KR20230125731A - 역세식 상부 경사형 비점오염처리 습지여상 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선행 저류 수단이 구성되어 비점오염처리를 수행하는 습지여상에 관한 것으로, 처리조내 여재를 상층의 조립여재(91)와 하층의 세립여재(92)로 구분 구성하되, 처리조 측벽(14) 상단부에 월류형 급수로(50)를 형성하고, 상층의 조립여재(91)에 중심부가 하측으로 요입된 경사면을 형성함으로써, 처리조 상부의 살수용 배관을 완전히 배제하면서도 처리수의 원활한 침투확산이 가능하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 습지여상의 처리조 상부를 완전 개방된 상태로 구성할 수 있을 뿐 아니라, 수면 형성을 수반하지 않는 적정 습윤 상태로 습지여상을 운용하면서도 여재내 처리수의 균일하고 원활한 확산을 유도할 수 있어, 습지여상의 성능 및 활용도를 제고할 수 있다.

Description

역세식 상부 경사형 비점오염처리 습지여상{DECLINED SURFACE TYPE BACK WASHABLE FILTERING WETLAND FOR NON-POINT POLLUTION TREATMENT}

본 발명은 선행 저류 수단이 구성되어 비점오염처리를 수행하는 습지여상에 관한 것으로, 처리조내 여재를 상층의 조립여재(91)와 하층의 세립여재(92)로 구분 구성하되, 처리조 측벽(14) 상단부에 월류형 급수로(50)를 형성하고, 상층의 조립여재(91)에 중심부가 하측으로 요입된 경사면을 형성함으로써, 처리조 상부의 살수용 배관을 완전히 배제하면서도 처리수의 원활한 침투확산이 가능하도록 한 것이다.

습지여상 즉, 인공습지형 여상(過床)은 물리적 여과처리와 습지로서의 기능을 동시에 수행하는 시설로서, 하폐수처리, 비점오염처리, 하천수 수질개선, 생물서식지의 제공 및 친수환경의 조성 등을 목적으로 조성된다.

습지여상을 통한 수처리는 도시하수, 합류식 하수의 월류수, 낙농폐수, 매립지 침출수, 병원폐수 등의 산업폐수와 우수, 유거수(流去水) 등의 비점오염원으로부터 발생한 오염 물질의 처리 등 다양한 분야에 적용되고 있으며, 특히 도시하수 처리상 강우 초기 유출수의 일시 저류가 가능한 선행 저류 수단이 구비된 형식의 습지여상은 비점오염 처리시설로서 각광받고 있다.

이러한 습지여상은 여과 시설인 여상으로서의 기본 기능을 수행할 수 있도록 처리조 상부에 살수시설이 구비되거나, 처리조에 처리수가 완전 충만되고 상부에 상시 수면이 형성되도록 운영되고 있으며, 관련 종래기술로서 특허 제2020849호 또는 공개특허 제2009-101564호 등을 들 수 있다.

특허 제2020849호 및 공개특허 제2009-101564호를 비롯한 종래의 습지형 여상 또는 살수여상은 처리수의 여재 통과를 유도하는 동일한 기본 구조를 가지며, 따라서 처리조내 적재된 여재 전체에 대한 처리수의 광범위한 확산을 도모하기 위한 수단이 강구될 필요가 있다.

즉, 처리조내 여재 중 일부분에 처리수가 편중될 경우, 전체 습지여상의 처리 효율이 저하될 뿐 아니라, 여재의 빈번한 교체가 필요하므로, 오염 처리수가 처리조 내부 공간에서 원활하게 확산될 필요가 있는 것이다.

이에, 종래의 습지여상에서는 오염 처리수의 원활한 확산을 유도하는 수단으로서, 특허 제2020849호에서와 같이 처리조 상부에 복잡한 살수용 배관을 설치하거나, 공개특허 제2009-101564호에서와 같이 처리조 상층에 수면(水面)이 상시 형성되도록 운용되고 있는 실정이다.

그러나 처리조 상부의 살수용 배관은 미관은 차치하더라도 설치에 막대한 비용이 소요될 뿐 아니라 오염 처리수의 이송 과정에서 배관의 폐색이 수시로 발생되어 효용성이 부족하고 유지관리상 상당한 애로점을 유발하는 문제가 있으며, 수면이 형성되도록 처리조를 운용하는 방식의 경우 여재에 상시 완전 침수상태가 조성될 수 밖에 없으므로 유기물 산화 등에 필요한 충분한 공기 접촉이 근본적으로 불가능할 뿐 아니라 처리조 상부 공간의 활용도 극히 제한되는 문제점을 가진다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 비점오염처리 습지여상에 있어서, 저판(11), 전벽(12), 후벽(13) 및 측벽(14)으로 형성된 장방형의 처리조 내부에는 종방향으로 유공관(21)이 설치되며, 전벽(12)의 외측에는 유입관(41)이 연결된 저류실(40)이 형성되고, 후벽(13)의 외측에는 배출관(31)이 연결된 집수실(30)이 형성되며, 유공관(21)의 일측 단부는 후벽(13)을 관통하여 집수실(30) 내부로 연결되고, 양측 측벽(14)의 상단부에는 각각 처리조 중심측으로 돌출된 급수로(50)가 형성되되, 급수로(50)의 측벽(14) 타측단에는 월류벽(51)이 기립 형성되며, 전벽(12) 상부에는 방수구(45)가 절개 형성되어 저류실(40)과 급수로(50)가 연결되고, 처리조 내부에는 상층의 조립여재(91) 및 하층의 세립여재(92)가 포설 적층되되, 조립여재(91)의 상단면에는 중심부가 하측으로 요입된 V자형 경사면이 형성되며, 조립여재(91)와 세립여재(92) 사이에도 V자형 단면의 경계면이 형성되어, 유입관(41)을 통하여 저류실(40)로 유입된 처리수가 일시 저류된 후 방수구(45)로 배출되어 급수로(50)로 유입되고, 급수로(50)의 월류벽(51)을 따라 월류되어 조립여재(91) 상부로 투입된 후, 하부 경계면에 경사가 형성된 조립여재(91)를 경유하면서 처리수가 유하함과 동시에 하방 배출되어 세립여재(92)로 확산 침투됨을 특징으로 하는 상부 경사형 비점오염처리 습지여상이다.

또한, 본 발명은 상기 처리조의 중앙부에는 처리조의 종방향으로 집수로(60)가 형성되되, 집수로(60)의 측벽(14) 타측단에는 집수벽(61)이 기립 형성되며, 후벽(13)을 관통하는 토출관(67)이 설치되어 집수로(60)와 집수실(30)이 연결되어, 유공관(21)으로 가압 주입된 세정수가 세립여재(92) 및 조립여재(91)를 경유한 후 집수벽(61)을 월류하여 집수로(60)로 유입되고 토출관(67)을 통하여 집수실(30)로 회수됨을 특징으로 하는 상부 경사형 비점오염처리 습지여상이다.

본 발명을 통하여, 습지여상의 처리조 상부를 완전 개방된 상태로 구성할 수 있을 뿐 아니라, 수면 형성을 수반하지 않는 적정 습윤 상태로 습지여상을 운용하면서도 여재내 처리수의 균일하고 원활한 확산을 유도할 수 있어, 습지여상의 성능 및 활용도를 제고할 수 있다.

특히, 습지여상 처리조 상부의 배관을 완벽하게 배제할 수 있으므로, 습지여상의 유지관리 편의성을 개선하고 미관을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 식생 조성 또는 시설물 설치 등 습지여상 상부 공간의 자유로운 활용이 가능하다.

또한, 개방된 처리조 상층부에 수면을 형성하지 않고도 운용이 가능하므로, 산책로 또는 공원 등으로 습지여상을 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 여재 적층 방식 설명도
도 3은 본 발명의 구조물 사시도
도 4는 본 발명의 구조물 부분절단 사시도
도 5는 본 발명의 횡단면도
도 6은 본 발명의 종단면도
도 7은 본 발명의 역세 방식 설명도
도 8은 본 발명의 조립여재 제작 과정 설명도

본 발명의 상세한 구성 및 작동 방식을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1은 본 발명 습지여상의 외관을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 장방형 수조인 처리조의 전후 단부에 각각 저류실(40) 및 집수실(30)이 구성된 시설로서, 도로, 택지, 교량 등 도시 피복면에서 배출되는 강우 초기 유출수 등의 비점오염을 효율적으로 처리할 수 있도록, 최초 유입되는 처리수가 저류실(40)에 일시 저류된 후 여재가 적재된 처리조로 순차 공급되어 처리되는 방식을 가진다.

즉, 전술한 비점오염 처리수에 포함된 각종 표류 협잡물 또는 부유 대입경 고형물이 처리수가 저류실(40)에 선행 체류되는 과정에서 침전되어 분리된 연후, 고형물이 상당 수준 제거된 상태의 처리수가 처리조로 공급되는 구조로서, 여과상의 접촉 및 흡착을 통한 오염물 제거 기능을 일층 효율화할 수 있는 것이다.

본 발명이 적용된 비점오염처리 습지여상의 시설물 세부 구조는 도 2 내지 도 6에서와 같이, 기본적으로 여재 적재 처리조로서, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 처리조 상부에는 종래기술에서 필수적으로 요구되었던 복잡한 살수용 배관이 완벽하게 배제되어 있으며, 종래기술에서는 여상 운용상 처리조 적재 여재 상측에 상시 형성될 필요가 있었던 수면(水面) 역시 형성될 필요가 없다.

따라서, 처리수 상측 공간에 대한 자유로운 활용이 가능할 뿐 아니라, 미관 확보 또한 용이하여, 시설물 계획 및 시공시 부지확보에 있어서 유리할 뿐 아니라, 단순히 수처리 시설로서 구축되는 것이 아니라 산책로 또는 공원 등 다양한 부가 기능을 수행할 수도 있다.

이러한 본 발명 습지여상의 시설물 구조를 살펴보면, 도 2 내지 도 4에서와 같이, 평면상 장방형 판체인 저판(11)의 전단 및 후단에 각각 전벽(12) 및 후벽(13)이 형성되고 저판(11)의 양 측단에는 측벽(14)이 형성되어 평면상 저판(11)의 전단 및 후단간 거리가 양 측단간 거리보다 큰 장방형의 처리조가 구축되고, 도 4에서와 같이 처리조 내부의 저판(11) 상면에는 처리조의 종방향으로 유공관(21)이 설치된다.

또한, 도 1 내지 도 4에서와 같이, 전벽(12)의 외측에는 유입관(41)이 연결된 저류실(40)이 형성되고, 후벽(13)의 외측에는 배출관(31)이 연결된 집수실(30)이 형성되며, 도 4에서와 같이, 유공관(21)의 일측 단부는 후벽(13)을 관통하여 집수실(30) 내부로 연결된다.

이러한 본 발명의 처리조는 지상에 구축되어 전체 구조물이 노출되는 형식을 가질 수 있음은 물론, 처리조 상부 일부만이 지상으로 노출되고, 저판(11) 및 양 측벽(14)을 비롯한 대부분의 구조물이 지하에 매설되는 형식을 가질 수도 있다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 양측 측벽(14)의 상단부에는 각각 처리조 중심측으로 돌출된 급수로(50)가 형성되되, 급수로(50)의 측벽(14) 타측단에는 월류벽(51)이 기립 형성되고, 월류벽(51)의 상단에는 거치형(鋸齒形) 연속 요철부가 형성된다.

즉, 본 발명의 급수로(50)는 오염 처리수가 공급되어 여재로 처리수를 급수하는 수로형 구조물로서, 기본적으로 L자형 단면을 가지며 측벽(14)에 L자형 단면의 급수로(50)가 접합되어 전체적으로 U자형 단면의 수로를 형성하되, 처리조 중심측의 벽체를 월류벽(51)으로 구성하여, 이 급수로(50)를 통하여 이송되던 처리수가 월류벽(51)을 따라 월류되면서 처리조에 적재된 여재의 평면상 종방향 전체 구간에 대한 광범위한 급수가 수행되는 것이다.

또한, 도 4에서와 같이, 급수로(50)의 월류벽(51)은 래버린스(labyrinth) 벽체 즉, 거치형 연속 요철이 형성되어 월류 수류가 다중 분할되는 구조를 형성함으로써, 원활한 월류를 도모함과 동시에 월류벽(51) 전체 구간 중 일부 구간에 월류 수류가 편중되는 현상을 방지할 수 있도록 하였다.

즉, 통상의 살수여상에서 필수적으로 요구되는 배관형 살수 설비를 생략하면서도 처리조 종단상 전체 구간에 대한 광범위한 동시 급수가 가능하도록 래버린스 월류벽(51)의 처리조 종방향 전구간 구축을 실시한 것으로, 이는 후술할 조립여재(91)의 경사면 적층 구조와 동반되어 처리수의 광범위한 균질 확산 기능을 수행하게 된다.

이러한 급수로(50)에 대한 처리수 공급은 도 6에서와 같이 저류실(40)에 저류된 처리수 상층수를 방출하는 방수구(45)에 의하여 수행되는데, 전벽(12) 상부에는 방수구(45)가 절개 형성되어 저류실(40)과 급수로(50)가 연결됨으로써, 동 도면에서와 같이 유입관(41)을 통하여 저류실(40)로 최초 유입된 처리수가 일시 저류되어 고형물이 침전된 후 상층수가 방수구(45)로 배출되어 급수로(50)로 공급된다.

도 5 및 도 6에서와 같이, 급수로(50)의 월류벽(51)을 따라 처리조 상부로 살수된 처리수는 처리조 상부에 포설된 조립여재(91)로 우선 투입 및 침투되며, 이어서 처리조 하층부에 포설 적재된 세립여재(92)로 침투되어 오염물이 흡착 및 제거된 후, 처리조 하측 중심부의 유공관(21)으로 유입된다.

본 발명에 있어서 조립여재(91) 및 세립여재(92)는 그 사전적 의미에서와 같이, 입경이 상대적으로 큰 여재와 작은 여재를 지칭하는 것으로, 세립여재(92)로는 통상의 살수여상 여재로 활용되는 토사가 적용될 수 있고, 조립여재(91)로는 본 발명에 특화된 조립질의 입상체(粒狀體)가 적용된다.

즉, 본 발명에 있어서 조립여재(91)를 구성하는 입상체로는 입경 5mm 내지 10mm의 입상체가 적용되며, 구체적인 재질로는 자연석 파쇄물 또는 소성(燒成) 처리된 다공성 구체(球體)가 적용될 수 있다.

조립여재(91)의 입경 범위에 있어서, 조립여재(91)의 입경이 5mm 미만의 세립질일 경우, 처리수의 원활한 유하가 억제되어 후술할 신속 이송 및 광범위 하방 배출 작용이 저하될 수 밖에 없으며, 조립여재(91)의 입경이 10mm를 초과할 경우 처리수가 조립여재(91)간 공극을 충분히 경유하지 않고 직하 배출되어 이 역시 후술할 광범위 하방 배출 작용을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.

특히, 조립여재(91)의 입경이 과소할 경우, 조립여재(91)가 여상 처리를 실제 수행하는 세립여재(92)의 기능을 수행하게 되어, 조립여재(91)에 오염물이 과도하게 흡착될 수 있으며, 이는 조립여재(91)의 가용 수명을 단축하고 조립여재(91)의 빈번한 교체를 초래할 수 있다.

도 2 및 도 5에서와 같이, 조립여재(91)는 단순히 세립여재(92) 상층부에 수평 적층 포설되는 것이 아니라, 조립여재(91)층의 단면이 상부와 하부 모두에 V자형 면을 이루는 구성을 가지는 것으로, 이로써 조립여재(91)층에서의 신속한 처리수 유하 및 원활한 광범위 하방 유출이 수행될 수 있다.

즉, 처리조 내부에는 상층의 조립여재(91) 및 하층의 세립여재(92)가 포설 적층되되, 조립여재(91)의 상단면에는 중심부가 하측으로 요입된 V자형 경사면이 형성되며, 조립여재(91)와 세립여재(92) 사이에도 V자형 단면의 경계면이 형성되어, 유입관(41)을 통하여 저류실(40)로 유입된 처리수가 일시 저류된 후 방수구(45)로 배출되어 급수로(50)로 유입되고, 급수로(50)의 월류벽(51)을 따라 월류되어 조립여재(91) 상부로 투입된 후, 하부 경계면에 경사가 형성된 조립여재(91)를 경유하면서 처리수가 유하함과 동시에 하방 배출되어 세립여재(92)로 확산 침투되는 것이다.

이로써, 도 5에서와 같이, 비록 처리조 상부 측단에 국한된 처리수의 최초 공급이 이루어짐에도 불구하고, 경사면을 형성하는 조립여재(91) 적층부를 처리수가 신속하게 통과함과 동시에, 하방 배출이 동반 수행됨으로써, 처리조 횡단면상 대부분의 면적을 차지하는 세립여재(92) 적재부 전체 영역으로 처리수가 광범위하게 확산되어 침투될 수 있으므로, 전술한 종래기술의 살수용 배관 또는 상부 수면 형성 등의 조치 없이도 처리수의 원활하고 균일한 확산 및 우수한 처리효율 확보가 가능하게 된다.

이렇듯, 세립여재(92)와 광범위하게 접촉하면서 오염물이 제거된 처리수는 유공관(21)으로 유입된 후, 도 6에서와 같이 집수실(30)로 집수되어 저류되며, 집수실(30)에 저류된 정화 처리수는 배출관(31)을 통하여 외부로 최종 배출된다.

한편, 도 7은 본 발명에 있어서 여재에 대한 역세(逆洗)가 수행되는 상황을 예시한 것으로, 이로써 여재를 교체하지 않고도 여재간 공극에 흡착 내지 잔류되어 여재의 여과 성능을 잠식하는 오염물을 효과적으로 제거하고, 여과상의 성능을 복원할 수 있게 된다.

도 4 내지 도 7에서와 같이, 처리조의 중앙부에는 처리조의 종방향 즉, 처리조의 평면상 중심축과 평행한 방향으로 집수로(60)가 형성되되, 집수로(60)의 측벽(14) 타측단에는 집수벽(61)이 기립 형성되어, 역세시 주입되는 세정수의 집수 및 회수를 수행하게 되는데, 도 7에서와 같이, 조립여재(91)의 상단면은 집수벽(61)의 상단과 일치하도록 형성하는 것이 역세 수행에 있어서 유리하다.

또한, 도 4에서와 같이, 후벽(13)을 관통하는 토출관(67)이 설치되어 집수로(60)와 집수실(30)이 연결되는데, 이로써 유공관(21)으로 가압 주입된 세정수가 세립여재(92) 및 조립여재(91)를 경유한 후 집수벽(61)을 월류하여 집수로(60)로 유입되고 토출관(67)을 통하여 집수실(30)로 회수될 수 있다.

이러한 본 발명의 처리조에 있어서, 역세 작업은 우선, 저류실(40)의 유입관(41) 및 집수실(30)의 배출관(31)을 모두 폐쇄하여 처리조의 가동을 중지한 후, 집수실(30) 내부의 유공관(21) 말단에 내압 호스를 연결하여 외부에서 세정수를 주입하고, 여재를 세정한 세정수가 토출관(67)을 통하여 집수실(30)로 토출됨에 따라 이를 회수하여 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 조립여재(91) 제작 과정을 도시한 것으로, 본 발명의 조립여재(91)는 전술한 바와 같이, 입경 5mm 내지 10mm의 구형 입상체로서, 조직내 다공성이 부여되어 처리수의 유하 경로 역할 뿐 아니라, 오염물의 흡착 기능도 겸비하게 된다.

이러한 본 발명의 조립여재(91)에 요구되는 특성으로는 장기간 구형(球形)을 유지함과 동시에 표면의 평탄성도 유지하여, 처리수 접촉 면적을 확보하면서도 공극간 원활한 처리수 유통을 보장하고, 외부로 노출되는 구조상 요구되는 고도의 강도를 확보하는 것이라 할 수 있는데, 이들 특성은 화산석 등 종래의 천연 다공성 입상체는 물론, 발포 성형되는 종래의 인공 다공성 입상체에서는 발현하기 어려운 특성이라 할 수 있다.

이에, 본 발명에서는 점토를 구형으로 성형하여 소성(燒成) 처리하되, 미세 목분(木粉)을 사전 혼입하고, 소성 과정에서 목분의 연소 및 소실을 유도함으로써, 조직 다공성이 양호하면서도 강도가 우수하고, 표면 평탄성이 장기간 유지되는 구형 입상체를 제작하였다.

이러한 본 발명 조립여재(91)의 제작 과정은 도 8에서와 같이, 점토, 목분 및 물을 혼합하여 페이스트를 형성하는 단계로 개시되는데, 이때 목분은 100메쉬 이하의 미세 분말상의 목분을 적용하며, 목분과 점토는 건조 분말상태에서 충분히 사전 혼합한 후 물을 투입하는 방식으로 가공하는 것이 목분과 점토의 균질혼합에 있어서 유리하다.

목분과 점토 및 물이 혼합된 페이스트는 몰드 등에 투입 및 압착되어 구형으로 성형된 후 건조되며, 이후 건조된 성형체를 전기로에서 1,000℃ 내외에서 6시간 소성 처리함으로써, 본 발명의 조립여재(91)가 완성된다.

11 : 저판
12 : 전벽
13 : 후벽
14 : 측벽
21 : 유공관
30 : 집수실
31 : 배출관
40 : 저류실
41 : 유입관
45 : 방수구
50 : 급수로
51 : 월류벽
60 : 집수로
61 : 집수벽
67 : 토출관
91 : 조립여재
92 : 세립여재

Claims (1)

1. 비점오염처리 습지여상으로서, 저판(11), 전벽(12), 후벽(13) 및 측벽(14)으로 형성된 장방형의 처리조 내부에는 종방향으로 유공관(21)이 설치되며, 전벽(12)의 외측에는 유입관(41)이 연결된 저류실(40)이 형성되고, 후벽(13)의 외측에는 배출관(31)이 연결된 집수실(30)이 형성되며, 유공관(21)의 일측 단부는 후벽(13)을 관통하여 집수실(30) 내부로 연결되고, 양측 측벽(14)의 상단부에는 각각 처리조 중심측으로 돌출된 L자형 단면의 급수로(50)가 형성되되, 급수로(50)의 측벽(14) 타측단에는 월류벽(51)이 기립 형성되어, 급수로(50)로 이송되던 처리수가 월류벽(51)을 따라 월류되면서 처리조의 평면상 종방향 전체 구간에 대한 급수가 수행되며, 전벽(12) 상부에는 방수구(45)가 절개 형성되어 저류실(40)과 급수로(50)가 연결되고, 처리조 내부에는 상층의 조립여재(91) 및 하층의 세립여재(92)가 포설 적층되되, 조립여재(91)는 입경 5mm 내지 10mm의 입상체이며 세립여재(92)는 조립여재(91)에 비하여 입경이 작은 토사이고, 조립여재(91)의 상단면에는 중심부가 하측으로 요입된 V자형 경사면이 형성되며, 조립여재(91)와 세립여재(92) 사이에도 V자형 단면의 경계면이 형성되어, 유입관(41)을 통하여 저류실(40)로 유입된 처리수가 일시 저류된 후 방수구(45)로 배출되어 급수로(50)로 유입되고, 급수로(50)의 월류벽(51)을 따라 월류되어 조립여재(91) 상부로 투입된 후, 하부 경계면에 경사가 형성된 조립여재(91)를 경유하면서 처리수가 유하함과 동시에 하방 배출되어 세립여재(92)로 확산 침투되는 상부 경사형 비점오염처리 습지여상에 있어서,
   상기 처리조의 중앙부에는 처리조의 종방향으로 집수로(60)가 형성되되, 집수로(60)의 측벽(14) 타측단에는 집수벽(61)이 기립 형성되며;
   후벽(13)을 관통하는 토출관(67)이 설치되어 집수로(60)와 집수실(30)이 연결되어, 유공관(21)으로 가압 주입된 세정수가 세립여재(92) 및 조립여재(91)를 경유한 후 집수벽(61)을 월류하여 집수로(60)로 유입되고 토출관(67)을 통하여 집수실(30)로 회수됨을 특징으로 하는 역세식 상부 경사형 비점오염처리 습지여상.

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