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生物滴濾塔處理甲苯廢氣

文檔作者：徐校良王志良吳海鎖黃瓊陳英文沈樹寶文檔來源： 1．南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院 2．江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月11日
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2013年第33卷第3期
化 工 環(huán) 保
ENVIR0NMENTAL PROTECTIoN 0F CHEMICAL INDUSTRY ·193·
生物滴濾塔處理甲苯廢氣
徐校良 ，王志良 ，吳海鎖 ，黃瓊 ，陳英文 ，沈樹寶
(1．南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇南京211816；2．江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇南京210036)
[摘要]分別以生物陶粒和聚氨酯泡沫為生物滴濾塔填料，對甲苯廢氣進(jìn)行處理，考察不同生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)
時(shí)間以及氣體流量和甲苯質(zhì)量濃度條件下生物滴濾塔對甲苯廢氣的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：生物陶粒為填料
的生物滴濾塔所需要的掛膜啟動(dòng)時(shí)間更短；在氣體流量為450 L／h時(shí)，以生物陶粒為填料的生物滴濾塔甲苯去除
率穩(wěn)定在72％左右，聚氨酯泡沫為填料時(shí)甲苯去除率穩(wěn)定在65％左右。以聚氨酯泡沫為填料時(shí)，隨甲苯質(zhì)量濃度
提高，甲苯去除率下降幅度較小，甲苯質(zhì)量濃度為1．80 g／m 時(shí)，甲苯去除率仍在72％以上。
[關(guān)鍵詞]生物滴濾塔；生物陶粒；聚氨酯泡沫；甲苯；掛膜啟動(dòng)時(shí)間；填料；廢氣處理
[中圖分類號]X701 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]1006—1878(2013)03—0193—05
Treatment of Toluene W aste Gas in Biological Trickling Filter
Xu Xiaoliang ，Wang Zhiliang ，Wu Haisuo ，Huang Qiong ，Chen Yingwen ，Shen Shubao
(1．College ofBiotechnology and Pharmaceutical Engineering，Nanjing University ofTechnology，Nanjing Jiangsu 211816，China；
2．Jiangsu ProvincialAcademy ofEnvironmental Science，Nanjing Jiangsu 210036，China)
Abstract： Toluene waste gas was treated using bioceramic and polyurethane foam as the packings in
the biological trickling filter respectively．The toluene removal efects of the filter under the conditions of
diferent biofilm form ation time， gas flow and toluene mass concentration were studied．The experimental
results show that： The biofilm formation time in the filter with bioceramic iS shorter；W hen the gas flow iS
450 L／h． the toluene removal rate by the filter with bioceramic can maintain 72％ ， while that of the filter
with polyurethane foam can only maintain 65％．W ith the increasing of toluene mass concentration．the
toluene removal rate of the filter with polyurethane fo am is decreased by little． and when the toluene mass
concentration iS 1．80 g／m ． the toluene removal rate is still above 72％ ．
Key words： biological trickling filter；bioceramic；polyurethane foam；toluene；biofilm formation
time； packing；waste gas treatm ent
揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)中含有大量脂肪族和芳
香族有機(jī)物u ，具有致癌、致畸、致突變性，還能
參與光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)污染，對大氣環(huán)境和
生命健康危害巨大。生物法處理VOCs以其運(yùn)行費(fèi)
用低、管理方便、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)前環(huán)
境保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一 。填料作為微生物的
載體，是影響生物法處理VOCs效果的重要因素之
一
。Filho等 比較了分別以聚氨酯泡沫、甘蔗渣、
椰子纖維為填料去除H，S的效果。He等 比較了以
聚氨酯泡沫和分子篩為填料時(shí)生物滴濾塔對甲苯的
降解效率，發(fā)現(xiàn)分子篩為填料時(shí)生物滴濾塔對甲苯
的降解效果更佳。Hornos等 分別用顆粒狀的高礦
化泥煤和纖維泥煤作為生物滴濾塔的填料降解廢
氣中的乙苯，發(fā)現(xiàn)以纖維泥煤為填料時(shí)生物滴濾塔
對乙苯的降解性能更佳，兩種填料都具有較低的壓
降。作為填料，生物陶粒具有質(zhì)輕、比表面積大、
[收稿日期]2012—11—07；[修訂日期]2012—12—06。
[作者簡介]徐校良(1986一)，男，安徽省安慶市人，
碩士生， 主要研究生物法處理有機(jī)廢氣。電話
15251897663，電郵374933297@qq．com。聯(lián)系人：沈樹
寶，電話13851512205，電郵zsbshen@126．com。
[基金項(xiàng)目]國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAE01B03)；
國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51172107， 21106072)：
教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目
(20113221110004)；江蘇省環(huán)保廳資助項(xiàng)目(2011023)；
江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研開放課題(KF2012001)。
化 工 環(huán) 保
ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY 2013年第33卷
吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，聚氨酯泡沫具有造價(jià)低、不易
堵塞、易掛膜等優(yōu)點(diǎn)。
本工作分別以生物陶粒和聚氨酯泡沫作為生
物滴濾塔的填料，考察不同生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)時(shí)
間以及甲苯廢氣的氣體流量和甲苯質(zhì)量濃度條件下
生物滴濾塔對甲苯廢氣的處理效果。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1．1 材料、裝置與儀器
生物陶粒： 4～6 mm，江西全興化工填料有
限公司；聚氨酯泡沫：10 mm×8 mm×8 mn'l，江
蘇江南創(chuàng)新海綿有限公司。
實(shí)驗(yàn)裝置由兩套平行操作的生物滴濾塔和模
擬配氣系統(tǒng)組成。生物滴濾塔內(nèi)徑為9 cm，有效高
度為40 cm，填料層設(shè)有觀察孔，用于觀察和進(jìn)行
生物相分析。兩個(gè)生物滴濾塔分別裝有高度為30
cm的生物陶粒和高度為25 cm的聚氨酯泡沫。實(shí)驗(yàn)
裝置示意見圖1。氣泵輸送的空氣分為兩條支路，
一條支路的空氣通入裝有液體甲苯的配氣瓶用以甲
苯揮發(fā)，揮發(fā)的甲苯與另一支路的空氣在}昆合瓶中
混合，再經(jīng)緩沖瓶進(jìn)一步混合均勻后通人生物滴濾
塔的底部，氣體在上升過程中與填料表面濕潤的生
物膜接觸而被凈化，凈化后的氣體由排氣口排空，
營養(yǎng)液則通過電磁隔膜計(jì)量泵不斷循環(huán)噴淋。
GC一2014型氣相色譜儀：日本島津公司。
8
圖l 實(shí)驗(yàn)裝置示意
1 氣泵；2 氣體玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)；3 配氣瓶(含液體甲苯)；
4 混合瓶；5 緩沖瓶；6 生物滴濾塔；7 噴淋頭；8 營養(yǎng)液
儲(chǔ)液池；9 電磁隔膜計(jì)量泵
1．2 活性污泥的培養(yǎng)與馴化
實(shí)驗(yàn)所用活性污泥取白中國石化揚(yáng)子石油化
工股份有限公司廢水處理場二沉池，活性污泥的初
始性狀：黃褐色，pH 6．9，MLSS 3 210 mg／L，TOC
73 metE。
活性污泥培養(yǎng)初期，以葡萄糖作為微生物
生長的唯一碳源，每天曝氣22 h，靜置2 h，排出
30％的上清液，補(bǔ)充等量的新鮮營養(yǎng)液，營養(yǎng)液
配方與循環(huán)噴淋的營養(yǎng)液相同。營養(yǎng)液配方為：
NH4C1 800 mg／L，Na2HPO4 200 mg／L，KH2PO4 400
mg／L，M gSO4‘7H2O 340 m L，F(xiàn)eSO4。7H2O 10
mg／L， CaC12 15 mg／L，ZnSO4。7H2O 0．5 mg／L，
N~MoO4‘2H2O 0．5 mgm 。
每兩天測定MLSS，在MLSS增加到一定量
時(shí)，用甲苯逐漸取代葡萄糖對活性污泥進(jìn)行馴化，
馴化過程中，每天曝氣22 h，靜置2 h，排出30％的
上清液，補(bǔ)充等量的新鮮營養(yǎng)液。活性污泥培養(yǎng)馴
化時(shí)，所加人的新鮮培養(yǎng)液中葡萄糖與甲苯質(zhì)量濃
度的變化見表1。
表1 活性污泥培養(yǎng)馴化時(shí)葡萄糖與甲苯質(zhì)量濃度的變化
1．3 實(shí)驗(yàn)流程
生物滴濾塔的掛膜啟動(dòng)采用淹沒式 J。將培
養(yǎng)馴化后的活性污泥混合液分別注滿裝有生物陶粒
與聚氨酯泡沫的生物滴濾塔，從生物滴濾塔的進(jìn)氣
口通人一定流量的含甲苯空氣，使活性污泥在生物
滴濾塔內(nèi)翻動(dòng)，同時(shí)將新鮮營養(yǎng)液以0-3 L／h的流量
加入到生物滴濾塔內(nèi)，測定進(jìn)水和出水COD，當(dāng)出
水COD達(dá)g~]50 mg／L左右時(shí)，排空活性污泥混合液，
以一定流量通人含甲苯質(zhì)量濃度為0．19--O．38 m3的
空氣，且在循環(huán)噴淋的營養(yǎng)液(總體積為4 L)中加
入1 mg／L的甲苯和750 mg／L的葡萄糖，以加快活性
污泥中菌種在填料上的生長繁殖。
1．4 分析方法
采用氣相色譜儀測定氣態(tài)甲苯的質(zhì)量濃度，
FID檢測器，色譜柱為RTX一01，柱溫75℃，檢測
器溫度180?！?，進(jìn)樣口溫度180℃ ，以N，為載氣。
按式(1)計(jì)算甲苯去除率 ，％)。
R=(po-pt)／po×100％ (1)
式中：p。為進(jìn)口甲苯質(zhì)量濃度，g／m ；Pl為出口甲
苯質(zhì)量濃度，g／m 。
2 結(jié)果與討論
2．1 活性污泥的培養(yǎng)
活性污泥培養(yǎng)馴化過程中MLSS的變化情況見
第3期 徐校良等．生物滴濾塔處理甲苯廢氣 ·195·
圖2。由圖2可見：以葡萄糖為唯一碳源時(shí)，隨著污
泥培養(yǎng)馴化時(shí)間的延長，MLSS不斷增加；加入甲
苯后，MLSS先迅速下降后緩慢增加；培養(yǎng)馴化28
d時(shí)MLSS達(dá)N3 919 mg／L。這是因?yàn)椋涸诨钚晕勰?
培養(yǎng)馴化初期，活性污泥處于一個(gè)碳源豐富的環(huán)境
中，利用營養(yǎng)液，MLSS快速增加； 加入甲苯后葡
萄糖的質(zhì)量濃度下降，活性污泥中不能適應(yīng)甲苯的
菌種大量死亡，鏡檢觀察，污泥絮體結(jié)構(gòu)松散；隨
著污泥培養(yǎng)馴化時(shí)間的延長，活性污泥中菌種利用
甲苯的能力逐漸增強(qiáng)，菌種不斷生長繁殖，MLSS
增加，鏡檢觀察，活性污泥中有較大的菌膠團(tuán)，還
含有細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等。
圖2 活性污泥培養(yǎng)馴化過程中MLSS的變化情況
2．2 生物滴濾塔的掛膜啟動(dòng)
生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)時(shí)，維持進(jìn)口甲苯負(fù)荷
為14～26 g／(m ．h)，分別以生物陶粒和聚氨酯泡
沫為填料的生物滴濾塔的掛膜啟動(dòng)情況見圖3和圖
4。由圖3和圖4可見：隨著掛膜啟動(dòng)時(shí)間的延長，
甲苯去除率均逐漸提高；掛膜啟動(dòng)的前3天，生物
滴濾塔對甲苯的去除率均在30％左右，因?yàn)榻臃N的
是相同的活性污泥，且掛膜啟動(dòng)開始時(shí)，經(jīng)過馴化
的活性污泥還不適應(yīng)氣相中的甲苯，故甲苯去除率
較低。
圖3 生物陶粒為填料時(shí)生物滴濾塔的掛膜啟動(dòng)情況
圖4 聚氨酯泡沫為填料時(shí)生物滴濾塔的掛膜啟動(dòng)情況
以生物陶粒為填料的生物滴濾塔從啟動(dòng)第3天
到第4天，甲苯去除率明顯提高，去除率由33％升
高到6l％；啟動(dòng)第4天到第9天，甲苯去除率緩慢增
加；第9天時(shí)甲苯去除率達(dá)到82％，這是因?yàn)樯?
陶粒具有較大的比表面積，且具有一定的吸附性
能，微生物較易在生物陶粒表面生長繁殖，形成穩(wěn)
定的生物膜。
以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾塔，在掛膜
啟動(dòng)的前6天，甲苯去除率增加緩慢，由27％升高
~133％，這是因?yàn)榫郯滨ヅ菽瓕儆诖罂纵d體填料，
微生物在聚氨酯泡沫上生長成一定的生物量需要
的時(shí)間較長；啟動(dòng)第6天到第7天，甲苯去除率明顯
提高，由43％升高到67％；啟動(dòng)第7到第l5天，甲
苯去除率緩慢增加；第15天時(shí)甲苯去除率達(dá)87％，
這是因?yàn)殡S著掛膜啟動(dòng)時(shí)間的繼續(xù)延長，聚氨酯
泡沫填料上的微生物對氣態(tài)甲苯的適應(yīng)能力不斷
增強(qiáng)，且在填料表面不斷生長繁殖，形成了穩(wěn)定
的生物膜。
兩種填料比較，微生物更易在生物陶粒表面
生長繁殖，形成穩(wěn)定的生物膜，以生物陶粒為填料
的生物滴濾塔所需要的掛膜啟動(dòng)時(shí)間更短。
2．3 含甲苯的空氣流量對生物滴濾塔性能的影響
維持甲苯進(jìn)口質(zhì)量濃度在0．90 g／m 左右，含甲
苯的空氣流量對以生物陶粒和聚氨酯泡沫為填料的
生物滴濾塔的甲苯去除率的影響分別見圖5和圖6。
由圖5和圖6可見：使用不同的填料在含甲苯空氣流
量為250 L／h時(shí)，甲苯去除率均隨運(yùn)行時(shí)間的延長而
逐漸提高，以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾塔的甲
苯去除率更高。
由圖5可見：以生物陶粒為填料的生物滴濾塔
在含甲苯空氣流量從250 L／h增加到350 L／h時(shí)，甲
苯去除率先略有下降，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，甲
苯去除率穩(wěn)定在82％左右；含甲苯空氣流量增加
· 196·
化 工 環(huán) 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 20 1 3年第3 3卷
~1450 L／h時(shí)，甲苯去除率明顯下降，穩(wěn)定在72％左
右。由圖6可見：以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾
塔在含甲苯空氣流量為350 L／h時(shí)，甲苯去除率穩(wěn)定
在73％左右；在含甲苯空氣流量為450 L／h時(shí)，甲苯
去除率下降至65％左右。
運(yùn)行時(shí)間／d
圖5 含甲苯的空氣流量對以生物陶粒為填料的生物滴濾塔
的甲苯去除率的影響
· 甲苯負(fù)荷；_ 甲苯去除率
I80
l7O
160
l工150
14o
望130
鑒12o
差ll0
1OO
90
80
運(yùn)行時(shí)間，d
圖6 含甲苯的空氣流量對以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾
塔的甲苯去除率的影響
· 甲苯負(fù)荷；· 甲苯去除率
2．4 甲苯質(zhì)量濃度對生物滴濾塔性能的影響
在含甲苯空氣流量為350 L／h的條件下，甲苯
質(zhì)量濃度對以生物陶粒和聚氨酯泡沫為填料的生物
滴濾塔甲苯去除率的影響分別見圖7和圖8。
由圖7可見：以生物陶粒為填料時(shí)，隨著甲苯
濃度的提高，甲苯去除率逐漸下降；甲苯質(zhì)量濃度
為1．1 g／m 時(shí)，甲苯去除率約為80％；甲苯質(zhì)量濃
度為1．5 g／m 時(shí)，甲苯去除率約為70％；甲苯質(zhì)量
濃度為1．8 g／m 時(shí)，甲苯去除率約為50％。為了考察
是否是由于傳質(zhì)效率的影響，在運(yùn)行第25天加入吐
溫乳化劑，增加氣態(tài)甲苯在液相中的傳質(zhì)效率，甲
苯去除率略有提高，這可能是由于高濃度的甲苯對
微生物的活性有抑制作用。以生物陶粒為填料，隨
甲苯質(zhì)量濃度增加，甲苯去除率下降幅度較大的原
因是由于生物陶粒粒徑較小，比表面積較大，隨甲
苯質(zhì)量濃度增加，微生物在生物陶粒上大量增殖，
造成比表面積減小，填料與氣態(tài)甲苯的接觸面積減
小，故甲苯去除率下降。
由圖8可見：以聚氨酯泡沫為填料時(shí)，隨甲苯
質(zhì)量濃度提高，甲苯去除率下降幅度較??；甲苯質(zhì)
量濃度為1．8 g／m 時(shí)，甲苯去除率仍在72％以上。
這是因?yàn)榫郯滨ヅ菽瓕儆诖罂纵d體，隨甲苯質(zhì)量濃
度提高，生物量在填料上大量增殖，生物量分布于
孔的內(nèi)外表面，菌種與甲苯有更大的接觸面積，故
甲苯去除率下降幅度較小。
運(yùn)行時(shí)間，d
圖7 甲苯質(zhì)量濃度對以生物陶粒為填料的生物滴濾塔甲苯
去除率的影響
· 甲苯質(zhì)量濃度；_ 甲苯去除率
運(yùn)行時(shí)間／d
圖8 甲苯質(zhì)量濃度對以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾塔甲
苯去除率的影響
· 甲苯質(zhì)量濃度； · 甲苯去除率
3 結(jié)論
a)分別以生物陶粒和聚氨酯泡沫作為生物滴
濾塔的填料，掛膜啟動(dòng)時(shí)微生物更易在生物陶粒表
面生長繁殖，形成穩(wěn)定的生物膜，以生物陶粒為填
料的生物滴濾塔所需要的掛膜啟動(dòng)時(shí)間更短。
b)以生物陶粒為填料的生物滴濾塔在含甲苯
空氣流量從250 L／h增加到35O L／h1]~，甲苯去除率
先略有下降，后穩(wěn)定在82％左右；含甲苯空氣流量
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第3期 徐校良等．生物滴濾塔處理甲苯廢氣
增加到45O L／h時(shí)，甲苯去除率明顯下降，穩(wěn)定在
72％左右。以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾塔在含
甲苯空氣流量為350 L／h時(shí)，甲苯去除率穩(wěn)定在73％
左右；在含甲苯空氣流量為450 L／h時(shí)，甲苯去除率
下降至65％左右。以聚氨酯泡沫為填料的生物滴濾
塔的甲苯去除率更高。
c)以生物陶粒為填料時(shí)，甲苯質(zhì)量濃度由1．1
g／m 提高至1．8 g／m 時(shí)，甲苯去除率由80％左右降至
50％左右；以聚氨酯泡沫為填料時(shí)，隨甲苯質(zhì)量濃
度提高，甲苯去除率下降幅度較小；甲苯質(zhì)量濃度
為1．8 g／m 時(shí)，甲苯去除率仍在72％以上。
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(編輯祖國紅)
· 專利文摘·
鈦鐵合金氧化物納米管陣列光陽極及其制備與應(yīng)用
該專利涉及一種鈦鐵合金氧化物納米管陣列
光陽極及其制備方法。在采用高溫氬弧熔融法制備
的鈦鐵合金基體上，通過電化學(xué)陽極氧化法可原位
直立生長出高度有序的二元氧化物納米管陣列光陽
極。與傳統(tǒng)的將窄帶金屬氧化物沉積在TiO，納米管
中得到的復(fù)合光電催化劑相比，該發(fā)明制備的鈦鐵
合金氧化物納米管陣列光陽極，由于具有穩(wěn)定有序
的納米管結(jié)構(gòu)和Fe，O 的高度均勻的分子水平的摻
雜，因而比傳統(tǒng)TiO 和Fe O 的復(fù)合光電催化劑具
有更高的比表面積、更強(qiáng)的光化學(xué)穩(wěn)定性和更高的
可見光電催化活性，可應(yīng)用于可見光電催化氧化降
解有機(jī)染料廢水。該電極制備工藝簡單，能利用太
陽光中占最大比例的可見光，有望降低廢水光電催
化氧化降解的處理成本，具有廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)
值。／CN103014810A，2013—04—03
復(fù)合微生物絮凝劑及其制備方法與應(yīng)用
該專利涉及一種復(fù)合微生物絮凝劑及其制備
方法與應(yīng)用。所述復(fù)合微生物絮凝劑包括膠凍樣
芽孢桿菌(Bacillus mucilaginosus)、枯草芽孢桿
菌(Bacillus subtilis)、釀酒酵母菌(Saccharomyces
cerevisiae)和異生青霉菌(Penicillium diversum)。
在所述復(fù)合微生物絮凝劑中，微生物的總菌數(shù)為
每克1×109以上，膠凍樣芽孢桿菌的菌數(shù)占總菌
數(shù)的30％～50％，枯草芽孢桿菌的菌數(shù)占總菌數(shù)的
10％～25％，釀酒酵母菌的菌數(shù)占20％～40％，異生
青霉菌的菌數(shù)占10％～20％。該專利解決了現(xiàn)有垃
圾滲濾液中有機(jī)質(zhì)含量高、水質(zhì)不穩(wěn)定、氨氮含量
偏高等難于處理的問題，加快了垃圾滲濾液中有機(jī)
質(zhì)的降解和重金屬的去除，降低污泥產(chǎn)量和廢水回
收成本。／CN 103013880A，2013—04—03
一種去除廢水中鉛的方法
該專利涉及一種含鉛廢水的處理方法。向含
鉛廢水中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1～3)×10 的有機(jī)溶
劑，所述有機(jī)溶劑為醋酸、蘋果酸、檸檬酸、延胡
索酸和二乙二丙醇的混合物；然后加入含有有機(jī)鉛
的活性污泥，并在隔絕氧氣的條件下靜置3～5 d；
之后進(jìn)行曝氣處理，氣水比為15：1～30：1，水力
停留時(shí)間為8～12 h；曝氣后出水排放至清水池，進(jìn)
行下一步處理。該專利具有工藝流程簡單、運(yùn)行
費(fèi)用較低、無污泥產(chǎn)生、除鉛效果高等特點(diǎn)。／CN
103011530A，20】3—04—03

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