KR100581572B1 - 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를이용한 여과 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섬유를 소재로 하여 직조된 관형의 형태로 지지막을 여과재로 구성하고 지지막 위에 형성된 동적막(Dynamic Membrane)을 여과층으로 이용하는 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템에 관한 것으로서,

그 구성은 뚜렷한 결정구조를 가진 금속규산알루미늄 수화물로서, 분자체의 크기나 모양에 따라 분자를 분리하는데 사용되는 제올라이트와, 동적막과, 상기 제올라이트를 원수 탱크에 주입하여 물이 잘 분산되도록 교반을 시키시키는 교반기와, 상기 교반기에 의해 분산된 제올라이트 용액을 상기 동적막 내부로 주입하고, 상기 원수탱크에 주입된 코발트, 세슘 등의 중금속 방사성 폐액을 상기 동적막 내부로 유입되도록 하는 액체 펌프와, 상기 제올라이트에 흡착이 이루어지고 중금속 방사성 폐액의 처리유량이 감소하면 제올라이트 흡착량이 포화를 방지하기 위해 공기 역세(Back wash), 물역세를 제공하는 컴프레셔와,상기 동적막에 의해 중금속 흡착에 의해 정수된 물, 흡착이 이루어지지 않은 물을 바이패스하여 다시 원수탱크로 주입하여 연속적인 처리를 제공하는 밸브로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템{THE METHOD OF LAYOR ISOLATION - ABSORPTION FOR REMOVAL OF WASTEE LIQUID ON RADIOACTIVITY AND FILTRATION SYSTEM USING THAT OF}

도 1은 종래의 제올라이트 흡착공정을 나타내는 도면

도 2는 본 발명의 방사성 폐액 제거를 위한 막분리-흡착 시스템의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 방사성 폐액 제거를 위한 막분리-흡착과정을 나타내는 흐름도

도 4는 본 발명의 방사성 폐액 제거를 위한 동적막 모듈을 나타내는 도면

도 5는 본 발명의 동적막 모듈내 구성된 지지막의 구성

도 6은 도 5의 지지막의 세부 구성을 나타내는 도면

도 7은 본 발명의 동적막 모듈의 공정 시작전의 상태를 나타내는 도면

도 8은 본 발명의 제올라이트가 유입된 공정 후의 동적막 모듈의 상태를 나타내는 도면

도 9는 본 발명에 따른 동적막 형성의 처리 공정을 나타내는 도면

도 10은 본 발명에 따른 동적막 내 지지막의 구성을 나타내는 도면

도 11은 본 발명에 따른 동적막 내 지지막의 세부구성을 나타내는 도면

도 12는 본 발명에 따른 제올라이트의 중금속 처리공정을 나타내는 도면

도 13은 본 발명의 폐액 제거를 위한 역세에 따른 처리수 유량의 실험 데이터를 나타내는 도표

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원수 탱크(Feed Tank) 2 : 제올라이트 (Zeolite)

3 : 교반기 (Stirrer) 4 : 2-way Valve

5 : 액체 펌프 (Liquid Pump) 6 : 압력계 (Pressure Gauge)

7 : 동적막(Dynamic Membrane) 8 : 2-way Valve

9 : 컴프레셔 (Air Compressor) 10 : 바이패스 (By-Pass)

11 : 투과수 (Permeate Water) 12 : 체크밸브 (Check Valve)

본 발명은 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제올라이트의 흡착 특성과 동적막의 투과와 역세 특성 장점을 적용하여 일체형으로 제작된 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템에 관한 것이다.

기존의 제올라이트 공정은 흡착탑을 이용하는 것인데, 이것은 제올라이트의 일부분만을 이용하여 흡착 효율이 낮으며 폐기물의 양도 매우 많다. 막분리 공정은 나노막을 사용하여 중금속 종류를 제거하는 공정이며, 제거효율은 우수하지만 막의 수명이 매우 짧아 전처리 공정이 필요하여 제작비용이 높다.

도 1에서 도시된 바와 같이 종래의 제올라이트 흡착공정은 교반기에 유입된 중금속 폐액이 흡착탑에서 압력차에 의해 흡착하기 때문에 제올라이트가 이동하지 못하게 고정되어 있어 제올라이트가 접하고 있는 부분은 흡착이 이루어지지 못하고 있어 제거효율이 동적막 공정보다 낮고, 순환공정이 구성되어 있지 않아 방사성폐액이 완벽하게 제거되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 중금속 흡착력이 우수한 제올라이트와 투과 및 역세가 가능한 막분리의 장점을 일체형 공정을 제작하여 고효율의 흡착능력과 처리용량의 극대화할 수 있는 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 섬유를 소재로 하여 직조된 관형의 형태로 지지막을 여과재로 구성하고 지지막 위에 형성된 동적막(Dynamic Membrane)을 여과층으로 이용하기 때문에 자체 컴프레셔로 여과층에 공기, 물로 역세(back wash)를 하여 여과층에 흡착된 제올라이트를 손쉽게 흐트릴수 있는 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 역세로 인하여 더 많은 활성표면을 이용할 수 있도록 하는 고효율 흡착능력과 역세의 효율을 증가함으로써 대용량의 처리유량을 유지할 수 있고, 콤팩트한 공정 설계를 이루어 운전이 매우 간편하며 배출슬러지가 적고 약품사용량이 없으며 초기 투자비용, 유지관리비를 절감할 수 있는 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 뚜렷한 결정구조를 가진 금속규산알루미늄 수화물로서, 중금속 흡착력이 우수하여 가열시 수분은 잃지만 결정구조는 거의 또는 전혀 변하지 않고, 수분이 제거시 가역적으로 물 혹은 통로나 구멍을 통과할 정도로 작은 다른 분자를 흡수하여 기체와 액체를 건조하거나, 분자체의 크기나 모양에 따라 분자를 분리하는데 사용되는 제올라이트와, 섬유를 소재로 하여 직조된 원통형태의 지지막을 여과재로 구성하며 지지막 위에 형성된 동적막과, 상기 제올라이트를 원수 탱크에 주입하여 물이 잘 분산되도록 교반을 시키시키는 교반기와, 상기 교반기에 의해 분산된 제올라이트 용액을 상기 동적막 내부로 주입하고, 상기 원수탱크에 주입된 코발트, 세슘 등의 중금속 방사성 폐액을 상기 동적막 내부로 유입되도록 하는 액체 펌프와, 상기 제올라이트에 흡착이 이루어지고 중금속 방사성 폐액의 처리유량이 감소하면 제올라이트 흡착량이 포화를 방지하기 위해 공기 역세(Back wash), 물역세를 제공하는 컴프레셔와, 상기 동적막에 의해 중금속 흡착에 의해 정수된 물, 흡착이 이루어지지 않은 물을 바이패스하여 다시 원수탱크로 주입하여 연속적인 처리를 제공하는 밸브로 구성된 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 여과 시스템을 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 증류수가 주입된 원수탱크에 뚜렷한 결정구조를 가진 금속규산알루미늄 수화물로서, 중금속 흡착력이 우수하여 가열시 수분은 잃지만 결정구조는 거의 또는 전혀 변하지 않고, 수분 제거시 가역적으로 물 혹은 통로나 구멍을 통과할 정도로 작은 다른 분자를 흡수하여 기체와 액체를 건조하거나, 분자체의 크기나 모양에 따라 분자를 분리하는데 사용되고는 제올라이트를 주입하여 교반기 또는 블로어를 이용하여 상기 제올라이트가 잘 분산되도록 하는 제 1 과정; 상기 원수탱크와 동적막 사이 연결된 밸브를 열고 액체 펌프를 사용하여 증류수와 제올라이트의 혼합액체를 동적막 내부 모듈에 주입하는 제 2 과정; 상기 액체펌프와 동적막 사이 연결된 압력계는 상기 제올라이트의 혼합액체가 동적막 내부의 지지막에 여과층(Gel-layer)을 형성하면서 내부 모듈의 압력이 1~1.5bar까지 상승하도록 조정하는 제 3 과정; 및 방사성 폐액 중의 코발트, 세슘 등의 중금속으로 오염된 폐액을 원수탱크에 주입하면 상기 액체펌프는 연속적으로 가동중에 있어 방사성 폐액이 동적막 모듈 내부로 유입되고, 제올라이트에 의해 폐액이 흡착되는 제 4 과정;을 포함하여 이루어지는 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법을 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 제 4 과정이 이루어진 후, 방사성 폐액 처리유량이 감소하여 제올라이트 흡착량이 포화가 이루어지면 컴프레셔를 이용하여 공기역세 또는 물역세를 불어 상기 여과층을 무너뜨린 후 다시 여과층이 이루어지고 제올라이트에 폐액이 흡착되는는 제 5 과정을 더 포함하여 이루어 지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 방사성 폐액 제거를 위한 막분리-흡착 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 방사성 폐액 제거를 위한 막분리-흡착과정을 나타내는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 방사성 폐액 제거를 위한 동적막 모듈을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 동적막 모듈내 구성된 지지막을 나타내는 구성도이다. 도 6은 상기 도 5의 지지막의 세부 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 동적막 모듈의 공정 시작전의 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 제올라이트가 유입된 공정 후의 동적막 모듈의 상태를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명에 따른 동적막 형성의 처리 공정을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 동적막 내 지지막의 구성을 나타내는 도면이며, 도 11은 본 발명에 따른 동적막 내 지지막의 세부구성을 나타내는 구성도이며, 도 12는 본 발명에 따른 제올라이트의 중금속 처리공정을 나타내는 도면이며, 도 13은 본 발명의 폐액 제거를 위한 역세에 따른 처리수 유량의 실험 데이터를 나타낸다.

상기 첨부도면 도 2를 참조하여 시스템의 구성을 살펴보면, 참조번호 1은 방사성 폐액 제거를 위해 물, 증류수 등의 원수, 방사성 중금속 폐액등을 주입하는 원수탱크을 나타내고, 2는 상기 원수탱크(1)에 주입하는 것으로, 뚜렷한 결정구조 를 가진 금속규산알루미늄 수화물로서, 중금속 흡착력이 우수하여 가열시 수분은 잃지만 결정구조는 거의 또는 전혀 변하지 않고, 수분이 제거시 가역적으로 물 혹은 통로나 구멍을 통과할 정도로 작은 다른 분자를 흡수하여 기체와 액체를 건조하거나, 분자체의 크기나 모양에 따라 분자를 분리하는데 사용되는 제올라이트를 나타낸다.

참조번호 3은 상기 제올라이트(2)를 상기 원수 탱크(1)에 주입하여 물이 잘 분산되도록 교반을 시키시키는 교반기를 나타내고, 7은 섬유를 소재로 하여 직조된 원통형태의 지지막을 여과재로 구성하며 지지막 위에 형성되어 폐액 흡착 및 막분리를 제공하는 동적막을 나타낸다.

참조번호 5는 상기 교반기(3)에 의해 분산된 제올라이트(2) 용액을 상기 동적막(7) 내부로 주입하고, 상기 원수탱크(1)에 주입된 코발트, 세슘 등의 중금속 방사성 폐액을 상기 동적막(7) 내부로 유입되도록 하는 액체 펌프를 나타내고, 4는 상기 원수탱크(1)와 연결되고 상기 동적막(7)로 유입되는 제올라이트(2) 용액 또는 방사성 폐액의 양을 조절하기 위한 2-way 밸브를 나타낸다.

참조번호 6은 상기 원수탱크(1)에서 주입된 제올라이트(2) 용액의 유입에 따라 동적막(7)내의 일정한 압력을 조절하는 압력계를 나타내고, 8은 상기 동적막(7)에 의해 중금속 흡착에 따라 정수된 물을 투과하는 투과수(11) 및 흡착이 이루어지지 않은 물을 바이패스(10)하여 다시 원수탱크로 주입하는 양을 조절하는 2-way 밸브를 나타낸다.

참조번호 9는 상기 제올라이트(2)에 흡착이 이루어지고 중금속 방사성 폐액 의 처리유량이 감소하면 제올라이트 흡착량이 포화를 방지하기 위해 공기 역세(Back wash), 물역세를 제공하는 컴프레셔를 나타내고 물이 컴프레셔로 들어오지 못하게 체크밸브(12)로 연결한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법을 첨부된 도 3을 참조하여 그 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 증류수가 주입된 상기 원수탱크(1)에 뚜렷한 결정구조를 가진 금속규산알루미늄 수화물로서, 중금속 흡착력이 우수하여 가열시 수분은 잃지만 결정구조는 거의 또는 전혀 변하지 않고, 수분 제거시 가역적으로 물 혹은 통로나 구멍을 통과할 정도로 작은 다른 분자를 흡수하여 기체와 액체를 건조하거나, 분자체의 크기나 모양에 따라 분자를 분리하는데 사용되고는 제올라이트(2)를 주입하여 교반기(3)를 이용하여 상기 제올라이트가 잘 분산되도록 한다.(S10 단계참조)

이때, 상기 제올라이트가 잘 분산되도록 블로어 사용할 수도 있다.

상기 원수탱크(1)와 동적막(7) 사이 연결된 2-WAY 밸브(4)를 열고 액체 펌프(5)를 사용하여 증류수와 제올라이트(2)의 혼합액체를 동적막 내부 모듈에 주입하고,(S20 단계참조)

이때, 도 4에서 도시된 바와 같이 상기 동적막은 상기 도 6에 도시된 바와 같이 능직물 방식으로 직조된 지지막은 폴리에스테르 또는 나일론 섬유로 구성하여 MEMBRANE 격자 형태로 교차되고, 도 5에 도시된 바와 같은 구조로 지지막이 1 ~ 3 미터(M)의 길이로 관내에 형성되고 폐액 제거를 위해 시스템 구성 중 동적막은 전체적으로 수직 또는 경사형 외부에 하나의 관내에 모듈로 구성되어 있다.

이때, 상기의 과정에서 동적막(7) 내부에 증류수와 제올라이트(2)의 혼합액체를 동적막 내부 모듈에 주입하기 전 지지막은 흰색으로 구성되지만, 제올라이트가 지지막에 층을 이루면 도 8에 도시한 바와 같이 회색으로 변화되는 것을 알 수 있다.

상기 액체펌프(5)와 동적막(7) 사이 연결된 압력계(6)는 상기 제올라이트(2)의 혼합액체가 동적막(7) 내부의 지지막에 여과층(Gel-layer)을 형성하면서 내부 모듈의 압력이 1~1.5bar까지 상승하도록 조정한다.(S30 단계참조)

상기와 같은 절차가 완료되면 방사성 폐액을 제거할 수 있는 준비 단계가 완료되며, 이때, 상기 원수탱크(1)에 방사성 폐액 중의 코발트, 세슘 등의 중금속으로 오염된 폐액을 주입하면(S40 단계참조) 상기 액체펌프(5)는 연속적으로 가동중에 있으며 상기 방사성 폐액이 동적막(7) 모듈 내부로 유입된다,(S50 단계참조)

상기의 과정에 따라 중금속 방사성 폐액은 상기 동적막(7)내에 유입된 제올라이트(2)에 의해 흡착된다.(S60 단계참조)

한편 도 9에서 도시된 바와 같이 상기 과정에 의해 중금속 폐액이 동적막(7)에 유입되면 도 12에서에 도시된 바와 같이 제올라이트(2)의 기공 크기가 중금속 원소보다 작아서 통과하지 못하여 기공 내부에 달라 붙는 경우로 흡착현상이 발생한다. 또한, 도 11에서 제시된 바와 같이 지지막 기공사이로 가로 질러 놓인 형상에 2개 이상의 입자가 동시에 부딪쳐 지지막 기공에 끼인 경우와, 지지막 기공이 입자에 의해 부분적으로 차단되어 작은 입자가 지지막 기공으로 통과하지 못하게 되고, 특별한 표면 작용 예를 들어 입자와 지지막이 반대 전하를 띈 경우로 입자가 지지막 기공 내부에 달라붙는 경우로 흡착현상이 발생한다.

상기의 과정에서 제올라이트(2)에 흡착된 폐액 량이 증가함에 따라 방사성 폐액 처리유량이 감소하게 되고 따라서 제올라이트 흡착량이 포화가 이루어지면 상기 컴프레셔(9)를 이용하여 공기역세 또는 물역세(Back wash)를 불어 상기 여과층을 무너뜨린 후 다시 여과층이 이루어지고 제올라이트에 폐액이 흡착된다.(S70 단계참조)

이때, 컴프레셔(9)는 공기 역세, 물 역세 등으로 일정 주기마다 실시하거나 막간 차압이 일정이상이 되거나 처리 유량이 감소될 때 실시할 수도 있는데 도 13은 역세하지 않은 경우, 역세 절차를 진행할 때 처리수 유량을 나타내는 도면이다.

이때, 상기의 절차에 의해 중금속 흡착이 이루어져 정수된 물은 상기 2-WAY 밸브(8)을 조절하여 상기 투과수(11)로 유출되고(S80 단계참조), 동일하게 상기 2-WAY 밸브(8)을 조절하여 흡착이 되지 않은 물은 바이패스(10)하여 원수탱크에 다시 주입하여 연속적인 처리가 가능하도록 한다.(S90 단계참조)

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법 및 이를 이용한 여과 시스템은 중금속 흡착력이 우수한 제올라이트 와 투과 및 역세가 가능한 막분리의 장점을 일체형 공정을 제작하여 고효율의 흡착능력과 처리용량의 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 섬유를 소재로 하여 직조된 관형의 형태로 지지막을 여과재로 구성하고 지지막 위에 형성된 동적막(Dynamic Membrane)을 여과층으로 이용하기 때문에 자체 컴프레셔로 여과층에 공기, 물로 역세(back wash)를 하여 여과층을 이룬 제올라이트를 손쉽게 흐트릴수 있어 공정상 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 중금속 폐액을 흡착하는 동적막을 외부에 구성하므로 동적막 교체시 신속하고 편리하게 교체함으로 작업자의 편의를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 역세로 인하여 더 많은 활성표면을 이용할 수 있도록 하는 고효율 흡착능력과 역세의 효율을 증가함으로써 대용량의 처리유량을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 콤팩트한 공정 설계를 이루어 운전이 매우 간편하며 배출슬러지가 적고 약품사용량이 없으며 초기 투자비용, 유지관리비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 뚜렷한 결정구조를 가진 금속규산알루미늄 수화물로서, 중금속 흡착력이 우수하여 가열시 수분은 잃지만 결정구조는 거의 또는 전혀 변하지 않고, 수분 제거시 가역적으로 물 혹은 통로나 구멍을 통과할 정도로 작은 다른 분자를 흡수하여 기체와 액체를 건조하거나, 분자체의 크기나 모양에 따라 분자를 분리하는데 사용되는 제올라이트와, 섬유를 소재로 하여 직조된 원통형태의 지지막을 여과재로 구성하며 지지막 위에 형성된 동적막과, 상기 제올라이트를 원수 탱크에 주입하여 물이 잘 분산되도록 교반을 시키시키는 교반기와, 상기 교반기에 의해 분산된 제올라이트 용액을 상기 동적막 내부로 주입하고 , 상기 원수탱크에 주입된 코발트, 세슘 등의 중금속 방사성 폐액을 상기 동적막 내부로 유입되도록 하는 액체 펌프와, 상기 제올라이트에 흡착이 이루어지고 중금속 방사성 폐액의 처리유량이 감소하면 제올라이트 흡착량이 포화를 방지하기 위해 공기 역세(Back wash), 물역세를 제공하는 컴프레셔와, 상기 동적막에 의해 중금속 흡착에 의해 정수된 물, 흡착이 이루어지지 않은 물을 바이패스하여 다시 원수탱크로 주입하여 연속적인 처리를 제공하는 밸브로 구성된 방사성 폐액 제거 막분리- 흡착 여과 시스템에 적용하기 위한 방사성 폐액 제거를 위한 막분리-흡착 방법에 있어서,

   증류수가 주입된 원수탱크에 상기 제올라이트를 주입하여 교반기 또는 블로어를 이용하여 상기 제올라이트가 잘 분산되도록 하고 상기 원수탱크와 동적막 사이 연결된 밸브를 열고 액체 펌프를 사용하여 증류수와 제올라이트의 혼합액체를 폴리에스테르 또는 나일론 섬유로 구성하여 맴버레인(MEMBRANE) 격자 형태로 교차되어 능직물 방식으로 직조된 원통형태의 지지막을 1 ~ 3 미터(M)의 길이로 관내에 형성하여 폐액 제거를 하는 동적막 내부 모듈에 주입하는 제 1 과정;

   상기 액체펌프와 동적막 사이 연결된 압력계는 상기 제올라이트의 혼합액체가 동적막 내부의 지지막에 여과층(Gel-layer)을 형성하면서 내부 모듈의 압력이 1~1.5bar까지 상승하도록 조정하는 제 2 과정; 및

   방사성 폐액 중의 코발트, 세슘 등의 중금속으로 오염된 폐액을 원수탱크에 주입하면 상기 액체펌프는 연속적으로 가동중에 있어 방사성 폐액이 동적막 모듈 내부로 유입되고, 제올라이트의 기공 크기가 폐액의 중금속 원소의 기공보다 작아서 지지막 기공 사이로 가로 질러 놓인 형상에 2개 이상의 폐액입자가 동시에 부딪쳐 지지막 기공에 끼이러나 페액입자와 지지막이 반대 전하를 띄게 되어 폐액입자가 지지막 기공 내부에 흡착되는 제 3 과정;

   방사성 폐액 처리유량이 감소하여 제올라이트 흡착량이 포화가 이루어지면 컴프레셔를 이용하여 공기역세 또는 물역세를 불어 상기 여과층을 무너뜨린 후 다시 여과층이 이루어지고 제올라이트에 폐액이 흡착되는 제 4 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사성 폐액 제거를 위한 막분리- 흡착 방법.
3. 삭제

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