环境科学研究

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2014, 27(5).

摘要(156) PDF(9)

摘要:

蔡竟, 支国瑞, 陈颖军, 孟凡, 薛志钢, 李剑, 方引

2014, 27(5): 455-461. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.01

摘要(2160) PDF(330)

摘要:
近年来的研究表明,在BC(黑碳)和OC(有机碳)之间,还存在着一种有弱吸光能力的OC,因大多显棕黄色而被称为BrC(brown carbon,棕色碳). 广泛存在的秸杆焚烧和冬季大量民用燃煤的使用,使国内BrC排放严重,但鲜见对其排放量的测算. 采用七波段黑碳仪(aethalometer)方法,对夏季小麦秸杆焚烧过程及冬季民用炉燃煤过程产生的烟气进行现场监测,根据BrC与BC的光谱关联性差别,分化出R_BrC/BC(总光学衰减中BrC和BC的相对贡献). 结果表明:麦秆焚烧和民用燃煤烟气的R_BrC/BC分别为1.754±0.278和0.183±0.142. 借助R_BrC/BC值,结合现有的BC排放清单(2000年),初步推算出中国民用燃煤和秸杆田间焚烧BrC的排放总量(以BC当量计,下同)为(270.6±101.6)Gg,接近同期BC排放量的一半；其中秸杆焚烧的BrC排放量为(175.4±27.8)Gg,约占二者总量的65%；民用燃煤的BrC排放量为(95.2±73.7)Gg,约占35%. 该研究结果可为更全面的BrC排放测算奠定基础,并为研究BrC的大气化学及辐射强迫提供依据.

天津冬季雾霾天气下颗粒物质量浓度分布与光学特性

姚青, 蔡子颖, 韩素芹, 刘爱霞, 刘敬乐

2014, 27(5): 462-469. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.02

摘要(1538) PDF(274)

摘要:
年1—2月连续在线观测天津ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁₀)、大气能见度、σ_sp(气溶胶散射系数)、σ_ap(气溶胶吸收系数)和AOD(大气光学厚度),结合气象资料,分析天津城区雾霾天气下的颗粒物质量浓度分布与光学特性. 结果表明:在为期52d的观测期间,发生雾日8d、轻雾日1d、霾日29d,雾霾日占观测时长的73%；霾日ρ(PM_2.5)/ρ(PM₁₀)为0.65,SSA(单次散射反照率)为0.95,MSE(气溶胶质量散射系数)为3.30m²/g,均高于非雾霾日,表明雾霾日下细粒子的散射作用是大气消光的主要贡献者；雾霾日的σ_sp和σ_ap均高于非雾霾日,随着霾等级增强,σ_sp和σ_ap逐渐增大,重度霾天气的σ_sp和σ_ap与中度霾天气相当,分析高RH可能是造成能见度进一步降低的主要因素；雾霾天气下AOD_500nm和波长指数均显著高于非雾霾天气,表明雾霾天气下气溶胶浓度远高于非雾霾天气,并且细粒子占主导地位.

内河船舶柴油机的实际排放特征

尹航, 丁焰, 葛蕴珊, 叶文韬, 王军方, 白涛, 钱立运

2014, 27(5): 470-476. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.03

摘要(1345) PDF(191)

摘要:
利用由SEMTECH-DS和ELPI组成的PEMS(车载排放测试系统),对京杭运河江苏段具有代表性的12艘内河船舶进行实际排放测试,分析不同工况下CO、HC、NO_x和PM的排放. 结果表明:巡航工况下CO、HC和PM排放速率分别为0.093、0.019、0.018g/s,低于进、出港工况；而NO_x排放速率为0.347g/s,分别为出港和进港工况的1.66和2.90倍；不同工况外排NO占NO_x比例不同,其中巡航工况中外排NO所占比例最大(达到96.7%),而出港和进港工况则分别为93.6%和93.1%. 随着负荷增加,船舶 CO、HC、NO和PM的排放浓度增大,高负荷下CO、HC、NO_x、PM的排放浓度比低负荷分别增高89.23%、29.51%、44.72%和229.49%. 由颗粒物的粒径分布可知,3种工况下颗粒物数浓度的粒径分布呈双峰分布,分别对应核模态和积聚模态,粒径<120nm的颗粒物数浓度占总浓度的99.84%以上,PM_2.5数浓度占PM₁₀比例均超过99.9%.

国Ⅳ公交车实际道路排放特征

郭佳栋, 葛蕴珊, 谭建伟, 韩秀坤, 郝利君, 余林啸

2014, 27(5): 477-483. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.04

摘要(1543) PDF(203)

摘要:
满足国Ⅳ标准的公交车已被广泛用于北京等大城市,为了评价其相对于国Ⅲ公交车的实际减排效果,使用PEMS(车载排放测试系统)测试了4辆装有SCR(选择性催化还原)系统的国Ⅳ公交车和1辆国Ⅲ公交车在实际运行条件下的污染物排放并进行对比. 结果表明:相对于国Ⅲ公交车,装有SCR系统的国Ⅳ公交车在实际运行工况下有效降低了污染物排放,CO、THC和PM分别比国Ⅲ限值降低了60.8%、94.2%和86.2%；但由于实际运行工况中排气温度较低,致使SCR系统效率偏低,只有一辆国Ⅳ公交车NO_x排放低于国Ⅲ限值,其他3辆车的NO_x排放分别比国Ⅲ限值高187.3%、228.7%和157.3%. 国Ⅳ混合动力车的CO₂、CO和PM排放比常规动力车分别降低了42.9%、48.8%和89.5%,但NO_x排放反而增加了112.1%. 实际运行工况下,测试车辆只有12.7%的工况点分布在A转速(1478r/min)以上；而ETC工况中在A转速以上的工况点占整个循环的80.5%, 造成了满足ETC等型式认证的车辆在实际工况下NO_x排放偏高. 因此,需要对公交车的实际排放进行有效监督.

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

王岩, 姜霞, 李永峰, 王书航, 王雯雯, 程国玲

2014, 27(5): 484-491. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.05

摘要(1748) PDF(263)

摘要:
为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄⁺-N)和ρ(NO₃^--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄⁺-N)、w(NO₃^--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.

三峡大宁河水体光学特征及其对藻类生物量的影响

张佳磊, 郑丙辉, 熊超军, 刘录三, 王丽婧

2014, 27(5): 492-497. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.06

摘要(1262) PDF(209)

摘要:
基于2012-04-27—2013-01-19大宁河不同水文期的监测数据,确定大宁河水体光学特性的季节变化特征,并探究其对藻类生物量的影响. 结果表明:①不同水文期大宁河的D_eu(真光层深度)差异显著(P＜0.01),最高值出现在高水位运行期,为(5.22±2.70)～(8.71±5.20)m；最低值出现在汛限期,为(3.22±0.08)～(3.81±0.14)m. ②回归分析结果表明,ρ(SS)能较好地反演真光层深度的时空变化规律,而ρ(Chla)的解释度不高,仅用ρ(SS)即可有效地反推真光层深度. ③利用局部多项式回归拟合大宁河E_t(总能量密度)和浮游生物量的回归模型,结果表明,在100t≤300时,藻类生物量随着E_t的增加而增大；E_t>300时则出现“光抑制”现象,藻类生物量随着E_t的增加而减少,基本符合藻类生物量随光辐射强度而改变的响应机制.

沉水植被降低水体浊度的机理研究

庞翠超, 吴时强, 赖锡军, 武迪

2014, 27(5): 498-504. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.07

摘要(1842) PDF(211)

摘要:
水体浊度的变化影响着水生态系统的健康,而沉水植被对降低水体浊度具有显著效果. 为明确沉水植物对泥沙的作用机理,以苦草为试验用草,开展室内水槽试验. 结果表明,苦草斑块降低了水流的输沙能力,根据试验资料估算,斑块区水流的输沙能力仅约为无草时的10%. 利用象限分析法分析了实测的紊动流场,解释了植物对泥沙作用的物理过程. 在苦草斑块区,植物冠顶以下区域(相对高度小于1.00)为下扫流态,紊动漩涡形成的下扫流将泥沙带入水底,而近底层的喷射流抵消了下扫流的能量,抑制下扫流对泥沙的冲击起动,并使下扫流挟带的泥沙顺利淤积；在植物冠顶以上区域除高密度(172株/m²)工况为下扫流态外,中、低密度(86、43株/m²)工况均为喷射流态,不利于泥沙沉降. 由于泥沙主要存在于下层水体,因此沉水植被有利于减小水体浊度.

浑蒲灌区土壤中多环芳烃的分布及生态响应

张娟, 范书凯, 杜晓明, 杨俊诚, 戴九兰, 侯红

2014, 27(5): 505-512. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.08

摘要(1611) PDF(217)

摘要:
因污水灌溉、大气沉降和油井的直接输入可能导致浑蒲灌区土壤中的w(PAHs)升高. 沿灌渠走向选取了8个采样点和1个对照点,分析了不同深度的土壤中w(PAHs)和表层土壤中微生物PLFAs(磷脂脂肪酸)的组成. Spearman分析表明,除了芴和蒽,其他PAHs、2~6环PAHs和总PAHs的质量分数均与土壤深度呈显著负相关. 油井附近的旱田土壤中w(PAHs)较高〔Ⅰ-2U采样点为(645.77±204.21)μg/kg,Ⅰ-6U采样点为(660.39±208.83)μg/kg〕；浑蒲灌区土壤中的PAHs以低环数的菲〔(61.92±13.72) μg/kg〕、蒽〔(39.11±10.68) μg/kg〕和芴〔(31.12±8.14) μg/kg〕为主；由于淋洗作用,水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田. 相比对照点,浑蒲灌区土壤中微生物量降低,但微生物多样性增加. 通过对PLFAs的主成分和聚类分析,受油井影响的水田(Ⅰ-1P、Ⅰ-5P采样点)与旱田(Ⅰ-2U和Ⅰ-6U采样点)聚在一起,与对照点距离较远,说明油井附近水田和旱田的微生物结构与对照点存在显著差异,二者同时受到了油田的影响,相应的生态功能也会受到同样的影响. 尽管水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田,但其土壤微生物结构也明显受到了石油污染的影响,而且水田地下水健康风险增加,因此建议关注水田风险,并为水田和旱田制订不同的PAHs土壤基准值.

不同植被类型下土壤胡敏酸降解特性

付东磊, 刘梦云, 刘林, 常庆瑞, 左进香, 罗勤, 赵彤

2014, 27(5): 513-519. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.09

摘要(1254) PDF(184)

摘要:
为了解不同植被类型下土壤HA(胡敏酸)降解菌的种类、分布状况及其中C的降解程度,选取退耕还林典型地带,于农田、油松、刺槐、沙棘、混交林0~10cm土样中分别提取HA,利用HA作为唯一C、N源筛选HA降解微生物. 结果表明:相比农田土壤HA,各林地土壤HA中w(C)增加,w(N)有所减少；共分离获得5株HA降解菌,根据16s rRNA序列鉴定,分别为Bacillus licheniformis、Rhizobium nepotum、Microbacterium resistens、Stenotrophomonas maltophilia、Streptomyces azureus,相似度分别为99.65%、99.78%、98.71%、99.23%、99.78%. 农田、刺槐、油松及混交林的降解菌优势种为Bacillus licheniformis,沙棘优势种为Streptomyces azureus,刺槐无Rhizobium nepotum分布,沙棘和混交林无Stenotrophomonas maltophilia分布；降解菌数量为沙棘>刺槐>农田>油松>混交林,混交林仅为沙棘的58.87%；混交林、油松、沙棘、刺槐降解菌的RC(呼吸量碳)分别较农田高出25.35%、11.28%、10.36%、7.11%,混交林与农田差异显著(P<0.05). 沙棘、刺槐、农田、油松降解菌MBC(微生物生物量碳)分别较混交林高出131.91%、68.48%、64.98%、54.47%,刺槐、农田、油松三者与沙棘及混交林差异显著(P<0.05). 沙棘土壤HA的TDR(总降解率)明显高于农田和混交林(P<0.05). 相关性分析表明,降解菌数量与MBC呈极显著正相关,与RC呈极显著负相关(P<0.01). 结果表明,植被类型影响了土壤HA降解菌的群落组成及其降解特性.

炼厂含油污泥与石油焦共成浆性及其影响因素

周学双, 赵东风, 王新乐, 卢磊, 段潍超

2014, 27(5): 520-526. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.10

摘要(1701) PDF(229)

摘要:
我国所加工的原油重质化和劣质化现象日益严重,导致以高硫石油焦、含油污泥为代表的副产物产量大幅增加,对生态环境构成了潜在威胁. 为利用成熟的水煤浆气化工艺对废物无害化处理,进行了炼厂含油污泥与石油焦制备高性能混合浆液的研究. 采用干磨湿配制浆工艺,考察了含油污泥与石油焦的共成浆性,分析了石油焦粒度分布、含油污泥添加量、温度、pH等对成浆性的影响. 结果表明:石油焦颗粒疏水性较强、比表面积小,其单独成浆时最佳粗细颗粒质量比为5.5∶4.5；含油污泥与石油焦共成浆时,其最佳添加量为3.0%；在30℃,pH为7~9条件下,可制得表观黏度低于1000mPa·s,稳定时间超过48h,流动性较好的混合浆液,可满足水煤浆气化无害化工艺的进料要求.

简易填埋场垃圾渗滤液水溶性有机物对Pb(Ⅱ)迁移转化特性的影响

赵威, 席北斗, 赵越, 祝超伟, 魏自民, 袁英, 张迪

2014, 27(5): 527-533. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.11

摘要(1211) PDF(167)

摘要:
为研究简易填埋场垃圾渗滤液DOM(dissolved organic matter, 水溶性有机物)对重金属Pb(Ⅱ)的配位与迁移溶出的影响,运用荧光猝灭分析及柱模拟技术,研究了不同填埋年限(5和10a)简易填埋场垃圾渗滤液DOM与Pb(Ⅱ)的相互作用. 三维荧光猝灭分析表明,填埋10a的垃圾渗滤液DOM紫外区、可见区类富里酸配位荧光基团所占的比例分别比填埋5a的垃圾渗滤液增加了17.68%和7.96%；而配位稳定常数(lg K)则分别降低了10.13%和17.42%. 柱模拟试验结果表明,垃圾渗滤液DOM对土壤中Pb(Ⅱ)的纵向迁移具有促进作用,填埋5和10a的垃圾渗滤液DOM对Pb(Ⅱ)的累计迁移率分别是对照组的2.41和1.98倍. 与填埋5a相比,填埋10a的垃圾渗滤液DOM对Pb(Ⅱ)的溶出能力显著降低,表明随着填埋年限的增加,渗滤液DOM对Pb(Ⅱ)的溶出能力呈降低趋势. 对相同填埋年限的垃圾渗滤液,ρ(DOM)越高,对Pb(Ⅱ)的迁移溶出能力越强；Pb(Ⅱ)的平均迁移量会随着填埋时间的推移逐步降低.

HMP和SDS在KMnO₄氧化水溶相PCE中的联合效应

窦颖, 邱兆富, 胡林, 吕树光, 隋倩, 陈梦帆

2014, 27(5): 534-539. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.12

摘要(1542) PDF(228)

摘要:
利用KMnO₄原位化学氧化法处理污染地下水中的氯代烯烃已被证实有效可行,但是反应中产生的MnO₂沉淀会影响修复效果,延长修复时间. 采用KMnO₄氧化法处理水溶相的PCE(四氯乙烯),研究了添加HMP(六偏磷酸钠)和SDS(十二烷基磺酸钠)对该反应的联合效应. 结果表明,离子强度对MnO₂沉淀的生成影响显著,离子强度越高,MnO₂沉淀生成得越快. 在20℃, ρ(PCE)初始值为20mg/L,n(KMnO₄)∶n(PCE)为15∶1,离子强度为0.1mol/L的条件下,单独添加HMP可减少反应过程中MnO₂沉淀的产生,ρ(HMP)为0.1g/L的条件下,24h内没有产生MnO₂沉淀；单独添加SDS可增加Cl^-生成量,在ρ(SDS)为1.0g/L的条件下,Cl^-生成量增加了8.2%,但会增大MnO₂沉淀的生成速率；在同时添加HMP〔(ρ(HMP)为0.1g/L)〕和SDS〔(ρ(SDS)为1.0g/L)〕的条件下,Cl^-生成量增加了7.5%,并且24h内没有产生MnO₂沉淀,表明二者同时添加既可提高PCE的去除率又可减缓MnO₂沉淀的生成.

腐殖酸对苯并三唑的吸附动力学及热力学研究

张涛, 徐冰冰, 吴丰昌

2014, 27(5): 540-546. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.13

摘要(1443) PDF(191)

摘要:
HA(腐殖酸)是土壤和沉积物中有机质的重要组成部分,能在很大程度上影响有机污染物的环境行为和毒理效应. 采用批量平衡法研究了BT(苯并三唑)在HA上的吸附动力学、等温吸附和吸附热力学等内容,结果表明:拟二级动力学能较好地描述BT在HA上的吸附行为,吸附过程分为快速吸附阶段和慢速吸附阶段,但主要以快速吸附为主；0~40min为快速吸附阶段,吸附总量占平衡吸附量的89.0%以上. 吸附等温线较好地符合Freundlich模型,R²均在0.9996以上. 初始ρ(BT)为300.0mg/L时,温度由288.15K升至308.15K,吸附量从15.70g/kg降至11.58g/kg,减少了26.24%. 此外,ΔH0(吸附焓变)为-30.19kJ/mol,说明吸附过程为放热反应；ΔG0(吉布斯自由能变)小于零,说明反应是自发的. 吸附反应的E_a(活化能)为19.35kJ/mol,表明吸附属于物理吸附.

类芽孢杆菌产絮凝多糖发酵条件优化及成分分析

姜彬慧, 李若男, 李凤达, 赵研, 胡筱敏

2014, 27(5): 547-553. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.14

摘要(1332) PDF(157)

摘要:
为提高微生物絮凝多糖的产量,应用响应面方法对一株高效产絮菌株A9〔类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)〕发酵产絮凝多糖的影响因素进行分析. 结果表明:①根据P-B(Plackett-Burman)法确定,影响A9产絮凝多糖的显著因子为装瓶量、ρ(MgSO₄·7H₂O)和ρ(可溶性淀粉)；②通过Box-Behnken试验设计及响应面分析,确定了优化的培养基组成与培养条件,在ρ(可溶性淀粉)为17g/L,ρ(酵母膏)为3.0g/L,ρ(K₂HPO₄)为6g/L,ρ(MgSO₄·7H₂O)为0.2g/L,ρ(NaCl)为0.10g/L,装瓶量为51mL(250mL锥形瓶),pH为8的优化条件下,絮凝多糖实际产量为2.49g/L,与理论预测值(2.50g/L)接近；③利用红外光谱法检测A9产絮凝多糖的特征基团分别为—OH、—COO^-、—C—O—C—和—NHCOCH₃等极性基团；④结合A9对不同碳源利用的单因素试验结果,推测A9产絮凝多糖的主要成分分别为含有α-吡喃型糖苷键的甘露糖和葡萄糖、酸性多糖和乙酰氨基多糖等.

十溴联苯醚的环境降解行为研究进展

赵子鹰, 黄启飞, 王琪

2014, 27(5): 554-559. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.15

摘要(1956) PDF(206)

摘要:
Deca-BDEs(十溴联苯醚)可在光照、微生物作用、高温下通过降解脱溴转变为毒性更强的低溴系联苯醚. BDE209是Deca-BDEs的主要成分,研究BDE209的环境降解行为对确定环境中低溴系联苯醚的来源进而消除其对环境的污染具有重要意义. 已有研究从BDE209降解机理向分析不同光源、不同降解阶段的降解产物推进,并以探求快速、有效的处置技术为出发点,对影响BDE209降解行为的辐照光强、有机溶剂的种类、固相介质等相关因素进行实验室模拟和对比分析,研究结果表明,太阳光照下BDE209的降解速率小于紫外光源,降解程度也低于紫外光源,二者的降解产物也有所不同. 光降解是Deca-BDEs在环境中转化的最主要途径,现有研究揭示了BDE209的光降解反应遵循准一级反应,表明其主要是一个逐级脱溴的过程,最终降解产物中含有大量的低溴系同系物,但鲜见对光解反应过程中潜在的一系列降解步骤及全面的光降解机理的研究,未来对相关机理、影响因素及降解途径的阐述仍需完善. 对微生物降解的研究主要集中在细菌、淀粉酶等特定微生物种类的降解特性(包括降解速率、降解效果)方面,对Deca-BDEs降解途径、转化及降解产物的鉴定尚不完全清楚. 此外,对高温下Deca-BDEs转化为溴代二英的机理研究比较缺乏. 由于BDE209具有极高的疏水性,并且其在大气中主要以固相形式存在于颗粒物中,因此今后的研究应更注重BDE209的气相和固相的光降解行为,注重微生物降解法在Deca-BDEs污染土壤修复技术的应用以及电子废物拆解过程中Deca-BDEs的降解途径和影响因素等方面.

山东半岛蓝色经济区海域生态环境综合评价

李延峰, 宋秀贤, 李虎, 吴在兴, 俞志明

2014, 27(5): 560-566. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2014.05.16

摘要(1666) PDF(244)

摘要:
海域生态环境评价作为承载力研究的基础,在近海生态管理中得到了广泛关注. 针对海洋生态环境研究中评价指标体系简单、标准相对单一及不利于实际应用等问题,以生态系统为研究视角构建了基于环境因子和生态响应的近海生态环境综合评价指标体系与指数计量方法,根据环境因子指数和生态响应指数在交叉判断矩阵中的位置,将近海生态环境状态分为优、良、中、差和劣5个等级,并将该方法应用于山东半岛蓝色经济区海域评价. 结果表明:研究海域整体环境因子指数为0.41~0.84(平均值为0.67),生态响应指数为0.17~0.75(平均值为0.45),综合评价等级为良,但已非常接近中等级别；其生态环境问题主要表现为溶解无机氮负荷较高、重金属和浮游动物密度负荷过低. 不同海域生态环境状态存在明显差异,25个近岸海域中等级优和良的共占60%,主要分布在山东半岛东部和西南部；海域等级为中和差的各占16%,另有8%海域等级为劣. 该评价模型与方法从生态环境整体性揭示海域存在问题,可为山东半岛蓝色经济区建设提供科学依据.

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2014年第27卷第5期

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