消毒。[33]德国卡尔斯鲁尔理工学院的流体力学研究所为国际水利工程与研究协会 (IAHR) /国际水协会 (IWA)的海洋排放系统委员会所维护的单一国际数据库中就列有200多个排放口的资料。[34]
全球形势
[编辑]本节摘自污水处理#Global situation。
在20世纪之前，欧洲的下水道污水通常是未经处理就排入河流、湖泊或海洋等水体，所以人类排泄物的分解工作就交由生态系统负责。如果生态系统有足够的同化能力，结果会令人满意，而目前由于人口密度增加，令人满意的结果属于罕见。[35]:78
现今工业化国家城市地区的情况通常是利用下水道把污水输送到污水处理厂，而非直接输送到水体。但在许多发展中国家，大部分的城市和工业废水未经任何处理、或仅经简单处理，或是一级处理后就排放进入河流和海洋中，而造成水体污染。关于世界有关下水道中收集的废水受到处理的比例，少有可靠的数据。联合国开发计划署和联合国人居署在2010年的估计是全球所产生的废水中有90%未经处理就排放进入环境中。[36]而2021年所做的最新估计，全球约有52%的污水曾受到处理。[37]但各国的污水处理比率存在很大差异。例如高收入国家已处理大约74%的污水，但发展中国家仅平均有4.2%受到处理。[37]到2022年，全球产生的废水中有80%以上是在未经充分处理的情况下就直接排放进入环境中。根据联合国水资源组织，高收入国家产生的污水平均有70%会经处理。 [38][39][40]低收入国家产生的污水中只有8%会受到某种形式的处理。 [41][42][43]
污水处理
[编辑]污水处理可减少环境污染。条形筛可去除污水中的大块固体碎片，[19]:274–275，一级处理可去除漂浮物和可沉降物质。[19]:446一级处理后的污水通常含有的固体是原来的一半，胶体和溶解有机化合物则降至原来的3分之2。[44]二级处理可把未稀释污水中有机废弃物再度降低，[31]:575，但效果较差。[45]在处置之前做消毒，可消除病原体，上述处理顺序做得越彻底，效果会更好。[19]:359
再利用与回收
[编辑]排放进入环境的另一种选项是以具有生产力的方式（用于农业、城市或工业用途）的再度利用，但须遵守当地法规和每个特定再利用的要求。根据世界卫生组织（WHO）的指导方针，采用“多重屏障方法”可把农业污水再利用所产生的公共健康风险降至最低。[46]
另有资源回收的可能性，透过使用从污水中回收的碳、氮、磷、水和能源，达到可持续农业的目的。[47][48]
污水农场
[编辑]本节摘自污水农场。
污水农场利用污水作灌溉和施肥之用。这种做法在温暖干旱的地区中很常见，那里需要灌溉，而淡水资源却很稀缺。悬浮物可被微生物和细菌转化为腐殖质，可为作物生长提供氮、磷和其他养分。如今许多工业化国家使用传统的污水处理厂代替污水农场。这样做可减少病媒和气味问题；但污水农场对一些发展中国家来说仍是一种低成本的选择。不可把污水农场与通过渗滤池或地下排水渠进行的污水处理两者混淆。
法规
[编辑]污水管理包括收集和运输，经处理后再排放到环境中，处理方式需符合当地对排放到水体、土壤或再利用的要求。[2]:156在大多数国家，法律禁止任意把污水排入环境中而造成污染，对于排放的污水有严格的水质要求。有关美国在此方面的要求，可参见《清洁水资源法案》。
生活污水管理法规通常包含在更广泛的国家卫生政策中。还可能包括人类排泄物（如粪便管理系统）、城市固体废物和暴雨雪水的管理。
参见
[编辑]
参考文献
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