KR101650241B1 - 스팀공급 및 내부순환 기능을 구비한 유기성 폐기물 전처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부가 콘 형상을 가지는 교반저장조 몸체와, 상기 교반저장조 몸체의 내부에서 회전하며 중공으로 형성되어 내부로 스팀이 공급되는 교반 블레이드와, 상기 교반저장조 몸체 바닥면을 따라 회전하며 협잡물의 침적 방지와 협잡물의 배출을 원활하게 하기 위한 스크러버와, 상기 교반저장조 몸체의 하부 바닥면에 형성되어 협잡물이 배출되는 통로를 제공하는 협잡물 배출부와, 상기 교반 블레이드 및 상기 스크러버를 회전시키는 구동수단과, 상기 구동수단의 구동력을 감속하여 상기 교반 블레이드와 상기 스크러버로 전달하되, 상기 교반 블레이드와 상기 스크러버가 서로 다른 속도로 회전하도록 하는 감속기를 구비하는 교반저장조를 포함하는 유기성 폐기물 전처리 장치를 제공한다.

Description

스팀공급 및 내부순환 기능을 구비한 유기성 폐기물 전처리 장치 및 방법{APPARATUS FOR ORGANIC WASTE PRETREATMENT APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 유기성 폐기물 전처리 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혐기성 소화시 처리효율을 향상시키기 위해 유기성 폐기물을 미립화하여 메탄발효전 산발효 및 가수분해를 촉진하여 안정적인 운전이 가능하도록 함으로써 음식물류폐기물(이하 음식물이라 칭함) 처리효율을 향상시킬 수 있는 유기성 폐기물 전처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

국내 유기성 폐기물의 경우 하수슬러지, 가축분뇨, 음식물, 음폐수 등이 주류를 이루고 있으며, 이에 대한 효율적인 처리에 대해 많은 기술이 현장에 적용되고 있다.

하수슬러지의 경우 농축후 혐기성소화조로 유입하여 유기물을 분해한 후 메탄가스를 생산하여 열원으로 활용하며, 소화액은 탈수케익으로 제조 후 건조하여 소각장에 연료로 활용하고 있다.

종래의 음식물처리의 경우 수거 후 고형물을 탈수하여 수분조절제와 혼합 후 퇴비를 생산하여 활용 하고 있으며, 탈리액은 별도의 폐수처리나 인근 하,폐수처리시설에 반입하여 유기탄소원으로 활용하고 있다.

하지만, 탈리액(음폐수)의 경우 고부하로 인해 하,폐수처리시설에서 처리할 수 있으나, 오염총량규제로 인해 폐수 성분 중 질소(N)성분 및 인(P)성분에 대한 규제가 엄격하여 연계처리가 제한적이다.

따라서, 현재 혐기성소화를 이용한 병합소화에 대한 관심이 증가되고 있으며, 하수슬러지와 가축분뇨 병합처리 및 하수슬러지와 음폐수 병합처리 등의 처리시설이 적용되고 있다.

또한, 정부에서는 유기성 폐기물의 육상처리 일환으로 대도시 및 인근 지역의 환경기초시설 광역화를 통해 안정적인 처리계획을 진행 중에 있다. 이에 따라 해당 지자체에서는 인근지역의 특성에 적합한 유기성폐기물 처리계획에 대한 합리적인 방안을 수립 중에 있으며, 유기성폐기물을 활용한 에너지 생산 및 활용에도 주안점을 두고 있다.

유기성 폐기물의 경우 혐기성 소화시 고농도의 부하를 저농도로 저감할 수 있으며, 이에 따라 메탄가스가 주성분인 바이오가스를 생산하여 활용할 수 있다는 장점을 가진다. 유기성폐기물을 이용한 혐기성소화법은 음폐수 처리에 많이 적용되고 있으며, 음식물류폐기물의 혐기성소화 처리는 초기 단계라고 할 수 있다.

음폐수를 혐기성소화할 경우 하,폐수처리장 및 가축분뇨의 혐기성처리에 비해 많은 바이오가스를 생산할 수 있다. 이는 음폐수가 가축분뇨 및 하수처리장 슬러지에 비해 유기물의 농도가 높기 때문이다.

음식물 처리방법은 파쇄선별후 고형물을 수분조절제와 혼합하여 호기성 퇴비화하는 방법이 일반적인 처리형태이지만, 음폐수는 별도시설로 폐수처리를 진행하고 있다.

음식물을 혐기성소화할 경우 음폐수 보다 많은 유기물을 함유하고 있어 약 2배 이상의 바이오가스를 생산할 수 있다.

따라서, 음식물을 혐기성소화할 경우 바이오가스 생산량을 증대시키기 위해 음식물 전처리 설비가 필요하며, 이를 통해 안정적인 혐기성소화 운전이 가능하다. 기존 음식물을 혐기성소화로 처리시 파쇄선별기에서 비닐류, 플라스틱, 나무, 폐각 등이 협잡물로 배출되며, 선별된 음식물 입자를 미립화하고, 체선별을 통해 미세협잡물을 제거한 후 체선별된 미립자를 혐기성소화조로 이송하여 처리하고 있다.

이에 따라 추가 처리시설의 설치가 요구되고, 미쇄분쇄기의 빈번한 고장으로 인해 운영상 많은 문제점이 도출되고 있는 실정이며, 추가 설비구성으로 악취발생구역이 증가함에 따라 주변 주민들로부터 민원 발생의 근원이 되고 있다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 제2013-0061765호 (공개일자 2013년 6월 11일) '메탄발효 전처리 장치'가 있다.

본 발명의 목적은 음식물을 혐기성소화로 처리함에 있어서 파쇄선별기의 파쇄, 선별효율 증대와 가수분해 및 산발효 기능을 보유한 컴팩트한 장치 구성을 통해 혐기성소화조의 안정적인 운전이 가능한 유기성 폐기물 전처리 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 투입되는 음식물을 파쇄, 선별하여 협잡물을 걸러내고 음식물을 일정 직경의 관통공을 가지는 타공판을 통과시켜 음식물 덩어리를 일정크기로 분쇄하는 파쇄선별기; 상기 파쇄선별기를 거친 음식물에서 금속 이물질을 제거하는 자력 선별기; 상기 자력 선별기를 거친 음식물에 공정수를 혼합하고 가열하며 교반하고 저장하여 음식물을 균질화하는 교반저장조; 및 상기 교반저장조에 배출되는 음식물을 추가 파쇄하며 압송하는 커터펌프; 및 상기 커터펌프에서 압송되는 음식물의 조대입자를 선별하는 조대입자 선별기;를 포함하는 유기성 폐기물 전처리 장치에 있어서,

교반저장조는 하부가 콘 형상을 가지는 교반저장조 몸체와, 상기 교반저장조 몸체의 내부에서 회전하며 중공으로 형성되어 내부로 스팀이 공급되는 교반 블레이드와, 상기 교반저장조 몸체 바닥면을 따라 회전하며 협잡물의 침적 방지와 협잡물의 배출을 원활하게 하기 위한 스크러버와, 상기 교반저장조 몸체의 하부 바닥면에 형성되어 협잡물이 배출되는 통로를 제공하는 협잡물 배출부와, 상기 교반 블레이드 및 상기 스크러버를 회전시키는 구동수단과, 상기 구동수단의 구동력을 감속하여 상기 교반 블레이드와 상기 스크러버로 전달하되, 상기 교반 블레이드와 상기 스크러버가 서로 다른 속도로 회전하도록 하는 감속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 전처리 장치를 제공한다.

상기 스크러버를 회전시키는 스크러버 회전축은 상기 교반 블레이드를 회전시키는 교반 블레이드 회전축의 내부에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감속기는 상기 교반 블레이드의 회전속도는 20 ~ 30rpm 이 되도록하고, 상기 스크러버의 회전속도는 0.5 ~ 1rpm 이 되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 교반저장조 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서와, 상기 온도센서의 온도신호를 전달받아 상기 교반저장조 내부로 공급되는 스팀의 유량을 제어하는 스팀제어부를 더 포함하여 상기 교반저장조 내부가 일정한 온도를 유지하도록 하면 더욱 바람직하다.

아울러, 상기 커터펌프에서 배출되는 분쇄물 중 일부는 교반저장조로 순환되도록 하고, 잔부는 상기 조대입자 선별기로 이송되도록 하면 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 유기성 폐기물 전처리 장치는 음식물을 혐기성소화하기 전 다량의 유기물이 함유된 음식물의 미립화를 통해 가수분해 및 산발효 기능을 수행하는 장치에 있어서, 협잡물 제거 및 섬유질 파쇄 등을 통해 혐기성소화조가 안정적인 운전이 가능하도록 하는 유기성 폐기물 전처리 장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 처리장치를 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교반저장조의 구조를 나타낸 구성도임.

본 명세서 및 특허청구범위에 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 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예 들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 처리장치를 나타낸 블럭도이다.

본 발명의 실시예에 따른 음식물 처리장치는, 투입되는 음식물을 파쇄, 선별하여 생선뼈, 나무조각, 동물뼈 등의 협잡물을 걸러내고 음식물은 일정 직경의 관통공을 가지는 타공판을 통과시켜 음식물을 일정크기로 분쇄하는 파쇄선별기(120)와, 상기 파쇄선별기(120)를 거친 음식물에서 금속 이물질을 제거하는 자력 선별기(130)와, 상기 자력 선별기(130)를 거친 음식물에 공정수를 혼합하고 가열하며 교반하고 저장하여 혼합물을 균질화하는 교반저장조(140)와, 상기 교반저장조(140)에서 배출되는 혼합물을 추가적으로 파쇄하며 압송하는 커터펌프(150)를 포함한다.

상기 파쇄선별기(120)의 전단에는 음식물을 공급하는 음식물 저장 호퍼(110)가 더 포함될 수 있다.

이하, 각 구성요소에 관하여 상세하게 살펴본다.

파쇄선별기(120)는 음식물을 공급받아, 음식물에 혼합되어 있는 비닐봉투, 병뚜껑, 뼈조각 등의 이물질을 선별하여 제거하는 기능과, 덩어리 상태의 음식물을 일정크기 이하로 분쇄하는 역할을 수행한다.

파쇄선별기(120)의 내부에는 관통공이 형성되어 있는 타공판이 구비된다.

파쇄선별기(120)는 내부에서 커터의 회전에 의하여 음식물이 잘려지면서, 잘려진 음식물이 타공판의 관통공을 통해 밀려나가게 된다. 따라서, 타공판의 직경을 조절하여 파쇄선별기(110)에서 배출되는 음식물의 입자 사이즈를 조절할 수 있다.

일반적으로, 음식물을 분쇄하여 퇴비나 사료로 사용하기 위한 경우에는 타공판에 형성된 관통공의 직경을 30~35mm 범위로 사용하고 있으나, 본 발명은 음식물을 혐기성소화처리 하기 위한 것으로 음식물 입자의 크기가 작은 것이 분해효율의 측면에서 유리하며, 공정구성을 컴팩트하게 구성할 수 있으므로, 본 발명에 따른 상기 파쇄선별기의 타공판은 관통공의 직경이 10~20mm 범위인 것이 바람직하다. 관통공의 직경이 상기 범위를 초과(20mm 초과)하게 되면 음식물 입자가 커서 분해에 소요되는 시간이 길어지며, 크기가 작은 일부 협잡물이 반입되어 후단공정 운영에 문제를 발생시킬 수 있으며, 음식물 입자로 인한 관로 막힘 등의 문제가 발생할 수도 있다.

반대로, 관통공의 직경이 10mm 미만인 경우에는 음식물이 파쇄선별기에서 체류하는 시간이 길어져서 공정효율이 저하되는 문제점과, 파쇄선별기 설비가 매우 커져 비용이 증가하게 되는 문제가 발생한다.

자력 선별기(130)는 파쇄 선별기(120)를 거친 음식물에 혼합되어 있는 금속 이물질을 자기력으로 부착하여 제거하는 역할을 수행한다.

교반저장조(120)는 파쇄선별기(140)에서 일정크기로 분쇄된 음식물을 균질화하여 저장하고 있다가, 후단의 혐기성소화조(200)로 공급하기 위한 설비이다.

파쇄선별기(120)에서 분쇄된 음식물에 공정수를 혼합하여 교반저장조(140)로 투입한다. 음식물 자체만으로는 점성이 너무 크고 유기물 농도가 너무 높기 때문에 공정수를 투입하여 유동성을 향상시켜 비중이 무거운 협잡물이 교반저장조 하부로 쉽게 침전될 수 있도록 하기 위한 것이다.

교반저장조(140)는 교반 블레이드를 구비하여, 교반 블레이드가 연속적으로 회전하며 공정수와 분쇄된 음식물을 균일하게 혼합하는 역할을 수행한다.

또한 교반저장조(140)는 혼합물의 가수분해와 산발효를 촉진시키기 위해 스팀을 공급하여 적당한 온도로 유지시킨다. 종래에는 별도의 열교환기를 거치도록 하여 소화에 적당한 온도로 승온 하였는데, 본 발명에 따른 교반저장조(140)는 교반 블레이드를 중공 형상으로 형성하고, 교반 블레이드의 내부로 스팀을 공급함으로써 저장된 혼합물이 적당한 온도로 유지할 수 있도록 함으로써 별도의 열교환기가 필요치 않은 효과를 가져온다.

또한, 온도조절을 위하여 교반저장조 내부의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)와, 상기 온도센서의 신호를 전달받아 스팀 공급을 조절하는 스팀제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 스팀제어부는 스팀 투입구와 배출구의 투입량과 배출량을 조절하여 교반저장조(140)의 온도를 조절한다. 설정된 온도범위보다 낮으면 스팀의 투입량을 증가시키거나 배출량을 감소시켜서 온도를 낮추도록 동작하고, 설정된 온도범위보다 높으면 스팀의 투입량을 감소시키거나 배출량을 증가시킴으로 온도를 높이도록 동작한다.

이하에서, 교반저장조(140)에 저장된 분쇄된 음식물과 공정수의 혼합물을 혼합물이라 칭한다.

교반저장조(140)의 내부에서 혼합물은 후단의 혐기성소화조(200)에 적정한 온도가 되도록 가열된다. 예를 들어 중온 소화의 경우 혼합물의 온도는 35℃ 정도로 조절되고, 고온 소화의 경우 55℃ 정도로 조절된다. 혼합물의 가열은 스팀을 공급하는 방법으로 이루어질 수 있다.

또한, 교반저장조(140)에 저장된 혼합물은 후술하는 커터펌프(150)에 의하여 재순환될 수도 있다.

커터펌프(150)는 교반저장조(140)에 저장된 혼합물을 압송하는 역할을 수행하는 것으로, 파쇄선별기(120)에서 미파쇄된 혼합물을 추가 분쇄하는 역할도 수행한다.

커터펌프(150)는 혼합물을 교반저장조(140)로 재순환 시키거나, 후단 소화설비로 공급하는 역할을 수행한다.

커터펌프(150)로 이송되는 혼합물은 음식물 입자가 혼합되어 있는 것으로, 일반적인 펌프를 사용하게 되면 펌프의 막힘 문제가 발생할 수 있다.

커터펌프(150)와 혐기성 소화조(200)의 사이에 조대입자 선별기(160)가 구비될 수 있다. 조대입자 선별기는 커터펌프에서 공급되는 혼합물 중 크기가 큰 조대 입자를 선별하는 역할을 수행한다. 즉 조대입자 선별기(160)를 통해 혐기성소화조(200)로 투입되는 음식물 입자가 다시한번 걸러지게 된다.

조대입자 선별기(160)는 관통공의 직경이 5~10mm 범위인 타공판을 구비하여, 관통공을 통과하지 못하는 조대입자를 선별하여 커터펌프(150)로 돌려보내거나, 교반저장조(140)로 돌려보내고, 상기 관통공을 통과하는 입자만을 혐기성 소화조로 공급하게 된다.

혐기성 소화조(200)는 산발효조와 메탄발효조를 포함할 수 있으며, 중온 소화 및 고온 소화 방식을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교반저장조의 구조를 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 전처리 장치의 상기 교반저장조(140)는 하부가 콘 형상을 가지는 교반저장조 몸체(142)와, 상기 교반저장조(142) 내부에서 회전하며 중공으로 형성되어 내부로 스팀이 공급되는 교반 블레이드(144)와, 상기 교반저장조 몸체(142)의 바닥면을 따라 회전하며 공정수 공급에 따른 동물뼈, 패각 및 달꺌 껍질 등의 침적 방지 및 하부 배출을 용이하게 하기 위한 스크러버(146)와, 상기 교반 블레이드(144) 및 상기 스크러버(146)를 회전시키는 구동수단으로서의 단일 구동모터(148)와, 상기 단일 구동모터(148)의 구동력을 감속하여 상기 교반 블레이드(144)와 상기 스크러버(146)로 전달하되, 상기 교반 블레이드(144)와 상기 스크러버(146)가 서로 다른 속도로 회전하도록 하는 감속기(147)를 포함한다.

교반 블레이드(144)를 회전시키는 교반 블레이드 회전축(144a)은 중공축으로 형성되어 내부로 스팀이 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 교반 블레이드 회전축(144a)은 스팀이 공급되면 스팀의 열에 의하여 팽창하게 되므로, 교반 블레이드 회전축(114a)이 관통하는 부분은 열팽창과 열수축에도 실링이 손상되지 않도록 메케니컬 씰과 오링을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 교반 블레이드 회전축(144a)의 내부로 스크러버 회전축(146a)을 배치하여, 두개의 축이 동심축으로 형성되는 것이 바람직하다.

교반 블레이드 회전축(144a)과 함께 교반 블레이드(144)도 중공으로 형성되어, 교반 블레이드 회전축(144a)으로 공급되는 스팀이 교반 블레이드(144)를 가열할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

스팀은 하부의 스크러버 회전축(146a)을 통과하여 외부로 배출되어 회수된다.

스크러버 회전축(146a)이 관통하는 부분에도 미케니컬 씰과 오링을 구비하여, 열팽창이나 열수축에도 기밀성이 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 교반저장조 몸체(142)의 바닥으로는 침전물 배출이 용이하도록 하는 협잡물 배출부(149)를 구비하는 것이 바람직하다.

협잡물 배출부(149)는 밸브(149a)에 의하여 개폐 가능하게 형성되며, 스크러버(146)에 의하여 모여지는 협잡물을 외부로 배출하는 통로를 제공한다.

커터펌프(150)는 교반저장조 몸체(142) 하부에서 혼합물을 공급받아 일부는 조대입자선별기(160)를 거쳐 혐기성소화조(200)로 공급하고, 일부는 미세 파쇄를 진행 후 다시 교반저장조 몸체(142)의 상부로 혼합물을 순환시키는 역할과, 혼합물을 혐기성 소화조(200)로 공급하는 역할을 수행한다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물 전처리 장치는 음식물을 파쇄, 선별 및 추가 분쇄하여 혐기성소화처리 전 가수분해와 산발효 기능을 보유하기 위한 것으로, 교반저장조에서 협잡물의 추가 선별기능과 가온기능을 부여함으로써 혐기성소화의 공정효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다. 또한, 교반저장조에 스팀을 공급하여 가열함으로써 별도의 열교환기가 필요치 않은 효과도 가져온다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 : 음식물 저장 호퍼
120 : 파쇄선별기
130 : 자력 선별기
140 : 교반저장조
150 : 커터펌프
160 : 조대입자 선별기
200 : 혐기성 소화조

Claims (5)

1. 투입되는 음식물을 파쇄, 선별하여 협잡물을 걸러내고 음식물은 일정 직경의 관통공을 가지는 타공판을 통과시켜 음식물 덩어리를 일정크기로 분쇄하는 파쇄선별기; 상기 파쇄선별기를 거친 음식물에서 금속 이물질을 제고하는 자력 선별기; 상기 자력 선별기를 거친 음식물에 공정수를 혼합하고 가열하며 교반하고 저장하여 음식물을 균질화하는 교반저장조; 상기 교반저장조에 배출되는 음식물을 추가 파쇄하며 압송하는 커터펌프; 및 상기 커터펌프에서 압송되는 음식물의 조대입자를 선별하는 조대입자 선별기;를 포함하는 유기성 폐기물 전처리 장치에 있어서,
   
   상기 파쇄선별기의 타공판은 관통공의 직경이 10~20mm 범위이고,
   
   교반저장조는
   하부가 콘 형상을 가지는 교반저장조 몸체와,
   상기 교반저장조 몸체의 내부에서 회전하며 중공으로 형성되어 내부로 스팀이 공급되는 교반 블레이드와,
   상기 교반저장조 몸체 바닥면을 따라 회전하며 협잡물의 침적 방지와 협잡물의 배출을 원활하게 하기 위한 스크러버와,
   상기 교반저장조 몸체의 하부 바닥면에 형성되어 협잡물이 배출되는 통로를 제공하는 협잡물 배출부와,
   상기 교반 블레이드 및 상기 스크러버를 회전시키는 구동수단과,
   상기 구동수단의 구동력을 감속하여 상기 교반 블레이드와 상기 스크러버로 전달하되, 상기 교반 블레이드와 상기 스크러버가 서로 다른 속도로 회전하도록 하는 감속기를 포함하고,
   
   상기 스크러버를 회전시키는 스크러버 회전축은
   상기 교반 블레이드를 회전시키는 교반 블레이드 회전축의 내부에 형성되고,
   
   상기 교반저장조 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서와,
   상기 온도센서의 온도신호를 전달받아 상기 교반저장조 내부로 공급되는 스팀의 유량을 제어하는 스팀제어부를 포함하여 상기 교반저장조 내부가 일정한 온도를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 전처리 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 감속기는
   상기 교반 블레이드의 회전속도는 20 ~ 30rpm 이 되도록 하고,
   상기 스크러버의 회전속도는 0.5 ~ 1rpm 이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 전처리 장치.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 커터펌프에서 배출되는 분쇄물 중 일부는 교반저장조로 순환되고,
   잔부는 상기 조대입자 선별기로 이송되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 전처리 장치.
   

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