JP2004209383A - ひも状繊維集合体を使用した水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ろ過部材を短時間で容易に取付けて、水処理装置を容易に製造することができる技術を提供する。
【解決手段】水処理装置は、曝気槽と、ひも状繊維集合体６により構成された複数のろ過部材３を筒状のホルダ２０の間に支持して曝気槽に設けられたろ過手段７と、処理水排出手段とを備えている。ろ過部材３を被処理水に浸して、ろ過機能を発揮する微生物コロニー１１を形成する。被処理水は、水位差により流れて、コロニーの内部の微小な隙間に入るところでろ過された後、微小な隙間を流れ、ひも状繊維集合体の繊維間隙間を流れる。ろ過部材を出てホルダの内部空間Ｓに流入した処理水８は、ろ過手段から流出し処理水排出手段で曝気槽の外に排出される。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材を使用した水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水にはいろいろな種類があるが、この原水に応じて各種の方法で水処理が行われる。排水処理法のうち代表的な活性汚泥法では、生活排水などの原水を曝気槽に流入させ、この曝気槽内の高濃度微生物群により水処理を行なっている。
本発明の関連技術として、特許文献１（特開２００２−２６３４０８号公報）には、ひも状繊維集合体からなるろ過部材による水処理方法およびその装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６３４０８号公報（第１１頁，図１０）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この関連技術では、ろ過部材支持部（ろ過手段）が円筒状の仕切り壁を有し、この仕切り壁には複数のスリットが形成されている。このスリットにろ過部材が係合されている。
ろ過部材をろ過部材支持部に取付ける際には、ろ過部材をスリットに係合させなければならない。このろ過部材の取付け作業が煩雑で時間がかかるので、水処理装置の製造が困難な原因となっていた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ろ過部材を短時間で容易に取付けて、水処理装置を容易に製造することができる水処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明にかかるひも状繊維集合体を使用した水処理装置は、被処理水が貯留される被処理水貯留部と、複数のひも状繊維集合体の集合により構成された複数のろ過部材を複数の隣り合う筒状のホルダの間に支持して、前記被処理水貯留部に設けられたろ過手段と、このろ過手段から流出する処理水を排出させるための処理水排出手段とを備え、前記ろ過部材を前記被処理水に浸して、ろ過機能を発揮する微生物コロニーを形成し、前記被処理水は、水位差により流れて前記微生物コロニーの内部の微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を流れ、次いで、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記ひも状繊維集合体の繊維の間の隙間を流れていき、前記ろ過部材を出て前記ホルダの内部空間に流入した前記処理水は、前記ろ過手段から流出して前記処理水排出手段により前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにしている。
具体的な実施態様にかかる水処理装置は、被処理水が貯留される被処理水貯留部と、複数のひも状繊維集合体の集合により構成された複数のろ過部材を複数の隣り合う筒状のホルダの間に支持して前記被処理水貯留部に設けられたろ過手段と、このろ過手段から流出する処理水を排出させるための処理水排出手段とを備え、前記ろ過部材を前記被処理水に浸した状態で、前記被処理水は、水位差により前記ろ過部材の表面から繊維の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団は前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着し、前記被処理水は、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記繊維間隙間を流れていき、前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着した前記微生物の小集団は次第に大きくなって、内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニーが形成され、前記被処理水は、前記水位差により流れてこの微生物コロニーの内部の前記微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を流れ、次いで前記繊維間隙間を前記圧力勾配により流れていき、前記ろ過部材を出て前記ホルダの内部空間に流入した前記処理水は、前記ろ過手段から流出して前記処理水排出手段により前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにしている。
【０００７】
前記ろ過手段は、複数の連通孔が外周面の所定位置に穿設された集水管と、この集水管に支持され、前記ろ過部材用の開口部を形成した状態で連結手段により互いに連結される複数の筒状の前記ホルダと、隣り合うこのホルダの間に形成された複数の前記開口部を遮蔽してこの開口部に取付けられた複数の前記ろ過部材と、前記ホルダと前記ろ過部材とを交互に配置した状態で長手方向両端部側から挟持する二つの挟持部材とを有し、前記処理水は、前記ホルダの前記内部空間から前記連通孔を通って前記集水管の内部を流れた後、前記ろ過手段から流出するように構成するのが好ましい。
前記ホルダは、前記連結手段が形成された中空円筒状の円筒部と、この円筒部の内方に一体的に形成され、前記集水管に係合する係合孔が穿設され、前記内部空間同士を連通させるための連通孔が形成された板状部とを有し、前記連結手段は、前記円筒部の一方の端面に形成された複数の凹部と、前記円筒部の他方の端面に一体的に突出形成され、隣り合う他の前記ホルダの前記一方の端面と当接して前記開口部を形成するための複数の大径の突起部と、この大径の突起部の先端部に一体的に突出形成され、隣り合う前記他のホルダの前記一方の端面の前記凹部に挿入されて前記ホルダ同士を連結するための複数の小径の突起部とを有しているのが好ましい。
好ましくは、互いに平行に配置された複数の前記ろ過手段と、この複数のろ過手段を支持するフレームとによりろ過部ユニットが構成され、少なくとも一つの前記ろ過部ユニットを前記被処理水貯留部に設置している。
また、前記ろ過部ユニットの下部には、前記ろ過部材を洗浄するための空気を排出可能な洗浄用ノズルが設けられているのが好ましい。前記ろ過手段の中心軸線は、縦方向を向いているのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施の形態の一例を、図１ないし図１２を参照して説明する。
本実施形態にかかる水処理装置は、下水処理法のうち代表的な活性汚泥法における曝気槽内部の高濃度微生物群による水処理に適用されている。なお、本発明は、浮遊固形物の濃度（ＳＳ）の比較的低い原水（処理前の水）を処理して、清浄な処理水（処理済みの水）を得るのにも適用される。
水処理装置を使用する場合としては、たとえば、河川や湖から取水した河川水や湖水（原水）を処理して上水（飲料水）にする場合、井戸水（原水）を処理して上水にする場合、プールの水（原水）を処理して循環使用する場合、極細繊維を使用して高度な水処理を行う場合、従来の排水処理設備の沈殿槽と砂ろ過装置とによる水処理に相当する処理を行う場合、魚を養殖するための養殖池の水を浄化する場合などがある。その他、本発明は、住宅の下水処理用の浄化槽にも適用可能である。
【０００９】
図１は水処理装置の概略構成図、図２は、前記水処理装置のろ過部ユニットの概略斜視図、図３は、前記ろ過部ユニットのろ過手段の正面図、図４は、前記ろ過手段の拡大正面断面図、図５（Ａ）は図４のＶ−Ｖ線平面断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）中のＢ部拡大図である。
図６（Ａ）は、微生物の小集団がひも状繊維集合体に付着しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図である。図６（Ｂ）は、前記微生物の小集団が集まって微生物コロニーを形成しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図である。
図７は、一つのひも状繊維集合体の経時変化を示す概略構成図である。図８は、前記ろ過手段の分解斜視図である。図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ前記ろ過手段のホルダの平面図，正面断面図，底面図である。
図１０（Ａ）は、前記ひも状繊維集合体からなるろ過部材を示す説明図、図１０（Ｂ）は、前記ひも状繊維集合体の拡大断面図である。図１１（Ａ），（Ｂ）は、図１０に示す前記ろ過部材を円形に縫い合わせた状態を示す平面図，正面図である。
【００１０】
図１ないし図１１に示すように、水処理装置１は、ひも状繊維集合体６を使用して被処理水１０を処理する装置である。水処理装置１は、被処理水貯留部としての曝気槽２と、ろ過手段７と、処理水排出手段４とを備えている。
曝気槽２には被処理水１０が貯留される。ろ過手段７は、細長い複数のひも状繊維集合体６の集合により構成された複数のろ過部材３を、複数の隣り合う筒状のホルダ２０の間に支持して、曝気槽２に設けられている。処理水排出手段４は、ろ過手段７から流出する処理水８を排出する。
水処理装置１では、ひも状のろ過部材３を被処理水１０に浸すことにより、ろ過機能を発揮する微生物コロニー（微生物の可視的な集塊であり、たとえば、活性汚泥のコロニー）１１が形成されている。
被処理水１０は、水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーを駆動源として流れる。被処理水１０は、微生物コロニー（以下、コロニーと記載）１１の内部の微小な隙間３１に入るところでろ過された後、微小な隙間３１を流れる。ろ過された被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により、ひも状繊維集合体６の繊維９の間の隙間９ａを流れていく。
ろ過部材３を出てホルダ２０の内部空間Ｓに流入した処理水８は、ろ過手段７から流出して、処理水排出手段４により曝気槽２の外部に排出される。
【００１１】
より具体的な実施態様にかかる水処理装置１は、曝気槽２とろ過手段７と処理水排出手段４とを備えている。水処理装置１の運転当初は、ろ過部材３にはコロニー１１が形成されていない。
ろ過部材３を被処理水１０に浸した状態で、被処理水１０は、水位差Ｈにより流れて、ろ過部材３の表面から繊維９の間の隙間９ａに入る。繊維間隙間９に入れない微生物の小集団（微生物の集合体であり、以下、フロックと記載）３０は、ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着する。
被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により、繊維間隙間９ａを流れていく。ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着したフロック３０は次第に大きくなって、内部に微小な隙間３１を有してろ過機能を発揮するコロニー１１が形成される。
【００１２】
そうすると、被処理水１０は、水位差Ｈにより流れて、コロニー１１の内部の微小な隙間３１に入るところでろ過される。次いで、被処理水１０は、微小な隙間３１を流れたのち繊維９のところに到達し、繊維間隙間９ａを圧力勾配により流れていく。この状態のとき、コロニー１１は、被処理水１０のろ過を行う機能を発揮する。
ひも状繊維集合体６は、コロニー１１を保持する機能を有する。ひも状繊維集合体６の繊維間隙間９ａは、コロニー１１でろ過された水を下流側に流すための導管としての機能を発揮する。
ろ過部材３を出てホルダ２０の内部空間Ｓに流入した処理水８は、ろ過手段７から流出して処理水排出手段４により曝気槽２の外部に排出される。
【００１３】
ろ過部材３は、細長い複数のひも状繊維集合体６の集合により構成されている。一本のひも状繊維集合体６は、微細な多数の繊維９が集合したたて糸を複数本合わせることにより構成されている。すなわち、ひも状のろ過部材３は、たて糸のみからなるひも状繊維集合体６により「すだれ状」に構成されているので、目詰まりを起こしにくい。
本実施形態のひも状繊維集合体６には、糸に「より」がかけられた「ねん糸」が使用されているが、ねん糸でない場合でもよい。ひも状繊維集合体６は、本実施形態で示すもののほか、直径の細い糸状の繊維集合体や、たて糸と若干のよこ糸とからなる繊維集合体などであってもよい。また、たとえば、布状の不織布などを細く切ることにより、若干幅が広くて細長い形状のひも状繊維集合体６を成形する場合であってもよい。
ろ過部材３の組成は、ポリエステル系合成繊維，レーヨンおよびアクリル繊維などの化学繊維から少なくとも一つ選択されるのが好ましい。たとえば、ろ過部材３は、約４０重量％のポリエステル系合成繊維と、約４０重量％のレーヨンと、約２０重量％のアクリル繊維により構成されている。
【００１４】
なお、ろ過部材３の素材として、次の高分子化合物を使用してもよい。たとえば、エチルセルロース，酢酸セルロース，ナイロン，ビニロン，アセテート，キュプラ，アクリルニトリル，ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン，ポリ酢酸ビニル，ポリスチレン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリテレフタル酸エチレン，ポリトリフルオロエチレン，ポリクロロトリフルオロエチレン，ポリビニルアルコール，ポリプロピレン，ポリメタクリル酸メチルなどが挙げられる。
【００１５】
ひも状繊維集合体６は、繊維９同士が絡みあって、繊維９と繊維９との間が細い隙間９ａになっている。ひも状繊維集合体６の繊維９と、他のひも状繊維集合体６の繊維９との間も、細い隙間９ａになっている。これら繊維間隙間９ａが、あたかも微細な管と同じような擬似微細管を構成している。
ろ過部材３にコロニー１１が形成されている状態のとき、ひも状繊維集合体６の繊維間隙間９ａの水圧は、静水圧よりも低くなっている。しかも、ひも状繊維集合体６の周囲はフロック３０により覆われているので、繊維間隙間９ａは一種のパイプのようになっている。
その結果、繊維間隙間９ａには、ひも状繊維集合体６の長手方向に圧力勾配が生じて、水の流れが誘起される。これにより、被処理水１０は、繊維間隙間９ａを流れて曝気槽２の外部方向に吸引される。
【００１６】
ろ過部材３の周囲に形成されたコロニー１１には、多くの微生物（小動物群）が生息している。この微生物としては、バクテリアのほかに、線虫類や鞭毛虫類などの原生動物，かなり高等な糸ミミズなど多種類にわたっている（図５（Ｂ）参照）。
これらの微生物（特に、線虫類）は、大食漢で多量のバクテリアなどを食べるので、有機物が分解される。このように、微生物は、被処理水１０中の有機物を分解して水を浄化し、また、ひも状繊維集合体６の周囲を覆うコーティングとしての機能も発揮する。
微生物はコロニー１１の内部を活発に動き回るので、コロニー１１には、水の通り道となる多数の微小な隙間３１が常に新たに形成される。この微小な隙間３１を水が流れるので、ろ過部材３は目詰まりが起こりにくい。
繊維９の間の隙間９ａの寸法（たとえば、内径が約２０〜３０μｍ）、微生物の寸法（たとえば、約１〜２μｍ）、および、コロニー１１の内部の微小な隙間３１の寸法（たとえば、内径が約１μｍ以下）などは、顕微鏡写真により確認されている（図６（Ａ），（Ｂ））。
【００１７】
曝気槽２の上流側には原水槽５が設けられている。原水槽５の上流側には、原水１０ａのごみを除去するためのスクリーン（図示せず）と、油分を除去するための油水分離槽（図示せず）などが設けられている。
原水１０ａは、スクリーンによりごみが除去され、油水分離槽により油分が除去された後、原水槽５に貯留される。なお、原水１０ａにごみや油分が含まれていない場合には、スクリーンと油水分離槽を省略してもよい。
原水槽５に貯留された原水１０ａは、ポンプ２４により計量槽２５を通って曝気槽２に移送され、曝気槽２内で被処理水１０となる。計量槽２５はせき（たとえば、三角せき）２６を有している。曝気槽２に流入する原水１０ａの流量は、バルブの操作により調整可能であり、この流量はせき２６で計量される。
曝気槽２には空気供給装置２１が設けられている。空気供給装置２１は、ブロア２２で供給された空気２３を、曝気槽２の下部に設けられた攪拌用ノズル２９に供給している。空気２３は、空気用配管２８を通って攪拌用ノズル２９から被処理水１０中に分散して被処理水１０を攪拌する。
ろ過部材３に付着しているフロック３０やコロニー１１が、壊れたりろ過部材３から離脱しない程度に、空気供給装置２１は、攪拌用ノズル２９から空気２３を排出させている。これにより、被処理水１０は、矢印Ｃに示すように、曝気槽２内でゆっくりと攪拌されるので、汚泥の沈殿が防止される。
【００１８】
ろ過手段７の下方には、ろ過部材３を洗浄するための空気２３を排出可能な洗浄用ノズル２７が設けられている。洗浄用ノズル２７は、空気用配管２８を介してブロア２２と接続されている。
洗浄用ノズル２７から排出される空気の気泡２３ａにより、ろ過手段７のろ過部材３が洗浄される。洗浄用の空気２３は、空気用配管２８に接続された電動弁３２をオン，オフ動作させることにより、洗浄用ノズル２７から間欠的に排出される。これにより、ろ過部材３は間欠的に洗浄される。
【００１９】
曝気槽２の下流側には放流槽（処理水貯留部）１２が配設されている。放流槽１２は、ろ過部材３を出てろ過手段７から処理水排出手段４を流れた処理水８を受けて貯留する。
ろ過手段７と放流槽１２は、処理水排出手段４の排出用配管３３により接続されている。排出用配管３３には、処理水計量槽３４と、この処理水計量槽３４の上流側に位置するコントロール弁３５とが接続されている。処理水計量槽３４には、せき（たとえば、三角せき）３６が設けられており、せき３６を流れる流量は流量計３７で検出される。
制御部３８は、ポンプ２４，ブロア２２，電動弁３２，コントロール弁３５にそれぞれ信号を出力して制御する。制御部３８は、流量計３７から出力される信号に基づいて、コントロール弁３５を動作させることにより、所望の流量の処理水８がせき３６を流れるように制御している。
ろ過手段７から流出した処理水８は、排出用配管３３，コントロール弁３５，処理水計量槽３４，排出用配管３３の順に流れて放流槽１２に貯留された後、水処理装置１の外部に放流される。
【００２０】
処理水計量槽３４のせき３６における処理水８の水位Ｌｂは、曝気槽２内の被処理水１０の水位Ｌａより下方に位置している。この場合の水位差Ｈは、処理水８の水位Ｌｂから被処理水１０の水位Ｌａまでの高さ寸法（すなわち、Ｈ＝Ｌａ−Ｌｂ）である。制御部３８が、流量計３７の検出結果に基づいてコントロール弁３５を動作させて処理水８の流量を制御することにより、水位差Ｈを調整可能になっている。
【００２１】
被処理水１０は、流れの駆動源（エネルギー源）となる水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーと、水の分子間の凝集力とにより自然に流れて、曝気槽２から放流槽１２に移動する。
すなわち、ろ過部材３は、繊維間隙間９ａにより構成されている擬似微細管を有しているので、曝気槽２内の被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により擬似微細管内を流れる。
被処理水１０に含まれている浮遊固形物３０ａのうち、擬似微細管の内径より大きい浮遊固形物３０ａは、擬似微細管を通り抜けることができない。したがって、浮遊固形物３０ａは、ろ過部材３に付着して除去される。ろ過部材３によるこのろ過は、曝気槽２に貯留されている被処理水１０の水中で行われる。
このように、擬似微細管の内径寸法により、除去される浮遊固形物３０ａの大きさが決まることになる。したがって、被処理水１０に含まれる浮遊固形物３０ａの種類，サイズ，粒度分布などに応じて、最適なろ過部材３の材質や、ひも状繊維集合体６および繊維９のサイズ，密度などの選定を行えばよい。
【００２２】
コロニー１１内の固形物（すなわち、汚泥）の濃度の範囲は、３重量％〜５重量％であるのが好ましい。
曝気槽２内の被処理水１０の水温が低いと微生物の活動が低下するが、被処理水１０の水温が所定範囲（好ましくは、１８℃〜３０℃）であれば、微生物の活動が活発になって良好に水処理が行われる。
そこで、水処理装置１には、被処理水１０の水温を所定の範囲に調節するための水温調節手段を設けるのが好ましい。たとえば、曝気槽２の被処理水１０中にヒータを設け、このヒータをオン，オフ制御して被処理水１０の水温を１８℃〜３０℃の範囲に調節するのが好ましい。
【００２３】
ろ過部材３は、複数のひも状繊維集合体６を平たい束状にするための縫い合わせ部４０を有している。縫い合わせ部４０では、ひも状繊維集合体６同士を圧縮せずにほぐした状態にしている。したがって、処理水８は、縫い合わせ部４０の内部を流れる場合でも、抵抗なく容易に通ることができる。
ひも状繊維集合体６の直径ｅ（図１０（Ｂ））は、微生物の種類，サイズ，粒度分布などに応じて適宜選定されるものであり、たとえば直径ｅ＝約３ｍｍ〜約４ｍｍである。
ろ過部材３は、図１０（Ａ）に示す平たい形状のものを、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、縫い合わせ部４０の両方の端部４０ａ，４０ｂを縫い合わせて環状に形成されている。なお、図１１（Ｂ）では、ひも状繊維集合体６の一部の図示を省略している。
【００２４】
環状に形成された縫い合わせ部４０の外周面には、環状のバンド４５が取付けられている。バンド４５は、縫い合わせ部４０を環状に保持するとともに、ひも状繊維集合体６がほぐれてしまうのを防止している。
縫い合わせ部４０とバンド４５を支持部として、一方側のひも状繊維集合体６と他方側のひも状繊維集合体６を、それぞれ半径方向外方に広がるように折り返して使用することになる。
【００２５】
ろ過手段７は、集水管５０，複数の筒状のホルダ２０，複数のろ過部材３および二つの挟持部材５１，５２を有している。複数のろ過部材３は、複数の隣り合う筒状のホルダ２０の間に支持されている。
したがって、多数のろ過部材３を短時間で容易に取付けてろ過手段７を構成し、水処理装置１を容易に製造することができる。また、ホルダ２０は、金型により一体的に形成できるので量産が容易である。
ろ過手段７は、その中心軸線ＣＬを縦方向に向けて曝気槽２に設置され、ろ過部材３は、中心軸線ＣＬのまわりにほぼ均等に配置されている。洗浄用ノズル２７から空気を吐出して洗浄するときに、ろ過部材３は、片寄りなく全体が均等に且つ効果的に洗浄される。なお、ろ過手段７の中心軸線ＣＬが横方向または斜め方向を向いた場合であってもよい。
【００２６】
集水管５０は、ステンレス管などの金属製であり、複数の連通孔５３が外周面の所定位置に穿設されている。集水管５０にはホルダ２０が支持されている。ホルダ２０は、ポリ塩化ビニル製などの合成樹脂製で円筒形に一体形成されている。なお、処理水８をろ過手段７から流出させることができれば、集水管５０に代えて棒状部材でホルダ２０を支持してもよい。
複数のホルダ２０は、連結手段５５により互いに連結された状態で、ろ過部材３用の開口部５４を形成している。複数のろ過部材３は、隣り合う上下のホルダ２０の間に形成された複数の開口部５４を遮蔽（シール）して取付けられている。
挟持部材としての二枚の支持板（上部支持板５１と下部支持板５２）は、ホルダ２０とろ過部材３とを、交互に配置した状態で長手方向両端部側から挟持している。ろ過手段７を組立てる際に、集水管５０にホルダ２０とろ過部材３を交互に組み込めばよいので、組立てが容易である。
処理水８は、ホルダ２０の内部空間Ｓから連通孔５３を通って集水管５０の内部を流れた後、ろ過手段７から流出する。
【００２７】
ホルダ２０は、円筒部６０と板状部６１とを有して一体的に形成されている。円筒部６０は中空円筒状に形成され、連結手段５５を有している。板状部６１は、円筒部６０の内方に一体的に形成されている。
板状部６１には、集水管５０に係合する係合孔６２が中心部に穿設され、また、内部空間Ｓ同士を連通させるための一つまたは複数の連通孔６３が形成されている。
連結手段５５は、複数（ここでは、四つ）の凹部６４と、複数（ここでは、四つ）の大径の突起部６５と、複数（ここでは、四つ）の小径の突起部６６とを有している。四つの凹部６４は、円筒部６０の一方の端面６７に形成され、ホルダ２０の中心Ｃ０のまわりに９０度ずつ離れて均等に配置されている。
【００２８】
四つの大径の突起部６５は、円筒部６０の他方の端面６８に一体的に突出形成され、ホルダ２０の中心Ｃ０のまわりに９０度ずつ離れて均等に配置されている。四つの大径の突起部６５が、隣り合う他のホルダ２０の一方の端面６７と当接することにより、開口部５４が形成される。
小径の突起部６６は、大径の突起部６５の先端部から同一方向に突出して一体的に形成されている。小径の突起部６６は、隣り合う他のホルダ２０の一方の端面６７の凹部６４に挿入されて、ホルダ２０同士を重ね合わせて連結する機能を有している。大径の突起部６５と小径の突起部６６は、同心の円筒状に形成されているが、同心で四角形，六角形などの多角形であってもよい。
大径の突起部６５を設けたので、隣り合うホルダ２０の間に開口部５４を容易に形成することができる。小径の突起部６６を凹部６４に挿入することにより、ろ過部材３を支持するための複数のホルダ２０同士を互いに連結するようにしている。ホルダ２０とろ過部材３とを交互に順次組み込むことにより、ろ過部材３をホルダ２０に容易に取付けることができる。
【００２９】
下部支持板５２には、固定用部材５２ａが固定されている。固定用部材５２ａを、ボルト・ナット８０でフレーム８１に締結固定することにより、ろ過手段７がフレーム８１に取付けられる。
集水管５０の上端部の外周面には、平行ねじの雄ねじ５０ａが形成されている。フランジ５７には、内周面に雌ねじが形成されたソケット５６が固定されている。ソケット５６は、集水管５０の雄ねじ５０ａにねじ込み可能になっている。ソケット５６と上部支持板５１との間は、ゴム製のパッキン５８によりシールされている。フランジ５７は、排出用配管３３のフランジ３３ａにボルト・ナット３３ｂにより締結固定されている。
【００３０】
次に、ろ過手段７を組立てる手順について説明する。
まず初めに、下部支持板５２に固定された集水管５０を上方に向けて位置決めする。次いで、一番目の環状のろ過部材３を集水管５０の上部から嵌め込んで下方に下げる。ろ過部材３を取付けるときは、ひも状繊維集合体６はほぼ放射状になるように広げておくのが好ましい。
次に、一番目のホルダ２０を集水管５０の上部から嵌め込む。このホルダ２０を、下方に移動させてろ過部材３の上に載置する。このとき、突起部６５，６６が上方を向くようにして、ホルダ２０を集水管５０に嵌め込む。
二番目のろ過部材３を集水管５０の上部から嵌め込んで下方に移動させ、一番目のホルダ２０の上に置く。このとき、一番目のホルダ２０の突起部６６がろ過部材３により隠れないで露出するようにしておく。
【００３１】
次に、二番目のホルダ２０を、突起部６５，６６が上方を向くようにして集水管５０に嵌め込む。そして、この二番目のホルダ２０の下部の凹部６４に、その下方の一番目のホルダ２０の小径の突起部６６を嵌合させる。
こうして連結された一番目のホルダ２０と二番目のホルダ２０との間に、開口部５４が形成される。開口部５４に、二番目のろ過部材３の根元部の近傍が、隙間がないように充填され、ひも状繊維集合体６の大部分は、開口部５４から外方に延びて広がることになる。
開口部５４にはろ過部材３の根元部の近傍が充填されるので、曝気槽２内の被処理水１０に対して内部空間Ｓが遮蔽されることになり、被処理水１０のショートパスを防止することができる。
【００３２】
その後は、前記手順と同様にして、ろ過部材３とホルダ２０を交互に順次、集水管５０に嵌め込む。本実施形態では、一つの集水管５０に、２０個のホルダ２０と２１個のろ過部材３を嵌め込んだ場合を示している。
最上部にろ過部材３を取付けたのち、上部支持板５１を集水管５０に嵌め込んで、最上部のろ過部材３を押さえる。なお、最上部のホルダ２０の小径の突起部６６は予め除去されている。これにより、最上部の開口部５４の高さ寸法ｈが、他の段の開口部５４の高さ寸法ｈと同一になる。
【００３３】
次に、パッキン５８を集水管５０に嵌め込んだ後、ソケット５６を集水管５０の雄ねじ５０ａにねじ込む。このとき、当初はろ過部材３が嵩張っているので、ホルダ２０同士は密着していない場合が多い。
この状態で、ソケット５６を雄ねじ５０ａにねじ込めば、各ホルダ２０の大径の突起部６５の上端面６５ａが、その上のホルダ２０の端面６７に密着する。また、最上部のホルダ２０の大径の突起部６５の上端面６５ａは上部支持板５１の下面に当接する。第一番目のろ過部材３は、第一番目のホルダ２０と下部支持板５２との間に押さえ付けられた状態で装着される。
このようにして、複数のホルダ２０とろ過部材３は、交互に配置された状態で長手方向両端部側から上部支持板５１と下部支持板５２とにより挟持されて位置決めされる。こうして、多数のろ過部材３を短時間で容易に取付けて、ろ過手段７を組み立てることができる。
【００３４】
水処理装置１では、互いに平行に配置された複数（ここでは、１６個）のろ過手段７と、この複数（１６個）のろ過手段７を支持するフレーム８１とにより、ろ過部ユニット８２が構成されている。複数のろ過手段７をユニット化し、少なくとも一つのろ過部ユニット８２が曝気槽２に設置されている。
ろ過部ユニット８２は、上下に並んで配置され、上下のろ過手段７同士は直列に接続されている。下方のろ過部ユニット８２の下部では、複数の洗浄用ノズル２７がフレーム８１に取付けられている。洗浄用ノズル２７から空気２３を間欠的に吐出することにより、ろ過部材３を間欠的に洗浄することができる。
図２に示す上下二つのろ過部ユニット８２と洗浄用ノズル２７とを組合せた一組のユニット８３を、水平方向に四組並べた状態で曝気槽２の内部に設置している。
このように、多数のろ過部材３を有する複数のろ過手段７をフレーム８１で支持してユニット化することにより、設置工事が容易になるとともに、水処理の能力や被処理水貯留部の形状などに応じて容易に設計変更することができる。
【００３５】
図７は、複数のひも状繊維集合体６のうちの一つのひも状繊維集合体６を例にとって、その経時変化を示している。図７（Ａ）は、運転当初、ひも状繊維集合体６に固形物（コロニー１１）が付着していない状態を示している。
この状態のときには、被処理水１０の大部分は、ひも状繊維集合体６の根元部で、水位差Ｈにより、ひも状繊維集合体６の表面から繊維９の間の隙間９ａに入る。
繊維間隙間９ａに入れないフロック３０は、ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着する（図７（Ｂ））。被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間９ａを流れていく。
【００３６】
時間が経過すると、フロック３０が、ひも状繊維集合体６の表面に次第にパイプ状に伸びて付着していく（図７（Ｃ））。フロック３０は、次第に大きくなって、活性汚泥（付着固形物）からなるコロニー１１をやがて形成する（図７（Ｄ））。
コロニー１１が付着して周囲を囲まれたひも状繊維集合体６は、あたかも複数の繊維間隙間９ａで構成された擬似パイプ（または、ハニカム）のような構造をなしている。コロニー１１の内部には、ろ過機能を発揮する多数の微小な隙間３１が形成されている。
したがって、被処理水１０は、水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーと、水の分子間の凝集力とにより、擬似パイプ内の隙間を流れることになる。また、被処理水１０は、コロニー１１の内部の微小な隙間３１を水位差Ｈにより流れる。
こうして定常状態では、被処理水１０は、水位差Ｈにより流れてコロニー１１の微小な隙間３１に入るところでろ過される。その後、被処理水１０は、微小な隙間３１を流れたのち繊維９のところに到達し、繊維間隙間９ａを圧力勾配により流れていく。やがて、被処理水１０は、ろ過部材３を出て処理水８となり、ホルダ２０の内部空間Ｓに流れ込む。
【００３７】
ろ過が長時間継続し、コロニー１１のサイズが大きくなってろ過の速度が低下すると、ろ過部材３の洗浄が行われる。この場合、間欠的に電動弁３２を開いて、ろ過部材３の下方で、洗浄用ノズル２７から空気２３を被処理水１０中に分散して供給する（図７（Ｅ））。
すると、上昇する多数の気泡２３ａによりひも状繊維集合体６が揺すられるので、ひも状繊維集合体６に付着していたコロニー１１の一部が脱落する。その結果、コロニー１１のサイズが小さくなって、微生物の働きが再び活発化し、ろ過速度が上昇する。
この洗浄中もコロニー１１によるろ過は継続されるので、処理水８の流量は低下せず、長時間連続運転することができる。
【００３８】
次に、水処理装置１の動作について説明する。
原水槽５内の原水１０ａは、ポンプ２４で曝気槽２に移送され、ここで被処理水１０として貯留される。曝気槽２への被処理水１０の供給量は、被処理水計量槽２５により計量されている。
曝気槽２内の被処理水１０の水位Ｌａは、処理水計量槽３４の水位Ｌｂより高くなっている。曝気槽２では、ブロア２２で被処理水１０内に空気２３が供給されて、被処理水１０は常に攪拌されている。
ろ過手段７を有するろ過部ユニット８２は、曝気槽２の内部に設置されており、ろ過部材３は被処理水１０に浸された状態になっている。ろ過部材３により、曝気槽２内の被処理水１０は処理される。
【００３９】
被処理水１０は、水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーにより流れて、ろ過部材３の表面から繊維９の間の隙間９ａに入る。繊維間隙間９ａに入れないフロック３０は、ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着する。水位差Ｈは、制御部３８の指令でコントロール弁３５を制御することにより、常に最適の値に維持されている。
被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間９ａを流れていく。ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着したフロック３０は、次第に大きくなってコロニー１１を形成する。
【００４０】
その後、被処理水１０は、水位差Ｈにより流れて、コロニー１１の内部の微小な隙間３１に入るところでろ過される。次いで、被処理水１０は、微小な隙間３１を流れたのち繊維間隙間９ａを圧力勾配により流れていく。
ろ過部材３から流出した処理水８は、ホルダ２０の内部空間Ｓから連通孔６３と連通孔５３を通って集水管５０内に流入するか、または内部空間Ｓから直接連通孔５３を通って集水管５０内に流入する。
次いで、処理水８は、集水管５０から流出して、処理水排出手段４により曝気槽２の外部に排出される。処理水８は、排出用配管３３，コントロール弁３５，処理水計量槽３４などを通って放流槽１２に流れ込んだのち外部に放流される。
【００４１】
水処理装置１の運転中に、ひも状繊維集合体６に付着した活性汚泥によるコロニー１１が大きくなり過ぎてろ過速度が低下すると、ろ過部材３を洗浄することになる。
この場合、流量計３７で計測している処理水８の流量が所定値より低下すると、その旨の信号が流量計３７から制御部３８に出力される。制御部３８は、この信号に基づいて、洗浄開始の信号を電動弁３２に出力する。すると、電動弁３２が開いて、空気２３が洗浄用ノズル２７から噴出する。
ろ過部材３に付着していたコロニー１１が、気泡２３ａに接触して小さくなる。こうして、ろ過部材３の洗浄が完了すると、制御部３８から洗浄完了の信号が出力される。この信号により電動弁３２が閉じ、洗浄用ノズル２７からの空気の噴出が停止する。
洗浄されたろ過部材３により、被処理水１０のろ過が継続して行われ、処理水８の流量が増加する。洗浄動作中も、ろ過部材３による水処理は継続して行われている。
このようにして、ろ過部材３を自動的に且つ間欠的に洗浄しているので、水処理装置１を長時間自動的に連続運転することができる。
上述のようにして水処理装置１を運転することにより、被処理水１０を処理して清浄な処理水８を得ることができる。
【００４２】
従来の水処理技術では、微生物は曝気槽の内部全体を常に浮遊した状態であり、この微生物などからなる浮遊固形物の濃度をそれほど高くすることができず、せいぜい０．３％〜０．５％が濃度の上限であった。
これに対して本発明では、ろ過部材３にコロニー１１が形成され、コロニー１１内の微小な隙間３１を水が流れるようになっている。コロニー１１は、微生物が棲み付いている住処でもあるので、微生物（汚泥）の大部分は、槽内で浮遊することなくほぼ同じ位置に留まることができる。
微生物が、コロニー１１内でほぼ同じ場所に留まっているので、コロニー１１内の汚泥の濃度を従来より著しく高く（たとえば、３〜５重量％に）することができる。
【００４３】
コロニー１１内には、微生物の餌となる有機物（たとえば、バクテリア）が十分にあり、必要な酸素は微小な隙間３１を流れる水により常時新たに供給され、しかも微生物の濃度は従来より著しく高くなっている（たとえば、従来より約１０倍）。微生物は、コロニー１１内で安定した状態で生息することができるので、生物学的に良好な状態で有機物等が除去される。
こうしてコロニー１１内では、微生物が有機物を餌として食べて、汚泥が消費されるので、汚泥の発生量が少なくなる。したがって、産業廃棄物となる汚泥の処理が軽減されるかまたは不要になる可能性が高い。
従来は、水中浮遊微生物が、有機物と直接接触するかまたは生物膜表面で有機物などと接触していた。これに対して、本発明では、コロニー１１の内部を水が通過するので、微生物が有機物と直接接触する機会が多くなり、有機物などの除去をよりよい効率で行うことができる。
【００４４】
次に、本発明者の行なった実験について説明する。実験条件は下記の通りである。
・図１に示す水処理装置１を使用。
・ろ過部材３の組成：ポリエステル系合成繊維４０重量％，レーヨン４０重量％，アクリル繊維２０重量％
・ろ過部材３の寸法（展開時）：約２４ｃｍ（幅Ｄ）×約６０ｃｍ（長さＥ）
・ひも状繊維集合体６：直径ｅが約３ｍｍ
・原水：食品工場の排水
・原水の水質：ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）；２８〜５０ｍｇ／Ｌ，
ＣＯＤ（化学的酸素要求量）；２７〜５４ｍｇ／Ｌ，
ＳＳ（懸濁物質）；４〜５０ｍｇ／Ｌ
・処理水８の流量：平均１６０ｍｌ／ｍｉｎ（ろ過部材１枚当たり）
・水位差Ｈ：２０ｃｍ
・実験期間：３４日間
【００４５】
原水１０ａを曝気槽２に供給して貯留したのち汚泥を投入し、ろ過部材３がこの汚泥を吸い寄せてコロニー１１が形成された状態で、被処理水１０の水処理を開始した。
図１２は、原水１０ａと処理水８の水質を示すグラフである。図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳの除去に関する実験データを示している。図１２の横軸は日数を示し、縦軸は濃度を示している。図１２中の符号「■」は原水１０ａのデータを示し、符号「△」は処理水８のデータを示している。
水処理装置１により被処理水１０を処理すれば、図１２に示すように、ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳが低減または除去された清浄な処理水８を得ることができる。こうして、清浄な排水（処理水８）を放流することができるので、河川や湖などの水質を改善することができる。
【００４６】
ひも状のろ過部材３を使用している本発明では、従来の活性汚泥法や凝集沈殿法などのように汚泥を沈殿させる必要がない。そのため、従来必要であった沈殿槽が不要になり、汚泥を返送する必要もない。したがって、活性汚泥が浮かないようにするための維持管理が不要になり、装置の運転にそれほど注意を払う必要はない。
コロニー１１がろ過機能を発揮しているので、ろ過装置を別途設けなくても、固液分離が十分に行われて清浄な処理水８を得ることができ、処理工程も簡素で運転も容易になる。
飲料水を得るための上水場では、従来は、原水に薬品を注入して加圧浮上法などで水処理を行う場合があった。これに対して、本発明では、薬品を使用しないので、ろ過水を飲料水として使用しても安全でランニングコストも低い。
原水のＣＯＤを低減するために、従来は活性炭を使用する場合があった。これに対して、本発明では、活性炭を使用せずに簡素な構成で且つ安価にＣＯＤを低減することができる。
【００４７】
本発明では、既設の被処理水貯留部２に、ろ過部材３が取付けられたユニット８３などを増設すれば、水処理装置１を容易に構成することができる。
被処理水１０および処理水８の移動は、流れの駆動源（エネルギー源）となる水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーと、水の分子間の凝集力とによるものなので、動力は全く使われていない。また、水を循環する必要もない。したがって、従来の水処理技術と比べて、水処理装置１の消費エネルギーを少なくすることができ、騒音もほとんど発生しない。
なお、ろ過部材３の全部を被処理水１０に浸す場合を示したが、ろ過部材３の大部分を被処理水１０に浸す場合であってもよい。
本発明は、生物の食物連鎖をより促進することにより、産業廃棄物となる汚泥を自然な循環形態に組み入れることができる。また、本発明は、省エネルギーであり、設備の簡素化ができ、使用敷地の大幅な削減ができ、経費を節減することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、ろ過部材を短時間で容易に取付けて、水処理装置を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図１２は本発明の実施形態の一例を示す図で、図１は水処理装置の概略構成図である。
【図２】前記水処理装置のろ過部ユニットの概略斜視図である。
【図３】前記ろ過部ユニットのろ過手段の正面図である。
【図４】前記ろ過手段の拡大正面断面図である。
【図５】図５（Ａ）は図４のＶ−Ｖ線平面断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）中のＢ部拡大図である。
【図６】図６（Ａ）は、微生物の小集団がひも状繊維集合体に付着しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図、図６（Ｂ）は、前記微生物の小集団が集まって微生物コロニーが形成されはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図である。
【図７】一つのひも状繊維集合体の経時変化を示す概略構成図である。
【図８】前記ろ過手段の分解斜視図である。
【図９】図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ前記ろ過手段のホルダの平面図，正面断面図，底面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、前記ひも状繊維集合体からなるろ過部材を示す説明図、図１０（Ｂ）は、前記ひも状繊維集合体の拡大断面図である。
【図１１】図１１（Ａ），（Ｂ）は、図１０に示すろ過部材を円形に縫い合わせた状態を示す平面図，正面図である。
【図１２】被処理水と処理水の水質を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 水処理装置
２ 曝気槽（被処理水貯留部）
３ ろ過部材
４ 処理水排出手段
６ ひも状繊維集合体
７ ろ過手段
８ 処理水
９ 繊維
９ａ 繊維の間の隙間
１０ 被処理水
１１ 微生物コロニー
２０ ホルダ
２７ 洗浄用ノズル
３０ 微生物の小集団
３１ 微小な隙間
５０ 集水管
５１ 上部支持板（挟持部材）
５２ 下部支持板（挟持部材）
５３ 連通孔
５４ 開口部
５５ 連結手段
６０ 円筒部
６１ 板状部
６２ 係合孔
６３ 連通孔
６４ 凹部
６５ 大径の突起部
６６ 小径の突起部
６７ 一方の端面
６８ 他方の端面
８１ フレーム
８２ ろ過部ユニット
ＣＬ 中心軸線
Ｈ 水位差
Ｓ 内部空間

Claims (7)

1. 被処理水が貯留される被処理水貯留部と、
   複数のひも状繊維集合体の集合により構成された複数のろ過部材を複数の隣り合う筒状のホルダの間に支持して、前記被処理水貯留部に設けられたろ過手段と、
   このろ過手段から流出する処理水を排出させるための処理水排出手段とを備え、
   前記ろ過部材を前記被処理水に浸して、ろ過機能を発揮する微生物コロニーを形成し、
   前記被処理水は、水位差により流れて前記微生物コロニーの内部の微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を流れ、次いで、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記ひも状繊維集合体の繊維の間の隙間を流れていき、
   前記ろ過部材を出て前記ホルダの内部空間に流入した前記処理水は、前記ろ過手段から流出して前記処理水排出手段により前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにしたことを特徴とするひも状繊維集合体を使用した水処理装置。
2. 被処理水が貯留される被処理水貯留部と、
   複数のひも状繊維集合体の集合により構成された複数のろ過部材を複数の隣り合う筒状のホルダの間に支持して前記被処理水貯留部に設けられたろ過手段と、このろ過手段から流出する処理水を排出させるための処理水排出手段とを備え、
   前記ろ過部材を前記被処理水に浸した状態で、前記被処理水は、水位差により前記ろ過部材の表面から繊維の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団は前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着し、前記被処理水は、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記繊維間隙間を流れていき、前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着した前記微生物の小集団は次第に大きくなって、内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニーが形成され、
   前記被処理水は、前記水位差により流れてこの微生物コロニーの内部の前記微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を流れ、次いで前記繊維間隙間を前記圧力勾配により流れていき、
   前記ろ過部材を出て前記ホルダの内部空間に流入した前記処理水は、前記ろ過手段から流出して前記処理水排出手段により前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにしたことを特徴とするひも状繊維集合体を使用した水処理装置。
3. 前記ろ過手段は、
   複数の連通孔が外周面の所定位置に穿設された集水管と、
   この集水管に支持され、前記ろ過部材用の開口部を形成した状態で連結手段により互いに連結される複数の筒状の前記ホルダと、
   隣り合うこのホルダの間に形成された複数の前記開口部を遮蔽してこの開口部に取付けられた複数の前記ろ過部材と、
   前記ホルダと前記ろ過部材とを交互に配置した状態で長手方向両端部側から挟持する二つの挟持部材とを有し、
   前記処理水は、前記ホルダの前記内部空間から前記連通孔を通って前記集水管の内部を流れた後、前記ろ過手段から流出することを特徴とする請求項１または２に記載のひも状繊維集合体を使用した水処理装置。
4. 前記ホルダは、
   前記連結手段が形成された中空円筒状の円筒部と、
   この円筒部の内方に一体的に形成され、前記集水管に係合する係合孔が穿設され、前記内部空間同士を連通させるための連通孔が形成された板状部とを有し、
   前記連結手段は、
   前記円筒部の一方の端面に形成された複数の凹部と、
   前記円筒部の他方の端面に一体的に突出形成され、隣り合う他の前記ホルダの前記一方の端面と当接して前記開口部を形成するための複数の大径の突起部と、この大径の突起部の先端部に一体的に突出形成され、隣り合う前記他のホルダの前記一方の端面の前記凹部に挿入されて前記ホルダ同士を連結するための複数の小径の突起部とを有していることを特徴とする請求項３に記載のひも状繊維集合体を使用した水処理装置。
5. 互いに平行に配置された複数の前記ろ過手段と、この複数のろ過手段を支持するフレームとによりろ過部ユニットが構成され、
   少なくとも一つの前記ろ過部ユニットを前記被処理水貯留部に設置したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載のひも状繊維集合体を使用した水処理装置。
6. 前記ろ過部ユニットの下部には、前記ろ過部材を洗浄するための空気を排出可能な洗浄用ノズルが設けられていることを特徴とする請求項５に記載のひも状繊維集合体を使用した水処理装置。
7. 前記ろ過手段の中心軸線は、縦方向を向いていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの項に記載のひも状繊維集合体を使用した水処理装置。

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