KR101084840B1 - 브라운가스 의료폐기물소각로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온열분해방식에 의한 브라운가스 의료폐기물소각로에 관한 것으로서, 브라운가스플랜트와 브라운가스 의료폐기물소각로를 연계하여 WE시스템을 구성하고 브라운가스플랜트로부터 수돗물을 연료화한 브라운가스를 자동공급받아 병원성 폐기물인 의료폐기물을 고온열분해소각처리하는 의료폐기물소각로에 관한 것이다.

브라운가스 의료폐기물소각로는 폐기물투입장치와 고온열분해실과 2차연소실로 구성된 것으로 폐기물투입구로 투입되는 폐기물은 전동윈치의 드럼에 감기는 와이어 끝에 연결된 웨이트박스의 자중에 의해 압축되어 고온열분해실로 투입되면서 순차적으로 브라운가스에 의해 고온열분해되고 이때 발생하는 건류가스는 2차연소실에서 고온소각되어 스택을 통해 무공해상태로 배기되도록 구성한 것이다.

본 발명은 감염성 폐기물을 냉동포장하여 소각장까지 운반하여 멸균소각처리하던 것을 폐기물 발생지인 병원에서 곧바로 고온열분해소각처리함으로써 경제적인 방법으로 감염성 폐기물의 확산을 방지하는 아주 유용한 발명이다.

브라운가스, 열분해, 의료폐기물소각로

Description

브라운가스 의료폐기물소각로{Brown Gas Medical Waste Incinerator}

본 발명은 고온열분해방식에 의한 브라운가스 의료폐기물소각로에 관한 것으로 고온소각에 필요한 연료를 기름이나 프로판가스 대신에 물을 연료화한 브라운가스를 연료로 사용하기 위한 것이다. 또 법정지정폐기물인 병원성 폐기물을 멀리 소각장까지 운반하지 않고 폐기물 배출지인 병원에서 직접 바로바로 처리하여 병원성 폐기물의 확산을 방지하기 위한 것이다.

의료 폐기물은 환자의 치료과정에서 사용되는 폐기물로서 주로 폐장갑류, 수술용 의류나 도구, 환자가 사용했던 붕대나 탈지면, 거즈, 수액 세트 등이 있으며, 그 외에도 혈액이나 실험에 사용되었던 피펫, 동물사체, 비이커류, 혈액백 비닐류 등이 있다. 이것들은 모두 감염성 폐기물로 분류되어 특수관리하고 있다.

감염성 폐기물은 타인에게 감염시키거나 보건상 문제로 부폐, 변질의 우려가 있어 냉동상태로 보관하여야 하며 보관장소도 다른 시설과 구분하여 특별히 관리되어야 한다.

병원성 폐기물은 폐기물 관리법에 의해 지정처리업체가 수거하여 밀폐형 차량이나 냉동차량에 의해 소각장으로 운반하여 멸균소각처리하여야 한다.

본 발명은 이러한 병원성 폐기물의 보관, 수거, 운반과정에서 야기될 수 있는 부폐, 감염 등의 문제점을 해결하여 병원성 폐기물이 발생하는 즉시 멀리가지 않고 그때그때 멸균소각처리하기 위한 것이다.

소각로 형식은 스토카방식, 로타리킬른, 유동층방식이 있지만, 최근에는 스토카소각로가 대종을 이루고 있다. 이러한 소각로는 연소실에 과잉공기를 투입하여 850℃~950℃로 소각하는 것이 보통이다. 이렇게 연소용 공기를 다량 투입하게 되면 배기가스를 양산하게 되므로 결국 막대한 공해방지시설을 할 수밖에 없어 소각로가 대형화 될 수밖에 없었던 것이다.

따라서 폐기물 배출자가 폐기물을 자가처리하기 위해서는 공기를 넣지 않고 열분해하는 방식을 채택하여 소각로를 소형화하는 것이 바람직하다.

열분해(pyrolysis)는 연소실에 공기를 차단함으로써 산소가 희박한 상태에서 폐기물을 가열하여 그 내부의 유기물질을 물리화학적으로 분해하는 것을 말한다.

열분해소각로는 일반소각로에 비해 다음과 같은 장점을 가지므로 소각로를 소형화하기에 적합하다.

(1) Sox, Nox, Hcl, 중금속 등을 포함하는 배기량이 적다.

(2) 황 및 중금속이 회분 속에 고정되는 비율이 크다.

(3) 환원성 분위기가 유지되므로 Cr+3이 Cr+6으로 변하는 일이 없다.

(4) 상대적으로 공기투입량이 적기 때문에 Nox 발생량이 적다.

(5) 열분해가스생성량이 소각배기가스량의 수분의 1 이하 정도이기 때문에 소각로를 소형화 할 수 있다.

열분해방법으로 500℃~800℃에서 열분해하는 저온법과 1100℃~1500℃의 고온으로 하는 고온법이 있으며 저온법은 고온법에 비해 타르, 유기산, 탄화물 및 액체상태의 연료가 보다 많이 생산된다. 고온법은 저온법에 비해 열분해가스(건류가스)의 생성량이 많을 뿐만 아니라 성분도 수소나 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌 등과 같은 탄화수소가 많아져서 잘 연소되므로 연료로서의 가치가 높아진다.

따라서 본 발명은 자체산소에 의해 완전연소되는 브라운가스의 고열특성을 이용하여 연소실 내부온도가 1300℃까지 올라가는 고온열분해소각로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 브라운가스 의료폐기물소각로는 하부에 브라운가스 버너가 장착된 열분해실을 구성하고 열분해실 상부일측에 자중웨이트에 의해 폐기물을 압축하는 폐기물투입장치와 또 다른 상부일측에 상단에 스택이 구성되고 브라운가스 착화버너구와 공기송풍구가 형성된 2차연소실을 구성하여 압축투입되는 폐기물이 브라운가스에 의해 열분해되어 발생하는 건류가스를 2차연소실에서 1300℃의 고온으로 소각함으로써 공해물질이 나오지 않도록 구성한 것이다.

본 발명의 브라운가스 의료폐기물소각로는 투입되는 폐기물량이 상대적으로 적을 뿐만 아니라 고온열분해방식에서 나오는 소각재는 투입되는 폐기물량의 2~4%에 불과하므로 재처리 도어를 고온열분해실 좌우측에 설치하여 간단한 방법으로 처리할 수 있게 구성한 것이다.

연소란 연소실에 공기를 불어넣어 태우는 것을 말한다. 이렇게 인류는 연소에 필요한 산소를 얻기 위해 공기를 사용하여 왔다. 이것은 공기중의 산소 21%를 쓰기 위해 79%의 질소를 넣어주는 결과를 낳는다. 즉, 폐기물을 태워 열을 내기 위해서는 과잉공기를 넣게 되고 이때 공해물질이 포함된 배기가스를 양산하여 많은 양의 열이 굴뚝으로 사라질 뿐만 아니라 막대한 공해방지시설을 해야 한다.

이러한 연소방법의 소각로는 교또협약에 따라 날로 강화되는 환경기준치를 준수할 수 없게 된다. 지금 스토카방식의 소각로가 대종을 이루고 있으나 일본과 독일의 경우 결국 이런 방식의 소각로는 없어지고 용융소각하는 방식으로 가고 있다. 근래 나온 용융소각로로는 신일본제철의 샤프트로식 고온용융소각로와 독일의 THERMOSELECT식 용융소각로가 있으나 고온을 내기 위해 막대한 에너지비용을 지불해야 하므로 경제성을 찾지 못해 보급되지 못하고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결한 것으로 본 출원인이 선출원하여 등록한 특허 제0502108호 "브라운가스 고온열분해용융소각로" 등이 있다. 브라운가스 고온열분해용융소각로는 WE시스템(WATER ENERGY SYSTEM)이 있어서 가능한 것이다.

WE시스템은 본 출원인이 선출원하여 등록한 "횡렬식 전해조를 포함한 브라운가스 대량발생장치"(특허 제0450835호, 미국 US7,014,740, 일본 제3130014호, 중국 ZL03123410.0)를 상용화한 브라운가스플랜트와, 본 출원인이 선출원하여 등록한 "열핵반응특성을 이용한 브라운가스 발열장치"(특허 제0559793호, 미국 US6,761,558, 일본 제32536098호, 중국 ZL00814523.7)를 하나의 시스템으로 연계구성한 것이다.

다시 말하면, WE시스템이란 횡렬식 전해조를 내장한 브라운가스플랜트와 브라운가스만의 발열기술에 의한 브라운가스 연소장치를 하나의 시스템으로 연계구성하여 브라운가스플랜트에서 물을 브라운가스로 변환시킨 후 브라운가스 연소설비(브라운가스 보일러, 브라운가스 소각로 등)의 내부에서 브라운가스를 발열시켜 열에너지를 만들어내는 물의 연료화 시스템을 말한다. 이렇게 WE시스템에서 만들어지는 열에너지를 워터에너지라 한다.

브라운가스플랜트에서 물의 전기분해방식으로 대량발생하는 브라운가스는 물의 구성비 그대로 수소와 산소가 2:1로 혼합된 혼합가스이므로 자체산소에 의해 완전연소되는 아주 이상적인 연료로 연소실에 공기를 불어넣어 줄 필요가 없다.

특히 저산소 분위기를 요구하는 열분해실에는 자체산소에 의해 완전연소하는 브라운가스가 공기를 필요로 하는 다른 연로보다 효과적으로 열분해를 할 수 있다.

따라서 본 발명은 브라운가스플랜트와 의료폐기물소각로를 연계구성하여 소각로 내부의 열분해실과 2차연소실에 브라운가스를 연료로 공급함으로써 효과적으로 의료폐기물을 열분해소각처리하기 위한 것이다.

본 발명의 브라운가스를 이용한 고온열분해방식은 자체산소에 의해 완전연소되는 브라운가스를 이용하여 공기가 차단된 상태에서 폐기물을 가열함으로써 효과적으로 열분해하기 위한 것이다.

브라운가스 화염을 브라운가스발열관 입구의 중심축으로 밀어 넣으면 브라운가스발열관이 벌겋게 가열되면서 출구 쪽으로 고열의 브라운가스 화기를 내뿜는다.

브라운가스발열관은 탄화규소질(SiC)의 내화물로 압축성형하여 만든 원통형의 관을 형성한 것이다.

본 발명의 의료폐기물소각로에 있어서 병원성 폐기물의 특수성을 고려하여 투입장치를 특별히 창안하지 않으면 안 된다. 일반적으로 열분해실에 폐기물을 투입하는 방법으로 압축기를 사용한다. 폐기물 호퍼 밑에 연결된 압축기방식은 스크류타입과 피스톤타입이 있다. 그러나 소형화하기 위한 본 발명의 의료폐기물소각로에 압축기를 붙이면 설비가 복잡해지고 대형화되므로 바람직하지 못하다.

그래서 유럽에서 현재 사용하고 있는 열분해방식을 채택한 소형소각로를 보면 압축기를 사용하지 않고 열분해실 상부에 뚜껑을 구성하여 뚜껑을 열고 폐기물을 봉지째 집어넣는 방법을 쓰고 있다. 그러나 이것은 투입된 폐기물을 전량 한꺼번에 가열하여 열분해시켜야 하므로 열분해방식으로 효과적이지 못하고 시간이 오래 걸리는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

또한 고온로에 밀폐형 도어를 설치할 경우 고열에 견디는 석면패킹을 사용하 여야 하므로 문제가 된다. 즉, 석면패킹은 부서지거나 마모되기 쉽기 때문에 도어의 밀폐수단으로 부적합하다. 또 석면은 최근 발암물질로 판명되어 사용을 해서는 안 된다.

따라서 본 발명은 열분해실 상부에 폐기물투입장치를 구성한 것으로 전면에 오픈된 투입구를 형성하고 내부에 무겁고 평평한 웨이트박스를 설치하여 웨이트박스의 자중에 의해 폐기물을 압축하도록 구성한다. 이 웨이트박스는 윈치에 의해 상하로 작동하므로 사용자는 스위치만 넣으면 쉽게 작동할 수 있는 것이다.

이렇게 열분해실로 압축투입되는 폐기물은 맨 밑부분부터 순차적으로 브라운가스 화염의 고열에 의해 직접 가열되므로 신속하게 열분해가 일어난다.

또한 열분해실에서 발생하는 건류가스를 브라운가스로 고온소각하기 위해서는 열분해실 상부에 2차연소실을 구성하여야 한다. 2차연소실에는 브라운가스버너공과 브로워에 의해 연소용 공기를 투입하는 송풍구를 구성하도록 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 브라운가스를 연료로 사용하는 열분해실의 구성과 아울러 2차연소실의 구성을 보다 효과적으로 구성하는 것이다. 즉, 열분해 후 발생하는 건류가스를 효과적으로 고온소각하기 위한 2차연소실의 구성과 아울러 2차연소실에서 발생하는 고열을 열분해실의 열로 이용할 수 있는 방안을 창안하는 것이다.

또 저산소 분위기를 요구하는 열분해실에 의료폐기물을 효과적으로 압축투입 하기 위한 의료폐기물 투입장치를 제안하기 위한 것이다.

따라서 본 발명의 의료폐기물소각로는 No.1 브라운가스버너에 의해 가열되는 열분해실과 No.2 브라운가스버너에 의해 가열되는 2차연소실을 상하로 연통하여 구성함으로써 열분해실의 연소열과 2차연소실의 연소열이 서로 상승작용하여 1300℃의 고열을 창출하도록 구성한다.

또한 의료폐기물 투입장치의 전면에 폐기물 투입구를 형성한 철재케이스 내부에 전동윈치에 의해 작동하는 웨이트박스를 설치하여 투입구로 투입된 폐기물이 웨이트박스의 자중에 의해 압축된 상태로 열분해 되도록 한다.

웨이트박스는 철재로 박스를 만들어 내부에 단열이 되는 내화물을 충진하여 무겁게 만든 것으로 폐기물 투입장치 상부에 위치한 전동윈치에 의해 상하로 움직이도록 한 것이다. 다시 말하면 본 웨이트박스는 사용자가 스위치판넬에 부착된 UP/DOWN 스위치를 눌러 쉽게 작동시킬 수 있도록 한 것이다.

특히, 의료폐기물투입장치의 투입구를 오픈하더라도 열분해실로부터 연기가 새거나 냄새가 나오지 않는 장점이 있다. 왜냐하면 열분해실과 연통하는 2차연소실의 상단에 스택을 설치하였으므로 상승기류가 발생하여 열분해실과 외부의 사이에 틈새가 발생하면 공기를 빨아들이기 때문이다.

본 발명의 의료폐기물소각로는 No.1 브라운가스버너에 의해 가열되는 열분해실과 No.2 브라운가스버너에 의해 가열되는 2차연소실을 상하로 연통하여 구성함으 로써 열분해실의 연소열과 2차연소실의 연소열이 서로 상승작용하여 1300℃의 고열을 창출하도록 구성한 것이 특징이다.

본 발명의 폐기물 투입장치는 투입구를 오픈상태로 낮은 위치에 구성하여 병원성 폐기물을 손쉽게 투입할 수 있게 하였다. 이것은 열분해실의 상판을 열고 닫게 하거나 밀폐형 도어를 설치한 유럽의 의료폐기물소각로(INCINER8)와 비교하여 보면 크게 진보된 것을 알 수 있다.

특히 폐기물 투입장치 내부에 전동윈치에 의해 작동하는 웨이트박스를 구성하여 압축된 폐기물이 공기가 희박한 상태에서 건조탄화과정을 거치면서 효과적으로 열분해되도록 구성한 아주 유용한 발명이다.

따라서 병원마다 값싸고 소형화된 브라운가스 의료폐기물소각로를 구비하여 특별관리해야 하는 병원성 폐기물이 발생하자마자 바로바로 처리할 수 있게 하여 병원체의 확산을 방지하는 효과를 얻었다.

본 발명의 의료폐기물소각로는 통상의 지식을 가진 자에 의해 응용될 수 있는 것으로 의료폐기물에 국한되지 않고 백화점이나 기업체에서 발생하는 일반쓰레기소각에도 이용될 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 브라운가스 의료폐기물소각로에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도1은 브라운가스플랜트와 브라운가스 의료폐기물소각로를 연계구성한 WE시 스템의 구성도이고, 도2는 본 발명의 의료폐기물소각로를 보여주는 전체사시도이며, 도3은 도2의 전체구성을 개략적으로 보여주는 조립횡단면도이며, 도4는 본 발명의 일구성요소인 폐기물투입장치 내부의 웨이트박스를 보여주는 A-A단면도이고, 도5는 본 발명의 일구성요소인 No.2 브라운가스 버너공과 송풍구를 보여주는 B-B단면도이다.

도1 내지 도5에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 브라운가스 의료폐기물소각로는 브라운가스플랜트(10)와 브라운가스 의료폐기물소각로(20)를 연계구성하여 WE시스템을 구성한 것으로 WE시스템의 브라운가스플랜트(10)에서 수돗물을 브라운가스로 만들어 브라운가스 의료폐기물소각로(20)에서 필요로 하는 연료를 얼마든지 자동공급하도록 구성한 것이다.

브라운가스 의료폐기물소각로(20)는 의료폐기물(A)을 투입하기 위한 폐기물투입장치(30)와 의료폐기물(A)을 고온열분해시키기 위한 고온열분해실(40)과 건류가스를 고온으로 연소시키기 위한 2차연소실(50)과 스택(58)으로 구성된 것이다.

도3과 4에 도시한 바와 같이 폐기물투입장치(30)는 철재케이스로 만들어진 몸체(32)의 전면에 폐기물투입구(31)를 형성하고 상면에 윈치실(34)를 형성한 것으로 윈치실(34)에 설치한 전동윈치(35)의 드럼에 감겨지는 와이어(36)의 끝에 연결된 웨이트박스(38)가 상하로 움직이도록 구성한 것이다.

웨이트박스(38)는 철재로 박스를 만들어 내부에 내화물을 충진한 것으로 웨이트박스(38)의 무게중심에 와이어고리 브라켓트(37)를 부착하여 와이어(36)를 연결하고 스윗치판넬(33)의 스윗치 조작에 따라 상하로 움직이도록 구성한 것이다.

웨이트박스(38)의 좌우측면에는 홈을 형성하여 철재케이스(32) 좌우면에 수직으로 설치된 가이드레일(39)을 따라 상하로 스므스하게 움직일 수 있도록 구성한 것이다.

도3에 도시한 바와 같이 고온열분해실(40)은 폐기물투입장치(30)와 2차연소실(50)의 하부에 구성된 것으로 직육면체상의 내부 벽면에 내화물(44)을 형성하고 후면에 No.1 브라운가스버너(41)를 장착할 수 있는 버너공과 좌우 양측면에 재처리 도어(43)를 구성한 것이다.

본 발명의 고온열분해실 후면에 설치되는 버너공은 탄화규소질(SiC)의 내화물을 압축성형하여 제작한 No.1 브라운가스발열관(42)을 설치한 것이다. No.1 브라운가스발열관(42)이 발열관(42)의 중심선 상의 외부에 설치되는 No.1 브라운가스버너(41)에 의해 벌겋게 가열되면 발열관(42) 끝단에서 폐기물을 향해 고열을 내뿜어 내므로 폐기물이 공기가 차단된 저산소 상태에서 단시간에 열분해되도록 구성한 것이다.

도3과 도5에 도시한 바와 같이 상단에 스택(58)을 구성한 2차연소실(50)은 연소실(50) 하부에 No.2 브라운가스버너공(52)과 송풍구(55)를 서로 마주보게 평면상에 설치하되 일정거리만큼 편심되게 설치하여 2차연소실(50) 내부의 화염이 내화물(57)로 만들어진 내벽을 따라 선회하도록 구성한 것이다.

No.2 브라운가스버너공(52)에는 탄화규소질(SiC)로 압축성형하여 만든 No.2 브라운가스발열관(53)이 내설된 것으로 버너고정시트(54)에 장착된 No.2 브라운가스버너(51)에 의해 가열된 발열관(53)을 통과한 브라운가스 화염은 고열의 화기가 되어 열분해실(40)로부터 2차연소실(50)로 올라오는 건류가스를 지속적으로 착화시키면서 고온을 만든다.

2차연소실(50)에 올라온 건류가스는 송풍구(55)의 연결후렌지(56)에 연결된 송풍기로부터 투입되는 연소용 공기에 의해 연소되어 고온을 발산하므로 브라운가스 연소열과 건류가스 연소열이 상승작용하여 더욱 높은 고온을 창출한다.

열분해실(40)과 2차연소실(50)은 상하로 연동되어 있으므로 2차연소실(50)의 복사열에 의해 열분해실(40)의 온도는 더욱 올라가게 된다. 따라서 열분해실(40)은 No.1 브라운가스버너(41)에 의해 가열되는 브라운가스 연소열과 2차연소실의 복사열이 서로 상승작용하여 1300℃의 고온열분해가 가능하게 된다.

결과적으로 본 발명은 폐기물투입장치(30)에 투입되는 의료폐기물(A)이 전동윈치(35)에 연결된 웨이트박스(38)의 자중에 의해 압축되어 고온열분해실(40)로 투입되도록 하고 고온열분해실(40)에 No.1 브라운가스버너(41)의 고열에 의해 열분해되도록 한 후 이때 발생하는 건류가스를 2차연소실(50)에서 No.2 브라운가스버너(51)에 의해 착화시키고 송풍구(55)로부터 투입되는 연소용공기에 의해 고온으로 연소시킨 후 스택(58)을 통해 무공해상태로 배기되도록 구성한 것이다.

도1은 WE시스템 구성도,

도2는 본 발명의 브라운가스 의료폐기물소각로를 보여주는 전체사시도,

도3은 도2의 전체구성을 개략적으로 보여주는 조립횡단면도,

도4는 도3의 A-A단면도,

도5는 도3의 B-B단면도

<도면의 주요부분에 관한 부호설명>

10: 브라운가스플랜트 20: 브라운가스 의료폐기물소각로

30: 폐기물투입장치 31: 폐기물투입구

35: 전동윈치 38: 웨이트박스

40: 고온열분해실 41: No.1 브라운가스버너

42: No.1 브라운가스발열관 50: 2차연소실

51: No.2 브라운가스버너 53: No.2 브라운가스발열관

55: 송풍구 58: 스택

"A" : 폐기물

Claims (5)

1. 수돗물을 브라운가스로 만들어 자동공급하는 브라운가스플랜트(10)와;

   상기 브라운가스플랜트(10)로부터 공급되는 브라운가스를 연소시키는 No.1 브라운가스버너(41)와;

   상기 브라운가스버너(41)의 화기에 의해 의료폐기물(A)을 가열하여 열분해시키기 위한 고온열분해실(40)과;

   상기 고온열분해실(40)의 상부에 설치되어 의료폐기물(A)을 웨이트박스(38)의 자중에 의해 압축투입하기 위한 폐기물투입장치(30)와;

   상기 고온열분해실(40)의 건류가스를 연소시키기 위해 No.2 브라운가스버너(51)를 장착한 브라운가스버너공(52)과 송풍구(55)를 서로 마주보게 평면상에 일정거리만큼 편심되게 설치한 2차연소실(50)과;

   상기 2차연소실(50)의 상단에 설치되어 무공해상태의 배기가스를 배출시키는 스택(58)으로 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스 의료폐기물소각로.
2. 제1항에 있어서,

   고온열분해실(40)은 폐기물투입장치(30)와 2차연소실(50)의 하부에 구성된 것으로 직육면체상의 내부 벽면에 내화물(44)을 형성하고 후면의 버너공에 탄화규소질(SiC)의 No.1 브라운가스발열관(42)를 형성하여 No.1 브라운가스버너(41)를 장착하고 좌우 양측면에 재처리 도어(43)를 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스 의료폐기물소각로.
3. 제1항에 있어서,

   폐기물투입장치(30)는 철재케이스로 만들어진 몸체(32)와;

   상기 몸체(32)의 전면에 형성된 폐기물투입구(31)와;

   상기 몸체(32)의 상면에 설치한 전동윈치(35)와;

   상기 전동윈치(35)의 드럼에 감겨지는 와이어의 끝에 연결된 웨이트박스(38)로 구성된 것으로 웨이트박스(38)의 자중에 의해 폐기물이 압축투입되도록 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스 의료폐기물소각로.
4. 삭제
5. 삭제

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