KR101556304B1 - 지하수의 유류 오염물 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측면과 바닥면 각각에 복수의 관통 홀이 형성되어 있는 흡착제 케이스, 상기 흡착제 케이스의 내부에 장착된 유류 흡착제, 상기 흡착제 케이스의 상부에 결합되며, 상단에 지지끈이 연결되어 있는 상부 뚜껑, 상기 흡착제 케이스의 하부에 결합되며, 내부가 비어 있는 유류 수집통, 상기 유류 수집통의 내벽에 설치된 수위 센서 및 상기 유류 수집통의 하부에 결합되며, 하단에 부력을 조절하기 위한 무게추가 연결되어 있는 하부 뚜껑으로 구성되는 지하수의 유류 오염물 제거 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 지하수의 손실을 방지하면서 유류 오염물만을 매우 효과적이고 경제적인 방법으로 분리, 제거할 수 있다.

Description

지하수의 유류 오염물 제거 장치 {Apparatus for removing non-aqueous phase liquid from subsurface water}

본 발명은 유류로 오염된 지하수로부터 유류 오염물을 선택적으로 분리, 제거하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 지하수의 손실을 방지하면서 오염원인 기름층만을 경제적이고 효과적인 방식으로 분리, 제거할 수 있는 장치에 관한 것이다.

세계적으로 지표수의 오염과 고갈 현상이 심화되면서, 지하수 자원의 이용이 비약적으로 늘고 있다. 하지만 무분별한 지하수의 개발로 인하여, 지하수질의 악화 및 고갈 문제가 심화되고 있으며, 환경지질학적 피해 발생이 급증하고 있다. 예를 들어, 최근 서울 근처의 약수 중 약 90%가 식수로 사용하기 어렵다는 판정을 받았다. 또한 1998년에는 의왕시에 위치한 화학공장의 기름 탱크에서 새어나온 기름이 지하 500m 이상 번져나가 인근의 토양과 지하수를 오염시킨 사건이 발생하였고, 이를 복원하는데 약 1천 3백억 원의 비용이 소요될 것으로 추정되었다. 또한 2003년에는 용산 미군 기지내의 지하터널에서 매일 10L의 유류 유출이 발견되었고, 주변 지하수의 오염 현상이 매우 심각한 것으로 평가되었다.

한편, 지하수는 지하 대수층에 존재하며, 지표수에 비해 이동이 느리기 때문에 일단 오염이 발생하면, 지표수에서처럼 빠른 시간 내의 희석에 의한 자연 저감 효과를 기대하기 어렵다. 또한 지하수 환경은 지표수에 비해 용존산소량이 적고, 존재하는 미생물의 양이 적기 때문에 오염물질이 쉽게 분해되지 않는다. 따라서 지하수의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는 기술의 개발이 절실하다. 특히, 최근에는 산업단지의 유기용제 유출 사고, 주유소 및 저유소 저장 탱크누출 사고, 각급 군부대 유류 오염 사고 등이 빈번하게 발생하기 때문에, 유류 오염물로부터 지하수의 오염을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.

일반적으로 유류는 방향족 탄화수소로 이루어지며, 물보다 비중이 작다. 따라서 다량의 유류가 누출되면 지하수 표면에 저밀도 비수용성 유류층(light non-aqueous phase liquid, LNAPL)라고 불리는 기름층이 형성된다. 이러한 저밀도 비수용성 유류층은 지하수의 이동에 따라 확산되어, 주변지역의 토양 및 지하수까지 오염시킬 수 있다. 따라서 초기에 저밀도 비수용성 유류층을 선택적으로 분리 및 제거하는 것이 오염의 확산을 방지하고 오염 정화 비용을 최소화할 수 있다.

지하수에 존재하는 유류 오염물을 제거하기 위해서, 종래에는 한국지하수토양환경지(Vol 15(5), p. 5∼9, 2009) 등에 소개된 기술과 같이 전기시설을 이용한 정화장치를 이용하여 기름층을 분리 및 제거하는 방법이 많이 사용되었다. 그러나 이러한 종래 기술들은 유분의 분리, 제거를 위해 많은 전기에너지를 사용하게 되며, 기름층과 함께 다량의 지하수가 장치로 유입되기 때문에 별도의 유수분리 장치를 거쳐야한다는 단점이 있다. 또한, 대한민국 특허출원 제2007-0060219호, 제2005-0076065호 및 제2008-0015682호에는 오염물을 포함하는 지하수를 공급받아 전력을 이용하는 분리 정제 방식으로 정화하는 기술들이 개시되어 있다. 그러나 이러한 방식의 기술은 오염물의 분리, 정제 과정에서 지하수의 손실을 초래하게 되며, 처리 비용이 높다는 단점이 있다.

이에 본 발명자들은 이러한 종래 기술들의 단점을 극복하기 위해서, 물과 기름성분이 동시에 존재하더라도 기름 성분만을 선택적으로 분리할 수 있는 흡착제를 활용하여, 지하수의 손실을 방지하면서 기름층을 효과적으로 분리, 제거할 수 있는 장치를 개발하였다. 아울러 이 장치는 기름층의 분리, 제거 과정에서 별도의 전기 동력을 사용하지 않기 때문에 매우 경제적이며, 장치 구성이 간편하여 제작, 사용 및 유지 보수가 용이한 장점을 갖는다.

본 발명의 목적은 지하수의 손실을 방지하면서, 지하수의 오염원인 기름층만을 선택적이고 효과적인 방법으로 분리, 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지하수와 기름층을 분리하는 과정에서 전기 동력 등을 사용하지 않기 때문에, 매우 간편하며 경제성이 높은 방식으로 지하수의 유류 오염물을 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지하수로부터 유류층을 효과적으로 분리, 회수한 후 회수된 유류를 손쉽게 재사용할 수 있도록 하는 지하수의 유류 오염물 제거 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 아래에 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치는, 측면과 바닥면 각각에 복수의 관통 홀이 형성되어 있는 흡착제 케이스; 상기 흡착제 케이스의 내부에 장착된 유류 흡착제; 상기 흡착제 케이스의 상부에 결합되며, 상단에 지지끈이 연결되어 있는 상부 뚜껑; 상기 흡착제 케이스의 하부에 결합되며, 내부가 비어 있는 유류 수집통; 상기 유류 수집통의 내벽에 설치된 수위 센서; 및 상기 유류 수집통의 하부에 결합되며, 하단에 부력을 조절하기 위한 무게추가 연결되어 있는 하부 뚜껑을 포함한다.

상기 흡착제 케이스, 상부 뚜껑, 유류 수집통 및 하부 뚜껑 중 적어도 하나는 물보다 비중이 작은 소재로 이루어지며, 상기 무게추는 물보다 비중이 큰 소재로 이루어질 수 있다.

상기 흡착제 케이스의 측면에 형성된 복수의 관통 홀은 상하 방향으로 긴 슬릿형태를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 하부 뚜껑은 유류 수집통에 모아진 유류 오염물을 배출하기 위한 관통 홀 및 상기 관통 홀을 개폐하는 마개를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구체예에 있어서, 상기 장치는 상기 유류 수집통에 모아진 유류 오염물을 지상으로 이동시키기 위한 회수관 및 상기 회수관에 연결 설치된 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 회수관은 상기 유류 수집통의 측면 하부에 설치되며, 상기 펌프는 상기 유류 수집통의 내부 또는 지상에 설치될 수 있다.

상기 회수관은 상기 흡착제 케이스, 유류 흡착제 및 상부 뚜껑을 관통하여 상기 유류 수집통의 내부에 설치되며, 상기 펌프는 상기 유류 수집통의 내부 또는 지상에 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체예에 있어서, 상기 무게추는 상기 하부 뚜껑의 하단과 연결된 상부 케이스; 상기 상부 케이스와 선택적으로 분리 및 결합되는 하부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스 중 적어도 하나의 내부에 수용되며, 물보다 비중이 큰 소재로 이루어지는 중량조절부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치는 유류 흡착제가 지하수 표면에 존재하는 기름층만을 선택적으로 흡착하여 제거할 수 있도록 구성되었기 때문에, 지하수의 손실없이 유류 오염물만을 매우 효과적으로 분리 및 제거할 수 있다. 또한 본 발명의 장치는 장치 구성이 간단하여 제작과 사용이 매우 편리하며, 지하수와 유류 층을 분리하는 과정에서 별도의 전기 동력 등을 이용하지 않기 때문에 경제성이 높은 방법으로 지하수의 유류 오염물을 제거할 수 있다. 아울러 본 발명의 장치는 지하수로부터 분리, 제거된 유류를 손쉽게 회수하여 재사용할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 구체예에 따른 지하수 유류 오염물 제거 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 지하수의 유류 오염물 제거 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따른 지하수 유류 오염물 제거 장치의 사용 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치에 사용되는 회수관 및 펌프의 배치 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은 회수관 및 펌프의 다른 배치 구조를 나타내는 단면도이다.
도면의 주요 부호 설명
100 : 흡착제 케이스
122 : 측면 관통 홀
142 : 바닥면 관통 홀
200 : 유류 흡착제
300 : 상부 뚜껑
320 : 지지끈
400 : 유류 수집통
420 : 수위 센서
440 : 회수관
460 : 펌프
500 : 하부 뚜껑
600 : 무게추
620 : 상부 케이스
640 : 하부 케이스
660 : 중량조절부재

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치에 대하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 첨부된 도면에 의하여 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있는 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 첨부된 도면에서 각각의 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시된 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1 및 2는 본 발명의 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치를 나타내는 사시도와 단면도이다. 도 3은 유류 오염물 제거 장치의 사용 상태를 나타낸 단면도이다. 도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 지하수의 유류 오염물 제거 장치는 흡착제 케이스(100), 흡착제 케이스(100)의 내부에 장착된 유류 흡착제(200), 흡착제 케이스(100)의 상부에 결합되는 상부 뚜껑(300), 흡착제 케이스(100)의 하부에 결합되며 내부가 비어 있는 유류 수집통(400), 유류 수집통(400)의 내벽에 설치된 수위 센서(420), 유류 수집통(400)의 하부에 결합되는 하부 뚜껑(500) 및 하부 뚜껑(500)의 하단에 연결되는 무게추(600)를 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 흡착제 케이스(100)는 윗면이 개방되어 있으며, 내부가 비어 있는 구조를 갖는다. 개방된 윗면을 통해 유류 흡착제(200)를 손쉽게 케이스(100) 내부에 장착 또는 탈착할 수 있다. 흡착제 케이스(100)의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 유동성 유류(20)가 어떠한 방향에서 접근하더라도 효과적으로 접촉할 수 있도록 원통 형태인 것이 바람직하다.

흡착제 케이스(100)의 개방된 상부에는 상부 뚜껑(300)이 결합된다. 상부 뚜껑(300)과 흡착제 케이스(100)의 결합 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 서로 대응하는 형태의 나사산을 통해 결합될 수 있다. 상부 뚜껑(300)의 상단에는 유류 오염물 제거 장치를 지지하기 위한 지지끈(320)이 연결된다. 지지끈(320)의 길이를 조절하여 관정 속에서 유류 오염물 제거 장치의 설치 위치를 조절할 수 있으며, 지지끈(320)의 한쪽 끝을 지표면(10) 등에 고정함으로써, 유동성 지하수에 의해 장치가 떠내려가는 것을 방지할 수 있다.

흡착제 케이스(100)의 측면에는 복수의 관통 홀(122)이 형성되어 있으며, 측면의 관통 홀(122)을 통해 지하수 표면에 존재하는 기름층이 유입되어 유류 흡착제(200)에 흡착되게 된다. 흡착제 케이스(100)의 측면에 형성되는 관통 홀(122)의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 흡착제 케이스(100)의 길이 방향과 같이 상하로 긴 슬릿 형태인 것이 바람직하다. 슬릿 형태를 갖는 복수의 관통 홀(122)이 흡착제 케이스(100)의 측면에 일정한 간격으로 형성되면, 유류 흡착제(200)가 케이스의 밖으로 이탈하는 것을 방지하면서, 모든 방향에서 유입되는 유동성 유류를 통과시켜 유류 흡착제(200)에 흡착시킬 수 있다.

유류 흡착제는 부직포 등과 같은 소수성 소재로 이루어져 있어, 물과 유류 성분이 동시에 존재하더라도 유류 성분만을 선택적으로 흡수할 수 있는 성질을 갖는다. 하지만 일정량의 유류 흡착제가 수용할 수 있는 유류의 양은 한정되기 때문에, 다량의 유류 오염물을 제거하기 위해서는 유류 흡착제를 수시로 교환해야 한다. 그러나 유류 흡착제의 주기적인 교체 작업은 많은 인력과 비용을 소모하며 정화 비용을 증가시키는 원인이 된다.

본 발명의 구체예에 따른 유류 오염물 제거 장치는, 흡착제 케이스(100)의 바닥면에도 측면과 유사하게 복수의 관통 홀(142)을 구비하며, 흡착제 케이스(100)의 하부에 유류 수집통(400)이 결합됨으로써, 이러한 종전 기술의 문제점을 해결할 수 있다.

구체적으로, 유류 흡착제(200)에 선택적으로 흡착된 유류가 중력 등에 의해 아래쪽으로 이동하고, 흡착제 케이스(100)의 바닥면에 형성된 관통 홀(142)을 통해 유류 수집통(400) 안으로 떨어져 모이게 된다. 즉, 유류 흡착제(200)에 의해 수집된 유류가 지속적으로 분리되어 별도로 보관되기 때문에, 유류 흡착제(200)의 흡착 용량이 쉽게 포화되는 것을 방지할 수 있으며, 유류 흡착제(200)의 교체 주기를 크게 증가시킬 수 있다.

흡착제 케이스(100)의 하부에 결합되는 유류 수집통(400)은 유류 흡착제(200)에 의해 분리된 유류를 보관하여, 손쉽게 회수할 수 있도록 한다. 또한 분리된 유류가 다시 지하수(30)와 섞이는 것을 방지한다. 유류 수집통(400)과 흡착제 케이스(100)의 결합 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 서로 대응하는 형태의 나사산을 통해 결합될 수 있다.

본 발명의 구체예에서 유류 수집통(400)의 내벽에는 수위 센서(420)가 설치된다. 수위 센서(420)를 통해 수집된 유류의 양을 자동으로 관측하여 유류의 회수시기를 쉽게 파악할 수 있다. 수위 센서(420)의 설치 및 운영은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있다.

유류 수집통(400) 하부에는 나사선 등에 의해 유류 수집통(400)과 결합되는 하부 뚜껑(500)이 설치된다. 또한 하부 뚜껑(500)의 하단에는 유류 오염물 제거 장치의 부력을 조절하기 위한 무게추(600)가 연결된다. 본 발명에 따른 장치를 이용하여 지하수(30) 표면에 존재하는 유류층(20)을 제거하기 위해서는, 유류 흡착제(200)가 장착된 흡착제 케이스(100) 부분은 유류층(20)과 접촉하고, 유류 수집통(400)은 지하수(30) 수면 아래에 가라앉도록 부력을 조절하는 것이 바람직하다. 사용자는 무게추(600)의 중량을 변경함으로써, 이러한 목적에 맞게 전체 부력을 쉽게 조절할 수 있다.

본 발명의 한 구체예에서는 흡착제 케이스(100), 상부 뚜껑(300), 유류 수집통(400) 및 하부 뚜껑(500) 중 적어도 하나는 물보다 비중이 작은 소재로 구성하며, 무게추(600)는 물보다 비중이 큰 소재로 구성함으로써, 장치의 전체 부력과 가라앉는 정도를 보다 용이하게 조절할 수 있다. 상기 물보다 비중이 작은 소재의 예로는 PVC와 같은 고분자 재료가 있으며, 상기 물보다 비중이 큰 소재의 예로는 스테인리스 스틸 등과 같은 금속 재료를 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 구체예에 있어서, 무게추(600)는 도 4에 도시한 것과 같이 하부 뚜껑(500)의 하단과 연결된 상부 케이스(620), 상부 케이스(620)와 선택적으로 분리 및 결합되는 하부 케이스(640) 및 상부 케이스(620)와 하부 케이스(640) 중 적어도 하나의 내부에 수용되며, 물보다 비중이 큰 소재로 이루어지는 중량조절부재(660)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상부 케이스(620)와 하부 케이스(640)에는 서로 대응하는 형태의 나사선이 형성되어 있어, 선택적으로 분리 및 결합될 수 있다. 중량조절부재(660)는 구형을 비롯한 다양한 형태를 가질 수 있으며, 돌, 금속과 같이 비중이 큰 소재로 이루어진다. 사용자는 케이스에 수용되는 중량조절부재(660)의 수를 조절함으로써 전체 부력을 매우 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체예에 있어서, 하부 뚜껑(500)은 도 5에 도시된 것과 같이 유류 수집통(400)에 모아진 유류 오염물을 배출하기 위한 관통 홀(520) 및 관통 홀(520)을 개폐하는 마개(540)를 더 포함할 수 있다. 하부 뚜껑(500)에 유류 배출을 위한 관통 홀(520)과 마개(540)를 구비함으로써, 장치를 지상으로 끌어올린 후 마개를 개방하여, 수집된 유류를 회수할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 유류 오염물 제거 장치는 유류 수집통(400)에 모아진 유류 오염물을 지상으로 이동시키기 위한 회수관(440) 및 회수관(440)에 연결 설치된 펌프(460)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 회수관(440)과 펌프(460)를 설치하면, 오염물 제거 장치를 지상으로 끌어올리지 않고, 관정에 그대로 설치한 상태에서 수집된 유류만을 매우 용이하게 회수할 수 있다.

유류 오염물 제거 장치에 회수관(440)과 펌프(460)를 설치하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 6에 도시한 것처럼, 회수관(440)을 유류 수집통(400)의 측면 하부에 연결되도록 설치하고, 펌프(460)를 유류 수집통(400)의 내부에 장착함으로써, 수집된 유류를 지상으로 직접 이송할 수 있다.

또 다른 예로는, 도 7에 도시한 것처럼, 회수관(440)이 흡착제 케이스(100), 유류 흡착제(200) 및 상부 뚜껑(300)을 관통하여 유류 수집통(400)의 내부에 설치되도록 하고, 유류 회수통 내부에서 펌프(460)와 회수관(440)의 한쪽 끝이 연결되도록 설치할 수 있다. 한편 도 6 및 7의 예에서, 펌프(460)의 위치가 반드시 유류 수집통(400)의 내부로 제한되는 것은 아니며, 펌프(460)를 지상에 설치하여 회수관(440)을 통해 유류를 이송할 수도 있다.

Claims (8)

1. 측면과 바닥면 각각에 상하 방향으로 긴 슬릿형태를 갖는 복수의 관통 홀이 형성되어 있는 흡착제 케이스;
   상기 흡착제 케이스의 내부에 장착된 유류 흡착제;
   상기 흡착제 케이스의 상부에 결합되며, 일단이 지표면에 고정되어 상기 흡착제 케이스가 상기 지표면으로부터 배치될 위치를 조절하고, 유실되는 것을 방지하기 위한 지지끈이 연결되어 있는 상부 뚜껑;
   상기 흡착제 케이스의 하부에 결합되며, 내부가 비어 있는 유류 수집통;
   상기 유류 수집통의 내벽에 설치된 수위 센서; 및
   상기 유류 수집통의 하부에 결합되며, 하단에 부력을 조절하기 위한 무게추가 연결되어 있는 하부 뚜껑; 을 포함하고,
   상기 무게추는
   상기 하부 뚜껑의 하단과 연결된 상부 케이스;
   상기 상부 케이스와 선택적으로 분리 및 결합되는 하부 케이스; 및
   상기 상부 케이스와 하부 케이스 중 적어도 하나의 내부에 수용되며, 물보다 비중이 큰 소재로 이루어지는 중량조절부재를 포함하며,
   상기 흡착제 케이스, 상부 뚜껑, 유류 수집통 및 하부 뚜껑 중 적어도 하나는 물보다 비중이 작은 소재로 이루어지며, 상기 무게추는 물보다 비중이 큰 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하수의 유류 오염물 제거 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 하부 뚜껑은 유류 수집통에 모아진 유류 오염물을 배출하기 위한 관통 홀 및 상기 관통 홀을 개폐하는 마개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수의 유류 오염물 제거 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 유류 수집통에 모아진 유류 오염물을 지상으로 이동시키기 위한 회수관 및 상기 회수관에 연결 설치된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수의 유류 오염물 제거 장치.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 회수관은 상기 유류 수집통의 측면 하부에 설치되며, 상기 펌프는 상기 유류 수집통의 내부 또는 지상에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하수의 유류 오염물 제거 장치.
   
7. 제5항에 있어서, 상기 회수관은 상기 흡착제 케이스, 유류 흡착제 및 상부 뚜껑을 관통하여 상기 유류 수집통의 내부에 설치되며, 상기 펌프는 상기 유류 수집통의 내부 또는 지상에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하수의 유류 오염물 제거 장치.
   
8. 삭제

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