KR20140018636A - 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법에 관한 것으로, 천연 광물질, 식물질, 정수장 슬러지를 이용하여 제조함으로써 친환경적이고 경제적이며 녹조제거 및 유해세균의 살균과 기타 오염물질을 흡착,부상시켜 제거가 용이할 수 있도록 한 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 케이크 상태의 건조된 정수장슬러지를 구비하는 단계와, 건조된 슬러지를 분쇄하여 분말화하는 단계와, 분말상태 슬러지를 600~700˚C에서 열처리하는 단계와, 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 광물재료를 분쇄하여 분말화 하는 단계와, 분말상태의 광물재료와 슬러지를 물에 넣어 고압챔버 내에서 150~250˚C의 온도로 2~3시간 동안 가열 및 교반하여 미네랄성분이 융해되는 단계와, 광물 및 슬러지 찌꺼기를 침전시켜 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물을 취득하는 단계와, 밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 식물재료를 파쇄하여 작은 입자로 만드는 단계와, 파쇄된 식물재료를 물에 넣어 50~70˚C에서 1~2시간 동안 가열 및 초음파 진동으로 천연 살균성분을 우려내는 단계와, 식물 찌꺼기를 거름망으로 제거하여 천연살균액을 취득하는 단계와, 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물과 천연살균액을 0.8~1.2:0.8~1.2 체적비율로 혼합하여 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법.{Water purifying agent manufacturing method using natural materials}

본 발명은 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법에 관한 것으로, 천연 광물질, 식물질, 정수장 슬러지를 이용하여 제조함으로써 친환경적이고 경제적이며 녹조제거 및 유해세균의 살균과 기타 오염물질을 흡착, 부상시켜 제거가 용이할 수 있도록 한 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 강이나 호수, 유속이 느린 하천 등에서 대표적인 수질오염이라 함은 부영양화된 수질조건에서 식물 플랑크톤인 녹조류가 많이 증가하여 물색이 녹색으로 변하는 녹조현상과 생활쓰레기나 폐수 등으로 인한 수질악화 문제를 예로 들수 있다.

녹조가 발생하면 물의 용존산소량이 많이 줄어들면서 물고기가 단체로 폐사 하고 물에서 악취가 발생할 뿐만 아니라 생태계가 파괴되고 특히 녹조의 주범인 남조류가 발생하는 독소로 인해 사람이나 동물이 물을 마실 경우 건강에 큰 위협이 되는 문제가 있다.

이러한 녹조현상 및 폐수 또는 생활쓰레기에 의해 수질악화에 따른 문제점을 해결하기 위해 오염된 물에 화학약품 또는 황토를 살포해서 녹조제거 및 수질개선을 하지만 이 방법만으로는 녹조제거를 완벽하게 하지 못할 뿐만 아니라 과도하게 사용했을시 2차적인 환경오염 문제가 발생하는 문제점이 있다.

녹조 제거 및 수질개선에 관한 종래 선행기술로는,

공개특허 제2005-0002736호(수질정화와 녹조류의 생장 억제 및 제거 기능을 가진 수중투여물의 제조 방법)는 분말 또는 쇄석 형태의 제오라이트 60∼80 wt％와, 분말 형태의 황토 20∼40 wt％의 비율로 2350㎏ 내외의 제오라이트-황토 혼합물을 형성하며, 상기 제오라이트-황토 혼합물 무게의 10∼20％로 시멘트를 더 첨가·혼합하고, 분말 경화제 2㎏를 물 18ℓ에 용해한 경화제 수용액을 넣어 5분 이상 교반한 것을 다양한 형태의 고형화한 수중투입물을 제조한다.

상기 기술은 투입물이 분말이나 액체 형태가 아닌 어느 정도 중량을 가진 고형물이기 때문에 투입시 빠르게 물과 반응하여 수질개선효과를 보기 어렵고 바닥에 가라앉는 구성이기 때문에 오염물 흡착 후 투입물의 회수방법이 어렵고 수면위의 녹조를 제거하기 위해서는 투입물이 수면에 부유할 수 있도록 별도의 부체를 구비해야 되는 문제점이 있다.

또한 공개특허 제2004-0038611호(녹조 제거 및 부유물 침강제, 그리고 그 제조방법)는 퇴적암 분말 45~55 중량% 및 홍운모 분말 45~55 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하며, 퇴적암과 홍운모를 분쇄기에 투입하여 분말화하는 단계; 퇴적암 분말 45~55 중량%, 홍운모 분말 45~55 중량%를 교반기로 투입하여 균일하게 교반하는 단계; 퇴적암 분말과 홍운모 분말을 혼합하는 과정에서 알칼리 수용액을 교반기로 투입하고 가열하여 제올라이트를 생성하는 단계; 및 산성 수용액을 교반기로 투입하고 가열하여 제올라이트를 이모고라이트로 전환하는 단계를 통해 제조된다.

상기 기술은 오염물질을 침강시켜 정화하는 방법으로써 근본적으로 오염물질을 물 밖으로 제거하는 하는 구성이 아니기 때문에 침강된 오염물질로 인해 2차적인 오염문제가 발생할 수 있고 오염물질이 침강 되었다 하더라도 비가 오거나 호수나 하천 내로 물이 빠르게 유입되면 침강 되었던 오염물질이 다시 부상하는 문제점이 발생한다.

등록특허 제0817605호(청정제 제조방법 및 이를 이용한 호소 정화방법)는 호소의 슬러지를 제거하기 위하여 액상의 광합성 미생물과 황토, 맥반석, 제올라이트, 보그사이트(Bauxite)가 2:2:1:1의 중량비로 섞은 100 중량부에 대해 계면활성제를 10 중량부로 첨가하는 천연광물질 및 물을 1ℓ : 100g : 1ℓ로 혼합하여 청정제를 제조한다.

상기 선행기술은 호소 저부에 침전된 슬러지를 부상시켜 오염물질이 플럭을 이루도록 한 다음 수거하여 수질을 정화하는 방법으로써 제조과정 중에 계면활성제가 10 중량부로 첨가되고 보그사이트를 용해하기 위해 염산을 사용하기 때문에 수중에 살포시 청정제에 포함된 화학물질에 의한 수질에 2차적인 오염이 발생할 뿐만 아니라 총대장균과 일반세균과 같은 유해세균제거 또한 미흡하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 천연광물질과 천연식물질과 정수장 슬러지를 재료로 사용하여 친환경적이고 별도 화학물질을 첨가하지 않아 살포시 2차 수질피해가 없는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 천연광물질과 정수장슬러지를 사용함으로써 영양염류, 이물질을 효과적으로 흡착하고 광물질에 포함된 맥반석, 견운모, 제오라이트에서 발생하는 원적외선과 음이온이 항균 및 살균효과로 조류(algae)제거 효과가 있고, 천연식물질에서 추출한 탄닌(Tannin)으로 조류제거 및 살균효과를 높일 수 있는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 천연식물질에서 추출한 탄닌으로 조류제거를 하면서 제거되는 조류의 세포막이 터지면서 생성된 공기방울이 흡착된 영양염류와 기타 이물질을 수면으로 부상시켜 제거가 용이할 뿐만 아니라 오염원을 물 밖으로 제거하기 때문에 일시적이지 않고 근본적으로 조류 및 이물질 제거가 가능한 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 케이크 상태의 건조된 정수장슬러지를 구비하는 단계와, 건조된 슬러지를 분쇄하여 분말화하는 단계와, 분말상태 슬러지를 600~700˚C에서 열처리하는 단계와, 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 광물재료를 분쇄하여 분말화 하는 단계와, 분말상태의 광물재료와 슬러지를 물에 넣어 고압챔버 내에서 150~250˚C의 온도로 2~3시간 동안 가열 및 교반하여 미네랄성분이 융해되는 단계와, 광물 및 슬러지 찌꺼기를 침전시켜 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물을 취득하는 단계와, 밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 식물재료를 파쇄하여 작은 입자로 만드는 단계와, 파쇄된 식물재료를 물에 넣어 50~70˚C에서 1~2시간 동안 가열 및 초음파 진동으로 천연 살균성분을 우려내는 단계와, 식물 찌꺼기를 거름망으로 제거하여 천연살균액을 취득하는 단계와, 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물과 천연살균액을 0.8~1.2:0.8~1.2 체적비율로 혼합하여 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 정수장슬러지 및 광물재료는 정수장슬러지 15~25 중량%, 제오라이트 25~35 중량%, 맥반석 5~15 중량%, 규산염 5~15 중량% 황토 15~25 중량%, 견운모 5~15 중량%의 분말형태로 구비하고 상기 분말형태의 광물재료를 물과 0.8~1.2 : 0.8~1.2 중량비율로 혼합하여 가열 및 교반과정을 거쳐 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 식물재료는 밤나무 25~35중량%, 상수리나무 25~35중량%, 녹차 15~25중량%, 물푸레나무 5~15중량%, 솔잎 5~15중량%의 각각의 재료를 파쇄하여 상기 파쇄한 식물재료를 물과 0.8~1.2:0.8~1.2 중량비율로 혼합하여 가열 및 초음파 진동을 거쳐 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 정수장슬러지, 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 분말화한 입자 크기는 150~250 메시의 크기로 되는 것을 특징으로 한다.

상기 밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 파쇄된 입자크기는 5~15mm³ 크기로 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 천연광물질과 천연식물질과 정수장 슬러지를 재료로 사용하여 친환경적이고 별도 화학물질을 첨가하지 않아 살포시 2차 수질피해가 없는 효과가 있다.

또한 천연광물질과 정수장슬러지를 사용함으로써 영양염류, 이물질을 효과적으로 흡착하고 광물질에 포함된 맥반석,견운모,제오라이트에서 발생하는 원적외선과 음이온이 항균 및 살균효과로 녹조제거 효과가 있고, 천연식물질에서 추출한 탄닌은 조류제거 및 살균효과, 조류의 성장을 저해하는 효과가 있다.

또한 천연식물질에서 추출한 탄닌으로 조류제거를 하면서 제거되는 조류의 세포막이 터지면서 생성된 공기방울이 흡착된 영양염류와 기타 이물질을 수면으로 부상시켜 제거가 용이할 뿐만 아니라 오염원을 물 밖으로 제거하기 때문에 일시적이지 않고 근본적으로 조류 및 이물질 제거가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 수질정화제의 제조단계 나타낸 블록도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 의한 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법은 케이크 상태의 건조된 정수장슬러지를 구비하는 단계(S1)와, 건조된 슬러지를 분쇄하여 분말화하는 단계(S2)와, 분말상태 슬러지를 600~700˚C에서 열처리하는 단계(S3)와, 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 광물재료를 분쇄하여 분말화 하는 단계(S4)와, 분말상태의 광물재료와 슬러지를 물에 넣어 고압챔버 내에서 150~250˚C의 온도로 2~3시간 동안 가열 및 교반하여 미네랄성분이 융해되는 단계(S5)와, 광물 및 슬러지 찌꺼기를 침전시켜 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물을 취득하는 단계(S6)와, 밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 식물재료를 파쇄하여 작은 입자로 만드는 단계(S7)와, 파쇄된 식물재료를 물에 넣어 50~70˚C에서 1~2시간 동안 가열 및 초음파 진동으로 천연 살균성분을 우려내는 단계(S8)와, 식물 찌꺼기를 거름망으로 제거하여 천연살균액을 취득하는 단계(S9)와, 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물과 천연살균액을 0.8~1.2:0.8~1.2 체적비율로 혼합하여 제조하는 단계(S10)로 이루어진다.

본 발명의 정수장슬러지는 그 구성이 실리카(SiO₂) 35∼50%, 알루미나(Al₂O₃) 20∼30%, 강열감량 15∼30%으로 이루어진 정수장슬러지를 건조로에서 건조과정을 거친 케이크 상태로 만든 다음 건조된 슬러지를 통상의 분쇄기로 150~250메시의 크기의 분말로 분쇄한다.

상기 건조 및 분쇄과정을 거친 슬러지는 내부에 수분, 유기물, 이물질이 완전히 제거된 상태가 아니기 때문에 이를 연소제거 하기 위해 공기분위기에서 600~700˚C의 온도로 열처리를 한다.

상기 과정을 거친 슬러지 분말은 광물재료와 함께 제조하는데 사용되며 슬러지의 주성분인 실리카(SiO₂)와 알루미나(Al₂O₃)는 각종 유해중금속을 흡착하는데 사용함으로써, 그동안 정수장에서 폐기물로 처리했던 잔류 슬러지를 본 발명의 재료로 사용하여 경제적이면서 흡착효과를 높일 수 있다.

본 발명의 광물재료(제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모, 슬러지)는 영양염류, 중금속, 독성물질 등 이물질을 흡착하여 응집하도록 하기 위한 재료로써 그밖에 탈취 및 음이온과 원적외선 방출로 인한 수질 개선효과를 얻을 수 있다.

상기 광물재료는 일반적인 100˚C의 물의 끓는 온도만으로 효과적으로 융해되기 어렵기 때문에 본 발명에서는 공기의 압력을 고압의 조건유지가 가능한 고압챔버 내에서 150~250˚C의 온도로 2~3시간 동안 가열 및 교반하여 광물재료들이 물에 효과적으로 융해되도록 하였다.

본 발명의 식물재료(밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎)는 재료에 포함된 천연살균성분인 탄닌(Tannin)이 녹조류 및 유해세균 제거에 효과적이며 살포시 녹조류의 세포막이 터지면서 생성된 공기방울에 의해 상기 광물질에 의해 흡착된 이물질이 함께 수면으로 부상하여 제거함으로써 종래의 침전방식의 수질개선제보다 녹조제거 효과가 뛰어나며 제거방법도 편리하다.

상기 식물재료는 100˚C정도의 끓는 물에서 가열할 경우 각 성분들이 열에 의해 파괴될 수 있기 때문에 본 발명에서는 50~70˚C에서 1~2시간 동안 가열 및 초음파 진동으로 천연 살균성분을 우려내는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 기술되어질 것이며, 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다

정수장에서 배출되는 슬러지를 건조로에서 건조과정을 거쳐 수분이 30%이하인 탈수케이크 상태로 만들었다.

상기 건조슬러지를 통상의 분쇄기로 150~250 메쉬의 크기의 분말로 분쇄하였다.

상기 분말상태의 슬러지를 공기 분위기 하에서 600~700˚C에서 열처리하여 슬러지의 남은 수분, 유기물, 이물질을 연소제거한다.

이어서 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 광물재료를 각각 통상의 분쇄기로 150~250 메쉬의 크기의 분말로 분쇄하였다.

상기 분말상태의 정수장슬러지 및 광물재료는 정수장슬러지 15~25 중량%, 제오라이트는 25~35 중량%, 맥반석 5~15 중량%, 규산염 5~15 중량%, 황토 15~25 중량%, 견운모 5~15 중량%로 구비하여 물과 0.8~1.2:0.8~1.2 중량비율로 혼합한 다음 150~250˚C에서 2~3시간 동안 가열 및 교반하여 미네랄성분이 융해되도록 한다.

상기 융해과정은 150~250˚C의 온도를 유지하기 위해 공기의 압력을 고압의 조건을 형성하기 위해 별도 압력유지가 가능한 고압챔버 내에서 가열 및 교반 과정이 이루어진다.

상기 미네랄성분이 융해된 액체를 2~3시간동안 광물 및 슬러지 찌꺼기를 침전시켜 상등수의 콜로이드상의 물을 취득하여 별도 용기에 담아 보관한다.

이어서 밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 식물재료를 세척후 각각 통상의 파쇄기로 파쇄하여 5~15mm³크기의 작은 입자로 만든다.

상기 파쇄된 식물재료는 밤나무 25~35중량%, 상수리나무 25~35중량%, 녹차 15~25중량%, 물푸레나무 5~15중량%, 솔잎 5~15중량%로 구비하여 물과 0.8~1.2 : 0.8~1.2 중량비율로 혼합하여 50~70˚C에서 1~2시간 동안 가열 및 초음파 진동으로 천연 살균성분인 탄닌(Tannin)을 우려낸다.

상기 초음파 진동은 통상적인 초음파 진동장치에 의해 발생하는 것으로 자세한 작동 원리는 생략하도록 한다.

상기 천연 살균성분이 추출된 액체를 식물재료보다 작은 크기의 거름망에 걸러 식물찌꺼기를 제거하여 천연 살균액을 취득하여 별도 용기에 담아 보관한다.

이어서 정수장슬러지 및 광물재료에서 추출한 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물과 식물재료에서 추출한 천연살균액을 0.8~1.2 : 0.8~1.2 체적비율로 혼합하여 액상의 수질정화제를 제조하였다.

이와 같이 제조된 천연재료를 이용한 수질정화제를 30~50ppm의 농도로 하여 "A" 연못에 살포한 다음 수질을 측정해보았더니 표 1과 같은 결과가 나타났다.

구분	pH	TOC ( mg /ℓ)	COD ( mg /ℓ)	T-N ( mg /ℓ)	T-P ( mg /ℓ)	Chl -a
처리 전	9.23	3.74	11.4	1.63	0.033	40.29
처리 후	7.58	3.01	5.6	1.00	0.005	9.07
제거율	_	19.5%	50.9%	38.7%	84.8%	77.5%

상기 표 1 에서 나타난 바와 같이 수질정화제를 살포한뒤 pH 농도가 9.23의 알칼리 성분을 띄고 있었으나, 천연살조제를 투여 후 pH 농도가 7.58로 중성대의 안정된 값을 유지하고, 총유기탄소(TOC)의 경우도 처리전 3.74에서 처리후 3.01로 19.5% 감소하였고, 화학적산소요구량(COD)의 경우 처리 전 11.4mg/ℓ에서 처리후 5.6mg/ℓ으로 50.9%가 감소하여 수중의 용존산소량을 높여주어 수생태계의 건강성을 회복 시켜줌을 알 수 있다.

또한 총질소(T-N)의 경우 처리전 1.63mg/ℓ에서 처리 후 1.00mg/ℓ으로 38.7%를 감소시켰고, 총인(T-P)의 경우 0.033mg/ℓ에서 0.005mg/ℓ로 84.8%가 감소되는 등 부영양화의 원인물질인 염양염류가 제거되어 조류의 성장억제 및 발생률을 낮추게 됨을 알 수 있다.

또한 조류의 밀도를 나타내는 chl-a(식물 플랑크톤)의 경우 처리전 40.29mg/ℓ에서 처리 후 9.07mg/ℓ로 77.5%가 감소된 것은 수체내에 서식하는 조류제거 효과가 탁월하다는 것을 알 수 있다.

아울러 본 발명은 조류제거 및 이물질 제거뿐만 아니라 유해 세균의 살균효과가 있는데, 실제로 실험해본 결과 총대장균는 100%, 저온일반세균은 75%, 중온일반세균은 85% 제거되는 등 대장균류와 세균류에도 높은 살균효과를 나타냈다.

S1~S10 : 본 발명에 의한 수질정화제의 제조단계

Claims (5)

1. 케이크 상태의 건조된 정수장슬러지를 구비하는 단계와,
   건조된 슬러지를 분쇄하여 분말화하는 단계와,
   분말상태 슬러지를 600~700˚C에서 열처리하는 단계와,
   제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 광물재료를 분쇄하여 분말화 하는 단계와,
   분말상태의 광물재료와 슬러지를 물에 넣어 고압챔버 내에서 150~250˚C의 온도로 2~3시간 동안 가열 및 교반하여 미네랄성분이 융해되는 단계와,
   광물 및 슬러지 찌꺼기를 침전시켜 미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물을 취득하는 단계와,
   밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 식물재료를 파쇄하여 작은 입자로 만드는 단계와,
   파쇄된 식물재료를 물에 넣어 50~70˚C에서 1~2시간 동안 가열 및 초음파 진동으로 천연 살균성분을 우려내는 단계와,
   식물 찌꺼기를 거름망으로 제거하여 천연살균액을 취득하는 단계와,
   미네랄 성분이 융해된 콜로이드상의 물과 천연살균액을 0.8~1.2:0.8~1.2 체적비율로 혼합하여 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법.
   
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 정수장슬러지 및 광물재료는 정수장슬러지 15~25 중량%, 제오라이트 25~35 중량%, 맥반석 5~15 중량%, 규산염 5~15 중량% 황토 15~25 중량%, 견운모 5~15 중량%의 분말형태로 구비하고 상기 분말형태의 광물재료를 물과 0.8~1.2:0.8~1.2 중량비율로 혼합하여 가열 및 교반과정을 거쳐 제조하는 것을 특징으로 하는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 식물재료는 밤나무 25~35중량%, 상수리나무 25~35중량%, 녹차 15~25중량%, 물푸레나무 5~15중량%, 솔잎 5~15중량%의 각각의 재료를 파쇄하여 상기 파쇄한 식물재료를 물과 0.8~1.2:0.8~1.2 중량비율로 혼합하여 가열 및 초음파 진동을 거쳐 제조하는 것을 특징으로 하는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 정수장슬러지, 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토, 견운모의 분말화한 입자 크기는 150~250 메시의 크기로 되는 것을 특징으로 하는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 밤나무, 상수리나무, 녹차, 물푸레나무, 솔잎의 파쇄된 입자크기는 5~15mm³ 크기로 되는 것을 특징으로 하는 천연재료를 이용한 수질정화제의 제조방법.

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