KR101966593B1 - 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치 및 이를 이용한 오·폐수 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 번식을 위하여 혐기조와 무산소조가 별도 구성되던 기존 방식과는 달리 폭기조에 산기와 여과의 동시 구현이 가능한 소정의 바이오 여과필터를 설치함으로써 정화장치의 단순화는 물론 보다 신속한 정화 달성에 기여하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치 및 이를 이용한 오·폐수 정화방법에 관한 것으로, 오수를 공급받아 유분과 고형 슬러지를 분리하는 침사조(10); 침사조로부터 중등수를 흡입하여 유량을 조정하면서 미생물의 증식을 확장하는 유량조정조(20); 원통 내부에 형성된 복수의 격벽에 의해 하나 이상의 독립된 공간이 구비되고, 각 공간마다 미생물의 배양을 유도하는 유동성 담체(31)가 충진되어 생물학적 반응이 유발됨에 따라 유량조정조가 제공하는 중등수를 정화하는 제1폭기조(30); 황토가 함유된 합성수지 소재로 이루어져 상방에서 하방에 이르도록 직선형태로 하향 배치되는 수 개의 고정성 담체(41)를 교번 배열하여 미생물을 배양하면서 고정성 담체 사이에 수직 설치되는 바이오 여과필터(100)에 의해 산기와 여과가 동시 실현되는 제2·3폭기조(40,50); 제3폭기조(50)로부터 중등수를 인계받아 잔류하는 유분과 미세 고형 슬러지를 반복적으로 침전시켜 여과한 후 방류하는 침전조(60);로 구성된다.

Description

다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치 및 이를 이용한 오·폐수 정화방법{Device for water treatment improved the removalefficiency of T-N AND T-P}

본 발명은 미생물에 의한 생물학적 반응으로부터 오염된 폐수의 정화가 이루어지는 오·폐수 정화장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물 번식을 위하여 혐기조와 무산소조가 별도 구성되던 기존 방식과는 달리 폭기조에 산기와 여과의 동시 구현이 가능한 소정의 바이오 여과필터를 설치함으로써 정화장치의 단순화는 물론 보다 신속한 정화 달성에 기여하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치 및 이를 이용한 오·폐수 정화방법에 관한 것이다.

통상적으로 오·폐수 정화장치란 다양한 산업 폐기물 또는 식생활에서 버려지는 오물 등이 혼합되면서 오염된 물을 사용이 가능할 정도의 수준으로 정화하여 다시 방류하는 장치이다.

위 정화장치의 일례로 공개특허공보 제20-2006-0018786호 "하,폐수 처리의 미세 협잡물 처리 장치"가 게재되어 있으며, 해당 기술사상은 오·폐수가 유입되는 관로의 유출구를 둘러싸는 형태로 무한회전하는 체인과, 체인에 설치되고 오·폐수에 포함된 미세 협잡물을 필터하는 스크린과, 체인과 스크린을 무한 회전시키는 구동수단과, 구동수단에 의해 무한 회전하면서 스크린으로부터 낙하하는 미세 협잡물을 수거하는 스크류 프레스로 구성되어 오·폐수의 미세 협잡물을 제거한다.

하지만, 위 종래기술은 단순히 미세 협잡물을 정화하기 위한 정도에 지나지 않는다.

이에 따라 폐수의 정화 및 악취를 제거하는 기술이 개발되었으며, 일례로 등록특허공보 제10-1497273호 "밀폐형 순환 타입의 미생물 친환경적 바이오필터"가 게재되어 있다.

위 기술사상은 분뇨로부터 고액분리된 액상 액상분뇨집수조;와, 액비분뇨를 전달받아 미생물 배양에 의한 생물학적 반응을 유발함으로써 폐수처리를 하기 위하여 호기성이나 혐기성으로 가공, 처리하여 액비화를 유도하기 위한 폭기조와, 폭기조로부터 가공된 액상 비료, 또는 처리수를 연속적으로 전달받아 일정량씩 필요에 따라 농가에 공급할 수 있도록 저류하는 액비저류조;와, 고체 상태로 분리된 분을 퇴비화로 숙성하기 위한 퇴비제조가공시설;을 포함하고, 위 폭기조 및 액비저류조는 합성수지 소재로 이루어져 상방에서 하방에 이르도록 직선 형태로 하향 배치되는 수 개의 필터부재를 교번 배열하여 미생물의 서식공간을 제공하되 액상분뇨집수조로부터 유입된 액상비료를 반복적으로 해당 필터부재에 분사될 수 있도록 구성한 것이다.

하지만, 위와 같은 수준의 정화 처리 장치로도 사용자가 믿고 음용할 만한 수준의 정수를 얻기 어려웠다. 특히 현대인의 식생활이 서양 문화를 쫓아가면서 고농도 유분이 대량 혼합된 고농도 폐수가 발생하는바, 전술한 선행문헌 및 모든 종래기술로는 이러한 고농도 폐수를 완벽하게 정화할 수 없다.

다시 말해 현재 제공되는 정화 처리와 관련한 모든 기술사상은 기존에 비해 개선되거나 차별화된 기술사상이라고 보기 어려우며, 수질의 품질 향상 등 근본적인 목적 해소에도 미흡하므로 개선의 필요성이 대두된다.

공개특허공보 제20-2006-0018786호 "하,폐수 처리의 미세 협잡물 처리 장치" 등록특허공보 제10-1497273호 "밀폐형 순환 타입의 미생물 친환경적 바이오필터"

본 발명은 위의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 유입된 오·폐수로부터 고농도 유분과 고형 슬러지를 분리하여 중등수로 변환함으로써 정화에 신속성을 부여하는 것이 해결하고자 하는 과제이다.

또한, 본 발명은 중등수의 유입량을 조절하면서 유분과 고형 슬러지를 반복적으로 순환시켜 수 회 이상 재여과함에 따라 정화력을 향상시키는 것이 다른 해결과제이다.

또한, 본 발명은 기존과 차별되는 정화방식의 폭기조를 하나 이상 순차 배치하고, 각 폭기조에 중등수를 순차 경유시켜 각기 다른 정화공정을 거치게 함으로써 보다 체계적이고 전문적인 정화가 이루어지게 구현하는 것이 또 다른 해결과제이다.

또한, 본 발명은 어느 하나의 폭기조에 산기와 여과가 동시 구현되는 바이오 여과필터를 자체 제작하여 설치함에 따라 별도의 혐기조와 무산소조의 구성을 배제시키고자 하는 것이 주된 해결과제이다.

위의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치의 구성은 다음과 같다.

본 발명의 바이오 필터를 이용한 오·폐수 정화장치는 오수를 유입받아 유분과 고형 슬러지를 분리하는 침사조(10);와, 침사조로부터 중등수를 흡입하여 유량을 조정하면서 미생물의 증식을 확장하는 유량조정조(20);와, 원통 내부에 형성된 복수의 격벽에 의해 하나 이상의 독립된 공간이 구비되어 공간마다 미생물의 배양을 유도하는 유동성 담체(31)가 충진되어 생물학적 반응이 유발됨에 따라 유량조정조가 제공하는 중등수를 정화하는 제1폭기조(30);와, 황토가 함유된 합성수지 소재로 이루어져 상방에서 하방에 이르도록 직선형태로 하향 배치되는 수 개의 고정성 담체(41)를 교번 배열하여 미생물을 배양하면서 교번 배열된 고정성 담체 사이에 수직 설치되는 바이오 여과필터(100)에 의해 산기와 여과가 동시 실현되는 제2폭기조(40); 및 제3폭기조(50);와, 제3폭기조(50)로부터 중등수를 인계받아 잔류하는 유분과 미세 고형 슬러지를 반복적으로 침전시켜 여과한 후 방류하는 침전조(60);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 침사조(10)는 외부로부터 오수를 유입받는 공급관(11)과, 공급관 하단에 설치되는 거름망(12)으로 구성되며, 위 거름망(12)은 복수의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공이 밀집 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 유량조정조(20)는 침사조(10)와 내통되게 설치되어 중등수를 공급받는 흡입관(21)과, 하단에 포집된 중등수를 흡입하여 상단으로 배출하는 제1에어리프트(22)와, 유량조정조 상단에 설치되어 에어리프트가 배출한 중등수를 인계받아 재여과하는 계량조(23)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 위 계량조(23)는 표면이 복수의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공이 밀집 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 제1폭기조(30)는 내부 전체공간의 50%에 해당하는 양의 유동성 담체(31)가 수용되어 중등수의 유기물을 50% 정화하고, 위 제2폭기조(40)는 고정성 담체(41)와 바이오 여과필터(100)가 설치되어 중등수를 30% 정화하며, 위 제3폭기조(50)는 고정성 담체(51)에 의해 중등수를 20% 정화하여 중등수의 단계별 정화가 구축되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 침전조(80)는 제3폭기조(70)로부터 중등수를 공급받는 유입관(81)과, 공급된 중등수를 최종 여과하는 필터부재(82)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에서 제안하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화방법은 다음과 같다.

본 발명의 바이오 필터를 이용한 오·폐수 정화방법은 외부로부터 오수를 공급받아 거름망 및 여과필터로 유분과 고형 슬러지를 분리하여 중등수를 생성하는 유분 및 슬러지 분리단계(S10);와, 유분과 슬러지가 분리된 중등수는 필터공이 형성된 계량조에 의해 유량이 조절되면서 필터공에 의해 수 회 이상 여과되는 유량 조절단계(S20);와, 격벽에 의해 하나 이상 구분 배치된 폭기조에 유동성 또는 고정성 담체를 차등 충진하여 미생물의 배양 가능한 환경을 조성하는 담체 충진단계(S30);와, 제1, 2, 3 폭기조(30, 40, 50) 중 어느 하나의 폭기조에 설치되어 산기와 여과가 동시 실현되는 바이오 여과필터에 의해 미생물이 번식 가능한 환경이 조성되면서 각 폭기조에 설치된 담체에 의해 폭기가 이루어지는 중등수 폭기단계(S40);와, 미생물의 생물학적 반응에 의해 정화된 중등수를 인계받아 침전물을 분리하여 정수를 외부로 방류하는 침전물 분리단계(S50);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 중등수 폭기단계(S40)는 제1폭기조(30)와 제2폭기조(40) 및 제3폭기조(50)를 경유하면서 순차적인 정화가 이루어지고, 위 제1폭기조(30)에 내부 전체공간의 50%에 달하는 유동성 담체(31)를 충진하여 중등수 유기물의 50%를 정화하는 제1차 정화단계(S41)와, 위 제2폭기조(40)에 설치된 고정성 담체(41)와 바이오 여과필터(100)에 의해 중등수의 30%가 정화되는 제2차 정화단계(S42)와, 위 제3폭기조(50)에 설치된 고정성 담체에 의해 중등수의 남은 20%를 정화하는 제3차 정화단계(S43)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 산기와 여과가 동시 구현되는 바이오 여과필터를 제공하여 혐기조 및 무산소조의 별도 설치를 배제함에 따라 구조의 간소화는 물론 이로부터 신속한 정화작업을 유도한다.

더불어 본 발명에서 제안하는 바이오 여과필터는 산기과정을 통해 중등수에 잔류하는 유분을 지속적으로 분해하여 녹아들게 함으로써 슬러지의 발생을 감소시킬 뿐 아니라 용존산소가 증가되어 유기물만 흡착됨에 따라 미생물의 고른 증식에 의해 우수한 수준의 정화시설을 구축할 수 있는 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공이 형성된 거름망을 사용하여 오·폐수의 유분과 고농도 오염 슬러지를 분리하여 중등수를 생성함으로써 신속하고 우수한 정화시설을 구축할 수 있다.

또한, 본 발명은 격벽에 의해 구획된 복수의 폭기조마다 담체를 차등 배분하여 단계별로 정화함에 따라 침전물을 체격적으로 배출하여 보다 수월하고 쾌적한 작업환경을 조성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 황토가 함유된 합성수지로 이루어지며 내부에 복수의 격벽이 형성되어 하나 이상의 독립된 공간을 제공하여 미생물의 흡착 면적을 확장시키는 담체를 이용한 미생물의 배양이 실시됨에 따라 대량 배양된 미생물로 하여금 MLSS 농도를 크게 감소시켜 오·폐수의 정화력을 적극 향상시킬 수 있는 또 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제1폭기조와 제2폭기조에 유동이 가능한 담체를 충진하여 담체가 중등수의 흐름에 따라 정화조 내부 전체에 고루 분산됨으로써 소량의 담체만으로도 대량의 중등수를 정화하여 오·폐수의 처리 효율이 적극적으로 향상되는 또 다른 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치의 정면도.
도 2는 침사조의 내부 구성을 나타낸 정면 단면도.
도 3은 유량조정조의 내부 구성을 나타낸 정면 및 측면 단면도.
도 4는 폭기조의 내부 구성을 나타낸 정면 단면도.
도 5는 유동성 담체의 사시도.
도 6은 바이오 여과필터의 구조를 나타낸 사시도.
도 7은 고정성 담체의 사시도.
도 8은 침전조의 내부 구성을 나타낸 정면 단면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치의 사용에 대한 알고리즘.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화방법을 순차적으로 나타낸 플로차트.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 미생물에 의해 생물학적 반응을 유발시켜 오염된 폐수를 정화하는 오·폐수 정화장치 및 방법에 관한 것이다.

무엇보다, 최초 오염된 폐수에서 유분과 고형의 슬러지를 분리하여 중등수를 생성하고, 중등수에 미생물이 번식할 수 있도록 혐기조와 무산소조가 구비되었던 기존 방식과는 달리 폭기조에 산기와 여과가 동시에 실현 가능하도록 특수 제작된 바이오 여과필터를 설치하여 정화장치의 단순화와 오·폐수의 신속한 정화가 가능하게 하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치 및 이를 이용한 오·폐수 정화방법에 관한 것임을 주지한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치의 정면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바이오 필터를 이용한 오·폐수 정화장치는 오수를 유입받아 유분과 고형 슬러지를 분리하는 침사조(10);와, 침사조로부터 중등수를 흡입하여 유량을 조정하면서 미생물의 증식을 확장하는 유량조정조(20);와, 원통 내부에 형성된 복수의 격벽에 의해 하나 이상의 독립된 공간이 구비되어 공간마다 미생물의 배양을 유도하는 유동성 담체(31)가 충진되어 생물학적 반응이 유발됨에 따라 유량조정조가 제공하는 중등수를 정화하는 제1폭기조(30);와, 황토가 함유된 합성수지 소재로 이루어져 상방에서 하방에 이르도록 직선형태로 하향 배치되는 수 개의 고정성 담체(41)를 교번 배열하여 미생물을 배양하면서 교번 배열된 고정성 담체 사이에 수직 설치되는 바이오 여과필터(100)에 의해 산기와 여과가 동시 실현되는 제2폭기조(40); 및 제3폭기조(50);와, 제3폭기조(50)로부터 중등수를 인계받아 잔류하는 유분과 미세 고형 슬러지를 반복적으로 침전시켜 여과한 후 방류하는 침전조(60);로 구성된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예로 구성되는 침사조의 내부 구성을 나타낸 정면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 위 침사조(10)는 외부로부터 오수를 유입받는 공급관(11)과, 공급관 하단에 설치되는 거름망(12)으로 구성되고, 특히 위 거름망(12)은 복수의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공이 밀집 형성되어 최초 공급되는 오·폐수로부터 고농도 유분과 고형 슬러지를 분리함으로써 중등수를 확보하는 역할을 수행한다.

위 공급관(11)은 외부에서 유입되는 오수를 공급받아 침사조(10)의 내부공간으로 인계하며, 공급관의 배출구는 침사조의 상단에 위치한다.

위 거름망(12)은 침사조(10)의 내경과 동일한 형상으로 공급관(11)의 하단과 근접하게 위치하며, 특히 침사조의 상단과 수면의 경계선상에 배치되어 수면 위에 떠오른 유분과 고형 슬러지를 분리한다.

위 거름망(12)은 전면에 미세한 크기의 통공홀이 일정한 배열로 다수 형성되어 공급관(11)이 제공하는 오수로부터 고형 슬러지를 분리하고, 위에 언급한 바와 같이 오수가 거름망에 설치된 지점까지 차오르면 오수의 수면에 떠오른 유분 일부를 제거하는 역할을 수행한다.

한편, 위 거름망(12)은 보다 적극적으로 유분을 제거하기 위해 표면에 미세한 크기의 통공홀을 일정한 배열로 형성하거나 또는 육면체를 갖는 허니콤 패턴의 필터공을 밀접하게 배열하였다.

예컨대, 허니콤 패턴은 한 내각의 크기가 120°인 정육각형을 각 꼭짓점에 3개씩 모으면 360°가 되며 이 경우는 (6, 6, 6)으로 나타낼 수 있고, 이처럼 정육각형들을 연결시켜 평면을 채우는 방식은 벌집의 단면에서 찾아볼 수 있는데, 벌꿀의 집 모양과 관련되기 때문에 허니콤(honeycomb)이라고 한다. 벌집의 단면은 정육각형을 연결한 모양이지만, 실제 벌집은 입체이므로 정육각기둥을 쌓아놓은 모양이 된다. 벌집을 절단한 단면에서 둘레의 길이가 일정할 때 넓이가 가장 넓은 것이 정육각형이고, 입체도형으로 보면 옆면의 넓이가 일정한 각기둥 중에서 최대 부피를 보장하는 것은 정육각기둥이다.

다시 말해 허니콤 패턴의 필터공은 최소한의 공간으로 가장 넓은 표면적을 확보할 수 있으며 허니콤 패턴의 거름망은 무게가 가볍고 견고하여 굽힘이나 압축 등에 면역이 높아 본 발명의 오·폐수 정화장치에 적극 채용하였다.

위와 같이 본 발명의 거름망(12)은 복수의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공에 의해 접촉면이 확장되면서 베르누이 원리가 작용하여 흡입력이 향상된다.

아래 실시예 1은 본 발명의 거름망과 시중에서 구매 가능한 유분 분리 필터를 이용한 유분 및 고형 슬러지 분리 정도를 측정한 결과표이다.

*시편의 종류.

-시편 1: 미세한 크기의 원형 필터공이 일정 배열로 형성된 거름망.

-시편 2: 미세한 크기의 허니콤 필터공이 일정 배열로 형성된 거름망.

-시편 3: 시중에서 구매 가능한 통상적인 유분 분리 필터.

*실험 방법.

-각 정화조마다 시편 1에서 3의 거름망 및 유분 분리 필터를 각개 설치한 후, 3일 간 오·폐수를 공급하면서 유분 및 고형 슬러지의 분리 과정을 측정하고, 3일 뒤 오·폐수로부터 유분 및 고형 슬러지가 분리되면서 생성된 각 중등수에서 산소의 함유량을 측정.

*실험 목록.

-시간 당 흡착력.

-최대 흡착량.

-산소 공급량.

: 산소 공급량 측정은 Milwaukee instruments에서 제조한 전문가용 수질 측정기 Mi106를 사용.

<필터공 형상에 따른 수질 정화량 측정 비교표>

위 표 1에서 시편 1의 시간 당 오물 흡착력은 17.52%로 시편 3의 21.08%에 비해 비교적 우수한 성능이 나타났지만, 허니콤 패턴의 필터공으로 이루어진 시편 2의 14.11%에 비해 다소 낮은 수치가 측정되었다.

위 오물 흡착량은 거름망의 표면 당 오물이 흡착될 수 있는 최대 흡착량을 측정한 것으로, 시편 1은 19.85%가 측정되었고, 시편 2는 13.31%가 측정되었으며, 시편 3은 20.48%가 측정되었다.

위 산소 공급량은 3일 간의 유분 및 고형 슬러지 분리 공정이 끝난 후, 수질 측정기를 이용하여 중등수에 공급되는 산소의 농도를 측정한 것으로, 시편 1은 62.45%, 시편 2는 71.01%, 시편 3은 49.97%로 측정되었다.

위의 표 1과 같이 흡착량 14.11%, 흡착량 13.31%, 산소공급량 71.01%로 허니콤 패턴의 필터공으로 이루어진 시편 2의 정화량이 가장 우수한 것으로 집계되었고, 그 이후로 흡착량 17.52%, 흡착량 19.85%, 산소공급량 62.45%로 시편 2, 흡착량 21.08%, 흡착량 20.48%, 산소공급량 49.97%로 시편 3의 순으로 측정 결과가 나타났다.

위와 같이 최초 공급되는 오·폐수로부터 고농도 유분과 고형 슬러지를 분리하는 이유는 생물학적 반응을 이용하여 오·폐수를 정화하기 위함이다. 예컨대 생물학적 반응을 이용한 오·폐수 정화방법이란 오·폐수 자체에 미생물을 배양하고, 배양된 미생물로 하여금 오·폐수에 함유된 오염물을 지속적으로 분해시켜 정화하는 방법이다.

하지만, 오·폐수에 미생물을 배양하기 위해서는 미생물이 서식할 수 있는 최소한의 환경이 구축되어야 하는데, 예를 들어 공장이나 식당가에서 배출되는 오·폐수는 고농도 유분과 고형 슬러지가 대량 포함되어 산소의 공급을 차단하기 때문에 미생물이 서식할 수 있는 환경이 조성되기 어렵다. 따라서, 본 발명은 오·폐수에 공기가 자유롭게 공급되도록 위에 기술은 본 발명의 거름망을 이용하여 오·폐수로부터 유분과 고형 슬러지를 분리한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예로 구성되는 유량조정조의 내부 구성을 나타낸 정면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 위 유량조정조(20)는 침사조(10)와 내통되게 설치되는 흡입관(21)과, 유량조정조 하단에 포집된 침전물과 중등수를 상층으로 끌어올리는 제1에어리프트(22)와, 상층으로 끌어올린 중등수를 재여과하는 계량조(23)로 구성되어 침사조로부터 공급된 중등수의 유량을 조절하면서 계량조에 의해 중등수를 수 차례 재여과하는 역할을 수행한다.

위 흡입관(21)은 침사조(10)의 상단과 내통되게 설치되어 고형 슬러지가 최대한 가라앉은 상층에 모인 중등수만을 흡입하여 공급받는다.

위 제1에어리프트(22)는 유량조정조(20)의 하단에서 상단에 이르기까지 수직 배치되어 유량조정조 하단에 포집된 침전물과 중등수를 끌어올려 상단으로 재배출하는 역할을 수행한다.

위 계량조(23)는 유량조정조(20)의 상단 일측에 설치되고, 표면이 거름망(12)과 동일하게 미세한 크기의 통공홀이 일정 배열로 형성하거나 또는 육면체를 갖는 허니콤 패턴의 필터공이 형성되어 잔류된 유분을 수 회 이상 재여과한다.

특히, 제1에어리프트(22)는 유량조정조(20)의 하단으로부터 끌어올린 중등수를 계량조(23)의 내부공간으로 배출함으로써 계량조의 필터공에 의해 잔류된 미세 고형 슬러지가 분리되도록 도모한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예로 구성되는 격벽에 의해 구획된 복수의 폭기조 내부 구성을 나타낸 정면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 폭기조는 미생물의 서식과 번식이 가능한 공간을 제공하고, 제공된 공간에서 미생물의 생물학적 반응을 유발시킴에 따라 중등수의 정화가 구현되는 것으로, 본 발명에서는 격벽에 의해 구획되어 제1폭기조(30), 제2폭기조(40), 제3폭기조(50)로 구분 구성되고, 중등수가 각각의 폭기조를 순차 경유하면서 번식된 미생물에 의해 수 회 이상 폭기되어 정화가 시도된다.

위 제1폭기조(30)는 내부에 담수된 중등수의 흐름에 따라 유동이 이루어져 내부공간 전체적으로 고루 분산되어 미생물의 번식과 생물학적 반응을 유발하는 유동성 담체(31)가 충진된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 유동성 담체의 사시도를 나타낸 도면이다.

도 5와 같이 본 발명의 위 유동성 담체(31)는 제1폭기조 내부에서 미생물의 우수한 증식 및 생장을 유도하기 위하여 미생물의 부착 표면을 제공하는 매체로써 기질과 미생물의 접촉 기회를 증진시키고자 하는 목적이 있다.

한편, 본 발명의 유동성 담체(31)는 상하 내통된 원통으로 이루어지고, 원통 내부에 형성된 복수의 격벽에 의해 하나 이상의 독립된 공간이 부여됨에 따라 해당 공간마다 미생물의 흡착을 유도하여 미생물이 서식할 수 있는 장소를 제공하는 역할을 수행한다.

위와 같이 복수의 격벽으로 독립된 공간을 제공하는 이유는 각각의 격벽면에 미생물이 흡착하게 함으로써 제한된 공간에서 최대한의 흡착면을 확보하기 위함이다. 예컨대, 유동성 담체(31)의 격벽은 다양한 형태로 제공이 가능하며, 특히 허니콤 패턴 등을 접목시켜 미생물의 흡착면을 적극적으로 확보할 수 있다.

그리고 위 유동성 담체(31)는 그 명칭에서도 알 수 있듯이 제1폭기조(30) 내부공간에 담수된 중등수의 흐름에 따라 제1폭기조 수중 전체에 고루 분산되어 중등수의 정화 처리 효율이 향상됨과 더불어, 폭기조의 처리 용량에 비해 시설의 규모를 최소화할 수 있다.

위 제2폭기조(40) 및 제3폭기조(50)는 내부공간에 상방에서 하방에 이르도록 직선형태로 하향 배치되는 고정성 담체(41)가 설치되어 미생물의 서식환경을 제공하며, 미생물의 번식이 더욱 활성화될 수 있도록 유도한다.

예컨대 제2폭기조(40) 및 제3폭기조(50)에 설치된 고정성 담체(41)는 도 7을 참고하여 설명하고자 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 고정성 담체가 설치된 모습과 고정성 담체를 확대한 사시도를 나타낸 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 고정성 담체(41)는 제2폭기조(40)와 제3폭기조(50)의 내부공간에 교번 배열되게 설치되어 제1폭기조(30)에 의해 미생물의 서식환경이 적극적으로 조성된 중등수를 인계받아 미생물을 흡착하여 번식시키는 역할을 수행한다.

특히, 고정성 담체(41)는 황토 성분의 합성수지로 제작되며, 황토성분에는 총인, 총 질소를 제거할 수 있는 능력을 갖춘 미생물이 대량 함유되어 있어 오염된 수질을 정화하면서 해당 미생물의 자체 번식이 활발하게 이루어진다.

예컨대 수중에 혼합된 오염물은 크게 Soluble과 insoluble로 나뉘는데 황도가 첨가되면 황토에 입자성 물질이 오염물에 흡착되어 오염물의 침강속도를 증가시킨다. 위와 같이 황토를 이용하여 침강속도를 향상시키는 현상을 actiflo라는 공정인데, 본 발명에서는 황토 성분이 함유된 담체가 유동성을 띄면서 일반 담체에 비해 소량으로 획기적인 수준의 수질을 정화할 수 있다.

한편, 제2폭기조(40)에는 본 발명의 가장 핵심적인 특징으로 제안하는 바이오 여과필터가 고정성 담체(41) 사이 공간에 설치되어 산기와 여과를 지속 제공함에 따라 미생물이 고정성 담체에 더욱 활발히 흡착할 수 있도록 도와준다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 바이오 여과필터의 각개 구성을 순차적으로 나타낸 정면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 바이오 여과필터(100)는 여과부(110)의 외주에 망사필터(120)와, 바이오필터(130)와, 배출부(140)를 순차 커버하여 구성함으로써 제2폭기조(40)의 내부공간에 수용된 중등수에 산기와 여과를 지속적으로 시도한다.

위 여과부(110)는 스테인리스 소재로 이루어지고, 하단부가 개구되어 중등수를 흡입하는 흡입부(111) 및 흡입부로부터 수직 연장되면서 외주에 부여되는 다공에 의해 협잡물을 분리하는 필터부(112)를 포함하여 구성된다.

특히, 위 흡입부(111)는 단부의 지름이 하방으로 갈수록 점차 확장되는 나팔관의 형상으로 이루어져 주변에 분포된 중등수를 효과적으로 흡입하거나 또는 단부의 내경이 상측으로 갈수록 점차 협소해지는 모세관의 형상으로 이루어져 주변의 중등수를 강력하게 흡입한다.

위 망사필터(120)는 극세사 소재로 이루어지고, 필터부(112)의 외주를 모두 포용하며 여과부에서 배출되는 중등수를 1차 여과하는 역할을 수행한다.

위 바이오필터(130)는 황토 성분이 함유된 합성수지 소재로 이루어지고, 망사필터 외주를 모두 포용하며 망사필터를 거친 중등수를 2차 여과한다.

위 배출부(140)는 스테인리스 소재로 이루어지고, 바이오필터를 거친 중등수에 공기를 주입하면서 여과와 산기가 완료된 중등수를 제2폭기조의 상측으로 배출한다.

위와 같은 구성의 제1, 2, 3 폭기조(30, 40, 50)는 각각의 내부 구성에 의해 공급된 중등수의 유기물을 순차적으로 정화한다. 예컨대 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면 위 제1폭기조(30)는 내부 전체공간의 50%에 해당하는 양의 유동성 담체(31)가 수용되어 중등수를 50% 정화하고, 위 제2폭기조(40)는 고정성 담체(41)와 바이오 여과필터(100)가 설치되어 중등수를 30% 정화하며, 위 제3폭기조(50)는 고정성 담체(41)에 의해 중등수를 20% 정화하여 중등수를 단계별 정화한다.

위와 같이 유동성 및 고정성으로 이루어진 기능성 담체를 복수의 폭기조에 차등 배분하여 오·폐수의 수질 정화가 단계별로 이루어지게 함으로써 보다 신속하고 우수한 정화시설이 구축됨은 물론, 폭기조 내에 적립되는 침전물의 처리가 체계적으로 이루어져 보다 쾌적한 작업환경이 조성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 침전조의 내부 구성을 나타낸 정면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이 위 침전조(60)는 제3폭기조(50)로부터 공급받은 중등수를 최종 여과하여 방류하는 역할을 수행하며, 제3폭기조로부터 중등수를 공급받는 유입관(51)과, 공급된 중등수를 최종 여과하는 필터부재(52)와, 필터부재에 의해 침전된 슬러지를 배출하는 제2에어리프트(53)로 구성되어 정화된 중등수를 인계받아 침전물을 분리하여 정수를 외부로 방류하고, 침전물은 별도의 저장고로 수집하여 일괄 배출처리하는 역할을 수행한다.

위 유입관(61)은 제3폭기조(50)의 상단부에 배치되어 제3폭기조의 상층에 잔류된 중등수를 흡입하고, 타측은 필터부재(62)의 내부공간에 배치시켜 제3폭기조로부터 흡입한 중등수를 필터부재의 내부로 배출하여 필터부재의 필터공으로 하여금 중등수를 최종 여과토록 유도한다.

위 필터부재(62)는 거름망(12) 내지 계량조(23)와 같이 표면에 미세한 크기의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공이 형성되어 마지막까지 중등수에 잔류하는 유분과 고형 슬러지를 최종적으로 분리한다.

위 제2에어리프트(63)는 침전조(60)의 바닥면에 포집된 침전물 및 침전물과 뒤섞인 하층의 중등수를 흡입하여 유량조정조(20)로 배출하도록 동력과 경로를 제공한다.

한편, 위 침전조(60)의 내부공간은 사각 또는 원형으로 설치되며, 제2에어리프트(63)가 침전물을 원활하게 흡입하도록 침전물이 한 곳으로 포집되게 하단의 면적이 점차 협소해지는 깔대기 형태로 구성되고, 반대로 중등수의 수면상에 떠오른 스컴은 중등수의 수면과 대응되는 위치에 설치된 스컴이송장치에 의해 유량조정조로 이송하여 재정화를 유도한다.

위와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치를 이용하여 오·폐수 정화하는 방법은 아래의 단계와 같다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화방법을 순차적으로 나타낸 플로차트이다.

도 10의 플로차트와 같이 본 발명의 바이오 필터를 이용한 오·폐수 정화방법은 외부로부터 오수를 공급받아 거름망 및 여과필터로 유분과 고형 슬러지를 분리하여 중등수를 생성하는 유분 및 슬러지 분리단계(S10);와, 유분과 슬러지가 분리된 중등수는 필터공이 형성된 계량조에 의해 유량이 조절되면서 필터공에 의해 수 회 이상 여과되는 유량 조절단계(S20);와, 격벽에 의해 하나 이상 구분 배치된 폭기조에 유동성 또는 고정성 담체를 차등 충진하여 미생물의 배양 가능한 환경을 조성하는 담체 충진단계(S30);와, 제1, 2, 3 폭기조(30, 40, 50) 중 어느 하나의 폭기조에 설치되어 산기와 여과가 동시 실현되는 바이오 여과필터에 의해 미생물이 번식 가능한 환경이 조성되면서 각 폭기조에 설치된 담체에 의해 폭기가 이루어지는 중등수 폭기단계(S40);와, 미생물의 생물학적 반응에 의해 정화된 중등수를 인계받아 침전물을 분리하여 정수를 외부로 방류하는 침전물 분리단계(S50);로 구성된다.

위 유분 및 슬러지 분리단계(S10)는 침사조(10)로 공급되는 최초의 오·폐수를 거름망(12)으로부터 고농도 유분과 고형 슬러지를 분리하는 단계를 말한다.

위에 본 발명의 정화장치를 설명하면서 언급한 바와 같이 미생물로부터 생물학적 반응을 유발시켜 오·폐수를 정화할 수 있도록 오·폐수에 공기가 공급될 수 있는 수준의 중등수로 변환하는 공정이다.

위 유량 조절단계(S20)는 유분 및 슬러지 분리단계(S10)를 거친 중등수가 보다 체계적으로 정화될 수 있도록 유량을 조절하기 위해 계량조(23)가 설치되고, 계량조의 표면에 형성된 필터공에 의해 수 회 이상 중등수의 여과가 시도되는 공정이다.

더욱 상세하게는 위 유량 조절단계(S20)는 유분 및 고형 슬러지가 분리되어 생성된 중등수를 지속적으로 인계받아 유량 조정조(20)로 저장하면서 잔류하는 유분 및 고형 슬러지 외 다양하게 잔류하는 오염물의 침전을 유도하되, 유량 조정조에 에어 리프트(21)를 설치하여 조정조 하층에 포집된 중등수를 상층으로 펌핑하여 수 회 이상 침전이 반복적으로 이루어지게 하는 단계이다.

위 담체 충진단계(S30)는 제1폭기조(30)와, 제2폭기조(40)와, 제3폭기조(50)에 각각 유동성 담체(31) 및 고정성 담체(41)를 충진하여 미생물의 서식과 번식 환경을 제공하는 공정이다.

특히, 제1폭기조(30)에는 내부 전체공간의 50%에 해당하는 유동성 담체(31)를 충진하고, 제2폭기조(40)에는 고정성 담체(41)와 바이오 여과필터(100)를 설치하고, 제3폭기조(50)에는 고정성 담체만을 설치하여 중등수의 정화가 차등되게 실혐되는 단계별 정화를 구축한다.

위 중등수 폭기단계(S40)는 담체 충진단계(S30)로부터 정화력이 차등 적용된 제1폭기조(30)와, 제2폭기조(40)와, 제3폭기조(50)에 중등수를 순차 경유시켜 단계별로 정화를 시도하는 단계이다.

예컨대 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면 위 중등수 폭기단계(S40)는 제1폭기조(30)와 제2폭기조(40) 및 제3폭기조(50)를 경유하면서 순차적인 정화가 이루어지고, 위 제1폭기조(30)에 내부 전체공간의 50%에 달하는 유동성 담체(31)를 충진하여 중등수 유기물의 50%를 정화하는 제1차 정화단계(S41)와, 위 제2폭기조(40)에 설치된 고정성 담체(41)와 바이오 여과필터(100)에 의해 중등수의 30%가 정화되는 제2차 정화단계(S42)와, 위 제3폭기조(50)에 설치된 고정성 담체에 의해 중등수의 남은 20%를 정화하는 제3차 정화단계(S43)를 더 포함한다.

위 침전물 분리단계(S50)는 폭기된 중등수를 인계받아 마지막까지 잔류하는 유분과 미세 슬러지를 분리하고, 최종적으로 정화가 완료된 정수를 외부로 방류하면서 미세 슬러지의 침전물을 수집하여 일괄적으로 배출하는 단계이다.

위 침전물 분리단계(S50)는 중등수 폭기단계(S40)에서 미쳐 처리하지 못한 소량의 유분과 미세 슬러지를 필터부재(62)와 제2에어리프트(63)의 반복적인 재순환 정화작업에 의해 최종 여과하여 방류하고, 여과과정에서 침전된 미세 슬러지를 수집하여 일괄 배출한다. 그리고 중등수를 정화하면서 수면상에 떠오른 스컴을 흡입하여 유량 조정조로 이송하는 스컴이송장치가 더 설치되어 재정화가 필요한 중등수 일부를 유량 조절단계(S20)로 전달한다.

위와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 산기와 여과가 동시 실현되는 바이오 여과필터를 제공하여 혐기조 및 무산소조의 별도 설치를 배제함에 따라 신속한 정화작업을 유도됨과 더불어, 바이오 여과필터는 산기과정을 통해 중등수에 잔류하는 유분을 지속적으로 분해하여 중등수에 녹아들게 함으로써 슬러지의 발생을 감소시키고, 또한 용존산소가 증가되어 유기물만 흡착됨에 따라 미생물의 고른 증식에 의해 우수한 수준의 정화시설을 구축할 수 있다.

또한, 복수의 통공홀 또는 허니콤 패턴의 필터공이 형성된 거름망을 사용하여 최초 공급된 오·폐수의 유분과 고농도 오염 슬러지를 분리하여 중등수를 생성함으로써 신속하고 우수한 정화시설을 구축하고, 격벽에 의해 구획된 복수의 폭기조마다 담체를 차등 배분하여 단계별로 정화함에 따라 침전물을 체격적으로 배출하여 보다 수월하고 쾌적한 작업환경을 조성할 수 있으며, 황토가 함유된 합성수지로 이루어지며 내부에 복수의 격벽이 형성되어 하나 이상의 독립된 공간을 제공하여 미생물의 흡착 면적을 확장시키는 담체를 이용한 미생물의 배양이 실시됨에 따라 대량 배양된 미생물로 하여금 MLSS 농도를 크게 감소시켜 오·폐수의 정화력을 적극 향상시킬 수 있다.

마지막으로 제1폭기조와 제2폭기조에 유동이 가능한 담체를 충진하여 담체가 중등수의 흐름에 따라 정화조 내부 전체에 고루 분산됨으로써 소량의 담체만으로도 대량의 중등수를 정화하여 오·폐수의 처리 효율이 적극적으로 향상된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10. 침사조 20. 유량조정조
30. 제1폭기조 40. 제2폭기조
50. 제3폭기조 60. 침전조
100. 바이오 여과필터 110. 여과부
120. 망사필터 130. 바이오필터
140. 배출부
S10. 유분 및 슬러지 분리단계 S20. 유량 조절단계
S30. 담체 충진단계 S40. 중등수 폭기단계
S50. 침전물 분리단계

Claims (3)

1. 외부로부터 오수를 유입받는 공급관(11)과, 공급관 하단에 설치되며 허니콤 패턴의 필터공이 밀집 형성되어 유분과 고형 슬러지를 분리하는 거름망(12)으로 구성되는 침사조(10);
   침사조로부터 중등수를 흡입하여 유량을 조정하면서 미생물의 증식을 확장하도록 침사조의 상단과 내통되게 설치되어 중등수를 공급받는 흡입관(21)과, 하단에 포집된 중등수를 흡입하여 상단으로 배출하는 제1에어리프트(22)와, 상단에 설치되며 표면이 허니콤 패턴의 필터공이 밀집 형성되어 에어리프트가 배출한 중등수를 인계받아 재여과하는 계량조(23)로 구성되는 유량조정조(20);
   원통 내부에 형성된 복수의 격벽에 의해 하나 이상의 독립된 공간이 구비되고, 각 공간마다 미생물의 배양을 유도하는 유동성 담체(31)가 내부 전체공간의 50%에 해당하는 양으로 충진되어 생물학적 반응이 유발됨에 따라 유량조정조가 제공하는 중등수의 유기물을 50% 정화하는 제1폭기조(30);
   황토가 함유된 합성수지 소재로 이루어져 상방에서 하방에 이르도록 직선형태로 하향 배치되는 수 개의 고정성 담체(41)를 교번 배열하여 미생물을 배양하면서 고정성 담체 사이에 수직 설치되는 바이오 여과필터(100)에 의해 산기와 여과가 동시 실현되어 중등수의 유기물을 30% 및 20%씩 단계별로 정화하는 제2·3폭기조(40,50);
   제3폭기조(50)로부터 중등수를 인계받아 잔류하는 유분과 미세 고형 슬러지를 반복적으로 침전시켜 여과한 후 방류하도록 제3폭기조(50)로부터 중등수를 공급받는 유입관(61)과, 공급된 중등수를 최종 여과하는 필터부재(62)와, 필터부재에 의해 침전된 슬러지를 유량조정조(20)로 배출하는 제2에어리프트(63)로 구성되는 침전조(60);를 포함하여 이루어지되,
   위 바이오 여과필터(100)는 스테인리스 소재로 이루어지고, 하단부가 개구되어 중등수를 흡입하는 흡입부(111) 및 흡입부로부터 수직 연장되면서 외주에 부여되는 다공에 의해 협잡물을 분리하는 필터부(112)로 구성되는 여과부(110)와, 필터부(112)의 외주를 모두 포용하며 여과부에서 배출되는 중등수를 1차 여과하는 망사필터(120)와, 황토 성분이 함유된 합성수지 소재로 이루어지고, 망사필터 외주를 모두 포용하며 망사필터를 거친 중등수를 2차 여과하는 바이오필터(130)와, 스테인리스 소재로 이루어지고, 바이오필터를 거친 중등수에 공기를 주입하면서 여과와 산기가 완료된 중등수를 제2폭기조의 상측으로 배출하는 배출부(140)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화장치.
   
2. 제1항에 의한 오·폐수 정화장치를 이용하여 오·폐수를 정화하는 방법에 있어서,
   외부로부터 오수를 공급받아 허니콤 패턴의 필터공이 형성된 거름망으로 유분과 고형 슬러지를 분리하여 중등수를 생성하는 유분 및 슬러지 분리단계(S10);
   유분과 슬러지가 분리된 중등수는 허니콤 패턴의 필터공이 형성된 계량조에 의해 유량이 조절되면서 필터공에 의해 수 회 이상 여과되는 유량 조절단계(S20);
   격벽에 의해 하나 이상 구분 배치된 폭기조에 유동성 또는 고정성 담체를 차등 충진하여 미생물의 배양 가능한 환경을 조성하는 담체 충진단계(S30);
   제1, 2, 3 폭기조(30, 40, 50) 중 어느 하나의 폭기조에 설치되어 산기와 여과가 동시 실현되는 바이오 여과필터에 의해 미생물의 번식 가능 환경이 조성되면서 각 폭기조에 설치된 고정성 담체에 의해 폭기가 이루어지는 중등수 폭기단계(S40);
   미생물의 생물학적 반응에 의해 정화된 중등수를 인계받아 침전물을 분리하여 외부로 방류하는 침전물 분리단계(S50);로 구성되되,
   위 중등수 폭기단계(S40)는 제1폭기조(30) 내지 제3폭기조(50)를 경유하면서 순차적인 정화가 이루어지되, 제1폭기조(30)에 내부 전체공간의 50%에 달하는 유동성 담체(31)를 충진하여 중등수 유기물의 50%를 정화하는 제1차 정화단계(S41); 제2폭기조(40)에 설치된 고정성 담체(41)와 바이오 여과필터(100)에 의해 중등수 유기물의 30%가 정화되는 제2차 정화단계(S42)와, 제3폭기조(50)에 설치된 고정성 담체(41)에 의해 중등수 유기물의 남은 20%를 정화하는 제3차 정화단계(S43);로 구성되는 것을 특징으로 하는 다기능 바이오 여과필터에 의해 정화 공정이 축소되는 오·폐수 정화방법.
   
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