determinación de las propiedades físicas y químicas de los residuos sólidos municipales de la...
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Determinacin de las Propiedades Fsicas y Qumicas de los Residuos Slidos Municipales de la Ciudad de Guayaquil
Helen Abatte1, Cristina Guerrero2, Stephanie Mrquez3, Rafael Morn4, Christopher Varela5DCQA - FCNMEscuela Superior Politcnica del LitoralCampus Gustavo Galindo 30.5 va Perimetral. Apartado 09-01-5863. Guayaquil-Ecuadorhabatte@espol.edu.ec1, mcguerre@espol.edu.ec2, smmarque@espol.edu.ec3, rafamora@espol.edu.ec4, covarela@espol.edu.ec4
Resumen
La prctica consiste en determinar las propiedades fsicas de los desechos municipales generados en la ciudad de Guayaquil. Para esto separamos los residuos en dos partes: putrescible y no putrescible, y medimos su peso por 5 das. Una vez obtenido el registro del peso procedimos a calcular cada una de las propiedades tanto fsicas como qumicas tomando en cuenta una consideracin, que la fraccin putrescible corresponder nicamente a restos de comida y la fraccin no putrescible corresponder a una mezcla de plstico, lata, vidrio y papel. Los porcentajes de la composicin de cada fraccin de los residuos fueron calculados de forma indirecta, usando tablas con valores promedios de dicha composicin. A travs de este estudio, adems de la humedad, densidad, energa calorfica, podremos determinar la composicin de nuestra basura lo cual nos ayudar a decidir si podemos darle algn uso especfico a esta como abono de jardn por ejemplo o determinar el tipo de tratamiento adecuado.
Palabras Claves: Desechos, fraccin putrescible, fraccin no putrescible, propiedades fsicas, propiedades qumicas, humedad, densidad, energa calorfica.
Abstract
The practice is to determine the physical properties of municipal waste generated in the city of Guayaquil. For this, the wastes were separated into two parts:organic and inorganic , and measured the weight for 5 days. After recording the weight obtained we proceeded to calculate each of both physical and chemical properties taking a consideration, the organic fraction is leftovers and the inorganic fraction corresponds to a mixture of plastic, tin, glass and paper. The percentages of the composition of each fraction of waste were calculated indirectly using tables with average values of the composition. Through this study, besides the moisture, density, heat energy , we can determine the composition of our waste which will help us decide whether we give a specific use this as compost garden for instance, or determine the type of treatment.
Palabras Claves: Waste, organic fraction, inorganic fraction, physical properties, chemical properties, moisture, density, heat energy.
1. Introduccin
La basura constituye un problema para muchas sociedades, sobre todo para las grandes ciudades as como para el conjunto de la poblacin del planeta. Debido a que la sobrepoblacin, las actividades humanas modernas y el consumismo han acrecentado mucho la cantidad de basura que generamos; lo anterior junto con el ineficiente manejo que se hace de la basura provoca problemas tales comola contaminacin, que resume problemas de salud y daoalmedio ambiente; adems de provocarconflictossociales y polticos. La basura es quemada o llevada a tiraderos, lo que constituye de una u otra forma un conjunto de problemas de diversa ndole.
Antes de convertirse en basura, los residuos han sido materias primas que en su proceso de extraccin, son por lo general, procedentes de pases en desarrollo. En la produccin y consumo, se ha empleado energa y agua. Y slo 7 pases, que son nicamente el 20% de la poblacin mundial, consumen ms del 50% de losrecursosnaturales y energticos de nuestro planeta.
La sobreexplotacin de los recursos naturales y el incremento de la contaminacin, amenazan la capacidad regenerativa de lossistemasnaturales.
La basura es todo aquello considerado como desecho y que se necesita eliminar. La basura es unproductode las actividades humanas al cual se le considera sinvalor, repugnante e indeseable por lo cual normalmente se le incinera o se le coloca en lugares predestinados para la recoleccin para ser canalizada a tiraderos o vertederos, rellenos sanitarios u otro lugar. [1]
1.1. Clasificacin de la basura por su composicin
Basura orgnica. Es todo desecho de origen biolgico, alguna vez estuvo vivo o fue parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cscaras y semillas de frutas,huesosy sobras deanimales, etc.
Basura inorgnica. Es todo desecho de origen no biolgico, es decir, de origen industrial o algn otro proceso no natural, por ejemplo:plstico, telas sintticas, etc.
Desechos peligrosos. Es todo desecho, ya sea de origen biolgico o no, que constituye un peligro potencial y por lo cual debe ser tratado como tal, por ejemplo: material mdico infeccioso, material radiactivo,cidosy sustancias qumicas corrosivas, etc.
Es necesario conocer algunas de las propiedades de los residuos para prever y organizar los sistemas de pre-recogida, recogida y tratamientos finales de recuperacin o eliminacin, y para decidir sistemas de segregacin en el caso de los residuos que generen riesgos especiales para el medio ambiente.
Dentro de las propiedades fsicas de los residuos slidos urbanos, destacan las siguientes: humedad y peso especfico.
1.2. HumedadEst presente en los residuos urbanos, y oscila alrededor del 40% en peso, con un margen que puede situarse entre el 25 y el 60%. La mxima aportacin la proporcionan las fracciones orgnicas, y la mnima, los productos sintticos. Esta caracterstica debe tenerse en cuenta por su importancia en los procesos de compresin de residuos, produccin de lixiviados, transporte, procesos de transformacin, tratamientos de incineracin y recuperacin energtica y procesos de separacin de residuos en planta de reciclaje.
1.3. Peso especficoLa densidad de los residuos urbanos es un valor fundamental para dimensionar los recipientes de pre-recogida tanto de los hogares como de la va pblica. Igualmente, es un factor bsico que marca los volmenes de los equipos de recogida y transporte, tolvas de recepcin, cintas, capacidad de vertederos, etc. Este valor soporta grandes variaciones segn el grado de compactacin a que estn sometidos los residuos. La reduccin de volumen tiene lugar en todas las fases de la gestin de los residuos y se utiliza para optimizar la operacin, ya que el gran espacio que ocupan es uno de los problemas fundamentales en estas operaciones. Primero, en el hogar al introducirlos en una bolsa, despus, dentro del contenedor al estar sometidos al peso de otras bolsas, ms tarde en los vehculos recolectores compactadores, y por ltimo en los tratamientos finales. [2]
1.4. Propiedades qumicasPara determinar las caractersticas de recuperacin energtica y de potencialidad de producir fertilizantes (si posee una adecuada relacin carbono/nitrgeno) que poseen los residuos slidos urbanos, es necesario conocer la composicin qumica de los componentes de esta clase de residuos. [3]
2. Metodologa
2.1. Toma de muestras
Separamos los desechos putrescibles de los no putrescibles generados por da.
Se midi el peso de cada fraccin por da, utilizando una balanza.
Se realiz este procedimiento por 5 das consecutivos, y en 5 puntos diferentes de la ciudad de Guayaquil.
Grfico1. Puntos de muestreo
2.2. Clculo de propiedades fsicas y qumicas
Se determin la composicin de humedad, densidad, energa calorfica, carbn fijo, material voltil, composicin qumica y cenizas. Para esto empleamos las tablas mostradas en la seccin de Anexos de este documento.
3. Datos
Tabla 1. Peso de fraccin putrescible y no putrescible total
HogarDaPeso (lb)
PutresciblesNo putrescibles
A10,22
20,44
30,52,5
413
51,25,5
B18,41,4
22,12,1
34,91,4
47,74,9
56,33,5
C12,940,32
23,090,19
31,780,14
43,320,16
52,570,23
D11,50,9
21,30,6
32,10,8
41,90,5
51,60,9
E11,50,4
21,90,7
32,31,2
42,51,4
51,10,3
Tabla 2. Nmero de habitantes por hogar
HogarHabitantes
A3
B7
C5
D4
E4
Tabla 3. Peso de fraccin putrescible y no putrescible per cpita
HogarDaPeso (lb)
PutresciblesNo putrescibles
A10,0670,667
20,1331,333
30,1670,833
40,3331,000
50,4001,833
B11,2000,200
20,3000,300
30,7000,200
41,1000,700
50,9000,500
C10,5880,064
20,6180,038
30,3560,028
40,6640,032
50,5140,046
D10,3750,225
20,3250,150
30,5250,200
40,4750,125
50,4000,225
E10,3750,100
20,4750,175
30,5750,300
40,6250,350
50,2750,075
La composicin porcentual en peso de los desechos slidos fue determinada a partir de una composicin estndar (Anexos, Grfico 16), realizando un cambio de base y clculos para obtener una composicin en peso de las muestras tomadas.
Tabla 4. Composicin en peso de los desechos
Componente% en peso
Papel60,65
Plsticos16,40
Metales13,11
Vidrio9,84
4. Resultados
4.1. Determinacin de componentes y propiedades
A partir de los pesos per cpita determinados por hogar (Tabla 3), y haciendo uso de los porcentajes en peso de los diferentes componentes obtenidos en los desechos analizados (Tabla 4), se procedi a obtener el peso (en libras) de cada componente.
Tabla 5. Composicin de los desechos en el hogar A
Desechos de comidaPapelPlsticoMetalVidrio
Da 10,0670,4040,1090,0870,066
Da 20,1330,8090,2190,1750,131
Da 30,1670,5050,1370,1090,082
Da 40,3330,6070,1640,1310,098
Da 50,4001,1120,3010,2400,180
Tabla 6. Composicin de los desechos en el hogar B
Desechos de comidaPapelPlsticoMetalVidrio
Da 11,2000,1210,0330,0260,020
Da 20,3000,1820,0490,0390,030
Da 30,7000,1210,0330,0260,020
Da 41,1000,4250,1150,0920,069
Da 50,9000,3030,0820,0660,049
Tabla 7. Composicin de los desechos en el hogar C
Desechos de comidaPapelPlsticoMetalVidrio
Da 10,5880,0390,0100,0080,006
Da 20,6180,0230,0060,0050,004
Da 30,3560,0170,0050,0040,003
Da 40,6640,0190,0050,0040,003
Da 50,5140,0280,0080,0060,005
Tabla 8. Composicin de los desechos en el hogar D
Desechos de comidaPapelPlsticoMetalVidrio
Da 10,3750,1360,0370,0290,022
Da 20,3250,0910,0250,0200,015
Da 30,5250,1210,0330,0260,020
Da 40,4750,0760,0210,0160,012
Da 50,4000,1360,0370,0290,022
Tabla 9. Composicin de los desechos en el hogar E
Desechos de comidaPapelPlsticoMetalVidrio
Da 10,3750,0610,0160,0130,010
Da 20,4750,1060,0290,0230,017
Da 30,5750,1820,0490,0390,030
Da 40,6250,2120,0570,0460,034
Da 50,2750,0450,0120,0100,007
Utilizando los pesos de los diferentes componentes anteriores, se procedi sacar valores promedios de produccin per cpita diaria.
Tabla 10. Produccin per cpita diaria promedio de desechos
Desechos de comidaPapelPlsticoMetalVidrio
Da 10,5210,1520,0410,0330,025
Da 20,3700,2420,0650,0520,039
Da 30,4650,1890,0510,0410,031
Da 40,6390,2680,0720,0580,043
Da 50,4980,3250,0880,0700,053
Luego se procedi a calcular la masa total de desechos producidos (Ec. 3) y mediante las tablas de densidad de los diferentes componentes (Anexos, Tabla 20), se procedi a calcular el volumen ocupado por cada componente (Ec. 4), calculando luego un volumen total (Ec. 5), para as hallar la densidad global en cada da (Ec. 6).
Tabla 11. Densidad global diaria
HogarDaMasa total (lb)Volumen total (yd3)Densidad global (lb/yd3)
A10,7330,0010937670,53
21,4670,0021873670,53
31,0000,0014087709,85
41,3330,0017572758,80
52,2330,0031159716,75
B11,4000,00091811524,89
20,6000,0006271956,71
30,9000,00066811347,11
41,8000,00166331082,16
51,4000,00124521124,27
C10,6520,00039581647,33
20,6560,00036941775,67
30,3840,00022251725,58
40,6960,00038291817,73
50,5600,00033021696,13
D10,6000,00054541100,19
20,4750,00040111184,32
30,7250,00058061248,71
40,6000,00043631375,16
50,6250,00055791120,35
E10,4750,00034651370,66
20,6500,00051581260,09
30,8750,00076461144,32
40,9750,00086921121,76
50,3500,00025681363,00
Tabla 12. Densidad global promedio diaria
DaDensidad (lb/yd3)
11262,72
21169,46
31235,11
41231,12
51204,10
Considerando los pesos per cpita determinados por hogar (Tabla 3), y utilizando los porcentajes en peso de los diferentes componentes para las diferentes caractersticas, tanto fsicas (Anexos, Tabla 21) como qumicas (Anexos, Tabla 22 ), se procedi a calcular cada una de estas propiedades, considerando que para la determinacin de la composicin qumica se utiliz el porcentaje en peo seco, para luego determinar los valores promedios por cada da de medicin.
Tabla 13. Propiedades fsicas
HogarDaHumedadMateriavoltilCarbnFijoNocombustible
A112,5558,085,2624,18
212,5558,085,2624,18
317,3455,025,1222,58
422,6151,664,9720,82
518,1354,525,1022,32
B160,9727,163,868,01
238,4041,574,5115,55
355,9630,374,019,69
445,4337,094,3113,20
547,4335,814,2512,53
C163,8025,363,787,07
266,3423,743,716,22
365,3924,343,736,54
467,0923,253,685,97
564,8124,713,756,73
D146,3036,534,2812,91
250,0534,144,1811,66
352,5732,534,1010,82
456,8429,813,989,39
547,2535,924,2612,59
E156,7029,893,989,44
252,9932,264,0910,68
348,3335,234,2212,23
447,3235,884,2512,57
556,4630,053,999,52
Tabla 14. Propiedades promedios fsicas
DaHumedadMateria voltilCarbn fijoNo combustible
148,0635,404,2312,32
244,06637,9584,34813,657
347,9235,504,2412,37
447,8635,544,2412,39
546,8236,204,2712,74
Tabla 15. Propiedades qumicas.
HogarDaCHONSCenizas
A144,8416,8530,570,270,1327,13
244,8416,8530,570,270,1327,13
348,1421,4430,790,340,1326,46
451,7726,4931,050,430,1425,63
548,6822,1930,820,360,1426,35
B178,1863,2735,131,780,3012,79
262,6441,6332,110,780,1922,28
374,7358,4634,191,470,2715,74
467,4848,3632,781,010,2120,17
568,8650,2833,011,080,2219,46
C180,1365,9735,771,990,3310,77
281,8868,4136,442,210,358,66
381,2367,5036,182,130,349,49
482,4069,1336,662,290,367,97
580,8366,9436,022,080,349,97
D168,0849,2032,881,040,2219,87
270,6652,7933,331,190,2318,46
372,4055,2133,671,300,2517,38
475,3359,3034,341,520,2715,28
568,7450,1132,991,070,2219,53
E175,2459,1734,311,510,2715,35
272,6955,6133,731,320,2517,19
369,4851,1533,111,120,2219,13
468,7850,1732,991,080,2219,51
575,0858,9434,271,500,2715,48
Tabla 16. Promedio de propiedades qumicas.
DaCHONSCenizas
169,3050,8933,731,320,2517,18
266,54247,05833,2361,1560,23018,746
369,1950,7533,591,270,2417,64
469,1550,6933,561,260,2417,71
568,4449,6933,421,220,2418,16
Para el clculo de la Energa contenida tanto en base seca como en hmeda, se utilizaron los valores tpicos de cada componente (Anexos, Tabla 23).
Tabla 17. Energa contenida, BTU
HogarDaEnerga contenida base hmedaEnerga contenida base seca
A14579,1364185,720
29158,2728371,440
35890,5875282,150
47335,3716418,580
513025,95711640,731
B13733,7411963,716
22600,6112045,574
32733,7411663,716
46868,0935013,006
55134,3523649,290
C11602,797750,789
21489,411607,106
3898,724387,720
41541,399597,395
51334,760594,455
D12250,4581624,181
21650,3061127,787
32383,7411558,716
41783,5881062,323
52300,4581639,181
E11416,870846,858
22117,0231373,252
33150,6112210,574
43584,0462551,503
51050,153631,394
Tabla 18. Promedio de energa contenida, BTU
DaEnerga contenidaEnerga contenida base seca
12716,6011874,253
23403,1252705,032
33011,4812220,575
44222,4993128,561
54569,1363631,010
Una vez determinados los contenidos de carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y azufre se procedi a determinar una frmula qumica para el desecho producido en los diferentes das de medicin.
Tabla 19. Frmula qumica
DaFrmula
1C477H7610289N12S
2C574H917O352N9S
3C515H823O314N11S
4C518H828O316N11S
5C574H917O352N9S
4.2. Comparacin entre los valores obtenidos de los hogares y los valores promedio
4.2.1. Produccin per cpita
Grfico 2. Produccin per cpita por hogar y promedio
Mediante este grfico podemos ver claramente que en todos los das en que se recolectaron las muestras, se produjo una mayor generacin de desechos de comido y papel, que es lo que se espera en los hogares de la ciudad.
4.2.2. Propiedades fsicas
Grfico 3. Densidad por hogar y promedio
Grfico 4. Porcentaje de humedad por hogar y promedio
Grfico 5. Porcentaje de materia voltil por hogar y promedio
Grfico 6. Porcentaje de carbn fijo por hogar y promedio
Grfico 7. Porcentaje de no combustible por hogar y promedio
Se puede observar claramente que los desechos producidos en el hogar C, distan mucho de los dems y que, en el hogar A, los desechos producidos tienden a ser menos densos que en el resto de los hogares.En lo referente a las dems propiedades cabe recalcar que el hogar A, posee mucho mayor porcentaje que los dems (excepto humedad), mientras que el hogar C, contiene mayor contenido de humedad.En el hogar A podemos observar un mayor porcentaje de masa no combustible, lo que podra generarnos un problema al momento de la combustin de estos desechos, tanto para generacin de energa o para eliminacin de los mismos.
4.2.3. Propiedades qumicas
Grfico 8. Porcentaje de carbono por hogar y promedio
Grfico 9. Porcentaje de hidrgeno por hogar y promedio
Grfico 10. Porcentaje de oxgeno por hogar y promedio
Grfico 11. Porcentaje de nitrgeno por hogar y promedio
Grfico 12. Porcentaje de azufre por hogar y promedio
Grfico 13. Porcentaje de cenizas por hogar y promedio
Mediante el anlisis de estas grficas se ha podido determinar que el mayor contenido de elementos lo presenta el hogar C.Estos porcentajes nos pueden ayudar a analizar, en el caso de una combustin, la produccin de gases de chimenea, y as tomar medidas para reducir el impacto ambiental causado por los mismos.
4.2.4. Poder energtico
Grfico 14. Poder energtico en base hmeda
Grfico 15. Poder energtico en base seca
Mediante estos grficos, se puede observar que el contenido energtico del hogar A es mucho mayor al resto, e incluso el promedio, mientras que el menor contenido pertenece al hogar C, en ambos casos (base hmeda y seca).Estos valores nos pueden ser tiles en los casos de generacin energtica a partir de desechos, tanto si se hace un pre-tratamiento de los desechos para eliminar el contenido acuoso, o se decide utilizar los desechos producidos sin un tratamiento anterior.
5. Conclusiones
El objetivo del proyecto era tener una estimacin de la cantidad de desechos orgnicos e inorgnicos se producen diariamente en nuestros hogares, as como sus propiedades fsicas y qumicas. En el hogar A se puede observar que el de desechos orgnicos es muy inferior al de los desechos no putrescibles, por lo que se puede concluir que en ese hogar no se cocina, sino que sus habitantes comen afuera o comen comida ya preparada, los dems hogares presentan valores aceptables de materia putrescible como para concluir que en ellos si se cocina diferentes alimentos durante el da.
Puedo apreciar que el 40 % de los residuos slidos que se producen en el hogar diariamente se pueden reciclar, ya que los materiales tanto papel, cartn y plstico permiten que se realice esta labor. Los residuos orgnicos, los cuales podran ser usados para produccin de compost, lo cual puede ser usado como mejorador de suelo.
Los potenciales residuos slidos peligrosos que contenan los hogares son los papeles higinicos usados, toallas higinicas, papel que contenga sangre, algodones, hisopos que se pueden clasificar que se pueden clasificar como desechos tipo H9.
La generacin de residuos slidos domiciliarios en la regin latina vara de 0.3 a 1.2 kg./hab/da, siendo el promedio regional de 0.92, en las ciudades grandes de ms de 2 millones de habitantes se genera 0.97 kilos por habitante por da y en ciudades de menos de 500,000 habitantes la tasa es de 0.55 kilos/habitante/da. En el proyecto los valores no varan mucho de los valores ponderados por lo que se puede decir que en Guayaquil la produccin de desechos urbanos se acerca la media de Amrica Latina, siendo este valor mucho mayor en pases desarrollados debido a que existe una relacin entre el ingreso mensual y los desechos urbanos per cpita.
Una instalacin importante para gestionar los residuos slidos urbanos es la Incineracin que reduce, y segn la composicin de los materiales, un 90% el volumen y un 70% el peso, pero al comparar los costes y los beneficios a largo plazo de una instalacin de incineracin, se puede concluir que si no rene es manejado correctamente, entonces se resuelve un problema la combustin de residuos y crea otro: la contaminacin atmosfrica.
6. Recomendaciones
Los desechos urbanos deben ser manejados con cuidados y adems se debera dar capacitaciones para que las familias sepan cmo manejar estos desechos, y cules deberan ser botados en la basura y cules necesitan especiales cuidados a lo hora de desecharlos.
Se recomienda a la poblacin en general que rese, recicle y reutilice, para evitar la contaminacin y el calentamiento global. En el proceso de reciclado, por lo general se utilizan menos de estos recursos, para la fabricacin de materiales que cuando se parte demateria primavirgen.
Los rellenos sanitarios son la forma ms comn y rpida para deshacernos de la basura. Sin embargo, stos suelen llenarse rpidamente; encontrar nuevos lugares para rellenos sanitarios resulta cada vez ms difcil. Por otra parte, la incineracin o quema de la basura, a pesar de ser una alternativa popular, produce residuos altamente txicos.
Se reduce la contaminacin al crear nuevos productos (papel, aluminio, plstico, vidrio) a partir de materiales reciclados, reciclar reduce tambin emisiones a la atmsfera de bixido de carbono, el cual contribuye de una manera determinante en el efecto invernadero, el peligro global, la lluvia cida, el debilitamiento de la capa de ozono, la extincin de especies y ladeforestacin.
7. Bibliografa
Reyes, B.G. (n.d.). Investigacin sobre la basura. Obtenido el 1 de diciembre del 2013. http://www.monografias.com/trabajos36/la-basura/la-basura2.shtml [1]
Ambientum (n.d.). Suelos y Residuos. Obtenido el 1 de diciembre del 2013.http://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/suelos/caracteristicas_fisicas.asp [2]
Facultad de Ingeniera, Universidad Central de Argentina (n.d.). Gestin integral de residuos. Obtenida el 1 de diciembre del 2013.http://www.fio.unicen.edu.ar/usuario/esantall/q37.0/Clase%206%20-Residuos/GESTION%20INTEGRAL%20DE%20RESIDUOS.pdf [3]
Handbook of solid waste management, George Tchobanoglous, Frank Kreith, Segunda edicin, captulo 5 [4]
8. Anexos
Grfico 16. Composicin de los desechos slidos
Tabla 20. Densidad por componente
Tipo de desechoDensidad (lb/yd3)
Desechos de comida2000
Papel795
Plsticos370
Metales380
Vidrio2500
Tabla 21. Propiedades fsicas por componente
Tipo de desecho% en peso
HumedadMateria voltilCarbn fijoNo combustible
Desechos de comida70,021,43,65,0
Papel mezclado10,275,98,45,4
Plsticos mezclados0,295,82,02,0
Vidrios mezclados2,0--98,0
Metales2,0 - 5,0--95,0 - 98,0
Tabla 22. Propiedades qumicas por componente
Tipo de desecho% en peso seco
CHONSCenizas
Desechos de comida486,437,62,60,45
Papel43,46440,30,26
Plsticos607,222,8--10
Vidrios0,50,10,4< 0,1-98,9
Metales4,50,64,3< 0,1-90,5
Tabla 23. Contenido energtico por componente
Tipo de desechoEnerga (BTU/lb)
RangoTpica
Desechos de comida1500 - 30002000
Papel5000 - 80007200
Plstico12000 - 1600014000
Vidrio50 - 10060
Metales--
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