KR100613206B1 - 하수 및 오폐수 3차 처리 시스템의 반응조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침전지 유출수를 물리·화학·생물학적 반응에 의해 처리하는 반응조의 유출부측에 설치된 메인 웨어의 양측으로 소정길이의 분기 웨어를 구비하여 웨어의 총면적을 증대시킴으로써 월류 부하율을 감소시키고, 침적된 플록의 유출을 방지하여 양호한 방류수질을 확보할 수 있는 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조에 관한 것이다.

본 발명은, 침전지 유출수에 포함된 오염물질을 생물학적 반응과 물리·화학적 반응으로 침적시켜 제거하기 위한 여재가 충진되는 공간이 제공되며, 바닥면이 유입수측에서 유출수측 방향으로 상향되는 소정의 기울기를 가지는 틀체; 상기 틀체의 유출수측 상부에 설치되며, 정화되어 월류하는 처리수를 외부로 방류하기 위한 메인 수로와 상기 메인 수로 양측에서 소정 길이 만큼 연장된 분기수로가 구비된 웨어; 및 상기 웨어의 메인 수로 저면에서 틀체 바닥면으로 가로질러 설치되며, 하부의 소정구간에 다수의 관통홀이 형성된 제 2 정류벽을 포함하는 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조를 제공한다.

Description

하수 및 오폐수 3차 처리 시스템의 반응조{A REACTING PLANT FOR TERTIARY SEWAGE TREATMENT SYSTEM}

도1은 종래 기술에 따른 다공성 여재를 이용한 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 개요도.

도2는 종래 기술에 따른 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템에 적용되는 반응조의 구성을 나타낸 개략적인 모식도.

도3은 도2의 반응조를 이용한 처리수의 흐름을 나타낸 상태도.

도4는 본 발명에 의한 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템에 적용되는 반응조의 일 실시예의 구성을 나타낸 정면도.

도5는 본 발명의 요부인 웨어의 구성을 나타낸 사시도.

도6은 본 발명의 제1 분기수로와 제2 분기수로 길이의 관계도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 틀체 2: 집수 수로

3: 수문 4: 제 1 정류벽

5: 포켓 6: 드레인 밸브

7: 웨어 8: 제 2 정류벽

11: 메인 수로 12, 13: 제1 및 제2 분기 수로

본 발명은 하수처리장 침전지 유출수를 정화시켜 중수도 등 목적별 재이용수로 활용할 수 있는 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템에 적용되어 횡류식으로 침전·여과를 수행하는 반응조에 관한 것으로, 특히 반응조에서 처리된 후 웨어를 통해 유출되는 월류수의 부하량을 감소시킬 수 있는 하수 및 오·폐수 3차 처리시스템의 반응조에 관한 것이다.

일반적으로, 하수 및 오·폐수에 포함된 주요 오염물질은 고형물질, 유기물질 그리고 질소, 인이다. 이러한 오염물질을 처리하는 공법으로는 도 1에 도시된 바와 같이 처리방식에 따라 1차 처리, 2차 처리, 3차 처리로 분류되고 있는데, 상기 1차 처리는 침전성이 양호한 부유 물질을 물리적으로 제거하는 것이며, 주처리 단계인 2차 처리는 용존성 유기물 및 유기성 고형물을 처리하는 것으로 주로 생물학적 방법을 이용한다. 3차 처리는 물리, 화학, 생물학적 처리방법을 이용하여 2차 처리에서 제거되지 않은 유기물과 영양염류를 제거하여 양질의 처리수를 유지하는 것이다.

여기서, 생물학적 2차 처리에 가장 많이 사용되고 있는 방법은 활성슬러지법(activated sludge)이며, 유기물 제거율은 평균 90%를 목표로 하고 있다. 그러나, 정상적으로 운영되는 생물학적 2차 처리방법 역시 오염물질 처리에 한계가 있으므로 양질의 처리수를 유지하기 위해서는 다음과 같이 3차 처리가 필요하다.

하수의 3차 처리는 처리 대상물질에 따라 다음과 같은 방법들이 이용된다. 부유 물질을 포함한 유기물질을 대상으로 할 경우 급속 모래 여과, 응집침전 그리고 막분리법 등이 이용되며, 영양염류 중 질소를 대상으로 할 경우에는 생물학적 질화/탈질법이 이용되고, 인의 경우는 응집침전과 기타 생물학적 방법, 그리고 생물학적 질소·인 동시제거법과 이상의 변형 공법이 많이 이용되고 있다.

이들 3차 처리 공법들은 잦은 역세척 실시에 따른 유지관리의 어려움이 따르고, 시설비가 고가인 문제점이 있을 뿐만 아니라, 질소 및 인을 제거하기 위해 반응조가 필요하며, 고도의 유지관리기술이 필요한 문제점이 있다.

상기에서 열거한 하수 및 오폐수 3차 처리 방법의 문제점을 해결하고자, 본원출원인은 국내 특허출원 제10-2001-0064830호에서 표면적이 크고 공극율이 높은 다공성 여재를 횡류식 침전 ·여과지에 충진시켜 물리·화학·생물학적 반응을 최적화함으로써 침전지 유출수에 포함된 유기물과 영양염류를 동시에 제거하여 중수도 등 목적별 재이용수로 활용할 수 있는 다공성 여재를 이용한 하수의 3차 처리 장치 및 방법과, 국내 특허출원 제10-2002-0079194호에서 반응조의 바닥부 경사면에 단계별로 수평 바닥판을 설치하고, 크기가 다른 분출홀을 갖는 배관을 상기 수평 바닥판에 설치함으로써, 공기방울의 크기가 균일하며, 일률적인 속도로 분출되도록 하여 반응조내에 채워진 다공성 여재를 균일하고 신뢰적으로 세척할 수 있는 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 역세척 장치를 제안한 바 있다.

본원출원인에 의해 제안된 특허들에 적용되는 반응조는 도2 및 도3에 도시된 바와 같은 구성을 가진다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 반응조는 유입조(101)와; 유공정류벽(105)에 의해 전단반응조(102)와 후단반응조(103) 및 방류조(104)로 구획되며, 침전지 유출수의 내부 유속분포를 균등하게 할 수 있도록 전단반응조(102)의 유입부 면적을 후단반응조(103)의 유출부 면적보다 크게 형성한 구조로 되어 있다. 이는 반응조 전단부의 슬러지 침적으로 인한 단면적 감소를 고려하여 유속불균형 현상을 방지한 구조이다. 즉, 슬러지가 전단반응조(102)에 주로 침적되어, 통수능이 저하될 가능성이 있는 것을 상기와 같이 면적비를 달리함으로써 원활한 유지관리와 처리효율을 지속적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 후단반응조(103)와 방류조(104)를 구획하는 유공정류벽(105)의 중간부에 후단반응조(103)내측을 향하여 연장하는 별도의 상단 정류벽(106)을 설치하고, 방류조측 상단부에 웨어(weir)를 설치하여 상기 후단반응조(103)의 상단 유입부의 흐름은 후단반응조(103)의 상단 유출부를 통해 웨어로 유입되고, 후단반응조(103)의 하단 유입부의 흐름은 후단반응조(103)의 하단 유출부를 통해 상승하여 웨어로 유입되도록 하여 상기 전단반응조(102)와 후단반응조(103)의 조내의 사수지역(dead space)을 최소화할 수 있도록 하고 있다.

상기와 같은 구조의 반응조는 중력에 의한 수평류를 이용함으로써 별도의 운전동력이 필요치 않으며, 일반 여과공법에 비해 공극의 막힘 현상이 적고, 타 공법에 비해 역세척 주기가 월등히 길어 동력소요가 적게 드는 효과가 있다.

그러나, 상기에서 제시된 종래의 반응조에서, 웨어가 일정한 폭과 길이를 가짐으로써 그를 통해 유출되는 월류수의 부하가 증가하는 문제점이 있다. 즉, 웨어 를 통과하는 통과유량의 변수에 따라 웨어의 월류 부하율이 증가되고, 이에 따라 반응조에서 처리되어야 할 유입수가 미처 처리되지 못한 상태로 방류되거나, 반응조 후단에 침적된 플록(floc)이 부상하여 웨어를 통해 방류될 수 있어 양호한 수질을 확보하는데 어려움이 따르는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 침전지 유출수를 물리·화학·생물학적 반응에 의해 처리하는 반응조의 유출부 측에 설치된 메인 수로의 양측으로 소정길이의 분기 수로를 구비하여 메인 수로와 분기 수로로 구성되는 웨어의 총면적을 증대시킴으로써 월류 부하율을 감소시키고, 침적된 플록의 유출을 방지하여 양호한 방류 수질을 확보할 수 있는 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 침전지 유출수에 포함된 오염물질을 생물학적 반응과 물리·화학적 반응으로 침적시켜 제거하기 위한 여재가 충진되는 공간이 제공되며, 바닥면이 유입수측에서 유출수측 방향으로 상향되는 소정의 기울기를 가지는 틀체; 상기 틀체의 유출수측 상부에 설치되며, 정화되어 월류하는 처리수를 외부로 방류하기 위한 메인 수로와 상기 메인 수로 양측에서 소정 길이 만큼 연장된 제1 및 제2 분기수로가 구비된 웨어; 및 상기 웨어의 메인 수로 저면에서 틀체 바닥면으로 가로질러 설치되며, 하부의 소정구간에 다수의 관통홀이 형성된 제 2 정류벽을 포함하는 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조를 제공 한다. 상기 제 1 및 제 2 분기수로는 상기 메인 수로와 일정한 각도를 이루고 연장되는 것이 가능하지만 각 분기수로와 메인 수로는 직각을 이루는 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로 상기 제 2 정류벽은 상기 틀체 바닥면에 대해 직립하여 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도 4 내지 도 7의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조는 정해진 조내에서 웨어의 면적을 크게 하여 월류 부하율을 감소시킬 수 있도록 구현한 것으로, 본 발명은 도4에 도시된 바와 같이, 두개의 반응조가 하나의 중앙수로를 중심으로 양측으로 대칭되게 설치된 구조를 보여주고 있다. 그러나, 본 실시예에서는 상기 반응조가 이러한 대칭구조를 갖는 것에 국한하는 것은 아니고, 단일의 반응조로도 구성할 수 있음은 당업자에 의해 주지된 사실이다.

본 발명에서는 대칭되게 구성된 두개의 반응조 중에서 중앙수로를 중심으로 일측 반응조만을 설명한다.

상기 반응조는 도면에 도시된 바와 같이, 침전지 유출수에 포함된 오염물질을 생물학적 반응과 물리·화학적 반응으로 침적시켜 제거하기 위한 여재를 충진할 수 있는 공간(1a)이 제공되며, 바닥면이 유입수측에서 유출수측 방향으로 상향되는 소정의 기울기(θ)를 가지는 틀체(1)와; 상기 틀체의 일측 상부에 형성되어 중앙유로를 형성하여 외부로부터 유입되는 침전지 유출수를 집수하며, 하부에 출입공동구(2a)를 형성하는 집수 수로(2)와; 상기 집수 수로(2)의 측면에 설치되어 그를 통과 하는 침전지 유출수를 틀체(1)내로 유입하기 위해 개폐되는 수문(3)과; 상기 수문(3)과 소정거리를 두고 틀체(1)내에 직립되게 설치되며, 집수 수로(2)를 통해 유입되는 침전지 유출수의 통과유속을 균일하게 하기 위해 다수의 관통홀(4a)이 형성된 제1 정류벽(4)과; 상기 제1 정류벽(4) 일측의 틀체(1) 바닥면에 설치되며, 침적된 슬러지를 모아 배출하기 위한 포켓(5)과; 상기 출입공동구(2a)의 소정위치에 설치되어 상기 포켓(5)에 모여진 침적 슬러지를 외부로 배출하여 제거하기 위한 드레인 밸브(6)와; 상기 틀체(1)의 유출부측 상부에 설치되며, 정화되어 월류하는 처리수를 외부로 방류하기 위한 메인 수로(11)와 상기 메인 수로(11) 양측에서 직각방향으로 소정 길이 만큼 연장된 제1 및 제2 분기 수로(12, 13)가 구비된 웨어(7); 및 상기 웨어(7)의 메인 수로(11) 저면에서 틀체(1) 바닥면으로 가로질러 직립되게 설치되며, 하부의 소정구간에 다수의 관통홀(8a)이 형성된 제2 정류벽(8)을 포함한다.

여기서, 상기 틀체(1)는 집수 수로(2)가 위치하는 곳이 전단반응부가 되고, 웨어(7)가 위치하는 곳이 후단반응부가 되며, 유입수가 제1 정류벽(4)을 통해 전단반응부에서 후단반응부를 향하여 횡류식으로 흐르는 사각구조로 되어 있다.

상기 제 2 정류벽(8)은 도 5에 도시된 바와 같이 총 높이의 1/2에 해당하는 하부에만 다수의 관통홀(8a)이 형성되어 틀체(1)내에서 횡방향으로 흐르는 처리수를 상류수와 하류수로 분리하되, 월류 시간을 달리하여 웨어(7)로 월류되도록 한 구조로 되어 있다. 이는 제 2 정류벽(8)에 의해 SS(Soluble Solid)농도가 낮은 상류수와 SS농도가 높은 하류수가 각각 분리되어 흐르도록 하되, 상류수는 웨어(7)의 제1 분기수로(12)로 월류하고, 상기 관통홀(8a)을 통과한 하류수는 제2 정류벽(8) 후단부에서 상승하여 제2 분기수로(13)로 월류함으로써, 침전효율을 증대시킬 수 있도록 하기 위함이다. 틀체(1) 내에서 횡방향으로 흐르는 처리수를 상류수와 하류수로 구분하기 위해 제 2 정류벽(8)의 전체 높이의 1/2 이하에 다수의 관통홀(8a)을 형성한다고 언급하였으나, 당업자라면 1/2라는 숫자는 단순한 예시임을 인식할 것이다.

상기 웨어(7)의 메인 수로(11) 양측에 설치된 제1 및 제2 분기 수로(12, 13)는 웨어(7)의 월류 부하량을 감소시킬 수 있도록 설치한 것으로서, 이때 전단반응부에서 후단반응부로 흐르는 처리수가 처음 접하는 분기수로가 제1 분기수로(12)이고, 그 반대측 수로가 제2 분기수로(13)를 의미한다.

상기 웨어(7)의 길이는 도6에 도시된 바와 같이, 메인웨어(11)에서 양측으로 분기된 분기수로의 길이를 합산한 길이를 의미하며, 통과유량의 변수를 감안하여 결정된다.

본 실시예에서는 제1 분기수로(12)가 제2 분기수로(13)의 길이보다 소정 길이 만큼 길게 형성된 구조로 되어 있으며, 바람직하기로는 제1 분기수로(12)와 제2 분기수로(13)의 비율을 6:4 ∼ 7:3으로 설치하는 것이다. 본 도에서는 상기 제1 분기수로(12)가 3개 설치되고, 제2 분기수로(13)가 2개 설치된 예를 보여주고 있으며, 이때, 상기 제1 분기수로(12)의 총 길이(L1 ∼ L12를 모두 합한 길이)가 제2 분기수로(13)의 총 길이(L'1 ∼ L'9를 모두 합한 길이)보다 길게 형성된다.

상기 메인 수로(11) 양측에 길이가 다른 분기 수로를 설치한 것은 횡류식 틀 체(1)의 상측에서 흐르는 상류수는 SS농도가 낮은 반면에, 제1 분기수로(12)를 통해 월류하는 처리수의 통과유량이 크므로 웨어의 길이가 길어야 하고, 하부측에서 흐르는 하류수는 슬러지의 침전에 의해 SS농도가 높은 반면에, 제2 분기수로(13)를 통해 월류하는 처리수의 통과유량이 작으므로, 웨어의 길이가 상대적으로 짧아도 되기 때문이다.

이와 같이, 제1 및 제2 분기수로(12, 13)의 길이의 차이에 의해 월류 시간을 달리함으로써 웨어(7)를 통과하는 월류 부하를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제2 정류벽 후단에 침적된 플록(floc)이 부상하여 웨어로 월류되는 것을 방지할 수 있다.

만일, 제1 및 제2 분기수로(12, 13)의 길이를 1:1로 동일하게 하였을 경우에는 제2 분기수로(13)에 비해 상대적으로 제1 분기수로(12)로 월류하는 통과유량이 많은 구조 특성에 비추어 볼 때, 제1 분기수로(12)로 월류하는 상류수의 월류 부하율이 증가하므로, 제 2 정류벽(8)의 하측 관통홀(8a)을 통과해 제2 분기수로(13)측으로 월류되어야 할 SS농도가 높은 하류처리수가 제 2 정류벽(8)을 관통홀(8a)을 통과하기 전에 상승하여 제1 분기 수로로(12)로 월류하기 때문에 안정된 수질확보를 이룰 수가 없다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 반응조는 별도의 동력이 필요 없는 자연유하 방식의 중력 침전 원리에 주로 의존하는 횡류식 침전·생물여과지로서, 이의 작용상태를 설명한다.

먼저, 2차 침전지에서 처리된 침전지 유출수는 두개의 틀체(1)의 집수 수로 를 결합하여 형성한 중앙 수로에 저류되어 있다가 수문이 개방되었을 때, 제 1 정류벽(3)을 통해 틀체(1) 내부로 유입된다. 상기 틀체(1)내에는 소정 크기의 표면적과 공극을 가진 다공성 여재가 채워져 있으며, 상기 유입수를 이 여재에 통과시켜 물리·화학·생물학적 반응에 의해 하수에 잔존하는 부유 물질과 유기물질을 침적, 분해한다.

상기와 같이 생물학적 작용에 의해 처리된 처리수는 횡류식으로 틀체(1)의 후단반응부로 흐르게 된다. 이때, 틀체(1)의 전단반응부에서 침적된 슬러지와 후단반응부에서 침적된 슬러지는 제 1 정류벽(3) 일측의 틀체 바닥면에 설치된 포켓(5)에 쌓이게 된다. 상기 포켓(5)에 쌓인 슬러지는 출입공동구(2a)에 설치된 드레인 밸브(6)를 통해 외부 농축조로 이송하여 처리하거나 탈수 처리된다.

상기 틀체(1)내에서의 처리수는 횡류하면서 슬러지가 침적되는 동안에 상류수는 SS농도가 낮은 상태로 흐르고, 하류수는 SS농도가 높은 상태로 흐르게 된다.

상기 상류수는 제 2 정류벽(8)을 타고 상승하여 제1 분기수로(12)를 통해 월류하여 메인 수로(11)로 유입되며, 상기 하류수는 제 2 정류벽(8)의 관통홀(8a)을 통과하여 슬러지를 침적한 후, 부상하여 제2 분기수로(13)를 통해 월류하여 메인 수로(11)로 유입된다.

이때, 상기 제1 분기수로(12)의 길이가 충분히 길게 형성되어 있으므로, 웨어(8)의 월류 부하율이 감소되고, 또 SS농도가 높은 하류수가 관통홀(8a)을 통과할 때 플럭(floc)이 안정되게 침적되어 상기 웨어를 통해 방류되는 수질을 양호하게 할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반응조의 웨어에 분기수로를 다수 구비하여 웨어 길이를 충분히 확보함으로써 통과 유량의 변동에 관계없이 월류 부하율을 최대한 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상류수와 하류수의 월류 시간이 다르게 되도록 제 2 정류벽이 높이의 절반으로 나눈 2단 분리 구조 즉, 하부벽에는 다수의 관통홀을 형성하여 하류수가 통과되도록 하고, 상류수는 바로 웨어로 월류시키는 구조로 형성하여, 제2 정류벽 후단부에 침적된 플록을 안정화시켜 웨어로 유출되는 것을 방지하며, 이에 따라 양호한 방류 수질을 확보할 수 있는 다른 효과를 가진다.

Claims (8)

1. 침전지 유출수에 포함된 오염물질을 생물학적 반응과 물리·화학적 반응으로 침적시켜 제거하기 위한 여재가 충진되는 공간이 제공되며, 바닥면이 유입수측에서 유출수측 방향으로 상향되도록 이루어진 틀체;

   상기 틀체의 유출수측 상부에 설치되며, 정화되어 월류하는 처리수를 외부로 방류하기 위한 메인 수로와 상기 메인 수로 양측에서 뻗어 나온 제 1 및 제 2 분기수로가 구비된 웨어; 및

   상기 웨어의 메인 수로 저면에서 틀체 바닥면으로 가로질러 설치되며, 하부에 다수의 관통홀이 형성된 제 2 정류벽을 포함하는,

   하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 분기 수로는 상기 메인 수로와 직각을 이루는 것을 특징으로 하는, 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 틀체는

   상부에 형성되어 외부로부터 유입되는 침전지 유출수를 집수하여 상기 틀체로 유입시키기 위한 수문이 구비되고, 상기 수문 하부에 출입공동구가 형성되어 있는 집수 수로;

   상기 집수 수로의 수문과 서로 직립되도록 설치되며, 집수 수로를 통해 유입되는 침전지 유출수의 통과유속을 균일하게 하기 위해 다수의 관통홀이 형성된 제 1 정류벽;

   상기 정류벽 일측의 바닥면에 설치되며, 침적된 슬러지를 모아 배출하기 위한 포켓; 및

   상기 포켓과 서로 통하도록 상기 출입공동구에 설치되어 상기 포켓에 모여진 침적 슬러지를 외부로 배출하여 제거하기 위한 드레인 밸브를 포함하는,

   하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 틀체는 집수 수로를 중앙 수로로 하여 양측으로 대칭되게 설치된 것을 특징으로 하는, 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨어의 메인 수로 양측에 구비된 제 1 및 제 2 분기 수로는 처리수가 흐르는 방향으로 먼저 접하는 제 1 분기 수로의 길이가 타측 제 2 분기 수로의 길이보다 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는, 하수 및 오·폐수 3차 처리시스템의 반응조.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 분기 수로와 제 2 분기 수로의 길이가 6:4 ∼ 7:3의 비율로 설치되는 것을 특징으로 하는, 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2 정류벽은 바닥면과 직립되어 설치되며, 그 전체 높이 중 일정 높이 하부에만 다수의 관통홀이 형성되어 상기 제 2 정류벽을 기준으로 상측 처리수와 하측 처리수가 분리되어 웨어로 월류하도록 유도하는 것을 특징으로 하는, 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 일정 높이는 상기 전체 높이의 1/2인 것을 특징으로 하는, 하수 및 오·폐수 3차 처리 시스템의 반응조.

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