JP2001340865A - 電気式脱イオン水製造装置 - Google Patents
電気式脱イオン水製造装置Info
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- JP2001340865A JP2001340865A JP2000166296A JP2000166296A JP2001340865A JP 2001340865 A JP2001340865 A JP 2001340865A JP 2000166296 A JP2000166296 A JP 2000166296A JP 2000166296 A JP2000166296 A JP 2000166296A JP 2001340865 A JP2001340865 A JP 2001340865A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電導度の高い飲料水、工業用水、井戸水や河
川水を被処理水としたケースにおいても、安定な水質の
純水を低コストにて製造する運転方法を提案する。 【解決手段】 電気式脱イオン水製造装置において、少
なくとも脱塩室に充填したイオン交換体に金属酸化物又
は金属水酸化物を存在させる。
川水を被処理水としたケースにおいても、安定な水質の
純水を低コストにて製造する運転方法を提案する。 【解決手段】 電気式脱イオン水製造装置において、少
なくとも脱塩室に充填したイオン交換体に金属酸化物又
は金属水酸化物を存在させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造分野、
発電所分野、ボイラー分野、製薬分野や研究施設等で用
いられる純水を効率的に製造する電気式脱イオン水製造
装置に関する。
発電所分野、ボイラー分野、製薬分野や研究施設等で用
いられる純水を効率的に製造する電気式脱イオン水製造
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、脱イオン水の製造方法として従来
のイオン交換樹脂法の欠点を改善した電気式脱イオン法
が開発され実用化されている。この方法は陽極を備える
陽極室と陰極を備える陰極室との間にカチオン交換膜と
アニオン交換膜を交互に配し、この両膜の間に脱塩室と
濃縮室を交互に形成した電気透析装置の脱塩室に、イオ
ン交換体を充填し、電圧を印加しながら、被処理水を脱
塩室に流入させ、濃縮室には、被処理水又は濃縮水の一
部を濃縮水として流入させる事で脱塩室液を脱イオンす
るものである。
のイオン交換樹脂法の欠点を改善した電気式脱イオン法
が開発され実用化されている。この方法は陽極を備える
陽極室と陰極を備える陰極室との間にカチオン交換膜と
アニオン交換膜を交互に配し、この両膜の間に脱塩室と
濃縮室を交互に形成した電気透析装置の脱塩室に、イオ
ン交換体を充填し、電圧を印加しながら、被処理水を脱
塩室に流入させ、濃縮室には、被処理水又は濃縮水の一
部を濃縮水として流入させる事で脱塩室液を脱イオンす
るものである。
【０００３】この方法では、イオン交換体が連続的に再
生されるので、酸やアルカリ等の薬剤での再生が不要と
なる。この方法で重要なのは、カチオン交換体又は膜と
アニオン交換体又は膜の界面でいかにして水を解離し易
くするかである。この効率が低いとイオン交換体の再生
が機能せず、水質の悪化を招く事になるからである。こ
れに関して、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の表面
に固定電荷と反対電荷の表面層を有するイオン交換膜を
用いた装置（特開平８−１９７０６１号、特開平８−１
９７０６２号）、カチオン交換膜の陽極側に弱酸基の表
面層を有した装置（特開平８−１９２１６４号）、反対
にアニオン交換膜の陰極側に弱塩基の表面層を有した装
置（特開平８−１８２９９１号）等が提案されている。
生されるので、酸やアルカリ等の薬剤での再生が不要と
なる。この方法で重要なのは、カチオン交換体又は膜と
アニオン交換体又は膜の界面でいかにして水を解離し易
くするかである。この効率が低いとイオン交換体の再生
が機能せず、水質の悪化を招く事になるからである。こ
れに関して、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の表面
に固定電荷と反対電荷の表面層を有するイオン交換膜を
用いた装置（特開平８−１９７０６１号、特開平８−１
９７０６２号）、カチオン交換膜の陽極側に弱酸基の表
面層を有した装置（特開平８−１９２１６４号）、反対
にアニオン交換膜の陰極側に弱塩基の表面層を有した装
置（特開平８−１８２９９１号）等が提案されている。
【０００４】しかしながら、従来提案されている方法
は、膜表面にカチオン交換体とアニオン交換体の界面又
は、異なる交換基種の界面を作りそこで水解離をさせて
いる。この場合は、水解離の場を膜表面にも増やし、効
率を上げているが、このような膜は、膜電圧が高くな
り、、電力コストはむしろ上昇してしまう事となる。
は、膜表面にカチオン交換体とアニオン交換体の界面又
は、異なる交換基種の界面を作りそこで水解離をさせて
いる。この場合は、水解離の場を膜表面にも増やし、効
率を上げているが、このような膜は、膜電圧が高くな
り、、電力コストはむしろ上昇してしまう事となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の装置
に比べて、水の解離電圧を下げ電力コストを抑えた電気
式脱イオン水製造装置を提案するものである。
に比べて、水の解離電圧を下げ電力コストを抑えた電気
式脱イオン水製造装置を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、少なくと
も脱塩室に充填されているカチオン交換体とアニオン交
換体からなるイオン交換体の水解離電圧そのものを下
げ、電力コストを抑える事について、種々検討を重ねた
結果、カチオン交換体とアニオン交換体からなるイオン
交換体に金属酸化物を混在させる事で、水の解離電圧を
下げ電力コストを抑えた電気式脱イオン水製造装置を実
現しうることを見出し本発明を完成するに至った。
も脱塩室に充填されているカチオン交換体とアニオン交
換体からなるイオン交換体の水解離電圧そのものを下
げ、電力コストを抑える事について、種々検討を重ねた
結果、カチオン交換体とアニオン交換体からなるイオン
交換体に金属酸化物を混在させる事で、水の解離電圧を
下げ電力コストを抑えた電気式脱イオン水製造装置を実
現しうることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００７】即ち、本発明は、下記の通りである。陽極
と陰極の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に
配し、この両膜の間に脱塩室と濃縮室を交互に形成させ
た電気透析装置の少なくとも脱塩室に、カチオン交換体
とアニオン交換体からなるイオン交換体を充填してなる
電気式脱イオン水製造装置において、脱塩室に充填した
イオン交換体に少なくとも１種以上の金属酸化物又は金
属水酸化物を混在させることを特徴とする電気式脱イオ
ン水製造装置。
と陰極の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に
配し、この両膜の間に脱塩室と濃縮室を交互に形成させ
た電気透析装置の少なくとも脱塩室に、カチオン交換体
とアニオン交換体からなるイオン交換体を充填してなる
電気式脱イオン水製造装置において、脱塩室に充填した
イオン交換体に少なくとも１種以上の金属酸化物又は金
属水酸化物を混在させることを特徴とする電気式脱イオ
ン水製造装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明について以下具体的に説明
する。本発明は、陽極を備える陽極室と、陰極を備える
陰極室との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互
に配置させ、陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側
がカチオン交換膜で区画された脱塩室と陽極側がカチオ
ン交換膜で区画され陰極側がアニオン交換膜で区画され
た濃縮室が交互に形成された電気透析装置の少なくとも
脱塩室にカチオン交換体とアニオン交換体からなるイオ
ン交換体を充填した電気脱イオン水製造装置を使用す
る。脱塩室には、被処理水を流入させ、濃縮室には被処
理水又は被処理水の一部を循環しても構わない。又、必
要に応じて脱塩室以外にも濃縮室や電極室に、イオン交
換体を充填しても構わない。この様な電気脱イオン水製
造装置で、直流電流を両電極間に印加すると、脱塩室で
は、被処理水中の不純物イオンは、一旦脱塩室に充填さ
れたイオン交換体により吸着除去され、次に電気的推進
力によりイオン交換体から脱離しイオン交換膜を透過し
て、濃縮室に移動し、排出される。一方、不純物イオン
が除去された被処理水つまり脱イオン水は、脱塩室より
流出する。
する。本発明は、陽極を備える陽極室と、陰極を備える
陰極室との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互
に配置させ、陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側
がカチオン交換膜で区画された脱塩室と陽極側がカチオ
ン交換膜で区画され陰極側がアニオン交換膜で区画され
た濃縮室が交互に形成された電気透析装置の少なくとも
脱塩室にカチオン交換体とアニオン交換体からなるイオ
ン交換体を充填した電気脱イオン水製造装置を使用す
る。脱塩室には、被処理水を流入させ、濃縮室には被処
理水又は被処理水の一部を循環しても構わない。又、必
要に応じて脱塩室以外にも濃縮室や電極室に、イオン交
換体を充填しても構わない。この様な電気脱イオン水製
造装置で、直流電流を両電極間に印加すると、脱塩室で
は、被処理水中の不純物イオンは、一旦脱塩室に充填さ
れたイオン交換体により吸着除去され、次に電気的推進
力によりイオン交換体から脱離しイオン交換膜を透過し
て、濃縮室に移動し、排出される。一方、不純物イオン
が除去された被処理水つまり脱イオン水は、脱塩室より
流出する。
【０００９】本発明の少なくとも脱塩室に充填されたカ
チオン交換体とアニオン交換体からなるイオン交換体に
混在させる金属酸化物又は金属水酸化物は、１種類又は
必要に応じて数種類の混合でもかまはない。水に不溶性
のものなら任意のものが使用出来る。例えば以下の金属
の酸化物又は水酸化物が挙げられる。アルミニウム、ケ
イ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニ
ッケル、銀、ストロンチウム、ジルコニウム、スズ、モ
リブデン、ルテニウム、パラジウム、テングステン等で
ある。使用条件での安定性、コスト等から酸化チタンや
酸化ジルコニウムが好ましい。金属酸化物又は金属水酸
化物の粒子の大きさは、特に限定されず、漏洩やイオン
交換体との混合状態等から適宜選択できる。イオン交換
体に対する金属酸化物又は金属水酸化物の比率は、容積
比率で１〜５０％の範囲が好ましい。１％未満では、カ
チオン交換体とアニオン交換体との界面に存在する量が
少なくなりその効果は、小さくなる。又、５０％を越え
ると、吸着に関与しない金属酸化物の量が増え、同一容
積ではイオン交換体の量が減少し吸着量も減る。イオン
交換樹脂の容積を所定量確保するためには、装置容積を
大きくしなければならず、コスト増となる。
チオン交換体とアニオン交換体からなるイオン交換体に
混在させる金属酸化物又は金属水酸化物は、１種類又は
必要に応じて数種類の混合でもかまはない。水に不溶性
のものなら任意のものが使用出来る。例えば以下の金属
の酸化物又は水酸化物が挙げられる。アルミニウム、ケ
イ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニ
ッケル、銀、ストロンチウム、ジルコニウム、スズ、モ
リブデン、ルテニウム、パラジウム、テングステン等で
ある。使用条件での安定性、コスト等から酸化チタンや
酸化ジルコニウムが好ましい。金属酸化物又は金属水酸
化物の粒子の大きさは、特に限定されず、漏洩やイオン
交換体との混合状態等から適宜選択できる。イオン交換
体に対する金属酸化物又は金属水酸化物の比率は、容積
比率で１〜５０％の範囲が好ましい。１％未満では、カ
チオン交換体とアニオン交換体との界面に存在する量が
少なくなりその効果は、小さくなる。又、５０％を越え
ると、吸着に関与しない金属酸化物の量が増え、同一容
積ではイオン交換体の量が減少し吸着量も減る。イオン
交換樹脂の容積を所定量確保するためには、装置容積を
大きくしなければならず、コスト増となる。
【００１０】脱塩室に充填されるイオン交換体として
は、繊維状、粒状、シート状があるが、これらを単独又
は組み合わせて使用する事ができ、又その大きさについ
ても特に限定されるものではない。又、交換体の構造で
は、強酸性や弱酸性のカチオン交換体及び強塩基性や弱
塩基性のアニオン交換体の中から適宜選択出来る。又、
カチオン交換体とアニオン交換体の比率も被処理水の水
質に合わせて適宜選択出来る。
は、繊維状、粒状、シート状があるが、これらを単独又
は組み合わせて使用する事ができ、又その大きさについ
ても特に限定されるものではない。又、交換体の構造で
は、強酸性や弱酸性のカチオン交換体及び強塩基性や弱
塩基性のアニオン交換体の中から適宜選択出来る。又、
カチオン交換体とアニオン交換体の比率も被処理水の水
質に合わせて適宜選択出来る。
【００１１】カチオン交換膜は、特に限定されず、補強
材で補強された均一膜や交換樹脂と他のポリマーがブレ
ンドされた不均一膜が使用出来る。構造としては、スチ
レンとジビニルベンゼン共重合体のスルホン化物やポリ
スチレンスルホン酸及びその塩、ポリビニルスルホン酸
及びその塩、ポリアクリル酸及びその塩、ポリメタクリ
ル酸及びその塩等を含有する膜が挙げられる。アニオン
交換膜は、特に限定されず、補強材で補強された均一膜
や交換樹脂と他のポリマーがブレンドされた不均一膜が
使用出来る。構造としては、スチレンとジビニルベンゼ
ン共重合体のクロロメチル化反応後の４級アミノ化物、
クロロメチルスチレンとジビニルベンゼン共重合体の４
級アミノ化物、４−ビニルピリジンとジビニルベンゼン
共重合体の４級アミノ化物及びその４級ピリジニウム化
物、２−ビニルピリジンとジビニルベンゼン共重合体及
びその４級ピリジニウム化物、１−ビニルイミダゾール
とジビニルベンゼン共重合体及びその４級化物、Ｎ，Ｎ
−ジメチルアクリルアミドとジビニルベンゼン重合体及
びその４級化物、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアク
リルアミドとジビニルベンゼン重合体及びその４級化物
等を含有する膜が挙げられる。
材で補強された均一膜や交換樹脂と他のポリマーがブレ
ンドされた不均一膜が使用出来る。構造としては、スチ
レンとジビニルベンゼン共重合体のスルホン化物やポリ
スチレンスルホン酸及びその塩、ポリビニルスルホン酸
及びその塩、ポリアクリル酸及びその塩、ポリメタクリ
ル酸及びその塩等を含有する膜が挙げられる。アニオン
交換膜は、特に限定されず、補強材で補強された均一膜
や交換樹脂と他のポリマーがブレンドされた不均一膜が
使用出来る。構造としては、スチレンとジビニルベンゼ
ン共重合体のクロロメチル化反応後の４級アミノ化物、
クロロメチルスチレンとジビニルベンゼン共重合体の４
級アミノ化物、４−ビニルピリジンとジビニルベンゼン
共重合体の４級アミノ化物及びその４級ピリジニウム化
物、２−ビニルピリジンとジビニルベンゼン共重合体及
びその４級ピリジニウム化物、１−ビニルイミダゾール
とジビニルベンゼン共重合体及びその４級化物、Ｎ，Ｎ
−ジメチルアクリルアミドとジビニルベンゼン重合体及
びその４級化物、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアク
リルアミドとジビニルベンゼン重合体及びその４級化物
等を含有する膜が挙げられる。
【００１２】本発明の作用機構は、未だ十分に明らかで
ないが、金属酸化物又は金属水酸化物は、両性イオン交
換体で酸、塩基としての作用もあることから水解離触媒
として働き低電圧で水を解離させることができるものと
考えられる。又、濃縮水では、特にスケール成分であ
る、Ｃａ塩には十分配慮する必要がある。従来から電気
透析で行われているＰＨ調整やスケール防止剤での調整
は、好ましい方法である。ＰＨ調整は、外部添加でも電
極液による内部添加でも構わない。
ないが、金属酸化物又は金属水酸化物は、両性イオン交
換体で酸、塩基としての作用もあることから水解離触媒
として働き低電圧で水を解離させることができるものと
考えられる。又、濃縮水では、特にスケール成分であ
る、Ｃａ塩には十分配慮する必要がある。従来から電気
透析で行われているＰＨ調整やスケール防止剤での調整
は、好ましい方法である。ＰＨ調整は、外部添加でも電
極液による内部添加でも構わない。
【００１３】
【実施例１】脱塩室２室、濃縮室２室、室厚み各々３ｍ
ｍからなる電気透析装置の脱塩室に再生形の強酸性カチ
オン交換樹脂と再生形の強塩基性アニオン交換樹脂から
なるイオン交換体に対し、酸化ジルコニウム粒子を容積
比率で１０％加えたものを均一混合状態で充填した電気
脱イオン水製造装置を用いた。この時の、脱塩室でのイ
オン交換樹脂の容積充填率は８０％であった。又、カチ
オン交換膜とアニオン交換膜は、各々アシプレックス
（商品名、旭化成工業（株）製）Ｋ−５０１とＡ−２０
１を使用した。
ｍからなる電気透析装置の脱塩室に再生形の強酸性カチ
オン交換樹脂と再生形の強塩基性アニオン交換樹脂から
なるイオン交換体に対し、酸化ジルコニウム粒子を容積
比率で１０％加えたものを均一混合状態で充填した電気
脱イオン水製造装置を用いた。この時の、脱塩室でのイ
オン交換樹脂の容積充填率は８０％であった。又、カチ
オン交換膜とアニオン交換膜は、各々アシプレックス
（商品名、旭化成工業（株）製）Ｋ−５０１とＡ−２０
１を使用した。
【００１４】電導度１４０μｓ／ｃｍの被処理水を、脱
塩室には、イオン交換樹脂の容積に対し、１時間当たり
２５倍の流量を流し、濃縮室には、被処理水を脱塩室流
量に対し、１／５の流量を流した。電流密度は、２２Ａ
／ｍ2で約１０時間通電を行った。得られた、脱イオン
水の電導度は、２．５ＭΩ・ｃｍ2で、安定した水質が
得られ、又スケールの発生も見られなかった。この時の
脱塩室と濃縮室及び両イオン交換膜を含めた対間の電圧
は、１６．６Ｖであった。
塩室には、イオン交換樹脂の容積に対し、１時間当たり
２５倍の流量を流し、濃縮室には、被処理水を脱塩室流
量に対し、１／５の流量を流した。電流密度は、２２Ａ
／ｍ2で約１０時間通電を行った。得られた、脱イオン
水の電導度は、２．５ＭΩ・ｃｍ2で、安定した水質が
得られ、又スケールの発生も見られなかった。この時の
脱塩室と濃縮室及び両イオン交換膜を含めた対間の電圧
は、１６．６Ｖであった。
【００１５】
【比較例１】実施例１と同じ電気脱イオン水製造装置の
脱塩室に充填するイオン交換体に酸化ジルコニウムを加
えない以外は、全く同じ条件で行った。得られた、脱イ
オン水の電導度は、２．５ＭΩ・ｃｍ2で、安定した水
質が得られ、又スケールの発生も見られなかった。この
時の脱塩室と濃縮室及び両イオン交換膜を含めた対間の
電圧は、１８．２Ｖであった。同じ水質を得る為の電圧
は、金属ジルコニウムを加えた実施例１の方が低い事が
確認された。
脱塩室に充填するイオン交換体に酸化ジルコニウムを加
えない以外は、全く同じ条件で行った。得られた、脱イ
オン水の電導度は、２．５ＭΩ・ｃｍ2で、安定した水
質が得られ、又スケールの発生も見られなかった。この
時の脱塩室と濃縮室及び両イオン交換膜を含めた対間の
電圧は、１８．２Ｖであった。同じ水質を得る為の電圧
は、金属ジルコニウムを加えた実施例１の方が低い事が
確認された。
【００１６】
【発明の効果】本発明により、従来の装置に比べて、水
の解離電圧を下げ電力コストを抑えた電気式脱イオン水
製造装置の提供を可能とした。
の解離電圧を下げ電力コストを抑えた電気式脱イオン水
製造装置の提供を可能とした。
Claims (1)
- 【請求項１】 陽極と陰極の間にカチオン交換膜とアニ
オン交換膜を交互に配し、この両膜の間に脱塩室と濃縮
室を交互に形成させた電気透析装置の少なくとも脱塩室
に、カチオン交換体とアニオン交換体からなるイオン交
換体を充填してなる電気式脱イオン水製造装置におい
て、脱塩室に充填したイオン交換体に少なくとも１種以
上の金属酸化物又は金属水酸化物を混在させることを特
徴とする電気式脱イオン水製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166296A JP4426066B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 電気式脱イオン水製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166296A JP4426066B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 電気式脱イオン水製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001340865A true JP2001340865A (ja) | 2001-12-11 |
| JP4426066B2 JP4426066B2 (ja) | 2010-03-03 |
Family
ID=18669637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000166296A Expired - Fee Related JP4426066B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 電気式脱イオン水製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4426066B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018117035A1 (ja) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | オルガノ株式会社 | 脱イオン水製造システム、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
-
2000
- 2000-06-02 JP JP2000166296A patent/JP4426066B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018117035A1 (ja) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | オルガノ株式会社 | 脱イオン水製造システム、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
| KR20190057377A (ko) | 2016-12-22 | 2019-05-28 | 오르가노 코포레이션 | 탈이온수 제조 시스템, 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법 |
| CN109843812A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-06-04 | 奥加诺株式会社 | 去离子水制造系统、电去离子装置、以及制造去离子水的方法 |
| JPWO2018117035A1 (ja) * | 2016-12-22 | 2019-10-24 | オルガノ株式会社 | 脱イオン水製造システム、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
| KR20200102552A (ko) * | 2016-12-22 | 2020-08-31 | 오르가노 코포레이션 | 탈이온수 제조 시스템, 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법 |
| KR102210335B1 (ko) * | 2016-12-22 | 2021-02-01 | 오르가노 코포레이션 | 탈이온수 제조 시스템, 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법 |
| KR102269869B1 (ko) | 2016-12-22 | 2021-06-28 | 오르가노 코포레이션 | 탈이온수 제조 시스템, 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법 |
| JP6998324B2 (ja) | 2016-12-22 | 2022-01-18 | オルガノ株式会社 | 脱イオン水製造システム、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
| CN109843812B (zh) * | 2016-12-22 | 2022-03-04 | 奥加诺株式会社 | 去离子水制造系统、电去离子装置、以及制造去离子水的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4426066B2 (ja) | 2010-03-03 |
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