水處理工藝中搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)的研究進(jìn)展

水處理工藝中搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)的研究進(jìn)展

論文作者：崔福義1孫興濱1張金松2徐峰1劉麗君2摘要搖蚊幼蟲(紅蟲)難以被常規(guī)的水處理工藝有效地去除，成為又一困擾水廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的水處理問題。本文首先介紹了搖蚊幼蟲的生活習(xí)性及其在水處理工藝中的分布規(guī)律，然后對其生理特性與環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行了論述；并就近年來采用物理法、化學(xué)法和生物法防治水處理工藝中搖蚊幼蟲污染的研究進(jìn)展、現(xiàn)狀和局限性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，展望了搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)的研究前景,指出目前控制飲用水中搖蚊幼蟲污染必須將水源水質(zhì)水控制、污染治理與凈水工藝處理結(jié)合起來，優(yōu)化水處理工藝和強(qiáng)化水源水體保護(hù)是根本保障。

關(guān)鍵詞水處理搖蚊幼蟲防治AReviewonPreventionsofChironomuslarvaPollutioninWaterTreatmentSystem

Abstract:Inalltheproblemsinwatersupply,theremoveofChironomuslarva(redworm)fromdrinkingwaterhasbecomeoneofthemostimportant,anditisverydifficulttoeffectivelyremovebyconventionalmethods.Soinordertodealwiththeproblem,boththelivinghabitanddistributionofChironomuslarvainthewatertreatmentsystemandthemethodsinremovingChironomuslarvaatpresentwereintroducedinthisarticle.Meanwhile,therelationshipbetweenitsphysiologicalcharacteristicandenvironmentalfactorswasdemonstrated.Alsotheresearchstatus、advantageandlimitationofdifferentmethodsintheremoveofChironomuslarvawereanalyzedsystematicallyandsomescientifictendencieswereprospected.Itwassuggestedthatenhancingthemanagementtotherawwaterandoptimizingthedrinkingwatertreatmentprocesseswerethefeasiblewaystoeffectivelycontrolthepollution.

Keyword:watertreatment;chironomuslarva;prevention

搖蚊幼蟲大量孳生是由于水體污染導(dǎo)致的富營養(yǎng)化而變得日益突出的困擾供水界的新問題。搖蚊幼蟲的抗氧化性較強(qiáng)，常規(guī)水處理的消毒工藝難以將其有效地殺滅，使得在我國一些大中城市的水廠清水池乃至管網(wǎng)水中都曾發(fā)現(xiàn)過搖蚊幼蟲。在我國南方一些城市，由于氣候具有常年溫暖潮濕的特征，適于昆蟲繁殖，問題更加突出。搖蚊幼蟲不僅給用戶帶來了不良的感官影響，引起用戶對水質(zhì)信心的下降與恐慌，更為重要的是搖蚊幼蟲還是人類多種傳染疾病的傳播媒介，對居民的飲用水安全帶來極大的威脅。

1.搖蚊幼蟲的生活習(xí)性及分布

搖蚊分屬昆蟲雙翅目搖蚊科[1]，由于身體內(nèi)含有血紅蛋白而成紅色。搖蚊的生活史經(jīng)過卵—幼蟲—蛹—成蟲四個(gè)階段。有的兩年只有一個(gè)世代，有的一年卻有七個(gè)世代，但大多數(shù)每年有兩個(gè)世代，第一個(gè)在春季，第二個(gè)在夏季。

搖蚊的卵產(chǎn)于水面，卵塊內(nèi)有300~700個(gè)卵。初孵的搖蚊幼蟲具趨光性，經(jīng)過3~6天浮游生活后，轉(zhuǎn)入底棲生活，利用藻類、腐屑、細(xì)沙、淤泥、唾液腺所分泌絲狀物筑巢，多數(shù)種類筑成兩頭開口的管型巢。隨著幼蟲轉(zhuǎn)入底棲，幼蟲由趨光性改為背光性。幼蟲經(jīng)四次蛻皮后進(jìn)入蛹階段，每蛻皮1次，體色加深，從淡紅色、鮮紅色、深紅色至變成黑褐色的蛹。幼蟲的食性，除了環(huán)足搖蚊屬Cricotopus中某些專吃植物的種類外，其余種類可分肉食性與雜食性兩大類。肉食性種類以甲殼類、寡毛類和其他搖蚊幼蟲為食。而雜食性則以細(xì)菌、藻類、水生植物和小動(dòng)物為食。幼蟲的攝食方式有：粘食、濾食、沉食、采食和捕食幾種。

搖蚊分布很廣，其幼蟲幾乎在任何水域中均可見到，它們適應(yīng)性亦強(qiáng)，如在海拔3200余米的青海湖、海拔4000多米的西藏阿里班公湖附近均有分布。在阿塞拜疆，一年積雪達(dá)8個(gè)月之久的哈里湖，也有羽搖蚊的棲息。大多數(shù)種類幼蟲生活在淡水中，但也有在鹽份很高的水體中生活的，如鹽生搖蚊，它不但在氯離子濃度較高的青海湖中生存，也能在堿性蘇打型的水體中生存。

2影響搖蚊生長繁殖的主要環(huán)境因素

環(huán)境因子對搖蚊生長繁殖的影響作用是一個(gè)十分復(fù)雜的論題，表現(xiàn)為不僅因子眾多，加之在不同的底棲環(huán)境中因子有不同的影響作用，因此至今尚未有一個(gè)較全面的理解,一般文獻(xiàn)中探討的內(nèi)容主要從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行闡述。

溫度

在食物和其他環(huán)境條件適宜的條件下,升高溫度可加快搖蚊的生長發(fā)育速度,縮短周轉(zhuǎn)率。溫度與世代時(shí)間呈負(fù)相關(guān)性，搖蚊完成一個(gè)世代的時(shí)間隨溫度的變化情況如圖1。

溶氧

許多深水湖泊或其他遭受有機(jī)污染的水體中底質(zhì)環(huán)境的溶氧常處于相對較低水平，這對于生活在這種環(huán)境中的底棲動(dòng)物來說，溶氧明顯地成為它們的限制因子。Kitagawa認(rèn)為，決定搖蚊幼蟲分布的主要因素是湖體底部的溶解氧含量。也有研究發(fā)現(xiàn)，含氧量與搖蚊羽化成蟲數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，即含氧量增高時(shí)羽化成蟲數(shù)量卻減少。有研究認(rèn)為，搖蚊幼蟲的呼吸是通過體壁從水中交換氣體的。體色血紅色的幼蟲體內(nèi)含有血紅蛋白，它比非紅色幼蟲耐缺氧，甚至在無氧條件下也能生存30~120天。這是體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)不經(jīng)氧化分解成乳酸或脂肪酸，以釋放能量維持生命。

pH值

pH值也是影響搖蚊幼蟲生長的環(huán)境因素之一。搖蚊的多數(shù)種類能生存于pH為6～8的水域，個(gè)別種類如Ｃacerbiphilus能生活在pH為的極酸性水域中。在實(shí)際的水廠生產(chǎn)中，水的pH值一般都控制在~，是搖蚊幼蟲生長的最佳pH值范圍，為搖蚊幼蟲的孳生提供了良好的水質(zhì)環(huán)境。

底質(zhì)

無論在湖泊還是河流,底質(zhì)的特性與組成都是一個(gè)影響搖蚊幼蟲的重要環(huán)境因子。搖蚊幼蟲能夠直接利用有機(jī)物，可以認(rèn)為，水體中搖蚊幼蟲的分布在很大程度上由底質(zhì)中的有機(jī)物含量所決定，而有機(jī)物的含量在一定程度上反映了水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)和污染水平。Lundbeak的研究成果認(rèn)為:湖泊與水庫水體中底質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)含量決定了搖蚊幼蟲的種類組成和數(shù)量。據(jù)劉建康等的資料，武漢東湖腐泥底質(zhì)中搖蚊幼蟲密度和生物量大于沙泥等其他底質(zhì)。所以有機(jī)物耗氧量的年平均值與底棲動(dòng)物生物量之間存在非常顯著的正相關(guān)。

3搖蚊幼蟲在水處理流程中的發(fā)生與分布規(guī)律

天然水體污染程度的加重，直接導(dǎo)致底棲動(dòng)物多樣性明顯降低，而適應(yīng)富營養(yǎng)水體的搖蚊類水生昆蟲在水體中卻占優(yōu)勢地位，在水體富營養(yǎng)嚴(yán)重時(shí)常可發(fā)現(xiàn)大量的搖蚊科幼蟲。搖蚊幼蟲在水廠中的產(chǎn)生經(jīng)由兩個(gè)方面，一方面搖蚊在水源的地表水體水面產(chǎn)卵并在水中繁殖，大量的搖蚊幼蟲及蟲卵個(gè)體隨著水流進(jìn)入水處理系統(tǒng)，通過掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)入水廠的原水中含有大量的搖蚊蟲卵及低齡的幼蟲；另一方面，搖蚊成蟲在水處理流程中的沉淀池等敞開水面產(chǎn)卵并在水中繁殖。這兩個(gè)形成因素協(xié)同作用，使得搖蚊幼蟲污染問題很難通過單一的辦法來解決。

搖蚊幼蟲孳生要有理想的筑巢場所，觀察發(fā)現(xiàn)在水處理工藝中平流沉淀池由于只有四壁可以適合幼蟲的筑巢，所以搖蚊幼蟲污染現(xiàn)象比較輕微；而對于斜板沉淀池，由于斜板表面粗糙，易于沉積礬花淤泥，因而搖蚊幼蟲可以在斜板上及沉淀池的池底利用絮凝體、泥土等筑巢，以水中的藻類、有機(jī)物為食，并羽化為搖蚊成蟲；搖蚊成蟲在沉淀池池壁上產(chǎn)卵，卵孵化成幼蟲后，一些幼蟲沉入池底生長，一些就隨水流進(jìn)入濾池。由于剛孵化的幼蟲直徑僅80μm，對常規(guī)的濾池有可能穿透并進(jìn)入清水池，就可能在清水池內(nèi)進(jìn)行二次繁殖或直接進(jìn)入管網(wǎng)(如圖2所示)。圖2搖蚊幼蟲在水處理工藝中的污染途徑

4搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)

國內(nèi)自1996年起至今，在上海、廣州、北京和寧波等地城市供水系統(tǒng)發(fā)生了搖蚊幼蟲污染事件[10]，引起了水處理工作者的關(guān)注，一些研究者對搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括如下幾個(gè)方面。

物理防治

物理防治是利用機(jī)械方法，以及聲、光、電、溫度等條件，捕殺、誘殺或驅(qū)除害蟲。近年來，在這方面研究得較多的是光電誘殺，利用蚊蟲的趨光性，用一定波長的燈光，將害蟲誘來，再用燈外的高壓電去殺，或用機(jī)電動(dòng)力將蚊蟲吸入網(wǎng)內(nèi)。

抑制搖蚊成蟲產(chǎn)卵，從而可以達(dá)到控制搖蚊幼蟲數(shù)量的目的。由于水池池壁是搖蚊棲息、產(chǎn)卵的主要場所。在沉淀池面上架裝噴霧裝置來隔斷搖蚊成蟲交配后到水面上產(chǎn)卵的途徑，同時(shí)迫使羽化不久的成蟲翅被打濕而不能飛起、交配，基本上能達(dá)到杜絕搖蚊在水池池壁上產(chǎn)卵的目的[11]。

代田昭彥指出[12]，搖蚊產(chǎn)卵大體與成蟲形成蚊柱的時(shí)間一致，光強(qiáng)在300lx以上搖蚊就不再產(chǎn)卵。400W橘黃色探照燈較為合適，該光源光束集中，穿透力強(qiáng)，當(dāng)光強(qiáng)超過300lx時(shí)，光照能從很大程度上抑制搖蚊產(chǎn)卵，但還不能徹底根除[11]。

超聲波對大齡搖蚊幼蟲殺滅率隨著溶解氧濃度的提高和超聲波幅射時(shí)間的延長而上升；而且超聲波與二氧化氯、液氯之間存在著明顯的協(xié)同增效效應(yīng)，且余氯的效果要優(yōu)于二氧化氯，這可能與大齡搖蚊幼蟲身體構(gòu)造有關(guān)[13]。

由于水廠的原水中含有大量的搖蚊蟲卵及低齡的幼蟲，造成了搖蚊幼蟲在水處理工藝中富集，使物理方法不能從根本上抑制搖蚊幼蟲在水廠中的孳生，所以物理方法只能作為一種輔助手段來使用。

化學(xué)防治

化學(xué)藥劑對生物的滅活作用主要是由于生物接觸藥劑后其體內(nèi)的蛋白酶遭到破壞，不能參與氧化還原系統(tǒng)的活動(dòng)，代謝機(jī)能發(fā)生障礙而引起的[14]。化學(xué)藥劑可通過吸附、滲透作用或直接破壞生物體壁的結(jié)構(gòu)而進(jìn)入到生物體中。藥劑氧化性能的高低導(dǎo)致其在搖蚊幼蟲滅活率方面的差異，需要有強(qiáng)氧化能力的化學(xué)藥劑、并且有足夠的作用時(shí)間，才能對其進(jìn)行有效滅活。與Edwin對大腸桿菌和病原體的滅活試驗(yàn)研究表明，幾種氧化劑的氧化能力由高到低依次為：O3ClO2Cl2NH2Cl，可見二氧化氯和臭氧的氧化能力高于氯氣。但是由于臭氧在水體中的分解速度較快很難保證較長時(shí)間的持續(xù)滅活能力[15]，所以盡管它的氧化能力比二氧化氯強(qiáng)，但由于有效滅活作用的接觸時(shí)間短使得它達(dá)到100％滅活率時(shí)的投藥量高于二氧化氯。

無論是二氧化氯、液氯還是過氧化氫、臭氧，只要保證在一定的投加量以上，都能在較短時(shí)間內(nèi)將搖蚊幼蟲殺滅。在幾種藥劑的對比中，現(xiàn)場發(fā)生二氧化氯的殺蟲能力最強(qiáng)，適宜的投加量很低[11]。表1各種氧化劑對搖蚊幼蟲的殺滅能力氧化劑名稱穩(wěn)定性液態(tài)二氧化氯現(xiàn)場發(fā)生二氧化氯液氯過氧化氫臭氧致死量1055030010

Michael曾采用美國卡爾崗公司生產(chǎn)的絮凝劑和濃度為35％的過氧化氫溶液進(jìn)行針對搖蚊幼蟲的短期和長期殺滅實(shí)驗(yàn)，得出了短期半致死濃度均為112mg/L，長期半致死濃度分別為13mg/L和51mg/L[16]。

葉勁[10]進(jìn)行了過氧化氫、次氯酸鈉、高錳酸鉀、石灰水等化學(xué)藥劑噴灑和浸泡殺滅實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：噴灑5%濃度的過氧化氫效果最佳，能在短時(shí)間內(nèi)殺死搖蚊幼蟲，而過氧化氫、次氯酸鈉的浸泡殺滅效果較佳。在成都市某水廠快濾池的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)表明，過氧化氫實(shí)際濃度為％，浸泡時(shí)間2h，殺滅搖蚊幼蟲效果顯著。

液氯是水處理工藝中最常用的化學(xué)氧化劑，但是搖蚊幼蟲的生物體對不良環(huán)境會產(chǎn)生一定的抗性，若連續(xù)提高投氯量會使搖蚊幼蟲對氯產(chǎn)生較強(qiáng)的抗性，所以可以采用間歇提高前加氯量的方法，使搖蚊幼蟲未來得及產(chǎn)生抗性前毒殺它們，這樣效果較顯著，且節(jié)約了氯耗。但搖蚊的蟲卵對水中余氯有較強(qiáng)的抵抗力，2ｍｇ/Ｌ的余氯量對之并無影響，在自來水中蟲卵孵化率可達(dá)95%以上[17]。

深圳水司的實(shí)踐表明，采用一定濃度的液氯浸泡沉淀池，可以長時(shí)間抑制搖蚊幼蟲的發(fā)生與孳生。但是由于液氯浸池的時(shí)間長達(dá)24h，影響了水廠的正常供水，所以這種方法可以在搖蚊幼蟲大規(guī)模爆發(fā)時(shí)采用。在不影響水廠正常生產(chǎn)的情況下，在沉淀池中投加化學(xué)氧化劑，可以利用搖蚊幼蟲在凝絮體中筑巢的生理特點(diǎn)，往往使滅活率較高。但是該方法既增加了生產(chǎn)成本，又由于加大氧化劑的投量而加劇了副產(chǎn)物的生成，給出廠水的水質(zhì)安全造成新的問題。

微生物防治

微生物防治害蟲是生物防治的一個(gè)重要組成部分。特定微生物能直接殺死害蟲，不污染環(huán)境。目前國內(nèi)外尚無微生物殺蟲劑用于飲用水的報(bào)道。1987年后期美國印第安那州的洛厄爾城發(fā)生了城市供水系統(tǒng)搖蚊幼蟲污染。洛厄爾城實(shí)施了清洗消毒等處理措施，但是沒有取得明顯的效果。他們曾嘗試?yán)锰K云金桿菌以色列變種(以下簡稱Bti)來治理，但提案被印第安那州政府否決，首先是因?yàn)锽ti尚未被批準(zhǔn)應(yīng)用在飲用水中，其次是因?yàn)樵谙嚓P(guān)法規(guī)上，不允許在飲用水中投加殺蟲劑。最后他們采用Cat-flocLs食品級聚合物來治理，其作用是作為水絮凝劑去除搖蚊幼蟲所需的食物—硫化細(xì)菌和鐵細(xì)菌[16]。

環(huán)境防治

環(huán)境防治是通過環(huán)境改造以防止或減少害蟲的孳生繁殖。環(huán)境防治是對昆蟲生態(tài)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，它是根據(jù)害蟲生物學(xué)的特點(diǎn)，對害蟲生活環(huán)境治理，使之不利于害蟲的生長、繁殖，而達(dá)到防治害蟲的目的。

搖蚊幼蟲以水中的有機(jī)物碎屑、細(xì)菌及藻類為食[10]。強(qiáng)化混凝，通過投加聚丙烯酰胺助凝，控制待濾水濁度小于3NTU，可以提高原水中有機(jī)物和藻類等的去除率，減少幼蟲的食物來源，使其生活環(huán)境質(zhì)量下降，降低幼蟲的生存機(jī)率；針對搖蚊幼蟲可在沉淀池底泥中越冬生活的特點(diǎn)，增加冬季和秋季的大強(qiáng)度清洗工作，可以除去底泥中存在的搖蚊幼蟲，抑制其再度生長繁殖；加強(qiáng)濾池管理，保證濾池的正常運(yùn)行，濾池池壁要勤洗刷，對氣水反沖洗濾池的池底水區(qū)要經(jīng)常排空，以保持池體的清潔，同樣可以減少搖蚊幼蟲的滋生機(jī)率。

生物操縱技術(shù)

“生物操縱”技術(shù)其內(nèi)容就是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取原理和生物的相生相克關(guān)系,通過改變水體的生物群落結(jié)構(gòu)來達(dá)到改善水質(zhì)恢復(fù)生態(tài)平衡的目的[18]。搖蚊幼蟲是多數(shù)經(jīng)濟(jì)魚類的優(yōu)良天然餌料，在浮游階段時(shí)，可被不少幼魚攝??；當(dāng)轉(zhuǎn)入底棲時(shí)，則是底層魚類鯉、鯽、青魚等的良好鉺料。魚類屬于水生生態(tài)系統(tǒng)中食物網(wǎng)的頂級消費(fèi)者，放養(yǎng)大型不同食性的魚類，勢必影響魚類的群落結(jié)構(gòu)，并對其他生物群落,特別對餌料生物群落產(chǎn)生極大的影響，進(jìn)而影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[19]。所以利用生物種群間的捕食關(guān)系，從生態(tài)學(xué)的角度入手，可以通過生物操縱技術(shù)來抑制搖蚊幼蟲的滋生。

周令等人[11]對原水前加氯的情況下沉淀池養(yǎng)魚的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)魚種采用鯽魚魚苗。結(jié)果表明：(1)沉淀水余氯＜/L，魚苗在沉淀水中生長良好，沒有出現(xiàn)不適應(yīng)癥狀；(2)魚喜食搖蚊幼蟲特別是老齡紅蟲，有利于滅蚊和控制紅蟲數(shù)量；(3)幾種魚類配合放養(yǎng)，使魚在沉淀池中呈立體分布，有利于消滅不同生活習(xí)性的各發(fā)育階段的搖蚊幼蟲；(4)放養(yǎng)魚苗的沉淀池出水濁度及氨氮含量與未放養(yǎng)魚沉淀池出水相差不大，說明魚的正常活動(dòng)及其排泄物不會影響沉淀效果。

沉淀池養(yǎng)魚由于可操作性差，有一定的局限性，但此方法可在水源中使用以控制原水中的搖蚊幼蟲及蟲卵。在水體中實(shí)施以生態(tài)治理為目的的魚類放養(yǎng)，其放養(yǎng)的生物量應(yīng)遠(yuǎn)低于以提高魚產(chǎn)量為目標(biāo)的水體漁業(yè)養(yǎng)殖中的高密度放養(yǎng)量。在微型生態(tài)系統(tǒng)中魚類放養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在放養(yǎng)生物量為30g/m3的條件下，水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)得到了一定程度的去除，有機(jī)物的指標(biāo)下降、溶解氧的濃度有所提高，浮游植物藻類尤其是藍(lán)、綠藻的生物量也被控制在較低的水平，有效地控制和緩解了水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程。“生物操縱”技術(shù)可以在水體生態(tài)治理中發(fā)揮重要作用，這也是解決水處理工藝中搖蚊幼蟲污染問題的重要途徑之一。

總之，單憑某一種物理、化學(xué)或生物的方法還不能對城市給水處理過程中搖蚊幼蟲的孳生進(jìn)行卓有成效的控制，必須各種方法兼用，互相滲透，多級設(shè)防，多層屏障，貫穿于整個(gè)凈水廠凈水工藝系統(tǒng)中。

5研究展望

水處理過程中搖蚊幼蟲污染問題的研究，目前仍處于探索階段，今后應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究，以期早日實(shí)現(xiàn)搖蚊幼蟲污染防治的系統(tǒng)化，確保飲用水的安全。

進(jìn)行傳統(tǒng)制水工藝的各凈水單元對搖蚊幼蟲去除的特性研究，了解搖蚊幼蟲在工藝中的孳生規(guī)律及機(jī)理，以指導(dǎo)水廠在其暴發(fā)期間采取強(qiáng)化工藝或應(yīng)急措施。

進(jìn)行搖蚊幼蟲在飲用水深度處理工藝(如紫外—臭氧氧化、膜濾、臭氧—生物活性炭等)中的去除規(guī)律及機(jī)理研究，為水廠采用深度處理工藝去除搖蚊幼蟲污染提供理論指導(dǎo)。

從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，研究搖蚊幼蟲、魚類、營養(yǎng)物質(zhì)水平之間的關(guān)系，建立有效的生物控制方法。

水處理工藝中搖蚊幼蟲污染控制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)結(jié)合污染的實(shí)際狀況采取適當(dāng)?shù)拇胧?，把水源水富營養(yǎng)化控制與凈水處理工藝有機(jī)地結(jié)合起來。從長遠(yuǎn)來看，強(qiáng)化水源水體的保護(hù)與管理，對已被污染的水源采取有效方法治理，是解決飲用水搖蚊幼蟲污染乃至水體富營養(yǎng)化的根本措施。

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