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Emisiones de gases de efecto invernadero en el humedal natural El Madrigal

Correa Bravo, Jefferson (2016-05-20)

En la presente investigación se estudió la dinámica de la generación y captura de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un humedal natural eutrofizado bajo condiciones tropicales denominado El Madrigal, ...
Estimación de gases de efecto invernadero en humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal

Valverde Solis, Arlyn (2014-10-24)

Este trabajo evaluó las emisiones de gases de efecto invernadero, tales como dióxido de carbono (CO2), metano CH4 y óxido nitroso (N2O), en humedales construidos de flujo sub-superficial horizontal (HFSS). Con tal propósito ...
Evaluación de la influencia de variables de incidencia sobre el proceso de digestión anaerobia de residuos de alimentos separados en la fuente y con recolección selectiva

Casallas Ojeda, Miguel (Universidad del ValleColombiaFACULTAD DE INGENIERÍAMAESTRÍA EN INGENIERÍA-ÉNFASIS EN INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL, 2020)

La gestión de los Residuos Sólidos Municipales (RSM) es una de las problemáticas con más relevancia en las sociedades modernas tanto a nivel nacional como internacional, debido a su crecimiento y a los problemas derivados ...
Evaluación de la producción de metano en la digestión anaerobia de vinazas pretratadas con un proceso de oxidación avanzada

Gil Molano, Juan José (2014-10-23)

La producción de vinazas puede oscilar desde 2M–3M L vinazas día-1, constituyéndose en uno de los efluentes más contaminantes de los ingenios productores de bioetanol. En este trabajo se evaluó el mejoramiento de la ...
Evaluación del efecto del tratamiento foto-fenton y peróxido/solar en el incremento de la producción biológica de metano usando como sustrato la vinaza

León Vivas, Juan Camilo (2015-10-20)

En esta investigación se estudió la posibilidad de valoración de la vinaza mediante la producción de metano utilizando acoples entre procesos avanzados de oxidación PAOs y sistemas anaerobios. Se utilizó vinaza de un ingenio ...
Producción de metano a partir de la digestión anaerobia de biorresiduos de origen municipal

Parra Orobio, Brayan Alexis (2014-10-23)

Los Biorresiduos de Origen Municipal-BOM representan la fracción predominante en los Residuos Sólidos Municipales-RSM principalmente en los países en desarrollo, éstos se caracterizan por su alto contenido de materia ...
Variación de la emisión de gases efecto invernadero en un ecosistema de manglar del Caribe Colombiano sometido a intervención antropogénica

Betancourt Portela, Julián Mauricio (2014-10-23)

Mediante la técnica de cámaras estáticas se estudió la generación de GEI, (CH4, N2O y CO2), desde los sedimentos de dos estaciones localizadas en el área de manglar de la Ciénaga Grande de Santa Marta. Las estaciones ...

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Emisiones de gases de efecto invernadero en el humedal natural El Madrigal

Correa Bravo, Jefferson | 2016-05-20

En la presente investigación se estudió la dinámica de la generación y captura de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un humedal natural eutrofizado bajo condiciones tropicales denominado El Madrigal, ubicado en la vereda El Madrigal, del municipio de Riofrío, Valle del Cauca. Con tal propósito se evaluó la variación espacial de las emisiones de los GEI tales como metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y óxido nitroso (N2O) y se estableció su posible correlación con parámetros de calidad de agua como pH, oxígeno disuelto, potencial de óxido reducción, alcalinidad, fosfatos, nitratos entre otros y a su vez con el contenido de materia orgánica y nutrientes presente en los sedimentos. En este sentido, se determinaron y compararon las emisiones en cuatro puntos de muestreo establecidos en el humedal con características diferentes: P1 (Zona de intercambio de agua y sedimentos con Río Cauca), P2 (Zona influenciada por actividades piscícolas), P3 (Zona influenciada por vertimientos de aguas residuales y presencia de vegetación) y P3A (Zona sin cobertura vegetal). En cada punto se realizaron mediciones de gases de efecto invernadero, parámetros in situ, calidad de agua y, sedimentos. Los valores de flux obtenidos evidenciaron que el humedal El Madrigal actuó como fuente y sumidero de gases de efecto invernadero durante todo el período de muestreo. El punto P1 presentó flux promedios de -1,96 ± 3,10 g.CH4.m-2 d-1; -0,12 ± 7,63 g.CO2.m-2 d-1 y 1,73 ± 5,75 mg.N2O.m-2 d-1. Para el caso del punto P2 se obtuvieron flux promedios de 0,898 ± 1,27 g.CH4.m-2 d-1; 1,03 ± 9,31 g.CO2.m-2 d-1 y -1,19 ± 5,08 mg.N2O.m-2 d-1. Por su parte el punto P3 evidenció flux promedios de 3,08 ± 3,99 g.CH4.m-2 d-1; -2,74 ± 9,83 g.CO2.m-2 d-1 y 2,06 ± 5,20 mg.N2O.m-2 d-1. Por último los flux promedios obtenidos para el punto P3A fueron 1,80 ± 6,89 g.CH4.m-2 d-1; 1,40 ± 8,40 g.CO2.m-2 d-1 y -1,24 ± 6,43 mg.N2O.m-2 d-1. Las pruebas estadísticas indicaron que los flux de los gases de efecto invernadero estudiados presentaron una variación espacial significativa entre los puntos muestreados. CH4 presentó variación entre los puntos P1, P2 y P3 (p<0.001 Mann-Whitney) y evidenció similitudes entre los puntos P3A-P3 y P3A-P2 (p>0.05 Mann-Whitney). Para CO2 se evidenció similitud para los flux obtenidos en los cuatro puntos (p>0.05 Mann-Whitney). Por su parte, para el óxido nitroso también se presentó un comportamiento similar en los cuatro puntos sin variación significativa (p>0.05 Mann-Whitney). Con respecto a las relaciones entre los parámetros de calidad de agua, sedimentos y los flux de gases de efecto invernadero, se determinó que los parámetros con mayor influencia sobre la producción y consumo de CH4 CO2 y N2O fueron hierro férrico (Fe+3) Coeficiente Spearman = -73%), nitratos (NO3) (Coeficiente Spearman = -65%) y los nitritos (NO2) en sedimentos Coeficiente Spearman = 86%), respectivamente. Los resultados obtenidos en este estudio evidenciaron que la intervención antrópica contribuye al estado eutrófico del ecosistema y este a su vez influencia la dinámica de producción y consumo de GEI favoreciendo el incremento en la generación de estos, demandando medidas de manejo y control que permitan mitigar el impacto frente al cambio climático

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Estimación de gases de efecto invernadero en humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal

Valverde Solis, Arlyn | 2014-10-24

Este trabajo evaluó las emisiones de gases de efecto invernadero, tales como dióxido de carbono (CO2), metano CH4 y óxido nitroso (N2O), en humedales construidos de flujo sub-superficial horizontal (HFSS). Con tal propósito se tuvieron tres líneas de tratamiento de dimensiones iguales, recibiendo agua residual proveniente del efluente de una laguna anaerobia construida a escala real. La primera línea fue sembrada con Heliconia psittacorum, la segunda con Phragmites australis y un tercer sistema no tuvo vegetación. La técnica empleada para la medición de gases se basó en las cámaras estáticas. De esta manera, se construyeron tres cámaras en acrílico transparente de forma cilíndrica con dimensiones de 0,40m de diámetro por 1,7m de alto; cada cámara fue provista de un ventilador y un termómetro, el ventilador favoreció la mezcla y homogenización del gas concentrado dentro de la cámara, mientras el termómetro midió el cambio de temperatura en el volumen de aire encerrado en la cámara durante la medición. Los cambios en la concentración de gases en la cámara respecto al tiempo fue medida durante 90 minutos y se tomaron cuatro muestras en intervalos de 30 minutos (0, 30, 60, 90). Estas muestras, fueron recolectadas en viales al vacío y luego llevadas al laboratorio para ser analizadas por cromatografía (CH4 y N2O) y radiación infrarroja (CO2). Cada unidad fue sometida a una carga hidráulica de 3.5 m3 d-1, equivalente a un tiempo de retención hidráulico de 1.8 días. Además, se realizaron caracterizaciones fisicoquímicas (DQO, ORP y pH) para tratar de explicar el comportamiento de las emisiones de los GEI (CO2, CH4 y N2O) con respecto a los parámetros fisicoquímicos de operación (pH, ORP). Según los resultados obtenidos, la emisión promedio de los gases para el sistema sin plantar (control), fueron -1.7, 4989, 15.3 de CO2, CH4, N2O mgm?2d-1, respectivamente, y los plantados con Phragmites australis (22, 2548, 17.7), más los sembrados con Heliconia psittacorum (0.5, 3255, 8.2) de CO2, CH4, N2O mg.m?2d-1, respectivamente. En el estudio no se encontraron correlaciones entre los parámetros (pH, ORP) y las emisiones de los gases (CO2, CH4 y N2O). Sin embargo, el Potencial de óxido reducción-Eh (ORP); osciló entre -167 a -108 mV y el pH fue casi neutro (6,3 a 7) en los sistemas control y plantados, respectivamente. Por otra parte, la eficiencia de eliminación de la DQO; estuvo entre el 66 y 87 %. Entre los sistemas sin plantar y plantados respectivamente. v Finalmente, los humedales estudiados fueron eficientes en la reducción y transformación de contaminantes; sin embargo, no fueron estadísticamente significativas las emisiones totales de GEI; como tampoco, se encontró diferencia estadística significativa al comparar los gases emitidos por las plantas ornamentales (Phragmites australis versus Heliconia psittacorum). Por ello, Aunque estos sistemas, tiendan a comportarse como emisores de CO2, CH4 y N2O, pueden ser una solución viable y económica para el tratamiento de las aguas residuales de muchas comunidades.

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Evaluación de la influencia de variables de incidencia sobre el proceso de digestión anaerobia de residuos de alimentos separados en la fuente y con recolección selectiva

Marmolejo Rebellón, Luis Fernando | 2020

La gestión de los Residuos Sólidos Municipales (RSM) es una de las problemáticas con más relevancia en las sociedades modernas tanto a nivel nacional como internacional, debido a su crecimiento y a los problemas derivados del manejo tradicional como la disposición final en rellenos sanitarios (RS), por aspectos como la ocupación de mayores cantidades de terreno y la generación de lixiviados y gases de efecto invernadero (GEI). Sin embargo, dada la composición predominantemente orgánica de los RSM (50-60% Biorresiduos - BOM y dentro de éstos, los residuos de alimentos – RA, que representan del orden de 50-70%), existe un alto potencial de valorización y aprovechamiento a través de procesos biológicos como la Digestión Anaerobia (DA), mediante la cual se pueden obtener subproductos de alto valor agregado como el biogás (principalmente metano, que es fuente de energía renovable). La forma tradicional de analizar el potencial de producción de metano de un sustrato es mediante pruebas a escala de laboratorio, denominadas de Potencial Bioquímico de Metano (PBM); sin embargo, aunque muchos investigadores alrededor del mundo han hecho esfuerzos para estandarizar este ensayo, esto aún no se ha logrado, por lo cual existen diferentes configuraciones y protocolos experimentales, lo que hace la comparación de resultados compleja. Este trabajo de investigación se centró en identificar los diferentes factores y variables que inciden sobre el proceso de DA de BOM y RA y que contribuyen al incremento y/o descenso en la producción de metano, identificándose variables asociadas al sustrato, al inóculo, ambientales y de operación. Aunque variables como el head space y la temperatura tienen gran influencia, aún faltan estudios al respecto; por esta razón, en este estudio se evaluó experimentalmente, por medio de un diseño central compuesto, la incidencia simultánea de estas dos variables (head space - X1: 20, 35 y 50% y temperatura - X2: 20, 35 y 55°C); así mismo, mediante la aplicación de los modelos cinéticos de primer orden y de Gompertz Modificado, se hallaron la constante de hidrólisis y la fase de latencia respectivamente. Se encontró que los puntos óptimos fueron 20% para el head space y 48.9°C para la temperatura, siendo esta última la variable de mayor incidencia del proceso, además se identificó que valores superiores al valor hallado no incrementarían la producción, pero si representaría un gasto energético innecesario; en cuanto al head space se encontró que valores superiores (>20%), desencadenan una inhibición del proceso debida a la producción de ácidos grasos volátiles (AGVs) que no alcanzan a ser neutralizados por el CO2 disuelto en el medio. Se evidenció que la configuración experimental (20% head space y 55°C) que obtuvo una mayor constante de hidrólisis (0.03) hallada con el modelo de Primer Orden, fue la más cercana a la encontrada como óptima (20% head space y 48.9°C), lo cual ratificó lo hallado experimentalmente. El modelo cinético que mejor describió el proceso fue el de Gompertz Modificado, debido a su ajuste y producción teórica de metano ligeramente similar a la experimental.

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Evaluación de la producción de metano en la digestión anaerobia de vinazas pretratadas con un proceso de oxidación avanzada

Gil Molano, Juan José | 2014-10-23

La producción de vinazas puede oscilar desde 2M–3M L vinazas día-1, constituyéndose en uno de los efluentes más contaminantes de los ingenios productores de bioetanol. En este trabajo se evaluó el mejoramiento de la producción de metano en vinazas, a partir de su pretratamiento con dos Procesos Avanzados de Oxidación (fotofenton y ozono). Para los pretratamientos con fotofenton se compararon dos concentraciones de H2O2 (0.5 y 1 mol L-1) y dos relaciones H2O2/Fe+3 (15 y 20), mientras que para el ozono se tuvo en cuenta dos tiempos de contacto (30 y 60 mins). La digestión anaerobia se realizó en botellas de 120 mL (tandas), aplicando 70 mg de DQO y evaluando tres inóculos diferentes: inóculo granular (IG), inóculo de tratamiento de vinazas (IV) y una mezcla de los anteriores (IGV). El seguimiento de la producción de metano se realizó a diario por mediciones en cromatografía gaseosa durante 40 días. El pretratamiento con POA´s mejoró la producción de metano en las vinazas pretratadas, destacándose el pretratamiento de fotofenton con [H2O2]= 0.5 mol L-1y relación H2O2/Fe+3 = 20 con la producción de metano más alta (19.5 mL ó 0.28 mL CH4 mg DQOadicionada-1) y un menor requerimiento de reactivos. El pretratamiento de fotofenton con [H2O2]= 1 mol L-1 y relación H2O2/Fe+3 = 15, causó inhibición total a los tres inóculos, mientras que el pretratamiento de fotofenton con [H2O2]= 1 mol L-1 y relación H2O2/Fe+3 = 20, causó inhibición a los inóculos IV e IGV. El ozono se presentó como una alternativa atractiva para el mejoramiento de la metanización de vinazas, por los resultados obtenidos y por ser una tecnología más económica. En el pretratamiento con ozono no hubo inhibición de la producción de metano, no obstante, la mayor producción de metano se tuvo con la menor dosis de ozono (30 mins). Todos los pretratamientos, excepto los que inhibieron, aumentaron la tasa de producción de metano (d-1) respecto a las vinazas no pretratadas. Las mejores producciones de metano las presentó el IG, sin embargo el inóculo IGV presentó una buena estabilidad en la producción de metano con diferentes tratamientos. El análisis financiero en el nivel de perfil de un proyecto de aprovechamiento de biogás en destilerías, mostró que los pretratamientos con fotofenton y ozono incrementan en un 40% la TIR y logran recuperar la inversión en un plazo de 1.5 años. Por tanto, se considera que los POA´s mejoran la producción de metano y aumentan la tasa de producción, mediante la transformación de la materia orgánica sin mineralizarla.

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Evaluación del efecto del tratamiento foto-fenton y peróxido/solar en el incremento de la producción biológica de metano usando como sustrato la vinaza

León Vivas, Juan Camilo | 2015-10-20

En esta investigación se estudió la posibilidad de valoración de la vinaza mediante la producción de metano utilizando acoples entre procesos avanzados de oxidación PAOs y sistemas anaerobios. Se utilizó vinaza de un ingenio azucarero del Valle del Cauca como sustrato. A este subproducto se le realizó la caracterización de sus propiedades fisicoquímicas, para posteriormente pretratarse con dos diferentes Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs), Fotofenton y H2O2/Solar, y se evaluó los cambios y la efectividad de los pre-tratamientos sobre las características de la vinaza. Posteriormente este efluente alimentó a dos reactores Filtros Anaerobios de Flujo Ascendente (FAFA), para su bioconversiòn a metano mediante la degradación de la vinaza por bacterias anaerobias. Los Inóculos utilizados provinieron de la Corporación de Abastecimientos del Valle de Cauca, CAVASA, ubicado en el municipio de Candelaria, Valle del Cauca y Sucroal S.A., ubicada en el municipio de Palmira, Valle del Cauca. Se analizaron 2 acoples: vinaza pre-tratada con fotofenton, vinaza pre-tratada con peróxido/solar. A partir de los resultados obtenidos de pH, demanda química de oxigeno (DQO), ácidos grasos volátiles (AGV), fenoles, % de remoción de DQO, volumen de biogás, % de metano y volumen de metano. El acople fotofenton fue altamente sensible a los cambios de carga orgánica en la alimentación y a la acumulación de sustancias inhibidoras en el sistema. A pesar que el sistema de tratamiento fue de alta tasa, el tiempo de retención hidráulica fue muy corto para lograr la vía metanogénica. El acople H2O2/solar no es un proceso que beneficie la producción de metano. Por el contrario fue el que mayor inhibición metanogénica tuvo en el tratamiento biológico. Al igual que el proceso con fotofenton, se encontró que el acople fue altamente sensible a los cambios de carga orgánica en la alimentación y a la acumulación de sustancias inhibidoras en el sistema. Se encontró que los acoples con los pretratamientos fotofenton y H2O2/solar mejoraron la biodegradabilidad del sustrato y las condiciones para la producción de metano, obteniendo porcentajes de remoción de 83,9 y 82%, y de aprovechamiento de 22,8 y 17,2% respectivamente. Se encontró que el mejor acople es el realizado con el pretratamiento Fotofenton - biológico.

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Producción de metano a partir de la digestión anaerobia de biorresiduos de origen municipal

Parra Orobio, Brayan Alexis | 2014-10-23

Los Biorresiduos de Origen Municipal-BOM representan la fracción predominante en los Residuos Sólidos Municipales-RSM principalmente en los países en desarrollo, éstos se caracterizan por su alto contenido de materia orgánica, humedad y nutrientes lo que los convierte en una fuente contaminante cuando se disponen inadecuadamente, no obstante, se promueve su aprovechamiento y valorización debido a que estas características favorecen la transformación a través de procesos biológicos como la Digestión Anaerobia-DA, en la que generan subproductos como el biogás rico en metano que es una fuente de energía alternativa a las fósiles. Los resultados de esta investigación permitieron mostrar otra opción de aprovechamiento de los BOM. Para ello se utilizó la técnica de Potencial Bioquímico de Metano-PBM (método manométrico) por medio del sistema OXITOP$. Los ensayos fueron realizados a temperatura de 30°C y con un Tiempo de Retención de Sólidos- TRS de 30 a 40 días. Se evaluó la influencia de la relación sustrato-inóculo-SII, pH y tamaf'lo de partícula sobre la producción de metano y la hidrólisis, que es considerada la etapa limitante de la DA de los BOM, a través de la aplicación de un modelo cinético de primer orden y el ajuste de Gompertz. La relaciones evaluadas estuvieron entre 0,25 y 9,0 gSVsus-.-gSV,n6culo¿', obteniéndose valores de PBM superiores a 102 mLCH/gSY y un Índice de Biodegradabilidad-%B o transformación del sustrato en biogás del 42% con relaciones menores que 1. El rango pH evaluado estuvo entre 5,5 y 8,0 unidades, lográndose resultados de PBM mayores que 95 mLCH4-g SY' y un %B por encima del 41 % en rangos de pH entre 7,0 y 8,0 unidades. Los tamat\os de partículas evaluados entre <0,25 y 12,5 mm, evidenciaron que con tamaños de partícula inferiores a 2,0 mm, se logran producciones de metano del orden de 128 mLCH4*g SY', que equivalen a una producción de 53% de biogás. A partir de los modelos cinéticos de primer orden y el ajuste de Gompertz, se ratificó que la constante de hidróHsis (Kn) y la fase de letargo, son influenciadas por la relación Sil, pH y tamaño de partícula. Aunque los Kn y la fase de letargo se encontraron en el rango típico para el proceso de DA, los mejores resultados se presentaron en relaciones inferiores de 1 gSV..,strato*gSVinóculo-\ rango de pH ente 7 y 8 unidades y tamaños de partícula menores que 2,0 mm, bajo estas condiciones se reportó una rápida degradación del sustrato y por consiguiente cortos periodos en la fase de letargo.

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Variación de la emisión de gases efecto invernadero en un ecosistema de manglar del Caribe Colombiano sometido a intervención antropogénica

Betancourt Portela, Julián Mauricio | 2014-10-23

Mediante la técnica de cámaras estáticas se estudió la generación de GEI, (CH4, N2O y CO2), desde los sedimentos de dos estaciones localizadas en el área de manglar de la Ciénaga Grande de Santa Marta. Las estaciones seleccionadas fueron Rinconada (RIN) y Ahuyama (AHU), siendo la primera la que conserva ¿intacta¿ la estructura del bosque y la segunda la que presenta total deterioro debido a intervenciones antrópicas. Las mediciones se realizaron durante un año e involucró dos tipos de monitoreo: a) se midieron las emisiones de GEI con una frecuencia mensual en las horas del día (10:00 a 14:00 h); b) el segundo monitoreo, consistió en dos campañas intensivas de medición en 24 horas para determinar la variación día-noche de los GEI en ambos sitios. Simultáneamente a las mediciones de gases, se midieron in situ variables fisicoquímicas (i.e. temperatura, OD, pH y potencial redox), y se recolectaron muestras para análisis de nutrientes y caracterización del sedimento (i.e. COT, humedad, porosidad, densidad aparente y de partícula). Acorde con los resultados del monitoreo mensual, ambas estaciones fueron fuente importante de GEI. Las emisiones promedio de CH4 fueron 219,6 ±315,8 y 58,24±154,7 mg.m-2.h-1 para RIN y AHU respectivamente, con una alta variabilidad como lo muestran sus desviaciones estándar. Estas emisiones de CH4 fueron mayores que las reportadas en otros manglares del Caribe y la India. Por otra parte, los flux de N2O y CO2 fueron de 0,17 ±0,45 mgN2O.m-2.h-1 y 117,9 ±594,0 mgCO2.m-2.h-1 en RIN y -0,03±0,28 mgN2O.m-2.h-1 y 129,8 ±465,6 mgCO2.m-2.h-1 en AHU, sus magnitudes fueron similares a lo registrado en otros manglares tropicales y subtropicales del mundo. La condición ambiental de mayor relevancia estuvo relacionada con las fluctuaciones en el nivel de inundación como consecuencia de la época climática, sólo en RIN se hallaron diferencias significativas en los flux, siendo la época seca en la cual se emite menos CH4 y más N2O debido principalmente al descenso en la inundación y cambios en la salinidad. Respecto a la variación diaria en RIN se encontró que durante el período diurno las emisiones de CH4 fueron más altas con relación al nocturno (~3,5 veces), debido a descensos en la noche de la temperatura. Esto indica, que puede existir una sobrestimación en el cálculo de la emisión acumulada en RIN ya que este fue realizado con base en el muestreo mensual diurno. Finalmente, en términos de emisión acumulada el sitio más intervenido (AHU) fue el que menos GEI emitió desde los sedimentos (~200 t CO2-eq.ha-1.a-1) mientras que en RIN fue aproximadamente el doble. Sin embargo, una aproximación al balance de C demostró que la cubierta forestal del manglar en última instancia, disminuye la emisión total de C convirtiéndola en captura neta.

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