KR102138929B1 - 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 버섯배지 톱밥을 혼합하여 발효기에서 발효시켜 폐비닐에 묻어 있는 유기물이 분해되게 하고, 유기물이 제거되면서 수분과 악취가 제거된 폐비닐을 수집하여 재생에너지의 연료로 사용하고, 발효된 유기물은 퇴비로 사용할 수 있게 하는, 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템을 제공하기 위한 것이다.

Description

폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템{Organic removal system for recycling waste vinyl}
본 발명은 폐비닐 재활용을 위하여 폐비닐에 묻어 있는 유기물을 제거하기 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐에 묻어 있는 유기물을 발효시켜 분해하고, 유기물이 제거되면서 수분과 악취가 제거된 폐비닐을 수집하여 재생에너지의 연료로 사용할 수 있게 하는, 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템에 관한 것이다.
일상생활에서 비닐은 식음료 포장, 농수산물 포장, 용기 등으로 다양하게 사용되고 있으며, 심지어 쓰레기 배출시에도 비닐인 종량제 봉투가 사용되어 생활쓰레기로 배출되고 있다. 환경부 자료에 따르면 매일 53,000여 톤의 생활쓰레기가 발생되고 있는데, 이중에서 종량제로 배출되는 25,000여 톤 중에 10,000여 톤의 비닐이 혼입되어 있고, 음식물 쓰레기로 배출되는 14,000여 톤 중에 400여 톤의 비닐이 혼입되어 매립 또는 소각 처리되고 있으며, 종량제로 배출된 쓰레기 중에서 2,500여 톤의 비닐과 폐합성수지만이 고형연료 등 에너지로 환원되어 자원화되고 있다.
한편, 2018년 중국의 폐기물 수입금지 여파로 국내 폐합성수지 재활용시설의 처리용량 초과에 따라 음식물 쓰레기에서 분리된 비닐 등 저질의 폐합성수지 폐기물에 대해서는 처리기피 및 처리에 따른 고비용으로 인하여 폐기물을 동남아 몇개 국에 수출하여 큰 사회적 문제를 야기하고 있다. 또, 쓰레기 분리수거 및 음식물 쓰레기 재활용 정책이 추진된지 20여 년이 지났으나, 아직도 음식물 쓰레기에 비닐이 2.7% 정도 혼입되어 배출되고 있어서 음식물 쓰레기 재활용 공정의 전처리시설에서 1차로 비닐을 선별하고 있다.
음식물 쓰레기에 혼입된 비닐이 하루 400여 톤 정도가 발생되고 있는데, 선별된 비닐에는 음식물이 묻어 있어서 침출수 및 악취가 발생하여 취급이 용이하지 않으며, 염분과 수분 등으로 인하여 고형연료로의 재활용이 불가능하여 매립이나 소각처리하고 있는 실정인데, 처리과정에서 환경 문제를 야기하며 악취 등 작업의 불편으로 인하여 처리 자체를 기피하고 있는 실정이다.
폐비닐을 재활용하기 위한 기술에 대하여 특허등록 제761488호 "폐비닐의 재활용처리 방법 및 그 장치", 특허등록 제1880732호 "폐비닐 재활용 방법 및 장치" 등과 같은 기술이 출현하였으나, 이들은 수거한 폐비닐을 세척하고 절단한 후 탈수 및 건조시킨 다음, 건조시킨 폐비닐을 압착하여 포장하거나, 건조시킨 폐비닐을 용융시켜 압출하여 일정 크기의 고형연료로 제조해서 폐비닐을 재활용하는 기술이고, 상기 특허 기술은 음식물 쓰레기에 혼힙되어 있는 폐비닐을 재활용하는 데는 적용될 수 없다는 문제가 있다.
그런데 폐합성수지를 열에너지로 사용할 경우 7,000㎉/㎏ 이상의 열량을 가지고 있어서 고형연료로의 경제적 가치도 상당하므로, 음식물 쓰레기에 혼입된 폐비닐을 선별하여 재생에너지 자원으로 사용할 수 있게 함으로써, 폐비닐을 에너지원으로 재활용하여 경제적 가치를 창출하면서 폐비닐 처리에 대한 사회적 비용을 절감하고 매립이나 소각에 따른 환경오염 문제도 해결할 수 있는 기술의 출현이 그 어느 때보다도 절실하게 요구된다고 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 버섯배지 톱밥을 혼합하여 발효기에서 발효시켜 폐비닐에 묻어 있는 유기물을 분해시키고, 유기물이 제거되면서 수분과 악취가 제거된 폐비닐을 수집하여 재생에너지의 연료로 사용하고, 발효된 유기물은 퇴비로 사용할 수 있게 하는, 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템은, 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐을 저장했다가 일정량씩을 배출하는 폐비닐저장호퍼; 호기성 미생물이 포함된 톱밥을 저장했다가 일정량씩을 배출하는 톱밥저장호퍼; 폐비닐저장호퍼에서 배출된 폐비닐과 톱밥저장호퍼에서 배출된 톱밥을 혼합하는 혼합기; 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 톱밥이 혼합된 재료를 발효조 내에서 교반하면서 발효시키는 발효기; 혼합기에서 배출된 폐비닐과 톱밥이 혼합된 재료를 이송시켜 발효조에 투입하는 제1공기압이송장치; 발효조에서 발효된 후 배출된 재료를 폐비닐과 퇴비로 분류하는 선별기; 발효조에서 배출된 재료를 선별기로 이송시키는 제2공기압이송장치; 선별기에서 선별되어 이송된 폐비닐을 저장했다가 압축하여 배출시키는 비닐저장부; 선별기에서 선별되어 이송된 퇴비를 저장했다가 배출시키는 퇴비저장호퍼를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 발효기와 폐비닐저장호퍼에는 탈취덕트가 설치되어, 수집된 악취와 공기는 송풍기에 의해 흡입되어 탈취장치로 송풍되도록 구성된다.
바람직하게는, 톱밥은 버섯배지 톱밥이며, 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 톱밥이 혼합된 재료의 함수율은 65∼70%이다.
본 발명에 따른 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템은 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 유기물과 이물질이 묻어 있는 폐비닐을 호기성 미생물이 포함된 버섯배지 톱밥과 함께 고속발효기에 투입하여 송풍기로 발효조 내에 공기를 불어 넣으면서 교반하므로 적층된 비닐 사이에 공기가 공급되게 되어 골고루 발효된 후에 배출되게 되고, 선별기에서 비닐과 퇴비로 분리시키도록 구성된다. 이와 같이 분리시킨 후 유기물이 제거되면서 수분과 악취가 제거된 비닐류는 톤백에 포장하여 재생에너지의 연료로 사용하게 되므로 음식물 자원화 과정에서 선별된 난분해성 비닐류를 매립 또는 소각할 경우보다 저렴한 비용으로 처리할 수 있음은 물론 연료로 재사용하게 되고, 퇴비는 별도의 톤백에 포장되어 유기질 비료로 매우 유용하게 사용되게 된다. 따라서 음식물 자원화 과정에서 선별된 유기물이 묻어 있는 폐비닐을 매립 또는 소각 처리했을 때 발생하는 환경오염과 사회적 비용을 현저하게 절감시키면서 오히려 에너지 자원으로 재활용할 수 있다.
본 유기물 제거시스템은 음식물 쓰레기에서 분리된 폐비닐을 수집하여 발효조에서 호기성 미생물에 의한 발효과정을 거쳐 유기물을 분해하여 폐비닐은 재생에너지의 연료로 사용하기 위해 SRF(Solid Refuse Fuel, 고형연료) 발전소 및 시멘트 소성로의 열원인 연료로 공급하고 유기물은 퇴비화하므로 매립 또는 소각에 따른 환경오염 부담을 줄이고 폐기물처리에 대한 경제적 효과를 기대할 수 있는 기술이다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐에 묻은 유기물을 제거하기 위한 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2 및 3은 본 시스템에 사용되는 혼합기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 시스템에 사용되는 선별기를 도시한 도면이다.
도 5는 음식물 쓰레기에서 선별한 폐비닐을 촬영한 사진이다.
도 6은 폐비닐에서 유기물을 제거한 상태의 비닐을 촬영한 사진이다.
본 발명에 따른 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템의 기술적 특징은, 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐에 호기성 미생물이 포함된 톱밥을 혼합하여 발효시켜 폐비닐에 묻어 있는 유기물을 분해시킴으로써, 폐비닐에서 유기물과 수분 및 악취를 제거하여 폐비닐을 연료로 재활용할 수 있게 했다는 점이다.
본 발명은 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐을 재활용하기 위하여 폐비닐에 묻어 있는 유기물을 제거하기 위한 시스템인데, 폐비닐을 저장했다가 배출하는 폐비닐저장호퍼(10), 톱밥을 저장했다가 배출하는 톱밥저장호퍼(15), 폐비닐과 톱밥을 혼합하는 혼합기(20), 폐비닐과 톱밥이 혼합된 재료를 발효조에 투입하는 제1공기압이송장치(25), 폐비닐과 톱밥이 혼합된 재료를 교반하면서 발효시키는 발효기(30), 발효된 재료를 선별기로 이송시키는 제2공기압이송장치(35), 발효기에서 배출된 재료를 비닐과 퇴비로 분류하는 선별기(40), 선별된 비닐과 퇴비를 각각 저장하는 비닐저장부(50)와 퇴비저장호퍼(55)를 기본적인 구성으로 구비하게 된다.
폐비닐저장호퍼(10)는 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐을 저장했다가 일정량씩을 배출하는 장치인데, 음식물 쓰레기에서 선별된 폐비닐에는 수분과 유기물이 묻어 있다. 폐비닐저장호퍼(10)의 바닥에는 스크류컨베이어가 구비되어 있어서 일정량씩의 폐비닐을 배출시키게 되며, 호퍼에서 배출된 폐비닐은 호퍼의 하부에 설치된 제1배출컨베이어(11)에 낙하되어 컨베이어를 타고 이송된 후 혼합기(20)로 공급되게 된다.
톱밥저장호퍼(15)는 톱밥을 저장했다가 호퍼의 바닥에 설치된 스크류컨베이어를 통해 톱밥을 일정량씩을 배출하는 장치인데, 톱밥은 버섯을 재배하고 난 버섯배지 톱밥을 사용하는 것이 바람직하다. 버섯배지 톱밥에는 호기성 미생물이 다량 포함되어 있기 때문에 발효가 신속하게 이루어지게 해 줄 뿐만 아니라 발효를 위해 별도의 미생물을 접종하지 않아도 되며, 버섯배지 톱밥에는 70% 정도의 수분이 함유되어 있다. 호퍼에서 배출된 폐비닐은 호퍼의 하부에 설치된 제2배출컨베이어(16)에 낙하되어 컨베이어를 타고 이송된 후 혼합기(20)로 공급되게 된다.
혼합기(20)는 폐비닐저장호퍼(10)에서 배출되어 이송되어 온 폐비닐과 톱밥저장호퍼(15)에서 배출되어 이송되어 온 톱밥을 교반하면서 혼합시키는 장치이다. 혼합기(20)의 하우징 일측 상부에 투입구(21)가 구비되어 있고, 투입구(21)의 반대쪽 하부에 배출구(22)가 구비되어 있으며, 혼합기의 하우징 내부에는 서로 반대방향으로 회전하게 되는 제1 및 제2회전축(23, 24)이 이격 설치되어 있으며, 각 회전축에는 일정 간격으로 패들이 부착되어 있는데, 각 회전축에 부착된 패들끼리는 교호로 배치되어 있어서 각 회전축이 회전하면서 패들끼리 부딪히지 않으면서 폐비닐과 톱밥을 혼합해 주게 되며, 이때 폐비닐은 패들에 의해 교반되면서 찢겨지게 되어 폐비닐에 묻어 있는 유기물이 분리되기 쉽도록 된다. 판상(板狀)의 패들은 약간 경사지도록 부착되어 있기 때문에 각 회전축이 회전하면 패들에 의해 폐비닐과 톱밥이 섞이면서 배출구(22) 쪽으로 자연스럽게 이동하게 된다(도 2, 3 참조).
발효기(30)는 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 톱밥이 혼합된 재료를 발효조(31) 내에서 교반하면서 발효시키는 설비인데, 커다란 원통 형상의 발효조(31)는 중심을 따라 수직으로 설치된 회전축을 중심으로 다층으로 설치된 블레이드가 회전하면서 발효조(31) 내부에 있는 재료를 교반하면서 발효시키게 되며, 발효조(31) 내부에서 발효에 필요한 공기(산소)를 공급하기 위하여 급기송풍기(32)가 발효조(31)의 하부에 설치되어 있으며, 발효조(31) 내부에 설치된 회전축과 블레이드를 통해 공기를 공급하게 된다. 또한, 급기송풍기(32)로 발효조(31) 내에 공기를 불어 넣으면서 다층으로 설치된 블레이드가 폐비닐과 톱밥을 연속적으로 교반하므로 적층된 폐비닐 사이에 공기가 공급되게 되어 골고루 발효된 후에 배출되게 된다. 이러한 발효기는 널리 사용되고 있고, 본 발명에서는 발효기 자체가 구성적 특징이 아니기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 톱밥을 신속하게 발효시키기 위해서는 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 톱밥이 혼합된 재료의 함수율을 65∼70%로 맞춰주는 것이 바람직하고, 폐비닐은 혼합기(20)의 하우징 내부에서 패들에 의해 교반되면서 찢겨져 있기 때문에 폐비닐에 묻어 있는 유기물이 분리되기도 쉽고, 분리된 유기물은 호기성 미생물이 다량 포함된 톱밥과 혼합되어 발효가 왕성하게 진행되어 퇴비화되게 된다.
발효조(31) 내부에서 발효되는 동안 습증기가 지속적으로 발생하게 되므로 발효기에는 발효조(31)에서 수집된 습증기에 포함된 악취와 공기를 처리하기 위한 탈취장치(34)를 더 설치하는 것이 바람직한데, 발효조(31) 및 폐비닐저장호퍼(10)로부터 수집된 악취와 공기는 송풍기(341)에 의해 흡입되어 탈취덕트를 통해 탈취장치(34)로 송풍되게 된다. 탈취장치의 본체(343) 하부에 위치한 응축수탱크(345)에는 발효조(31)와 폐비닐저장호퍼(10)에서 발생한 수증기(습증기)가 응축된 응축수가 차있고, 응축수탱크(345) 상부로는 담체(현장에서는 '폴링' 또는 '패킹'이라고도 하는데, 본 명세서에서는 '담체'라고 기재한다)(342)와 데미스터(demister)(344)가 일정한 간격을 두고 순차적으로 충전되어 있다. 이러한 탈취장치는 널리 사용되고 있는 장치이다.
혼합기(20)의 배출구(22)에서 배출된 폐비닐과 톱밥이 혼합된 재료는 제1공기압이송장치(25)로 투입되게 되는데, 제1공기압이송장치(25)의 하부에는 송풍기(미도시)가 설치되어 있어서 제1공기압이송장치(25)로 투입된 재료를 흡입하여 발효조(31) 쪽으로 이송시키면 발효될 재료는 배관을 타고 발효조(31)에 투입되게 되며, 제2공기압이송장치(35)의 하부에도 송풍기(미도시)가 설치되어 있어서 발효조(31)에서 배출된 재료가 제2공기압이송장치(35)를 거쳐 배관을 통해 선별기(40)로 이송되게 된다.
선별기(40)는 발효조(31)에서 발효된 후 배출된 재료를 비닐과 퇴비로 분류하는 장치인데, 선별기(40)로 트롬멜 스크린(Trommel screen) 선별기를 도시했다(도 4 참조). 트롬멜 스크린은 회전축(41) 주위에 격자 형상으로 형성된 거름망(42)을 원통 형상으로 제작하여 경사지도록 설치한 다음, 높은 쪽에 위치하게 되는 입구에 호퍼(43)를 설치하고, 폐비닐과 톱밥이 혼합되어 발효된 재료를 호퍼(43)에 투입하면서 모터(44)의 구동력이 회전축(41)에 전달되어 원통 형상의 거름망을 천천히 일정한 속도로 회전시키면, 톱밥과 유기물이 발효된 퇴비는 격자 형상으로 형성되어 있는 거름망(42)의 눈을 통과하여 퇴비슈트(chute)(45)로 떨어져서 선별되게 되고, 폐비닐은 거름망의 눈을 통과하지 못하므로 거름망 내부에서 경사를 따라 흘러내려 출구로 배출되어 배관을 통해 비닐저장부(50)로 모아지게 된다.
비닐저장부(50)는 선별기(40)에서 선별되어 송풍기(미도시)에서 송풍한 바람에 날려서 유기물이 제거된 상태로 이송되어 오는 폐비닐을 수거했다가 배출시키는 장치인데, 싸이클론(51), 비닐이송컨베이어(52), 필터(53) 및 제1톤백(54) 등을 구비하게 된다. 싸이클론(51)의 입구에는 음압을 발생시키는 송풍기(미도시)가 구비되어 있어서 바람에 날리는 비닐조각과 가벼워서 부상된 물질(이물질과 분진)을 흡입하여 싸이클론(51) 내부로 공급하게 된다.
싸이클론(51)으로 흡입된 폐비닐과 같은 가벼운 이물질은 사이클론(51)에서 선회하다가 하부로 떨어져서 비닐이송컨베이어(52)에 의해 제1톤백(54)으로 떨어지고, 싸이클론(51)의 상부에 위치한 필터(53)는 싸이클론(51)과 덕트로 연결되어 분진에 포함된 먼지가 필터(53)에서 제거되고 공기는 대기로 배출하게 된다. 비닐이송컨베이어(52)는 싸이클론(51) 하부에 형성된 배출구를 밀폐하는 역할을 하면서 배출구로 배출되는 폐비닐을 이송하는 구성인데, 스크류컨베이어를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 비닐이송컨베이어(52)에 의해 이송된 폐비닐은 단부(端部)에서 곧바로 제1톤백(54)으로 주입되게 할 수도 있으나, 싸이클론(51)의 하부에 수평으로 설치된 비닐이송컨베이어(52)의 단부(端部)에 수직으로 스크류컨베이어(521)를 설치하여 스크류컨베이어(521)에 의해 폐비닐을 제1톤백(54)으로 주입되게 할 수도 있으며, 비닐이기 때문에 제1톤백(54)에 주입하면서 압착되게 된다. 이와 같이 제1톤백(54)에 회수된 폐비닐과 같은 합성수지는 재생에너지 생산을 위한 연료로 재활용되게 된다.
퇴비저장호퍼(55)는 선별기(40)에서 선별되어 배관을 통해 이송된 퇴비를 저장했다가 배출시키는 장치인데, 호퍼의 바닥에는 스크류컨베이어가 설치되어 있고, 폐비닐에 묻어 있던 유기물과 버섯배지 톱밥이 혼합되어 발효되어 만들어진 유기질 퇴비가 스크류컨베이어를 통해 배출되면서 제2톤백(56)에 포장되어 수요처로 출하하게 된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 폐비닐저장호퍼 11 : 제1배출컨베이어
15 : 톱밥저장호퍼 16 : 제2배출컨베이어
20 : 혼합기 21 : 투입구
22 : 배출구 23 : 제1회전축
24 : 제2회전축 25 : 제1공기압이송장치
30 : 발효기 31 : 발효조
32 : 급기송풍기 33 : 제3이송스크류
34 : 탈취장치 35 : 제2공기압이송장치
40 : 선별기 41 : 회전축
42 : 거름망 43 : 호퍼
44 : 모터 45 : 퇴비슈트
50 : 비닐저장부 51 : 싸이클론
52 : 비닐이송컨베이어 53 : 필터
54 : 제1톤백 55 : 퇴비저장호퍼
56 : 제2톤백

Claims (4)

  1. 음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐을 재활용하기 위하여 폐비닐에 묻어 있는 유기물을 제거하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    음식물 쓰레기 처리과정에서 선별된 폐비닐을 저장했다가 일정량씩을 배출하는 폐비닐저장호퍼;
    호기성 미생물이 포함된 톱밥을 저장했다가 일정량씩을 배출하는 톱밥저장호퍼;
    하우징 내부에는 서로 반대방향으로 회전하게 되는 제1 및 제2회전축이 이격 설치되어 있고, 각 회전축에는 일정 간격으로 판상(板狀)의 패들이 경사지도록 교호로 배치되어 설치되며, 상기 폐비닐저장호퍼에서 배출된 폐비닐과 톱밥저장호퍼에서 배출된 톱밥을 혼합하는 혼합기;
    폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 톱밥이 혼합된 재료를 발효조 내에서 교반하면서 발효시키는 발효기;
    상기 혼합기에서 배출된 폐비닐과 톱밥이 혼합된 재료를 이송시켜 발효조에 투입하는 제1공기압이송장치;
    상기 발효조에서 발효된 후 배출된 재료를 비닐과 퇴비로 분류하는 선별기;
    상기 발효조에서 배출된 재료를 선별기로 이송시키는 제2공기압이송장치;
    싸이클론과 비닐이송컨베이어 및 분진과 먼지를 제거하는 필터를 구비하여 구성되고, 상기 선별기에서 선별되어 이송된 폐비닐을 저장했다가 압축하여 배출시키는 비닐저장부;
    상기 선별기에서 선별되어 이송된 퇴비를 저장했다가 배출시키는 퇴비저장호퍼;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발효기에는 탈취장치가 더 설치되고, 상기 발효조 및 폐비닐저장호퍼로부터 수집된 악취와 공기는 송풍기에 의해 흡입되어 탈취덕트를 통해 탈취장치로 송풍되도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 톱밥은 버섯배지 톱밥인 것을 특징으로 하는 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐비닐과 호기성 미생물이 포함된 톱밥이 혼합된 재료의 함수율은 65∼70%인 것을 특징으로 하는 폐비닐 재활용을 위한 유기물 제거시스템.
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