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横店垃圾渗滤液处理设计专业技术方案

 

横店垃圾填埋场渗滤液处理工程

 

 

东阳市欧德尚环保节能工程有限公司

二00九年十月

第一章概述

1城市简况及自然条件

1.1城市简况

横店位于中国浙江中部的东阳市内,与中国小商品城义乌相距36公里。

距省会城市杭州160公里,距金华90公里,处于江、浙、沪、闽、赣四小时交通旅游经济圈内。

自1996年以来,横店集团累计投入30个亿资金兴建横店影视城,现已建成广州街、香港街、明清宫菀、秦王宫、清明上河图、梦幻谷、屏岩洞府、大智禅寺、明清名居博览城等13个跨越几千年历史时空,汇聚南北地域特色的影视拍摄基地的两座超大型的现代摄影棚。

已成为目前亚洲规模最大的影视拍摄基地,被美国《好莱坞》杂志称为“中国好莱坞”。

2004年初横店影视城被确立为中国唯一的国家级影视产业实验区。

影视产业的崛起,也推动了横店休闲旅游业的发展。

横店影视城已成为首批国家AAAA级旅游区。

方圆10平方公里的横店镇,拥有十余家星级宾馆。

横店影视城正在成为一处独有魅力的中国超大型影视旅游主题公园和中国娱乐休闲之都。

1.2自然条件

东阳以丘陵和盆地为主,属于热带季风气候区,气候温和,雨量充沛,空气湿润,四季分明,光照充足,年平均气温17℃,年平均日照2002小时,47年平均降雨量1600毫M。

春季71天,3月25日开始,6月3日终。

冷暖气团交替频繁,风向多变,温度变幅大,降水明显增多,降水量约占全年33%。

夏季109天,6月4日开始,9月20日终。

一般6月中旬入梅,7月上旬出梅。

梅雨期21天左右,阴雨连绵,雨量充沛,有大暴雨出现,降水量约占全年的35%。

盛夏,由副热带高压控制,常持续高温、酷热、干旱,常年有20-40天干旱期。

旱情,平原多于山区,并受西太平洋热带风暴影响,有暴雨、局地性雷暴或大风等灾害性天气。

秋季64天,9月21日开始,11月23日终。

四季中最短之季。

因副热带高压和高空西风带逐渐南移,大陆冷高压开始影响,常在稳定的变性高压控制下,少雨、多日照、风小,秋高气爽,天气稳定,平均降水量占全年18%。

因副热带高压势力较强也出现“秋老虎”气温。

有的年份由于北方冷空气势力较强与南方暖湿气流交汇而出现秋风秋雨连绵的天气。

冬季121天,11月24日开始,3月24日终。

常处于冷高压控制,多晴朗、寒冷、干燥天气。

平均降水量占全年的14%,常年平均有1-2次强降温造成大雪、冷冻或大风天气,也有多有雨雪的“烂冬”年。

2工程简况

2.1工程建设必要性

为了解决垃圾污染问题,横店集团建设了卫生填埋场。

该垃圾卫生填埋场位于东阳市横店工业园区内,以处置工业垃圾场为主、生活垃圾为辅。

该垃圾场建设工程分为二期,第一期建设工程规模为3000m2,已经建成并投入使用;第二期建设工程规模为30000m2,也于最近建成并开始运行。

伴随着垃圾卫生填埋场的运行,垃圾渗滤液的二次污染问题逐渐凸现。

垃圾渗滤液的组分复杂,污染物浓度高、色度大、毒性强,不仅含有大量有机污染物,还含有各类重金属污染物,是一种成分复杂的高浓度有机废水。

垃圾渗滤液处置不当,不但影响地表水质量,还会危及地下水安全,若不加处理而直接排入环境,则会造成严重的环境污染。

因此,建设填埋场渗滤液处理工程已势在必行,刻不容缓。

2.2工程建设规模

影响垃圾渗滤液产生量的条件众多,主要包括降水量、地表条件、填埋操作方式和垃圾自身含水量等,其中自然降水量是影响垃圾渗滤液产生量的决定性因素。

垃圾渗滤液的产生量估算方法主要有水平衡计算法、经验公式法等。

本设计采用经验公式法对渗滤液的产生量进行估算,即年平均日降水量法,计算公式如下:

Q=10-3I(C1×A1+C2×A2)

式中:

Q为渗滤液日平均产生量,m3/d;I为日平均降雨量,mm/d;A1为新填埋面积,A2为老填埋面积(已封场),m2;C为渗出系数,一般在0.2~0.8之间,封顶的填埋场则在0.3~0.4之间。

表1-1金华地区历年降水量和蒸发量

工程

年代

60

70

80

90

近47年

平均降水量

1372.6

1422

1446.2

1499.6

1600

平均蒸发量

1744.1

1653.2

1435.6

1454.7

大小比值

降<蒸

降<蒸

降≈蒸

降≈蒸

分析

80、90年代的蒸发量逐渐减少,水气条件逐步改善

取值C1=0.5,C2=0.3

注:

C2一般按照C2=0.6C1的原则取值

根据上表中的水文气象资料,东阳市47年来年平均降雨量为1600mm,水气条件逐步改善,取值C1=0.5,C2=0.3

表1-2东阳市47年来月平均水量

工程

5月

6月

7月

47年来月平均水量(mm)

194.14

231.7

85.04

横店垃圾填埋场汇水面积33000m3,分为两区,A1(新)区面积30000m2;A2(已封场)区面积3000m2。

计算日最大渗滤液产生量,则将最大月平均降雨量转化为日平均降雨量。

由表1-2可知,最大月平均降雨量231.7mm,具体数值见下表。

由此计算出填埋期间的日平均渗滤液产生量和日最大渗滤液产生量:

Q平均=(1600/365)×(0.5×30000+0.3×3000)×10-3=70m3/d

由上可知,按东阳市47年平均降雨量计算,每天渗滤液产生量为70m3/d,本设计按100m3/d考虑。

根据企业提供的数据,晴天每天渗滤液产生量为5~6m3/d,最大为8m3/d,按照20m3/d考虑。

故设计规模按120m3/d计算。

2.3设计进水水质

垃圾渗滤液水质随水量的变化而变化,而水量主要受降雨量影响。

晴天产生的渗滤液水量较小,污染物浓度则较高,根据业主提供的资料,在连续晴天的情况下,产生的渗滤液CODcr高达20000mg/L,氨氮约为5000mg/L;雨季产生的渗滤液水量较多,产生的渗滤液CODcr值约为2000mg/L,氨氮约为300mg/L,表1-3为我公司现场采集水质分析结果。

表1-3垃圾渗滤液水质分析结果

序号

CODcr(mg/L)

氨氮(mg/L)

1

11960

2370

2

9870

1430

3

18850

3785

由于我公司现场采样时间均为晴天,故渗滤液污染物浓度较高。

根据国内同类工程资料,以及现场采样分析结果,确定本工程的进水水质指标,具体数值见表1-4。

表1-4垃圾渗滤液处理站进水水质指标

序号

污染物

进水水质

1

pH

6-9

2

CODCr

10000mg/L

3

BOD5

5000mg/L

4

NH4+-N

2400mg/L

5

SS

5000mg/L

2.4设计出水水质

垃圾渗滤液处理站处理出水水质执行《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082-1999),见表1-5。

表1-5垃圾渗滤液处理站出水水质指标

序号

污染物

进水水质

1

pH

6-9

2

CODCr

500mg/L

3

BOD5

300mg/L

4

NH4+-N

35mg/L

5

SS

400mg/L

6

磷酸盐

8.0mg/L

7

色度

80倍

8

油脂

100mg/L

3设计依据

(1)《污水综合排放标准》(GB8978-1996)

(2)《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)

(3)《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)

(4)《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规模》(CECS138-2002)

(5)《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)

(6)《室外排水设计规范》(GB50014-2006)

(7)《水处理设备制造条件》(GB2932-86)

(8)《横店垃圾填埋场的相关资料》

(9)相关设计规范

(10)现场取样分析数据,实验小试结果

4设计原则

(1)符合国家关于环境保护政策以及国家有关法规、规范和标准;

(2)符合垃圾场实际情况以及城镇总体规划;

(3)处理能力和处理效果好,最终出水达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008);

(4)由于渗滤液水质变化幅度大,所选工艺除了需有简单、可靠、高效、低耗等性能外,还需有较强的适应性和较大的灵活性,以抗冲击负荷,并容易改造,适应水质变化;

(5)引进、消化和创新关键设备,使污水处理设备先进、可靠、维护方便;

(6)妥善处置渗滤液处理中产生的污泥,避免二次污染;

(7)合理布置垃圾渗滤液处理站单元,减少占地面积,降低运行费用,并兼顾工艺单元调整的灵活性。

5设计范围

本工程范围是垃圾填埋场渗滤液调节池到污水站排污口所涉及的工艺、设备、电气及构筑物的设计(不包括蒸汽引入系统及管道)。

第二章工程方案比选

在城市垃圾卫生填埋处理中,由于压实、降水和微生物分解作用,垃圾层中会渗出一定量的高浓度有机废水,称为垃圾渗滤液。

其对土壤、地下水、地表水、大气、生物等的二次环境污染十分严重,并可通过食物链直接或间接地进入人体,危害人类健康。

由于垃圾渗滤液水质复杂,处理难度大,尤其是对老龄垃圾渗滤液,其高氮和难降解有机物已成为工程治理的难点。

因此,研究、探索和筛选适合我国国情的效率高、能耗低、投资省的垃圾渗滤液处理技术具有特别重要的意义。

根据具体水质,垃圾渗滤液可选用不同的处理工艺。

广州市兴丰垃圾卫生填埋场于2000年11月开始建设,于2002年8月建成一期工程并投入营运。

设计垃圾接纳量3000t/d,垃圾渗滤液处理量565m3/d。

由于实际垃圾接纳量达6000t/d,渗滤液量达650m3/d,需上二期渗滤液处理工程。

有鉴于兴丰垃圾卫生填埋场下游为金坑水库,渗滤液处理出水必须达到回用水标准。

国家《生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范》(征求意见稿)将该工程作为代表性工程,故此引用兴丰垃圾卫生填埋场二期渗滤液处理工程的方案比选。

兴丰垃圾卫生填埋场二期渗滤液处理工程提出了四个处理方案,具体比较如下。

1UASB+SBR+CMF+RO工艺(方案一)

1.1工艺流程

方案一选用“UASB+SBR+CMF+RO工艺”,详见图2.1。

1.2工艺说明

渗滤液由调节池泵入均衡池,进行水质水量的均衡和pH调节,均衡池出水进入UASB(上流式厌氧污泥床)系统中,反应器COD负荷10-15kgCOD/m3·d,COD去除率70%,BOD去除率75%。

经厌氧处理后渗滤液进入SBR系统,在此利用生物反应进一步去除BOD5、COD和NH4+-N,水力停留时间10.5d。

在SBR(序批式反应器)系统中,以好氧-缺氧交替运作,在好氧条件下,微生物进行硝化作用;在缺氧条件下,微生物进行反硝化作用,实现废水脱氮。

为了防止高氨氮浓度对生物处理系统的抑制作用,SBR池采用高污泥龄(30d),以保证反应器中有数量足够且性能稳定的脱氮菌,进行硝化和反硝化作用,同时去除部分较难生物降解的有机物。

经生物处理后的渗滤液进入CMF(连续微滤)系统,进行反渗透系统的前处理,采用0.2μm中空纤维膜,隔除渗滤液中大于0.2μm的固体、菌体和不溶性有机物。

经生物和微滤处理的渗滤液进入RO(反渗透)系统,该系统采用宽幅螺旋卷式复合膜,设计最大工作压力35Bar,最大去除率80%,清洗周期1-2周,膜工作寿命1-2年。

RO出水可直接回用,浓缩液经化学沉淀后形成稳定的絮凝体,再运至填埋场进行填埋处理。

该工艺的特点是:

(1)UASB系统能耗低、效率高,与SBR系统结合,工艺既经济又灵活,是去除有机物及氨氮的有效方式;

(2)SBR系统是生物脱氮的关键,它将各种形态的氮最终转化为N2,彻底解决渗滤液中的氮污染问题;

(3)CMF+RO系统可确保出水水质稳定达标;

(4)剩余污泥量小。

1.3各工段出水水质

UASB+SBR+CMF+RO工艺各工段的出水水质见表2-1。

表2-1各工段出水水质

水质指标

原水

UASB

SBR

微滤

反渗透

COD(mg/L)

20000

6000

<700

<600

40

BOD5(mg/L)

12000

3000

<200

<150

8

TSS(mg/L)

2000

500

<110

<1

1

NH4+-N(mg/L)

2100

1890

<50

<50

8

2蒸发+RO处理工艺(方案二)

2.1工艺流程

方案二选用“蒸发+RO工艺”,详见图2.2。

 

2.2工艺说明

渗滤液由调节池泵入预处理池,通过投加臭氧对氨氮与低分子有机物进行预处理,出水经沉淀后进入热交换器。

预处理后的渗滤液用泵送入两个热交换器进行预热,交换器同时作为蒸发器浓缩液和冷凝水的冷却器。

预热后的渗滤液进入进水池,然后提升进入蒸发器。

在蒸发器内,渗滤液通过喷头喷洒在高温管束外表面而蒸发,蒸汽收集后通过离心压缩机压缩进入管束,进行持续蒸发循环。

渗滤液喷洒到管束外表面,对管束中的蒸汽有降温作用而使管道内蒸汽冷凝。

管道中形成的冷凝水收集后进入脱气器中,减少易挥发有机成分,冷凝液从脱气器经过冷凝液冷却器进入暂存池。

经蒸发处理的渗滤液进入RO系统,该系统采用宽幅螺旋卷式复合膜,设计最大工作压力35Bar,最大去除率80%,清洗周期1-2周,膜工作寿命1-2年。

RO出水可直接回用。

蒸发器底部所收集的浓缩液及RO浓缩液可送入浓缩液冷却器对进水进行预热,冷却后的浓缩液进入焚烧炉焚烧。

该工艺的特点是:

(1)全部采用物化处理,处理效果不受进水水质波动的影响;

(2)剩余污泥量小;

(3)浓缩液得到彻底处置,无须回灌。

2.3各工段处理效率

蒸发+RO工艺各工段的处理效率见表2-2。

表2-2各工段处理效率

工程

CODCr(mg/L)

BOD5(mg/L)

TSS(mg/L)

NH4+-N(mg/L)

蒸发器

进水

20000

12000

2000

2100

出水

500

250

15

20

去除率

97.5%

97.9%

99.2%

99.0%

RO

出水

40

8

1

8

去除率

92.0%

96.8%

93.3%

60.0%

出水要求

50

10

5

10

3MBR+UF+NF处理工艺方案(方案三)

3.1工艺流程

方案三选用“MBR+UF+NF工艺”,详见图2.3。

3.2工艺说明

渗滤液由调节池泵入生物处理系统,生物处理系统包括硝化池和反硝化池,在硝化池中,通过高活性好氧菌作用,大部分有机物被降解,氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐,然后回流到反硝化池,在缺氧环境中还原成氮气排出,实现废水脱氮。

MBR系统通过UF(超滤)膜分离净化水和菌体,污泥回流可使生物反应器中的污泥浓度达到20g/L,经过驯化的微生物菌群,可逐步降解渗滤液中难生物降解有机物。

MBR系统的COD去除率90%,NH4+-N去除率99%。

采用高效内循环射流曝气系统,氧利用率可高达25%。

MBR剩余污泥量小,每天排泥量按不同运行期(前,中,后)为110-50m3/d。

MBR出水无菌体和悬浮物,进入NF(纳滤)系统深化处理,出水稳定达标,浓缩液回灌至填埋场。

纳滤系统采用特殊纳滤膜,可使盐随净化水排出,不会出现盐富积现象,纳滤净化水回收率可达85%。

纳滤浓缩液回灌至填埋场处置。

采用该工艺处理渗滤液,适应性强,能确保不同季节不同水质条件下,出水稳定达标。

国外大量工程实例表明,即使对于BOD/COD小于0.2的老填埋场渗滤液,经过MBR与纳滤后也能使COD、BOD和NH4-N达标排放。

该工艺的主要特点:

(1)反应器系统中生物浓度高,可高效去除难降解有机物和氨氮;

(2)污泥稳定性好,粘度低,易脱水,不易腐败变质;

(3)出水不存在致病菌污染问题。

3.3各工段处理效率

MBR+UF+NF工艺各工段的处理效率见表2-3。

表2-3各工段处理效率

工程

CODCr(mg/L)

BOD5(mg/L)

NH4+-N(mg/L)

MBR

进水

20000

12000

2100

出水

2000

100

8

去除率

90.0%

99.2%

99.6%

NF

出水

40

10

8

去除率

98.0%

90.0%

0%

要求

总排浓度

50

10

10

4DT-RO处理工艺(方案四)

4.1工艺流程

方案四选用“DT-RO工艺”,详见图2.4。

4.2工艺说明

渗滤液由调节池泵入储罐,进行pH调节,控制pH在6.0-6.5之间。

经pH调节的渗滤液加压泵入砂滤器,反冲洗水进入浓缩液储存池。

经过砂滤的渗滤液泵入筒式过滤器,经过滤后的渗滤液由柱塞泵输入DT-RO(两级碟管反渗透)的第一级RO(反渗透)系统。

一级RO系统和净水回收率为80%,设计操作压力为60Bar。

渗出液进入二级RO系统,浓缩液排至浓缩液储存池。

二级RO系统的净水回收率为90%,设计操作压力为50Bar。

渗出液进入脱气装置,浓缩液排至砂滤器的进水端。

为避免浓缩液长期回灌所致的氨氮在垃圾填埋场中的积累循环,设置浓缩液脱氮系统,通过化学沉淀法将渗滤液中的NH4+-N转化为MgNH3PO4·6H2O沉淀,沉淀后形成的结晶性状稳定,可以直接随浓缩液回灌到填埋场,也可以分离出来做肥料。

该工艺的特点是:

(1)预处理比较简单,且不需设生物处理单元;

(2)DT-RO膜组的结垢较少,膜污染减轻,使反渗透膜寿命延长;

(3)安装、维修简单,操作方便;

(4)DT-RO系统可扩充性强,可根据需要增加一级、二级或高压膜组。

4.3各工段处理效率

DT-RO工艺各工段处理效率见表2-4。

表2-4方案四处理效率

工程

进水

二级反渗透

出水

去除率

BOD(mg/L)

12000

<5

99.9%

COD(mg/L)

20000

<20

99.9%

NH4+-N(mg/L)

2100

<5

99.9%

SS(mg/L)

2000

<2

99.9%

5方案比较

四个渗滤液处理工艺方案比较详见表2-5。

表2-5工艺方案比较

工程

方案一

方案二

方案三

方案四

UASB+SBR+CMF+RO

EV+RO

MBR+UF+NF

DT-RO

一、工艺比较

基本工艺流程

原水-pH调节-UASB-SBR-反渗透-生产回用

原水-EV蒸发器-反渗透-生产回用

原水-MBR生物膜反应器-超滤-纳滤-生产回用

原水-砂滤器-二级反渗透-生产回用

处理原理

生化处理与

反渗透相结合

物理处理与

反渗透相结合

生化处理与

纳滤相结合

采用单纯

反渗透工艺

进水水质影响

抗冲击负荷能力强,进水水质影响较小,厌氧后出水有机物浓度大幅降低,对SBR池的处理冲击较小。

不依赖于生物处理,抗冲击负荷能力强,可通过调节蒸汽压力适应进水负荷变化。

环境因素和进水参数变化对生物系统影响较大,可通过调节回流量适应进水负荷变化。

不依赖于生物处理,抗冲击负荷能力强,可通过调节反渗透压力适应进水负荷变化。

浓缩液处理

浓缩液回灌或燃烧处理,较彻底,对环境及填埋场运行影响较小。

浓缩液回灌或燃烧处理,较彻底,对环境及填埋场运行影响较小。

浓缩液回灌或化学沉淀形成稳定的结晶而去除,残留物对环境及填埋场运行有一定的影响。

浓缩液回灌或化学沉淀形成稳定的结晶而去除,残留物对环境及填埋场运行有较大的影响。

工艺运行比较

有较多的工程及运行经验,运行管理较为复杂。

有较多的工程及运行经验,运行管理较为方便。

有较多的工程及运行经验,运行管理比较复杂。

有较多的工程及运行经验,运行管理较为简单。

环境效益

渗滤液在生化阶段会产生一定的有害气体及臭味,对大气环境有一定影响。

渗滤液在蒸发阶段会产生一定有害气体及臭味,对大气环境有一定影响。

渗滤液在生化阶段会产生一定的有害气体及臭味,对大气环境有一定的影响。

对大气环境影响较小。

二、经济比较

工程投资

(总价)

4800万元

4400万元

4700万元

4200万元

工程投资

(单价)

7.38万元/m3

6.77万元/m3

7.23万元/m3

6.46万元/m3

运行费用

20.28元/m3

19.78元/m3

21.52元/m3

22.24元/m3

综合比较各方案的工艺特点、对水质波动的适应性、总投资以及单位运行成本等因素,认为方案一为优选方案。

其理由如下:

(1)渗滤液先进行生物处理,具有较强的适应性和灵活性,可以适应不同时期的处理需要,经生物处理后的渗滤液进入微滤及反渗滤系统进行深度处理,出水达到回用水标准。

(2)采用UASB+SBR工艺,有机负荷高,抗冲击负荷能力强,进水水质影响较小,厌氧后出水有机物浓度大幅降低,对SBR池冲击较小,充氧设备能耗较小。

(3)采用生物处理与反渗透相结合,处理后出水可以达到回用水水质标准,在填埋场内作生产性回用,具有良好的环境效益,可节省生产用水费用,降低填埋场运行成本。

(4)该方案虽投资较高,但运行稳定,出水有保证,且有较丰富的工程、运行、管理经验。

第三章工程设计

我国于二十世纪八十年代中后期,开始建设卫生填埋场,已有多座卫生填埋场建成并投入使用。

随着填埋场的建设,对垃圾渗滤液的处理也进行了有益的探索,对垃圾渗滤液的水质、水量及处理特性有了比较全面、系统、客观的认识。

但由于垃圾渗滤液的水质水量变化大、氨氮含量高、有机污染物含量高和难于生物降解的有机物含量高等问题,致使我国大部分垃圾填埋场的渗滤液处理设施出水达不到排放要求。

垃圾渗滤液处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。

因此,根据技术规范和实践经验,设计出适合我国国情的生活垃圾填埋场渗滤液处理工程至关重要。

1推荐处理工艺

1.1处理工艺流程

横店垃圾渗滤液处理站出水排入城市下水道,水质执行东阳市城市污水纳管标准,垃圾渗滤液出水水质达到:

COD<500mg/L、NH4+-N<35mg/L、SS<400mg/L。

根据对横店垃圾填埋场渗滤液的测定,该垃圾渗滤液BOD5/COD为0.4-0.7,属于易生物降解的有机废水,但COD典型值高达10000mg/L,要使处理后出水COD低于500mg/L,COD去除率必须高于95.0%。

根据上节对各处理工艺的比较,可以“UASB+SBR+CMF+RO工艺”为基础来选用本工程的处理工艺。

横店垃圾填埋场渗滤液氨氮高达2400mg/L,要使处理后出水NH4+-N低于35mg/L,必须进行脱氮处理。

有鉴于NH4+-N对生物处理的抑制作用以及渗滤液C/N比不适直接生物脱氮,在SBR池前设碱化鼓风吹脱,将垃圾渗滤液加碱至pH>10.5,使氨离子转化为游离氨(NH3),然后送入吹脱塔以喷淋和鼓风的方式去除游离氨,并为后续SBR工艺调整C/N比,实现废水COD和NH4+-N的去除。

为了确保处理出水COD<500mg/L,可在二沉池中辅以同步化学沉淀。

综上考虑,本工程采用如下工艺:

渗滤液→碱化吹脱塔→高效厌氧反应器→SBR池→混凝沉淀二沉池→城市下水道。

其工艺流程如图3.1所示。

 

1.2调节池

渗滤液调节池的容积确定根据垃圾填埋场渗滤液的贮存容量综合考虑,按照多年降雨量产生的渗滤液处理的规模经平衡计算后确定,并应考虑应急情况下渗滤液的贮存

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