KR101028991B1 - 이물질 제거가 가능한 사이펀 통로를 갖는 수문을 이용하여수질을 정화하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수문에 사이펀 통로를 구성하여 수로를 폐쇄한 상태에서도 사이펀 통로를 통해 저수공간의 하층수를 배출할 수 있어 저수공간 및 하천의 수질을 정화함과 동시에 사이펀 통로가 회전되도록 하여 사이펀 통로에 끼인 이물질을 제거할 수 있도록 한 이물질 제거가 가능한 사이펀 통로를 갖는 수문을 이용하여 수질을 정화하는 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 수문의 저수측면에는 지수부재를 부착하고, 단면상 "ㄷ"자 형상의 사이펀 판을 수문의 저수측면 하부 일측에서부터 상부 위쪽까지 지수부재와 밀착될 수 있도록 위치시킨 상태에서 사이펀 판의 하단부와 수문의 접촉부위를 힌지를 통해 회전가능하게 연결하여 사이펀 판의 안쪽면과 수문 사이의 공간이 사이펀 통로를 이루도록 구성함으로써 사이펀 판을 통해 형성된 사이펀 통로를 통해 수문의 폐쇄시에도 저수공간의 하층수를 배출함에 따라 저수공간 및 하천수의 수질을 정화함과 동시에 사이펀 통로에 이물질이 쌓이면 사이펀 판을 힌지를 중심으로 회전시켜 이물질을 제거토록 하는 것이다.

수문, 사이펀, 수질 정화

Description

이물질 제거가 가능한 사이펀 통로를 갖는 수문을 이용하여 수질을 정화하는 방법{Method to purify water quality using water gate having siphon passage}

본 발명은 이물질 제거가 가능한 사이펀 통로를 갖는 수문을 이용하여 수질을 정화하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수문에 사이펀 통로를 구성하여 수로를 폐쇄한 상태에서도 사이펀 통로를 통해 저수공간의 하층수를 배출할 수 있어 저수공간 및 하천의 수질을 정화함과 동시에 사이펀 통로가 회전되도록 하여 사이펀 통로에 끼인 이물질을 제거할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피, 하천 또는 저수지와 같은 저수공간으로는 여러 경로를 통해 물이 유입되므로 유입되는 물중에 오염물질들이 다량 포함되어 있음은 자명하다. 따라서, 저수된 물을 정화하기 위해 여러 방법들이 제안되었던 바, 종래 사용되어 오던 수질정화방법들은 자갈 접촉 산화법, 역간 접촉식 산화법, 하수처리장 수질정화법, 염소 투입 정화법 등이 있으나 한결같이 많은 비용이 들고 비용에 비해 그 효과는 미미한 실정이었다.

이를 개선하기 위해 별도의 장치를 통해 수중에서 와류를 형성하여 오염물질을 부유시키고, 이를 걷어냄으로써 수질정화를 구현하도록 한 장치도 등장한 바 있 으나, 이는 수질 개선을 위해 별도의 장치를 구비해야 하는 단점이 있음은 물론 그 수질정화영역이 매우 제한적이어서 보다 넓은 범위에서의 수질개선에 취약한 단점이 있었다.

또한, 본 출원인에 의해 창안되어 공지된 특허 공개번호 제 2001-0000343호의 "다단 저수장치를 이용한 자연적인 수질개선방법"의 경우 한개의 수문으로 구성되는 방식이기 때문에 폭기에 의한 자연적인 자정효과가 매우 낮은 결점이 있었으며, 이러한 결점으로 인해 수문의 내부에 가두어져 있는 물과 오염물질들이 결합하면서 발생시키는 물질 뭉침 작용과 물질 결합 작용에 의해 오염이 가중되면서 녹조 현상을 유발시킴으로 인하여 저장된 물을 더욱 더 악화시키는 중대한 결점이 있었다.

여기서, 본 발명의 기술적 가치를 높이기 위하여 본 발명에 적용되는 용어에 대하여 설명한다.

하천수에 함유된 오염된 수질들이 자연적으로 정화되거나 오염이 악화되는 “물질 가속도 현상“과“물질 새치기 작용”과“물질 보존 본능의 법칙”과 물질 뭉침 작용”과 “물질 결합작용“과 ”물질 거부작용”과 “물질 해탈작용“에 대하여 설명한다.

모든 물질은 그 물질이 지니고 있는 질량과 비중의 차이로 인하여 물속으로 유입되는 순간 그 물질들의 비중에 따라 포진하고 있는 위치가 물질별로 틀린 상태를 이루면서 즉 물질별로 각각의 다른 층을 이루면서 흐르게 된다.

이러한 작용에 의해 비중이 무거운 깨끗한 물들은 하천수의 하층부에 포진한 상태를 이루면서 흐르고, 비중이 가벼운 오염된 물들은 하천수의 상층부에 포진한 상태를 이루면서 흐르게 되는데, 흐르는 속도는 오염이 가중되어 있는 상층부의 하천수가 하층수 보다도 더 빨리 흐르고 있는 것이 현실이다, 이러한 작용이 발생하는 것은 물속에 함유되어 있는 오염물질의 양 즉 오염부하량이 높기 때문이다. 이러한 원리를 "물질 가속도 현상”이라고 정의한다.

하천에 흐르는 물들이 더욱더 오염이 가중되는 이유는 “물질 가속도현상” 과 “물질 뭉침 작용” 때문인데 자세히 설명하면 다음과 같은 현상 때문인 것이다. 지구와 태양계가 회전하면서 발생시키는 중력의 작용에 의해 비중이 가벼운 오염된 물들이 비중이 무거운 깨끗한 물들의 상층부에 포진한 상태를 유지하면서 하천의 하류 부분으로 흐르고 있을 때에 비중이 가벼운 오염된 물들은 수시로 유입되어 오는 또 다른 오염물질들과 결합하는 "물질 뭉침 작용"에 의해 오염이 악화 되게 됨으로 인하여 하천수의 오염은 더욱더 가중되게 되는 것이다.

다음은 물질 가속도 현상을 역으로 이용하게 되면 발생하게 되는 “물질 새치기 작용”의 과정에 대하여 설명한다. 물질 새치기 작용과 물질 가속도 현상은 상호간에 밀접한 관계가 있다. 물질 새치기 작용이 이루어지는 과정은 오염된 하천수들이 수문의 하부를 통과하려고 할 때에 하천수를 이루고 있는 물들은 비중이 무거운 깨끗한 물들이 비중이 가벼운 오염된 물들을 상층부로 밀어 올려놓은 다음 비중이 가벼운 오염된 물들의 하층부를 통하여 먼저 빠져나가려고 하는 작용을 발휘하게 되는데 이러한 원리를 “물질 새치기 작용“ 이다. 라고 정의한다. 지구상에 존재하는 모든 물질들은 그 물질을 이루고 있는 물질속의 원자량과 분자량에 의해 서 그 크기가 똑같다고 해도 그 부피 즉 비중이 틀리기 때문에 물속에 들어가면 그 물질들이 포진하고 있는 위치를 달리할 수밖에 없는 것이다.

다음은 모든 물질들은 그 물질의 본질(本質)적 성분을 본능적으로 보존하려고 하는 “물질 보존 본능의 법칙”과 이러한 작용에 의해서 발휘되는 “물질 뭉침작용”과 물질 밀림작용에 의해 발생 하는 “물질 해탈 작용“에 대해서 설명한다. 물은 물이 지니고 있는 구조적인 특성에 의해서 물 이외의 물질이 물속의 구조 속으로 침투하게 되면 본능적으로 그 침투물질을 받아들이면서 그 물질과 결합 하여 또 다른 물질을 만들어내는 특성이 있다. 본 발명에서는 이러한 작용을 “물질 뭉침 작용”이다, 라고 정의한다.

또한 물의 결정을 이루고 있는 순수 물 분자구조 속에 침투 해 있는 오염물질들을 털어 내어 순수 물분자를 만들기 위하여 물에 일정한 충격을 가해주게 되면 물의 순수 분자 구조 속에 함유되어 있는 오염물질들은 물분자 속에서 즉시 이탈해 나오는 작용을 “물질 해탈 작용“이다. 라고 정의한다. 즉 외부에서 가해지는 충격의 힘에 의해 오염된 물이 깨끗해지는 작용을 ”물질 해탈 작용“이다. 라고 정의 한다. 상술한 바와 같이 물질 뭉침 작용이 발생되는 이유는 하천수를 가두어 두는 저수 시스템을 콘크리트보, 전도식 수문, 또는 고무댐과 같이 유입되는 하천수를 상단부로 배출하는 방식으로 저수장치를 구성하여주게 되면 이러한 작용에 의해 오염이 가중되게 되는 것이지만, 하천수를 하단부로 배출하는 수문 시스템을 설치하여 주게 되면 물질 새치기 작용과 물질밀림작용과 물질 해탈 작용이 자연적으로 이루어지면서 오염된 하천수가 자연적으로 정화 되게 되는 것이다. 대형의 댐들 또 한 이러한 방식에 따라 댐을 구성하여 주게 되면 절대적으로 오염이 가중되지 않는 것이다. 또한 저수시스템의 하층 부분에 포진하고 있는 일부분의 하천수들 만을 배출 하도록 구성된 수문 시스템을 설치하면 오염이 가중되는 이유는 수문이 구성되어 있는 배출부 이외의 부분에 정체 되어 있는 비중이 가벼운 오염된 물들은 비중이 무거운 깨끗한 물들에게 밀리는 물질 밀림 작용에 의해 배출구 이외 부분으로 밀려나가면서 또 다른 오염물질들과 결합하는 물질 뭉침작용에 의해 오염이 더욱더 가중되게 되는 것이다. 물질 밀림작용과 물질 뭉침 작용에 의해 수문의 배출구 이외에 정체되어 있는 비중이 가벼운 오염된 하천수는 절대적으로 하천의 하류로 이동하는 것 자체가 불가능한 상태에 놓이게 되면서 또 다른 물질들과 결합 하는 물질 결합 작용과 오염된 물질들 끼리 뭉치는 물질 뭉침 작용에 의해 오염이 더욱더 가중 되게 되는 것이다. 자세히는 고무댐의 하단부에 구성되는 일부의 배출구 또는 전도식 수문의 하층부분에 포진하고 있는 일부분의 하층수 만을 선택적으로 배출하도록 구성되는 싸이폰 방식의 수문을 설치하게 되면 비중이 무거운 깨끗한 물들이 비중이 가벼운 물들을 밀어내고 먼저 빠져 나가는 물질 새치기 작용과 물질 밀림작용에 의해 비중이 가벼운 오염된 물들은 비중이 무거운 깨끗한 물들에게 밀리면서 수문의 내부에서 정체된 상태를 유지하고 있을 수밖에 없는 물질 밀림작용에 의해 하류부분으로 절대적으로 빠져 나가지 못하고 있는 상태에서 또다시 오염된 물질끼리 뭉치는 물질 뭉침 작용과 오염된 물질끼리 결합하여 또 다른 물질을 만들어내는 물질 결합작용에 의해 오염이 더욱더 가중 될 수밖에 없는 것이다. 이러한 작용들에 의해서 상단부로 유입수를 배출하는 방식의 수중보를 이용하여 물을 가두어 두 게 되면 저수 시스템의 내부에 물을 가두어 두는 동안 오염 물질과 물분자의 물질들 끼리 뭉치면서 발생시키는 물질 뭉침 작용과 물질 결합 작용에 의해 오염이 오히려 가중되게 되는 중대한 문제점들이 있는 것이다.

다음은 "물질보존 본능의 법칙'에 대하여 설명한다.

모든 물질들은 그 물질이 지니고 있는 구조적인 특성에 의해 그 물질만의 구조를 유지하려고 하는 자연적인 특성에 의해 그 물질이 지니고 있는 물질적인 구조 속에 다른 이물질이 침투하여 있으면 그 물질들을 거부하여 밀어내 버리거나 또는 그 물질 또는 오염물질들 속에서 이탈해 나오려고 하는 작용을 발휘하여 그 물질이 지니고 있는 순수한 구조들을 영구히 보존하려고 하는 작용을 본 발명에서는 "물질보존본능의 법칙"이다라고 정의한다.

다음은 "물질보존본능의 법칙"에 의해 발생하는 "물질 거부 작용"에 대하여 설명한다.

모든 물질은 물속에 들어가면 물속에 섞여 있는 물질들과 희석되게 되면서 물의 오염을 가중되게 하는 물질 뭉침 작용이 처음부터 발휘되는 게 아니라 순수 물분자의 구조들이 오염물질을 거부하는 물질 거부 작용에 의해 곧바로 결합되지 못하고 즉 물질과 물질이 뭉치는 뭉침 작용을 거부하고 있다가 일정시간이 지나면서 외부에서 가해지는 분해 작용에 의해 즉 용존산소와 태양열과 미생물과 삼투압작용등과 같은 자연적인 반응에 의해 오염물질들이 서서히 물분자들과 결합하면서 오염물질로 변형되게 되는 것이다. 이 물질들이 또다시 자연적으로 분해되면서 발생시키는 미립자들이 또다시 또다른 물질들과 결합되면서 물의 오염이 가중되는 것 이다,이것이 활발히 이루어지면서 발생시키는 것이 바로 육지의 녹조 현상과 바다에서 발생되는 적조현상인 것이다. 태형동물이라고 칭하는 물질은 유기물질과 무기물질들과 뭉치면서 발생시키는 부산물인 것이다.

다음은 물질 분해 작용과 물질 결합 작용과 물질 부상 작용에 대하여 설명한다. 물의 순수 분자들은 순수 물 분자를 유지하고 있으려는 "물질 보존본능의 법칙"에 의해 물질 거부작용이 발생 되면서 또 다른 물질들과 결합하지 않으려고 반응하다가 오염물질들의 강한 점성력에 의해 어쩔 수 없이 다른 물 분자들과 결합하는 물질결합작용에 의해 결합 됨과 동시에 비중이 무거워지면서 하천의 바닥 층에 가라 앉아 있는 상태에서 자연적으로 발생하는 자연적 분해 작용에 의해 그 물질들이 분해되면서 미세한 미립자들을 발생시키게 되는데 미립자로 구성되는 물 분자와 상류에서 밀려오는 오염물질의 일부 물질들과 물질 결합 작용이 이루어지는 반복적인 작용이 발생하게 되는 것이다.

물 분자속에 함유되어 있는 오염물질들은 자연분해되는 자정작용에 의해 미립자로 변하여서 또 다시 저수 층의 상층부로 이동하는 반복적 물질 부상 작용을 발휘하면서 또다시 또 다른 오염물질들과 재차 결합하는 물질 결합 작용에 의해 결합 된 물 분자들은 결합과 동시에 비중이 무거워지면서 저수 층의 바닥에 가라앉게 되는 반복적 작용이 이루어지면서 하천수의 오염을 가중시키게 되는 작용이 바로 "물질 분해 작용"과 "물질 결합 작용"과 "물질 부상 작용"인 것이다.

다음은 물의 오염을 가중시키는“물질 폭발 작용”에 대해 설명한다.

물속에는 다양한 종류의 화학적인 반응을 하게 되는 물질이 자연적으로 유입 되게 되는데 종류미상의 이러한 물질들은 또 다른 물질을 만나면서 그 물질이 지니고 있는 고유한 화학적 성분과 종류미상의 화학적 성분이 만나면 물질의 미립자가 폭발하면서 미세한 공기방울과 같은 물질을 만들어내면서 수면위로 부상하는 작용이 발생하게 된다. 즉 맥주잔속에서 미세한 방울이 계속하여 발생하는 것은 맥주 속에 함유된 미립자와 미립자가 만나면서 폭발하기 때문에 계속하여 방울이 발생되는 것이다.

이러한 물질 폭발 작용이 물속에서 계속하여 발생하는 것은 물질과 물질이 만나면서 폭발하는 물질 폭발작용 때문에 미세한 방울을 계속하여 만들어 내게 되는 것이다. 이러한 폭발작용이 발생 할 때에 생성되는 공기방울과 물속에 함유된 또 다른 미립자들이 물질결합을 하면서 또 다른 물질이 생성되는데 이때에 발생되는 미립자는 물의 분자구조보다도 비중이 무거워지면서 물의 저장하여 놓은 저수공간의 바닥 층에 침전 되면서 물의 오염을 가중시키게 되는 것이다.

다음은 "물질마찰작용"과 "물질 분해 작용"과 "물질 결합작용"에 대하여 설명한다.

모든 물질들은 물보다도 가볍거나 물의 비중보다 무겁더라도 물속에 들어가는 순간 물에 가해지는 중력의 작용과 수압의 작용에 의해 발생하는 압력에 의해 깨끗한 물 분자를 이루는 미립자들의 뾰쪽한 부분과 또다른 깨끗한 물분자에 구성되어 있는 미립자의 뾰쪽한 부분들과 활발한 접촉이 이루어 질때에 물분자의 사이사이에 끼어 있는 오염물질의 미립자에 연속적인 타격이 자연적으로 가해지면서 물분자의 사이사이에 끼어 있는 오염물질의 미립자가 서서히 마모가 이루어지면서 오 염물질을 이루는 미립자의 존재 자체가 마도되어 사라지게 되면서 오염된 수질이 깨끗한 수질로 변하게 되는 것이다.

이러한 작용에 의해 오염된 수질이 자연적으로 정화 되는 것은 "물질마찰작용에 의한 자연적인 수질정화작용"이다라고 정의하고 "학술용어"는 Hans action.이다라고 정의한다. 이러한 작용이 이루어지면서 오염된 수질이 자연적으로 정화 되는 작용이 이루어질때에는 산소의 작용이 없이도 오염된 물질들이 자연 분해되는 것이다,

이러한 작용이 이루어지는 과정중에서 불완전 분해된 물질들의 미립자들은 미립자 속에 함유되어 있는 점성력 즉 자력과 또 다른 물질에서 분해된 미립자들 속에 함유되어 있는 점성력과 자력에 의해 오염물질과 깨끗한 물들과의 결합이 이루어지는데 이러한 작용이 바로 "물질 결합작용"인 것이다. 물질들이 분해되면서 발생시키는 미립자들이 점성력과 자력을 자연적으로 가지게 되는 이유는 물 분자들이 물의 내부에서 발생하는 부라운 운동을 활발히 하면서 즉 숫자로 셀수 없을 정도로 많은 이동하면서 물질과 물질을 마모 시키는 물질 마찰운동이 자연적으로 이루어지면서 물질의 표면에서는 표면 장력이 자연적으로 발생하기 때문에 물질의 뾰쪽한 부분에는 물질과 결합하려는 점성력과 물질을 당겨오는 자력이 자연적으로 강해지는 것이다.본 발명에서는 이러한 작용을 "물질 결합작용"이다라고 정의한다.

이러한 과정을 통하여 발생시키는 물질 결합 작용에 의해 탄생 되는 새로운 물질들은 물의 비중 보다도 무거워 지기 때문에 물질 결합이 이루어짐과 동시에 저수 되어있는 하층부분에 침전되면서 퇴적오니로 변하는 것이다.

이때에 발생되는 퇴적오니를 이루고 있는 오염물질들이 물질마찰작용과 또다른 분해작용에 의해 또다시 분해되는 연속적인 과정을 통하여 대량의 미립자들을 또다시 발생 시키게 되는 것이다, 이러한 작용에 의해 분해되면서 발생되는 미립자들 끼리 또다시 물질결합작용과 물질 마찰작용이 이루어지면서 오염된 수질이 자연적으로 살아나게 되는 것이다, 이러한 작용이 연속적으로 과다하게 발생하게 되면 육상에서는 녹조현상이 바다에서는 적조 현상이 발생하게 되는 것이다.

모든 물질들은 물에 유입되는 순간 물 분자를 이루는 미립자들이 발휘하는 물질 마찰작용과 또다른 물질 분해 작용들에 의해 분해되게 되는 것이다.

일례로 철이 분해되면서 발생시키는 시뻘건 녹물들이 바로 물분자보다도 비중이 더 가벼운 미립자들로서 물 분자들에 의해 분해된 또다른 미립자들과 물질 결합작용이 이루어지면서 하상에 침전되게 되는 것이다 이러한 작용이 연속적으로 이루어질때에 발생하는 물질이 바로 퇴적오니인 것이다.

물속에 함유되어 있는 모든 유기물질들과 무기물질들과 인과 질소들이 물질 마찰작용과 산소와 미생물과 태양열의 작용과 물의 분자들에 자연적으로 분해되는 과정을 통하여 오염된 수질이 비중이 무거운 깨끗한 물로 변하게 되면서 저수장치의 하층부분에 포진하고 있기 때문에 저수장치의 즉 수문의 하단부를 통하여 배출하여 주게 되면 깨끗한 물만을 연속적으로 생산하여 주게 되는 것이다.

이와 같이 물이 저수되어 있는 하층부를 통하여 상류에서 흘러 내려오는 물을 배출하여 주게 되면 물질 새치기 작용과 비중의 법칙에 따라 물질이 지니고 있는 비중의 차이에 따라 자연적으로 분류되는 층류 작용에 의해 물질이 지니고 있는 고유 질량 별로 포진하고 있는 위치가 틀리기 때문에 물질 결합 작용이 이루어 지지 않으므로 인하여 오염이 가중되지 아니하고 오히려 오염된 수질이 자연적으로 정화되는 작용이 이루어 지게 되는 것이다.

따라서, 물을 일정한 장소에 오랜시간 가두어두게 되면 물질분해작용과 물질 결합작용에 의해 오염이 더욱더 가중되므로 저수공간에 저수되어 있는 물은 항상 만수위를 유지하면서 상류에서 내려오는 물을 수문의 하단부를 통해 수시로 방류하는 방법이 하천수의 오염을 방지할 수 있는 가장 좋은 방법이며, 또한 저수공간의 물을 수문의 하단부를 통하여 방류하는 방법을 이용하여 주게 되면 물속에 함유된 물질끼리 결합하는 물질결합작용에 의해 뭉쳐진 퇴적오니와 같은 오염물질을 배출하여주면서 동시에 물질 가속도 현상, 물질 새치기 현상, 물질 분해 작용, 물질 부상 작용 등을 발생시켜 오염된 수질을 자연적으로 정화 시켜줌과 함께 수문의 상단부로도 하천의 상류에서 유입되는 약간의 물을 배출하여 물의 상부에 부유하는 비중이 가벼운 오염된 물질들과 수문의 하단부를 통하여 배출되는 비중이 무거운 깨끗한 물들과 희석시켜주는 방법을 이용하여 오염된 수질을 정화 시켜줌이 가장 바람직한 것이다.

그러나, 일반적인 전도식 수문의 경우 지지축이 지지구조체의 하부에 고정되어 수문의 상부로 저수공간의 물을 배출하도록 구성되어 있으므로 수문을 완전히 전도시키지 않는 한 저수공간의 하층수를 배출할 수 없어 물질뭉침작용에 의해 퇴적오니가 심하게 발생되어 수질오염이 가속화되는 단점이 있는 것이며, 부상식 수문의 경우 지지축이 지지구조체의 상부에 고정되어 수문을 약간만 개방하여 수문의 하부로 저수공간의 하층수를 배출하여 수질을 정화할 수 있는 이점이 있지만 홍수시 물과 함께 대형 이물질이 같이 유입되는 경우에는 이러한 대형 이물질이 수문을 타격하여 수문을 파손시킬 수 있는 단점이 있는 것이었다.

이를 감안하여 본 출원인은 등록실용신안 제 320510 호 등에서 수문을 개방하지 않고도 사이펀 원리에 의해 저수공간 저부의 퇴적오니를 포함한 물을 수문의 외부로 배출시킬 수 있도록 함으로써 수질오염을 방지할 수 있는 사이펀원리를 이용한 자동보 수문을 개시한 바 있으나, 이러한 사이펀 원리를 이용한 자동보 수문의 경우 사이펀 통로가 고정되어 있어 사이펀 통로를 통해 저수공간의 하층수가 배출되는 과정에서 같이 배출되는 퇴적오니와 같은 오염물질이 지속적으로 사이펀 통로에 쌓이면서 사이펀 통로를 막을 경우 더 이상 사이펀 원리에 의한 저수공간의 하층수 배출이 불가능해지게 되는 단점이 있게 된다.

본 발명은 수문에 사이펀 통로를 구성하여 수문의 폐쇄시에도 저수공간의 하층수를 배출할 수 있도록 함으로써 저수공간 및 하천수의 수질을 정화토록 함과 동시에 사이펀 통로에 쌓인 이물질을 용이하게 제거할 수 있도록 하여 사이펀 원리에 의한 저수공간의 하층수를 배출하는 동작을 항상 안정적으로 수행할 수 있도록 하는 이물질 제거가 가능한 사이펀 통로를 갖는 수문을 이용하여 수질을 정화하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 수문의 저수측면에 하부에서부터 상부 위쪽까지 단면상 "ㄷ"자 형상의 사이펀 판을 설치하여 이러한 사이펀 통로를 통해 수문의 폐쇄시에도 저수공간의 하층수를 배출할 수 있도록 구성하되, 사이펀 판의 하단부와 수문의 접촉부위를 힌지를 통해 회전가능하게 연결하여 사이펀 판을 힌지를 중심으로 회전시킬 수 있게 구성함으로써 사이펀 통로에 쌓인 이물질을 용이하게 제거할 수 있도록 구성한 것이다.

물속에는 수만 가지의 물질들이 함유되어 있는데 그 물질은 무기물질성 미립자들과 유기물질성 미립자들로 구분할 수 있다, 물속에 함유되어 있는 미립자들끼리 접촉하면서 부딪히는 마찰 작용에 의해 미립자들이 분해되면서 또다른 미립자들을 생산하게 되며, 이러한 과정에서 생산된 미립자들은 또다른 무기 및 유기물질성 미립자들과 물질 결합작용이 발생하면서 물의 무게 보다도 더 무거워진 미립자로 변형되면서 하천의 하단부에 가라앉게 되는 것이다. 이러한 작용에 의해 물의 오염이 가중되는 것이며 이러한 작용이 바로 물질 결합작용인 것이다, 이때에 발생하는 것이 바로 퇴적오니인 것이다.

또한 지구상의 모든 물질은 물 분자와 물 분자가 부딪히면서 발생하는 물질 마찰작용에 의해 완전히 분해되어 결국에는 물 분자로 변형되는 물질 순환의 과정을 통하여 물질 DNA로 변형되어 물속에서 생명을 유지하고 있는 것이다.

즉 모든 물질은 물질이 지니고 있는 DNA 분자로 구성되어 있어서 결국에는 최저단위 세포 즉 완전히 분해되어 존재 자체가 없어지는 것이 아니라 DNA를 이루는 극 미립자로 분해되어 있는 상태에서 즉 수분의 성격을 지니고 있는 상태에서 물 분자를 사용하고자 하는 물질에게 흡수되면서 또 다른 물질로 재탄생되는 순환의 과정을 통하여 그 물질이 지니고 있는 물질의 DNA는 계속하여 재탄생되는 순환의 과정을 이어가면서 생명을 유지하고 있는 것이다.

불완전한 분해 상태에 놓여 있는 물질들이 쌓이면서 즉 불완전 분해 물질인 퇴적오니들이 쌓이게 되면서 하천수의 수질이 더욱더 악화되게 되는 것이다.

또한 물속에 함유되어 있는 산소가 없어도 물속 함유되어 있는 미립자들끼리 부딪히는 마찰작용이 발생하면서 물속에 함유되어 있는 물질이 자연적으로 분해되는데 그 작용이 바로 물질마찰작용인 것이다.

물질 폭발작용에 대하여 또 다른 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

비누를 물에 풀면 비누성분을 이루는 물질들이 물질 폭발을 하면서 물분자들이 확장는 과정 즉 물질 폭발작용이 이루어지면서 비눗물 성분들의 사이에서 서식 하는 세균들이 물질 폭발을 하는 과정에서 발생시키는 물 분자의 뾰쪽한 부분에 찔려서 죽게 되기 때문에 물에 비누를 녹여서 비눗물로 손을 닥거나 또는 세수를 하거나 목욕을 하면 세균이 소독되는 것이다.

물 분자 속에 함유되어 있는 여러 가지 물질분자들은 서로 좋아하는 물질도 있고 만나면 폭발하는 물질도 있기 때문에 가두어 놓은 물속에서 공기 방물이 계속하여 발생하는 것이다. 이러한 작용이 바로 물질 폭발 작용인 것이다.

이러한 물질 폭발작용과 물질 마찰작용에 의해 물속에 함유되어 있는 미립자들이 더욱더 미세하게 분해되는 것이다.

물질분해작용에 의해 분해된 물질은 물속에 함유되어 있는 또다른 미립자들과 물질적 결합을 하는 물질 뭉침작용이 이루어지면서 물의 비중보다도 더욱더 무거운 물질로 변하면서 상단부 배출식 저수장치의 내부에 가라앉게 되는 것이다.

또한 물질새치기작용에 의해 가두워둔 물이 더욱더 오염되는 원리에 대하여 설명한다.

상단부 배출식 수문 또는 고무댐과 같이 저수장치의 내부에 물을 가두어두면 물속에 함유되어 있는 무기물질성 미립자들과 유기물성 미립자들이 서로 결합하는 물질결합작용에 의해 물의 비중보다도 가두워둔 물의 비중이 무거워진 상태로 변하기 때문에 하천의 상류에서 유입되는 비중이 가벼운 유기물질성 하천수들이 수문의 내부에 저수되어 있는 비중이 무거운 물의 내부로 파고들어가지 못하고 물의 표면을 스쳐 지나가는 즉 빙판에서 자동차가 미끄러지는 형태를 띠면서 그대로 하천의 하류로 빠져나가기 때문에 물의 오염이 가중되게 되는 것이다.

즉 저수장치의 내부에 가두워진 물들은 정체된 상태로 있지만 하천의 상류에서 부터 흘러 내려오는 물들은 유속이 빠르기 때문에 정체된 상태로 있는 저수된 물의 상단부를 통하여 스쳐지나가듯이 저수장치의 상단부를 통하여 먼저 빠져나가기 때문에 저수되어 있는 물들과 혼합되지 못하게 되는 것이다.

이러한 작용이 바로 물질새치기작용 인 것이다.

또한 콘크리트를 이용한 수중보와 상단부 배출식 수문과 상단부 배출식 고무댐들을 이용하여 물을 가두워두게 되면 물의 오염이 가중되게 되는 이유는 상류에서 흘러내려오는 물들과 혼합되지 못하고 저수되어 있는 물을 제처두고 먼저 빠저나가는 물질 새치기작용과 저수되어 있는 물속에 함유되어 있는 미립자들끼리 부딪히는 물질 마찰작용과 분해된 물질끼리 또다시 뭉치거나 결합하는 물질결합작용과 물질 뭉침작용에 의해 발생하는 퇴적오니들이 저수장치의 내부에 계속하여 적층됨 과 동시에 ①물속에 함유된 용존산소에 의한 자연적인 분해작용과 ②미생물에 의해 분해되는 분해작용과 ③미립자와 미립자들이 부딪히면서 발생하는 물질 마찰작용에 의한 분해작용과 ④태양열에 의해 분해되는 자연적인 분해작용과 ⑤공기와 맏닷는 대수층의 마찰력에 의해 분해되는 물질 분해작용과 ⑥삼투압작용에 의해 분해되는 물질 분해작용과 ⑦중력의 압력에 의해 분해되는 물질 분해작용과 ⑧모세관 현상에 의한 물질 분해작용들에 의해 그 퇴적오니들이 자연적으로 분해되면서 또다른 미립자들을 발생 시킴과 동시에 또다시 물질마찰작용과 물질분해작용과 물질 결합작용과 물질 뭉침작용에 의해 또다른 미립자들을 연속적으로 발생 시킴으로 인하여 물의 오염이 더욱더 가중되게 되는 것이다.

또한 고무댐의 일부에 하층수 배출장치를 설치하여 일부분의 하천수를 배출하도록 구성하여 주거나, 또는 전도식 수문의 일부분에 싸이폰 통로를 설치하여 하천의 상류로 부터 유입되는 유입수를 배출하도록 구성되는 방식의 저수장치를 이용하여 물을 가두워두게 되면 비중이 무거운 깨끗한 물들이 비중이 가벼운 물들을 제쳐두고 먼저 빠져나가는 물질새치기 작용에 의해 저수장치에 가두워둔 오염된 물들은 물질 결합작용과 물질 뭉침작용이 더욱더 활발히 이루어지면서 더욱더 오염이 가중되게 되는 것이다.

즉 비중이 무거운 물들이 비중이 가벼운 물들을 옆으로 제처 놓고 그 사이를 통하여 먼저 빠져나가는 작용에 의해 밀려난 물들은 물질 결합이 더욱더 활발히 이루어지기 때문에 물의 오염이 가중되는 것으로서 그 원리를 물질 새치기 작용이다라고 칭한다.돌을 물에 던지면 물을 밀어 내고 물속으로 가라앉는 원리가 바로 물질 새치기작용인 것이다.

다음은 오염된 수질이 자연적으로 살아나게 되는 원리에 대하여 설명한다.

물에는 약 6만여종의 물질이 함유되어 있고 그속에 함유되어 있는 모든 물질은 물질고유의 질량을 가지고 있으며 그 질량에 따라 저수된 물에 포진하고 있는 위치가 다르다.

즉 물질 별로 차지하고 있는 층이 다른데 이러한 현상을 층류작용이다라고 칭한다.

똑같은 질소성 성분과 인의 성분이어도 그 미립자들이 분해되어 있는 크기에 따라서 포진하고 있는 층이 다르게 되는 것이다.

즉 오염물질의 비중이 0.99999998 인 물질이 비중 1 인 물질 또는 비중0.99999999의 물질속으로 절대로 파고 들어 가지 못하게 되는 것은 바로 중력의 힘 때문인 것이다. 이는 기름이 물에 뜨는 원리와 같다.

이와 같은 현상을 유지하고 있는 것은 코올리의 힘 즉 중력의 작용 때문인 것이다.

이와 같은 중력의 작용에 의해 층류작용을 계속하여 유지하고 있게 되는 하단부 배출식 저수장치를 이용하여 물을 저수하여 놓게 되면 비중이 다른 오염물질과 물분자의 미립자 물질이 뭉치거나 결합하는 점성력에 의해 발생하는 물질 뭉침작용과 물질 결합작용이 발생하지 않게 되기 때문에 물의 오염이 가중되지 않게 되는 것이다.

즉 하천의 상류로부터 유입되는 하천수를 저수장치의 상단부로 배출하는 상단부 배출식 저수장치를 설치하여 물을 가두어두게 되면 물 속에 함유되어 있는 물의 분자와 오염물질의 미립자들이 뭉쳐지는 물질 뭉침작용과 물질 결합작용들에 의해 물의 오염이 가중되게 되지만, 저수장치의 하단부 즉 하단부 배출식 수문의 하단부를 통하여 하천의 상류로부터 유입되는 물의 양 많큼을 배출하도록 구성되는 하단부 배출식 저수장치를 이용하여 물을 가두워 두게 되면 하천의 상류로부터 유입되는 유입수를 하단부 배출식 저수장치의 하단부를 통하여 유입되는 유입수 만큼만을 상시 배출하여 줄수가 있기 때문에 물의 오염이 가중되지 않을 뿐만아니라 물속에 함유되어 있는 미립자와 미립자들이 ①물속에 함유된 용존산소에 의한 자연적인 분해작용과 ②미생물에 의해 분해되는 분해작용과 ③미립자와 미립자들이 부딪 히면서 발생하는 물질 마찰작용에 의한 분해작용과 ④태양열에 의해 분해되는 자연적인 분해작용과 ⑤공기와 맏닷는 대수층의 마찰력에 의해 분해되는 물질 분해작용과 ⑥삼투압작용에 의해 분해되는 물질 분해작용과 ⑦중력의 압력에 의해 분해되는 물질 분해작용과 ⑧모세관 현상에 의한 물질 분해작용들에 의해 기존의 미립자들보다도 더 작게 분해됨과 함께 이러한 작용들에 의해 분해된 미립자들은 중력의 작용에 의해 저수되어 있는 물의 상층부로 이동되면서 또다시 이상과 같은 8대 자연 정화 작용에 의해 더욱더 미세하게 분해하는 작용이 연속적으로 이루어짐과 동시에 하천수에 함유되어 있는 아주 깨끗한 물들이 지니고 있는 "물질 보존의 법칙"의 작용이 동시에 자연적으로 발생되면서 물분자와 결합되거나 물분자의 내부에 끼어 있는 오염된 물들은 물분자로 부터 이탈되어 나오면서 하단부 배출식 저수장치의 상층부로 이동되는 과정을 통하여 또다시 자연분해됨과 동시에 오염된 미립자들과 결합 되어 있는 상태에서 오염된 미립자들을 이탈 시킨 상태에 있는 아주 깨끗한 순수한 물들은 하단부 배출식 저수장치의 하단부를 통하여 하천의 하류로 이동하게 되는 자연적인 순환의 과정이 연속적으로 발생되면서 오염된 물들이 자연적으로 정화되게 되는 것이다.

이러한 작용들이 연속적으로 발생하여 오염된 하천수들이 자연적으로 정화되도록 하기 위해선 하천의 횡단 전단면 전폭과 하천의 종단면 전체에 다단계 저수 시스템을 설치하여 주는 것이 바람직하다.

이러한 원인과 작용들로 인하여 물의 오염이 가중되기도 하고 오염된 물들이 살아나기도 하는 것이기 때문에 물을 저수하여 놓는 방식을 하단부 배출식으로 하 느냐 아니면 상단부로 배출하는 방식으로 하느냐에 따라서 물의 오염이 가중되기도 하고 오염된 물이 살아나기도 하는 것이다.

본 발명에서는 이러한 문제들을 인지하여 수문의 폐쇄시에도 저수공간의 하층수를 배출할 수 있는 방식을 이용하여 오염된 하천수를 자연적으로 정화시킬 수 있도록 한 것이며, 또 사이펀 통로에 끼인 이물질을 용이하게 제거하여 수질 정화동작이 항상 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 수문의 저수측면에 단면상 "ㄷ"자 형상의 사이펀 판 하단부가 힌지에 의해 회전가능하게 고정되는 것이므로 수문의 폐쇄시에도 이러한 사이펀 판에 의해 형성되는 사이펀 통로를 통해 저수공간의 하층수를 배출할 수 있어 저수공간 및 하천수의 수질을 정화할 수 있는 것이며, 이러한 저수공간의 하층수 배출과정에서 지속적으로 이물질이 쌓이는 경우 사이펀 판을 회전시켜 주기만 하면 사이펀 통로를 개방시킬 수 있어 사이펀 통로에 쌓여있던 이물질을 용이하게 제거할 수 있는 것이고, 이와 같이 사이펀 통로에 쌓여있던 이물질이 제거되면 다시 사이펀 판을 원래의 위치로 회전시켜 사이펀 원리에 의한 수질 정화 동작을 항상 안정적으로 수행할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명을 제시된 각 실시예와 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 사이펀 수문의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 사이펀 수문의 폐쇄시 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 사이펀 수문의 개방시 측단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 사이펀 수문의 사이펀 판 회전시 측단면도이다.

본 발명에 적용되는 수문은 양측 지지구조체(10) 사이의 수로(11)를 개폐할 수 있도록 양측 지지구조체(10) 사이에 동력수단에 의해 회전가능하게 수문(20)을 설치하는 전도식 수문, 부상식 수문 등 모든 수문을 적용할 수 있으며, 도면상에는 전도식 수문을 예로 하여 도시하였다.

이러한 수문(20)의 저수측면에는 지수부재(21)를 부착하고, 단면상 "ㄷ"자 형상으로 된 다수의 사이펀 판(30)을 수문(20)의 전단면 전폭에 걸쳐 나란하게 배치하면서 수문(20)의 저수측면 그 하부 일측에서부터 상부 위쪽까지 지수부재(21)와 밀착될 수 있도록 위치시킨 상태에서 사이펀 판(30)의 하단부와 수문(20)의 접촉부위를 힌지(31)를 통해 회전가능하게 연결하여 각 사이펀 판(31)과 지수부재(21)의 사이 공간이 사이펀 통로(32)를 이루도록 구성하게 된다.

이때, 지수부재(21)는 고무, 합성고무, 연질의 합성수지 등 저수공간의 물이 사이펀 통로(32)로 유입되지 못하도록 지수성능을 갖는 것이면 어떠한 것이든 적용가능하다.

또한, 각 사이펀 통로(32)의 입수구(33)에는 수문(20)의 기립 또는 전도에 따라 사이펀 통로(32)를 자동 개폐해주는 개폐문(34)을 회전가능하게 각각 설치하게 된다.

또한, 도면상에 도시하지는 않았지만 지지구조체(10)의 내부에는 밀폐공간을 형성하고, 이러한 밀폐공간에 위치한 수문(20)의 회전축(22)에 실린더와 같은 동력 수단을 연결하여 이러한 실린더의 신축에 따라 수문(20)을 회전시킬 수 있도록 구성함은 자명하다.

도면상의 미설명 부호 35는 사이펀 통로(32)의 배수구를 나타낸다.

이와 같이 구성된 상태에서 동력수단에 의해 수문(20)이 폐쇄 위치로 회전되면 도 2와 같이 양측 지지구조체(10) 사이의 수로(11)가 폐쇄되어 저수공간에 물이 차오르게 된다.

수문(20)의 저수측면에는 하부 일측에서부터 상부 위쪽까지 다수의 사이펀 판(30)이 지수부재(21)와 밀착 위치되어 있으며, 각 사이펀 통로(32)의 입수구(33)는 수문(20)의 기립과 동시에 자중에 의해 개폐문(34)이 하방향으로 회전됨에 따라 개방된 상태를 유지하고 있으므로 저수공간의 하층수는 이러한 입수구(33)를 통해 유입되어 각 사이펀 통로(32)를 거쳐 배수구(35)를 통해 수문(20)의 외부로 배출되며, 저수공간의 하층부에는 퇴적오니와 같은 오염물질이 쌓여있다가 하층수의 배출시 이러한 배출되는 물에 퇴적오니와 같은 오염물질이 같이 배출되므로 저수공간의 수질을 정화할 수 있게 된다.

이와 동시에 상기한 저수공간 하층수의 배출과정에서 자연적으로 발생되는 물질마찰작용과 물질분리작용에 의해 순수한 물분자로부터 오염물질분자가 서로 분리되고, 중력과 비중의 작용과 물질 새치기작용과 물질 밀림작용에 의해 깨끗한 물분자는 하천의 하층부에 포진하여 빠른 속도로 빠져나가고 상대적으로 비중이 가벼운 오염물질분자들은 하천의 상층부에 포진할 수 있어 수문(20) 너머로 배출되어 하천을 따라 흘러내려가는 하천수의 수질을 정화할 수 있는 것이다.

이러한 수로(11)의 폐쇄 상태에서 동력수단이 반대로 작동하면 도 3과 같이 수문(20)은 폐쇄시와는 반대방향으로 회전되어 수로(11)를 개방할 수 있으며, 수문(20)이 개방되면 저수공간의 물이 수로(11)를 통해 빠른 속도로 방류할 수 있는 것이다. 또한, 수문(20)의 기립에 따라 개방되어 있던 각 개폐문(34)은 각 사이펀 통로(32)의 입수구(33)를 폐쇄하게 되므로 배출되는 물과 함께 떠내려오는 이물질이 각 사이펀 통로(32) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.

그런데, 각 사이펀 통로(32)를 통해 저수공간의 하층수를 배출하는 과정에서 하층수에 포함되어 있는 퇴적오니와 같은 이물질이 사이펀 통로(32)의 내부에 쌓이다가 사이펀 통로(32)를 막을 경우 수문(20)의 폐쇄시 사이펀 원리에 의해 저수공간의 하층수를 배출해주지 못하는 문제가 있음은 전술한 바 있다.

본 발명은 이를 감안하여 각 사이펀 판(30)의 하단부를 힌지(31)를 통해 수문(20)의 저수측면에 회전가능하게 연결한 것이므로 사이펀 통로(32)에 이물질이 쌓이는 경우 도 4와 같이 수문(20)을 폐쇄시킨 상태에서 사이펀 통로(32)에 이물질이 쌓인 부위의 사이펀 판(30) 상단부를 선택적으로 저수측으로 벌려주면 사이펀 판(30)이 힌지(31)를 중심으로 회전되면서 그 사이펀 통로(32)가 개방되고, 이러한 공간을 통해 이물질을 쉽게 제거해줄 수 있는 것이다.

이물질을 제거한 후에는 다시 사이펀 판(30)을 원래의 위치로 복귀시키고 수문을 정상 동작시키면 되는 것으로, 이와 같이 본 발명에 따르면 수문(20)을 폐쇄시킨 상태에서도 사이펀 원리에 의해 저수공간의 하층수를 수문(20) 너머로 배출해줄 수 있어 저수공간 및 하천수의 수질을 정화할 수 있고, 사이펀 통로(32)에 퇴적 오니와 같은 이물질이 쌓이더라도 사이펀 통로(32)를 개방하여 이물질을 용이하게 제거할 수 있어 사이펀 원리에 의해 수질을 정화하는 동작을 항상 안정적으로 수행할 수 있는 이점이 있는 것이다.

그리고, 본 발명에서는 전도식 수문이 적용된 것을 예로 하여 도시하였지만 상기한 모든 기술적 구성 및 작용은 부상식 수문에도 적용할 수 있는 것이므로 이러한 변형된 실시예들은 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

또한, 각 사이펀 판(30)의 단면이 "ㄷ"자 형상으로 구성된 것으로 설명하였으나, 이러한 각 사이펀 판(30)의 형상은 수문(20)과의 사이에 사이펀 통로(32)를 형성할 수 있는 형상이면 어떠한 형상으로 구성하여도 됨은 자명하다.

또한, 수문(20)의 기립 또는 전도에 따라 각 사이펀 통로(32)의 입수구(33)를 개폐해주는 각각의 개폐문(34)은 무동력으로 된 것을 예로 하여 설명하였으나, 이러한 각 개폐문(34)에 동력을 제공하여 수문(20)의 기립 또는 전도되는 것을 감지하여 이에 따라 각 사이펀 통로(32)의 입수구(33)를 자동 개폐할 수 있도록 구성할 수도 있음은 당연한 것이다.

또한, 각 사이펀 판(30)을 무동력으로 동작시키는 것을 설명하였으나, 각 사이펀 판(30)과 수문(20)을 연결해주는 힌지(31)에 동력을 연결하여 각 사이펀 판(30)을 동력에 의해 보다 용이하게 회전시킬 수 있도록 구성할 수도 있는 것으로, 이러한 변형된 실시예 역시 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 사이펀 수문의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 사이펀 수문의 폐쇄시 측단면도.

도 3은 본 발명에 따른 사이펀 수문의 개방시 측단면도.

도 4는 본 발명에 따른 사이펀 수문의 사이펀 판 회전시 측단면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 지지구조체 11 : 수로

20 : 수문 21 : 지수부재

22 : 회전축 30 : 사이펀 판

31 : 힌지 32 : 사이펀 통로

33 : 입수구 34 : 개폐문

35 : 배수구

Claims (1)

1. 양측 지지구조체(10) 사이의 수로(11)를 개폐할 수 있도록 상기 양측 지지구조체(10) 사이에 동력수단에 의해 회전가능하게 수문(20)을 설치하는 수문의 구성방법에 있어서,

   상기 수문(20)의 저수측면에는 지수부재(21)를 부착하고, 단면상 "ㄷ"자 형상으로 된 다수의 사이펀 판(30)을 상기 수문(20)의 전단면 전폭에 걸쳐 나란하게 배치하면서 상기 수문(20)의 저수측면 하부 일측에서부터 상부 위쪽까지 상기 지수부재(21)와 밀착될 수 있도록 위치시킨 상태에서 상기 각 사이펀 판(30)의 하단부와 상기 수문(20)의 접촉부위를 힌지(31)를 통해 회전가능하게 연결하여 상기 각 사이펀 판(30)의 안쪽면과 상기 수문(20) 사이의 공간이 사이펀 통로(32)를 이루도록 구성하여 상기 각 사이펀 판(30)을 통해 형성된 사이펀 통로(32)를 통해 상기 수문(20)의 폐쇄시에도 저수공간의 하층수를 배출함에 따라 저수공간 및 하천수의 수질을 정화함과 동시에 상기 사이펀 통로(32)에 이물질이 쌓이면 당해 사이펀 판(30)을 상기 힌지(31)를 중심으로 회전시켜 이물질을 제거토록 하는 것을 이물질 제거가 가능한 사이펀 통로를 갖는 수문을 이용하여 수질을 정화하는 방법.

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