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Abwasserreinigungsanlage für ein Milchtrockenwerk

Die Hochwald Foods GmbH verarbeitet als genossenschaftlich strukturiertes Unternehmen die von den bäuerlichen Anteilseignern gelieferte Rohmilch. Am Standort in Hünfeld betreibt das Unternehmen eine Produktionsstätte für Käseprodukte. Als Nebenprodukt bei der Käseherstellung fallen große Mengen Molke an, die bisher als Tierfutter oder als Nahrungsergänzungsmittel genutzt wurde. Um eine höherwertige Verwertung z.B. als Zusatz in Säuglingsnahrung, zu erreichen, wurde in Hünfeld ein neues Demineralisierungs- und Trockenwerk gebaut. Dieses erreicht hohe Demineralisierungsgrade und ist das erste Werk dieser Art in Deutschland. Die aus diesem Werk anfallenden, hoch organisch belasteten und stark salzhaltigen Abwasserströme konnten nicht wie bisher die Abwässer der Käseproduktion der kommunalen Kläranlage zugeführt werden. Daher wurde eine Industrieabwasserreinigungsanlage (IAR) geplant, gebaut und parallel zum Demineralisierungs- und Trockenwerk in Betrieb genommen. Es fallen pro Tag ca. 2300 Kubikmeter Abwasser an, mit hohen Belastungen an chemischem Sauerstoffbedarf (CSB), Phosphor, Chlorid und Kalium. Das Abwasseraufkommen verteilt sich etwa gleich auf vier Teilströme, organisch gering belastete Abwässer, organisch hoch belastete Abwässer und überwiegend mineralisch belastete Abwässer aus dem Trockenwerk sowie einen Teilstrom aus der Käseproduktion. Zur zielgerichteten Behandlung werden diese in separaten Leitungen der IAR zugeführt. Die Behandlung erfolgt in den Verfahrensschritten: Elektrodialyse; Reduzierung der Chloridfracht um 1/3 und der Kaliumfracht um 2/3 gegenüber dem Ausgangswert, das entspricht einer Eliminationsleistung von min. 2.200 Kilogramm Chlorid pro Tag bzw. 1.600 Kilogramm Kalium pro Tag Flotation ungelöster Stoffe Anaerobe Abwasserbehandlung; CSB- Abbau, Erzeugung von Biogas als Wertstoff aus einem salzreichen Substrat MAP- Fällung; Entfernung von Phosphor und Erzeugung von Magnesiumammoniumphosphat als Wertstoff Aerobe Abwasserbehandlung in SBR- Reaktoren; weitergehende P- und N- Elimination in einem salzreichen Substrat Die Teilströme, die hohe Konzentrationen an anorganischen Salzen enthalten, werden der Elektrodialyse zugeführt, wobei die Ionen über monovalente Membranen aufkonzentriert und ausgeschleust werden. Die Trockenwerksabwässer, die stark mit organischen Verbindungen (Molkeprotein, ungelöste Stoffe) verunreinigt sind, werden der Flotationsanlage zugeführt, in der unter Zuhilfenahme von Flockungsmitteln ein Teil des CSB sowie Schwebstoffe entfernt werden. Im Wesentlichen wird die Flotation im Sinne einer Fettabscheidung betrieben. Das aus der Flotation ablaufende Wasser wird anschließend dem anaerob arbeitenden R2S- Reaktor zugeführt, in dem der überwiegende Teil der Organik abgebaut wird. Dann wird das Abwasser der MAP-Fällstufe zugeführt, wobei vorgesehen ist, das ausgefällte Magnesiumammoniumphosphat als Wertstoff zu vermarkten. Der Ablauf der MAP-Fällstufe wird anschließend im Belebungsverfahren aerob weiterbehandelt. Dabei kommen zwei SBR- Reaktoren (Sequencing Batch Reaktor) zum Einsatz, die wechselseitig beschickt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, mittels Nachfällung weitere Phosphorverbindungen zu eliminieren. Die Eliminationsleistung von Phosphor beträgt über 99,5 Prozent, die gute Eliminationsleistung der organischen Belastung ist über die über 99-prozentige Minderung des chemischen Sauerstoffbedarfs ersichtlich. Diese erstmalig angewendete Technikkombination kann außer bei weiteren Molkedemineralisierungs- und trockenwerken auch zu Minderung von Gewässerbelastungen durch Abwassereinleitungen in anderen Branchen zum Einsatz kommen, die durch hohe organische Frachten als auch hohen Frachten an einwertigen Ionen gekennzeichnet sind. Als Beispiele sind die Zucker- bzw. Bioethanol- und die Lederherstellung zu nennen. Branche: Nahrungs- und Futtermittel, Getränke, Landwirtschaft Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Hochwald Foods GmbH Bundesland: Hessen Laufzeit: 2014 - 2016 Status: Abgeschlossen

Öffentliche Abwasserentsorgung

<p> <p>Das Hauptziel der Abwasserbehandlung ist, Gewässerbelastungen weitgehend zu reduzieren. Dabei fällt Klärschlamm an, der inzwischen zumeist in getrockneter Form thermisch verwertet wird. Die Rückgewinnung und Wiederverwertung von Stoffen wie Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm trägt dazu bei Nährstoffkreisläufe zu schließen.</p> </p><p>Das Hauptziel der Abwasserbehandlung ist, Gewässerbelastungen weitgehend zu reduzieren. Dabei fällt Klärschlamm an, der inzwischen zumeist in getrockneter Form thermisch verwertet wird. Die Rückgewinnung und Wiederverwertung von Stoffen wie Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm trägt dazu bei Nährstoffkreisläufe zu schließen.</p><p> Rund 10 Milliarden Kubikmeter Abwasser jährlich <p>8.659 öffentliche Kläranlagen haben im Jahr 2022 nach Erhebungen des Statistischen Bundesamtes über 8,33 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³) Abwasser behandelt und anschließend in Oberflächengewässer eingeleitet. Die behandelte Abwassermenge sank damit gegenüber der Erhebung im Jahr 2019 um 0.72 Mrd m³. Diese Abwassermenge setzte sich aus rund 4,82 Mrd. m³ Schmutz-, 1,49 Mrd. m³ Fremd- und 2,02 Mrd m³ Niederschlagswasser zusammen (siehe Tab. „In öffentlichen Kläranlagen behandelte Abwassermenge“). Schmutzwasser ist jenes Wasser aus privaten Haushalten sowie aus gewerblichen und industriellen Betrieben, das in die Kanalisation eingeleitet wird. Als Fremdwasser wird jenes Wasser bezeichnet, das nicht gezielt in die Kanalisation eingeleitet wird, also etwa in diese aus dem Boden einsickert.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/2_tab_beh-abwassermenge_2025-04-09.png"> </a> <strong> Tab: In öffentlichen Kläranlagen behandelte Abwassermenge </strong> Quelle: Statistisches Bundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_tab_beh-abwassermenge_2025-04-09.pdf">Tabelle als PDF (54,85 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_tab_beh-abwassermenge_2025-04-09.xlsx">Tabelle als Excel (19,60 kB)</a></li> </ul> </p><p> Fast 100 Prozent biologisch gereinigt <p>Die rund 8.700 Kläranlagen haben im Jahr 2022 rund 99,99 % des Abwassers biologisch und weniger als 0,005 % ausschließlich mechanisch behandelt (siehe Tabelle). In einem Großteil der Anlagen wird Stickstoff in zwei Schritten entfernt.</p> <ul> <li>Nitrifizierung: Dabei werden Ammonium-Ionen mit Hilfe von Bakterien in Nitrat-Ionen umgewandelt.</li> <li>Denitrifizierung: Dabei werden Nitrat-Ionen mit Hilfe von Bakterien in molekularen Stickstoff umgewandelt.</li> </ul> <p>Bei einem Großteil des Abwassers erfolgt darüber hinaus die Entfernung von Phosphor. Hierbei werden Phosphat-Ionen entweder durch Zugabe von Salzen ausgefällt oder mit Hilfe von Bakterien ausgetragen und in den Klärschlamm überführt.</p> <p>Bei 3,7 % des Abwassers wurde in 2022 zusätzlich eine Elemination von Spurenstoffen durchgeführt. Als weitere zusätzliche Verfahrensstufen kamen Filtration und Desinfektion des Abwassers zur Anwendung.</p> </p><p> Klärschlamm aus öffentlichen Kläranlagen <p>Auf Kläranlagen fiel im Jahr 2024 Klärschlamm mit einer Trockenmasse von etwa 1,67 Millionen Tonnen an.</p> <ul> <li>Rund 82 % des Klärschlamms wurde 2024 thermisch verwertet (2013: 58 %).</li> <li>Nur noch rund 17 % des Klärschlamms wurde stofflich verwertet (2013: 42 %). Knapp 12 % wurden aufgrund der enthaltenen Nährstoffe landwirtschaftlich verwertet (2013: 27 %). Rund 0,8 % wurde bei landschaftsbaulichen Maßnahmen wie z. B. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rekultivierung">Rekultivierung</a> eingesetzt (2013: 11 %).</li> <li>Die Deponierung unbehandelter Klärschlämme ist seit 2005 untersagt.</li> </ul> </p><p> Rohstoffquelle Abwasser und Klärschlamm <p>Abwasser enthält neben einer Vielzahl von anthropogenen Spurenstoffen auch viele Stoffe, die es lohnt aus dem Abwasser zu recyceln. Dies betrifft vor allem die Rückgewinnung von Nährstoffen. Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff in der Pflanzenernährung. Der weltweite Phosphorverbrauch vor allem in Form von Mineraldünger ist in den letzten Jahren deutlich angestiegen an. Deutschland und die EU sind bei mineralischen Phosphatdüngemitteln vollständig von Einfuhren z. B. aus Russland abhängig, während derzeit immer noch phosphatreiche Abfälle und Abwässer meist ohne Nutzung der Nährstoffe entsorgt werden. Deshalb schränkt die 2017 novellierte <a href="https://www.gesetze-im-internet.de/abfkl_rv_2017/BJNR346510017.html">Klärschlammverordnung</a> ab 2029 die bodenbezogene Klärschlammverwertung gegenüber einer thermischen Vorbehandlung und anschließendem Phosphorrecycling erheblich ein. Gleichzeit wird damit der unerwünschte Eintrag von anthropogenen Spurenstoffen, wie Arzneimittel oder Bioziden, weiter eingeschränkt. Klärschlamm aus großen Kläranlagen und Klärschlamm, welcher die Grenzwerte für eine bodenbezogene Nutzung nicht einhält muss ab einem Phosphor-Gehalt von 20 g/kg Klärschlamm Trockenmasse einer technischen Phosphorrückgewinnung zugeführt werden. Die Rückgewinnung des Nährstoffes Phosphor hilft Stoffkreisläufe im Sinne nachhaltiger Ressourcennutzung und -schonung zu schließen.</p> </p><p> Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm <p>Allein das kommunale Abwasser Deutschlands birgt ein jährliches Reservoir von mehr als 70.000 Tonnen (t) Phosphor. Zirka 65.000 t Phosphor finden sich im Klärschlamm wieder. In den letzten Jahren führt Deutschland im Schnitt jährlich mehr als 100.000 t Phosphor in Form von Mineraldüngern ein. Große Anteile kommen hiervon aus Russland. In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche entwickelt. Das Bundesumweltministerium fördert im Rahmen des Umweltinnovationsprogrammes die großtechnische Umsetzung innovativer Verfahren zur Phosphorrückgewinnung. Erste großtechnische Anlage zur Produktion zur Rückgewinnung von Phosphor – z. B. Herstellung von Phosphorsäure aus Klärschlammasche – werden aktuell umgesetzt.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Indikator: Eutrophierung von Flüssen durch Phosphor

<p> Die wichtigsten Fakten <ul> <li>An mehr als der Hälfte aller Messstellen an deutschen Flüssen werden zu hohe Phosphor-Konzentrationen gemessen (Güteklasse II-III und schlechter).</li> <li>Messstellen mit hohen Phosphorkonzentrationen sind seit Beginn der 1980er Jahre um rund ein Drittel zurückgegangen. Extreme Belastungen treten nur noch selten auf (Güteklasse IV, III-IV und III).</li> <li>Ziel der Nachhaltigkeitsstrategie ist, die Phosphorkonzentrationen in allen Gewässern bis spätestens 2030 so zu reduzieren, dass ein guter Zustand (Güteklasse II) erreicht wird.</li> <li>Dafür ist eine Änderung der Düngepraxis in der Landwirtschaft notwendig, und vor allem kleine Kläranlagen müssen die Phosphorelimination an den Stand der Technik anpassen.<br>&nbsp;</li> </ul> </p><p> Welche Bedeutung hat der Indikator? <p>Die Gewässer in Deutschland sind mehrheitlich in keinem guten Zustand (siehe Indikatoren zum ökologischen Zustand der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/47329">Flüsse</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/47330">Seen</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/34049">Meere</a>). Der Eintrag von Phosphor in die Gewässer ist eines der größten Probleme, weil er ein übermäßiges Wachstum von Algen und Wasserpflanzen auslöst (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a>). Sterben diese ab, werden sie von Mikroorganismen zersetzt. Dabei wird viel Sauerstoff verbraucht. Sauerstoffdefizite im Gewässer wirken sich auf Fische und andere aquatische Organismen negativ aus; in Extremsituationen kann es zu Fischsterben kommen. Um die Eutrophierung zu vermeiden, muss vor allem die Belastung durch Phosphor verringert werden. Der Kartendienst <a href="https://gis.uba.de/maps/resources/apps/acp/index.html?lang=de">„Nährstoffe und Salze“</a> zeigt Phosphorkonzentrationen für ca. 250 Messstellen in deutschen Flüssen.&nbsp;</p> </p><p> Wie ist die Entwicklung zu bewerten? <p>Anfang der 1980er Jahre wurden an fast 90 % aller Messstellen überhöhte Phosphorgehalte gemessen. Seit 2018 liegt der Anteil bei knapp 60 %. Innerhalb der unterschiedlichen Güteklassen sind deutliche Verbesserungen erkennbar: Insgesamt ist der Anteil der stärker belasteten Gewässer zurückgegangen. Zu dieser Verbesserung haben vor allem die Einführung phosphatfreier Waschmittel und der Ausbau der dritten Reinigungsstufe mit der Phosphatfällung in den größeren Kläranlagen seit den 1990er Jahren beigetragen.</p> <p>Anforderungen zur Reduzierung der Phosphorkonzentrationen in die Gewässer sind vielfältig: Nach der europäischen <a href="http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX:32000L0060">Wasserrahmenrichtlinie</a>. (EU-RL 2000/60/EG) müssen alle Gewässer bis 2027 einen guten ökologischen Zustand erreichen. Die Düngeverordnung schreibt vor, auf Böden mit hohen Phosphorgehalten weniger Dünger auszubringen. Die Abwasserverordnung regelt, dass auch kleine Kläranlagen Phosphor nach dem Stand der Technik aus dem Abwasser entfernen. Gemäß Ziel 6.1.a der <a href="https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/die-deutsche-nachhaltigkeitsstrategie-318846">Nachhaltigkeitsstrategie</a> der Bundesregierung sind die Werte für Phosphor spätestens im Jahr 2030 einzuhalten.</p> </p><p> Wie wird der Indikator berechnet? <p>Die Bundesländer übermitteln dem Umweltbundesamt Messwerte von etwa 250 repräsentativen Messstellen. Für die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/fluesse/ueberwachung-bewertung/chemisch#textpart-1">Einordnung in eine Gewässergüteklasse</a> wird der Mittelwert der gemessenen Phosphor-Konzentration mit dem Wert verglichen, der für den guten ökologischen Zustand in dem nicht überschritten werden darf <a href="http://www.gesetze-im-internet.de/ogewv_2016/BJNR137310016.html">(OGewV 2016)</a>. Sie liegen je nach <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/fliessgewaessertyp">Fließgewässertyp</a> zwischen 0,1 und 0,15 mg/l Phosphor (bei einem Typ 0,3 mg/l) sowie in Übergangsgewässern bei 0,045 mg/l. Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> entspricht dem Anteil der Messstellen, die diese Werte nicht einhalten.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Wissenschaftliche Mitarbeit ueber Projektierung und Inbetriebnahme der Phosphateliminationsanlage Berlin-Tegel

Bei der Phosphateliminationsanlage in Berlin-Tegel ist die direkte Umsetzung des Standes des Wissens in eine grosstechnische Anlage erforderlich, um das Ziel von 0,01 mg/l P im Ablauf zu erreichen. Die Mitarbeit bezieht sich besonders auf die Mischtechnik des Faellungsmittels, die Messtechnik und die Flockenbildung.

Betriebliche Abwasserreinigung im Kombibecken

Die Mindestanforderungen fuer die Einleitung von kommunalem Abwasser sind durch die Novelle des Anhang 1 der Rahmen-Abwasser-Verwaltungsvorschrift vom 08.09.89 verschaerft worden. Fuer die Phosphor- und Stickstoffelimination bedeutet dies, dass nahezu alle Klaeranlagen mit unterschiedlichem Aufwand saniert bzw. erweitert werden muessen. Das hier entwickelte Kombibecken soll durch Modifikation der Prozessfuehrung sowie durch konstruktive Aenderungen den neuen Anforderungen angepasst werden. Das nach dem Submersverfahren arbeitende einstufige Kombibecken im Pilotmassstab ist fuer die betriebliche Abwasserreinigung konzipiert worden und besteht aus einem Belebungsteil mit integriertem Sedimenter sowie einer Ueberschussschlammtasche. Ruehrer und Tauchstrahlbeluefter ermoeglichen das Einstellen definierter Sauerstoffpartialdruecke. In ersten orientierenden Versuchen wird der CSB von Abwaessern aus der Lebensmittelindustrie in Hoehe von 4.000 bis 7.000 mg O2/l um etwa 70 Prozent gesenkt; beim Einsatz in einem Berliner Klaerwerk betraegt die CSB-Reduktion des kommunalen Abwassers etwa 90 Prozent. Die Nitrifikation entspricht der des Klaerwerkes. Die intermittierende Denitrifikation laesst sich hier zunaechst bis zu Raumbelastungen von 0,39 kg BSB 5/m3 realisieren und wird durch periodische Belueftungsintervalle aufrechterhalten. Zur Zeit werden Mehrkammersysteme mit integrierter Phosphorelimination erprobt.

Phosphateliminierung aus Siedlungsabwaessern unter dem Gesichtspunkt der Gewinnung von P-Duengemitteln

Durch chemische Ausfaellung mit Al-, Fe-Salzen oder Kalk lassen sich die Phosphate aus den Abwaessern weitgehendst entfernen. Bei einem durchschnittlichen Phosphatanfall in den haeuslichen Abwaessern von 4 g P/Einwohner/Tag liesse sich ueber die chemische Nachfaellung des Klaerwassers etwa 1 kg P/Einwohner/Jahr rueckgewinnen. Die P-reichen Faellungsprodukte werden auf ihre Duengewirksamkeit in Gefaessversuchen (auch nach Markierung mit 32 P) und Feldversuchen vergleichend mit marktgaengigen Phosphat-Handelsduengern geprueft.

Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm

Der Abwasserverband Braunschweig optimiert mit einer technischen Innovation die Energiebilanz seiner Kläranlage und gewinnt wertvolle Nährstoffe aus dem Klärschlamm zurück. Das Bundesumweltministerium fördert dieses Vorhaben mit knapp 2 Millionen Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm. Ziel des Vorhabens ist eine energetisch optimierte Schlammbehandlung mit erhöhter Faulgasausbeute und damit erhöhter Stromproduktion sowie die Rückgewinnung der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser für den späteren Einsatz als Düngemittel. Das Vorhaben leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Abwasserwirtschaft und ist insbesondere in Hinblick auf die Nährstoffrückgewinnung auf andere Abwasserbehandlungsanlagen übertragbar. Das jährliche Einsparpotenzial an CO2-Emissionen beträgt circa 430 Tonnen. Zudem führt das Verfahren zu einer Verbesserung der energetischen Bilanz der Kläranlage. Und so funktioniert das neue Verfahren: In einer Zentrifugenanlage wird ausgefaulter Überschussschlamm auf circa 15 Prozent Trockenrückstand entwässert und direkt einer thermischen Desintegration zugeführt, in der mittels Druckhydrolyse eine Erhöhung des abbaubaren Anteils des Schlamms erreicht wird. Damit fällt eine höhere Menge an Faulgas an, gleichzeitig sinkt die zu entsorgende Schlammmenge. Die beim Zentrifugieren anfallende hoch nährstoffreiche Flüssigkeit - das Zentrifugat - wird nacheinander den beiden Nährstoffrückgewinnungsstufen, der Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung und der Ammoniak-Strippung, zugeführt. Sowohl das dabei gewonnene Magnesium-Ammonium-Phosphat als auch das Ammoniumsulfat sind von hoher Qualität und zum Einsatz als Düngemittel geeignet. Das Bundesumweltministerium fördert mit dem Umweltinnovationsprogramm erstmalige, großtechnische Anwendungen einer innovativen Technologie. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Entfernung von Phosphaten durch Filtrationsverfahren

Ziel: neue Methoden zur weitgehenden Entfernung von Phosphaten aus Waessern; davon ausgehend Suche nach Wegen zur technischen Anwendung.

Optimierung eines Verfahrens und eines Reaktors zur Phosphateliminierung als Sanierungsmassnahme stehender und fliessender Gewaesser in einer labor- und halbtechnischen Phase

Phosphor- und Stickstoffelimination von Abwasser in einer Bio-P/N-Reaktoranlage

Eine vierstufige Laborreaktorkaskade zur kontinuierlichen aeroben CSB-Reduktion ist unter dem Aspekt konzipiert worden, fuer spezifische betriebliche Fragestellungen passende Anlagenschaltungen zur biologischen Phosphor- und Stickstoffelimination zu entwickeln. Die hier vorgeschlagene Anlagenschaltung im Hauptstromverfahren ermoeglicht eine nahezu vollstaendige Phosphor- und Stickstoffelimination von Abwaessern mit erhoehten Ammonium- und Nitratfrachten. Sie basiert auf dem A/O-Verfahren, ergaenzt durch zwei anoxe Reaktoren, in denen der Zulauf, der Rueckschlamm sowie die im aeroben Reaktor durch Nitrifikation erzeugten Nitratverbindungen denitrifiziert werden. Bei einer Substratzulaufkonzentration (DOC) von etwa 100 mg/l betraegt der Substratabbaugrad 95 bis 100 Prozent, der Phosphateliminationsgrad bei einem Zulauf PO4-P von etwa 5 mg/l 85 bis 100 Prozent. Die stufenweise bis auf 25 mg/l erhoehten NH4-N Zulaufkonzentrationen werden nach einer Einfahrphase bis zu 100 Prozent abgebaut, der Nitratabbaugrad liegt bei 0,9 und 1,0.

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