JP2019174378A - 成分濃度の測定方法および測定装置、ならびに水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】色の異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定することができる、成分濃度の測定方法および測定装置を提供する。【解決手段】色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定方法であって、全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定工程と、対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の測定対象成分の割合を算出する色識別工程と、を含み、全対象成分濃度測定工程により測定した全対象成分濃度と、色識別工程により算出した前記測定対象成分の割合との積から液体中の測定対象成分の濃度を算出する、成分濃度の測定方法である。【選択図】なし
Description
本発明は、色の異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定する成分濃度の測定方法および測定装置に関する。また、本発明は、その成分濃度の測定方法または測定装置を用いた水処理方法および水処理装置に関する。
液体中の懸濁物質の濃度を測定する方法としては、赤外線等を用いる散乱光測定方式、透過光方式等が知られている（非特許文献１参照）。
これらの従来の測定方法では、測定対象全体の懸濁物質の濃度は測定することができるが、２成分以上の懸濁物質が含まれている場合に、それぞれの懸濁物質の濃度を測定することができない。
例えば、スラッジブランケット型凝集沈殿装置を用いる凝集沈殿処理において、被処理水に含まれる有機物や臭気成分等を吸着するために被処理水に粉末活性炭を添加する場合、凝集沈殿装置のスラッジブランケットゾーンにはフロックと粉末活性炭とが滞留する。粉末活性炭が不足すると被処理水中の有機物等の吸着が不十分となり、処理水中に残存してしまうため、スラッジブランケットゾーン内の粉末活性炭の濃度を管理することが望ましい。蛍光Ｘ線分析等によって、粉末活性炭の比率を測定することも可能であるが、非常に手間がかかり、簡便な方法が求められている。
http://www.aqua-ckc.jp/data/CP04-200-09-003%20Turbidity_WTW.pdf
本発明の目的は、色の異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定することができる、成分濃度の測定方法および測定装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、粉末活性炭を用いる凝集処理において、凝集液に含まれる粉末活性炭の濃度を管理することができる、水処理方法および水処理装置を提供することにある。
本発明は、色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定方法であって、全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定工程と、前記対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の前記測定対象成分の割合を算出する色識別工程と、を含み、前記全対象成分濃度測定工程により測定した全対象成分濃度と、前記色識別工程により算出した前記測定対象成分の割合との積から前記液体中の前記測定対象成分の濃度を算出する、成分濃度の測定方法である。
前記成分濃度の測定方法における前記色識別工程において、前記全対象成分中の対象成分のうちの少なくとも１つの成分について測定したＲＧＢ比と、全対象成分について測定したＲＧＢ比とに基づいて前記割合を算出することが好ましい。
本発明は、色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定装置であって、全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定手段と、記対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の前記測定対象成分の割合を算出する色識別手段と、を備え、前記全対象成分濃度測定手段により測定した全対象成分濃度と、前記色識別手段により算出した前記測定対象成分の割合との積から前記液体中の前記測定対象成分の濃度を算出する、成分濃度の測定装置である。
前記成分濃度の測定装置における前記色識別手段は、前記全対象成分中の対象成分のうちの少なくとも１つの成分について測定したＲＧＢ比と、全対象成分について測定したＲＧＢ比とに基づいて前記割合を算出するものであることが好ましい。
本発明は、被処理水と粉末活性炭とを混合する混合工程と、前記混合された混合液を凝集剤により凝集処理する凝集処理工程と、前記凝集処理された凝集液における全ＳＳ濃度を測定する全ＳＳ濃度測定工程と、前記凝集液に含まれるＳＳ成分のうちの少なくとも１つの色を識別して全ＳＳ成分中の前記粉末活性炭の割合を算出する色識別工程と、を含み、前記全ＳＳ濃度測定工程により測定した全ＳＳ濃度と、前記色識別工程により算出した前記粉末活性炭の割合との積から前記凝集液中の前記粉末活性炭の濃度を算出し、前記算出した前記粉末活性炭の濃度に基づいて、前記粉末活性炭の使用量を調整する、水処理方法である。
本発明は、被処理水と粉末活性炭とを混合する混合手段と、前記混合された混合液を凝集剤により凝集処理する凝集処理手段と、前記凝集処理された凝集液における全ＳＳ濃度を測定する全ＳＳ濃度測定手段と、前記凝集液に含まれるＳＳ成分のうちの少なくとも１つの色を識別して全ＳＳ成分中の前記粉末活性炭の割合を算出する色識別手段と、を備え、前記全ＳＳ濃度測定手段により測定した全ＳＳ濃度と、前記色識別手段により算出した前記粉末活性炭の割合との積から前記凝集液中の前記粉末活性炭の濃度を算出し、前記算出した前記粉末活性炭の濃度に基づいて、前記粉末活性炭の使用量を調整する、水処理装置である。
本発明では、色の異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定することができる、成分濃度の測定方法および測定装置を提供することができる。
また、本発明では、粉末活性炭を用いる凝集処理において、凝集液に含まれる粉末活性炭の濃度を管理することができる、水処理方法および水処理装置を提供することができる。
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
本実施形態に係る成分濃度の測定方法は、色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定方法であって、全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定工程と、対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の測定対象成分の割合を算出する色識別工程と、を含み、全対象成分濃度測定工程により測定した全対象成分濃度と、色識別工程により算出した測定対象成分の割合との積から液体中の測定対象成分の濃度を算出する方法である。
本実施形態に係る成分濃度の測定装置は、色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定装置であって、全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定手段と、対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の測定対象成分の割合を算出する色識別手段と、を備え、全対象成分濃度測定手段により測定した全対象成分濃度と、色識別手段により算出した測定対象成分の割合との積から液体中の測定対象成分の濃度を算出する装置である。
本実施形態に係る成分濃度の測定方法および測定装置により、色の異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定することができる。また、簡便に色の異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定することができる。
例えば、色の異なる２つ以上の懸濁物質が含まれる液体に対し、ＳＳ濃度測定装置によって全ＳＳ濃度を測定し（全対象成分濃度測定工程）、色識別手段によって全ＳＳ成分中のＳＳ成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全ＳＳ成分中の対象ＳＳ成分の割合を算出し（色識別工程）、（全ＳＳ濃度）×（対象ＳＳ成分の割合）により液体中の対象ＳＳ成分の濃度を算出することができる。
具体的には、例えば、粉末活性炭と、粉末活性炭とは色の異なる懸濁物質が含まれる水に対し、ＳＳ濃度測定装置によって全ＳＳ濃度を測定し（全対象成分濃度測定工程）、色識別手段によって全ＳＳ成分中の粉末活性炭の色、または粉末活性炭とは色の異なる懸濁物質の色を識別して全ＳＳ成分中の対象ＳＳ成分である粉末活性炭の割合を算出し（色識別工程）、（全ＳＳ濃度）×（対象ＳＳ成分（粉末活性炭）の割合）により液体中の対象ＳＳ成分（粉末活性炭）の濃度を算出することができる。
色の異なる対象成分が３つ以上含まれる場合には、例えば、対象成分のうちの２つの成分の色をそれぞれ識別して全対象成分中の測定対象成分の割合を算出すればよい。
色識別手段は、例えば、前記全対象成分中の対象成分のうちの少なくとも１つの成分について測定したＲＧＢ比と、全対象成分について測定したＲＧＢ比とに基づいて割合を算出することができる装置である。例えば、色識別手段は、全ＳＳ成分中のＳＳ成分のうちの少なくとも１つの成分について測定したＲＧＢ比と、全ＳＳ成分について測定したＲＧＢ比とに基づいて割合を算出することができる装置である。
色識別手段の例としては、例えば、株式会社キーエンス製、ホワイトスポット光電センサ等が挙げられる。このホワイトスポット光電センサは、測定対象に対して白色ＬＥＤ等の光を照射して反射光を検知素子により受光し、測定対象の色をＲＧＢ比で判別するセンサであり、センサの表示値は、測定対象の色と登録した色（基準色）とのＲＧＢ比の一致度の意味合いがあり、測定対象の色と登録した色とが完全に一致すると９９９（単位なし）となる。
本発明者らは、このセンサの表示値は測定範囲の平均値が表示されるため、例えば、粉末活性炭の黒色を登録色（基準色）とし、例えば粉末活性炭５０%（黒色）、フロック５０%（茶色）のような状態を判別することができないかと考え、検討し、本発明に至った。
ここで、ＲＧＢ比は、ＣＩＥ表色系のレッド（Ｒ）（赤：７００ｎｍ）、グリーン（Ｇ）（緑、５４６．１ｎｍ）、ブルー（Ｂ）（青、４３５．８ｎｍ）とするＲＧＢ表色系におけるＲＧＢ比のことをいう。本明細書において「色の異なる」とは、このＲＧＢ表色系におけるＲＧＢ比が異なる色のことをいう。
本実施形態では、色識別工程（色識別手段）における色の識別方法としてＲＢＧ比により行っているが、写真を撮影して特定色の面積比から算出してもよい。色識別手段は、写真撮影手段を備え、例えば、前記全対象成分中の対象成分のうちの少なくとも１つの成分について撮影した写真の特定色の面積と、全対象成分について撮影した写真の特定色の面積とに基づいて割合を算出することができる装置である。例えば、色識別手段は、写真撮影手段を備え、全ＳＳ成分中のＳＳ成分のうちの少なくとも１つの成分について撮影した写真の特定色の面積と、全ＳＳ成分について撮影した写真の特定色の面積とに基づいて割合を算出することができる装置である。写真の特定色の面積は、例えば、画像解析ソフト（メディアサイバネティクス製、Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ；http://www.mediacy.jp/products/products.html）を使用して求めることができる。
本実施形態に係る成分濃度の測定方法および測定装置を適用可能な水処理装置として、例えば、被処理水中に粉末活性炭を混合した後、凝集処理するシステムが挙げられる。この方法は、被処理水中に粉末活性炭を混合、撹拌し、被処理水中に含まれる有機物等を粉末活性炭に吸着した後、凝集剤を混合、撹拌し、粉末活性炭、懸濁物質等を凝集処理する方法である。
図１に、このような水処理装置の一例を示す。図１に示す水処理装置１は、被処理水と粉末活性炭とを混合させる混合手段として、混合槽１０と、粉末活性炭と被処理水とが混合された混合液を凝集剤により凝集処理する凝集処理手段として、凝集槽１２と、を備える。水処理装置１は、凝集処理された凝集液の固液分離処理を行う固液分離手段として、固液分離装置１４とを備えてもよい。
水処理装置１において、混合槽１０の被処理水入口には被処理水配管１６が接続されている。混合槽１０の混合液出口と凝集槽１２の混合液入口とは、混合液配管１８により接続されている。凝集槽１２の凝集液出口と固液分離装置１４の凝集液入口とは、凝集液配管２０により接続されている。固液分離装置１４の処理水出口には．処理水配管２２が接続されている。混合槽１０には、撹拌手段として、撹拌羽根等を有する撹拌装置２４が設置され、粉末活性炭を添加する粉末活性炭添加手段として、粉末活性炭添加配管２６が接続されている。凝集槽１２には、撹拌手段として、撹拌羽根等を有する撹拌装置２８が設置され、凝集剤を添加する凝集剤添加手段として、凝集剤添加配管３０が接続されている。凝集槽１２には、必要に応じて、ｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段として、ｐＨ調整剤添加配管３２が接続されていてもよい。凝集液配管２０には、凝集液中の全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定手段として、ＳＳ濃度測定装置３４と、凝集液中の対象成分のうちの少なくとも１つの色を識別して全対象成分中の測定対象成分の割合を算出する色識別手段として、色識別センサ３６とが設置されている。ＳＳ濃度測定装置３４および色識別センサ３６の設置位置は、凝集液について測定できる位置であればよく、凝集槽１２でもよいし、固液分離装置１４でもよい。
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１の動作について説明する。
有機物、懸濁物質等が含まれる被処理水は、被処理水配管１６を通して混合槽１０へ導入される。混合槽１０において、粉末活性炭添加配管２６を通して粉末活性炭が添加され（粉末活性炭添加工程）、被処理水と粉末活性炭とが撹拌装置２４により撹拌、混合される（混合工程）。これにより、被処理水に含まれる有機物等が粉末活性炭に吸着される。
粉末活性炭と被処理水とが混合された混合液は、混合液配管１８を通して凝集槽１２へ導入される。凝集槽１２において、凝集剤添加配管３０を通して凝集剤が添加され（凝集剤添加工程）、混合液と凝集剤とが撹拌装置２８により撹拌、混合され、粉末活性炭、懸濁物質等が凝集されてフロックが形成される（凝集処理工程）。凝集処理工程において、必要に応じて、ｐＨ調整剤がｐＨ調整剤添加配管３２を通して添加され、ｐＨ調整が行われてもよい（ｐＨ調整工程）。
凝集処理により形成されたフロックを含む凝集液は、凝集液配管２０を通して固液分離装置１４へ導入される。固液分離装置１４において、固液分離が行われ、処理水と汚泥とに分離される（固液分離工程）。処理水は、処理水配管２２を通して排出される。
この凝集液には、通常、黒色の粉末活性炭と、茶色のフロックとが含まれる。例えば、凝集液配管２０において、ＳＳ濃度測定装置３４により、凝集液中の全ＳＳ濃度が測定され（全成分濃度測定工程）、色識別センサ３６により、凝集液中の対象成分のうちの少なくとも１つの色が識別されて全対象成分中の測定対象成分である粉末活性炭の割合が算出される（色識別工程）。ＳＳ濃度測定装置３４により測定された全ＳＳ濃度と、色識別センサ３６により算出された全対象成分中の粉末活性炭の割合との積から、凝集液中の粉末活性炭の濃度が算出される（成分濃度算出工程）。
このようにして算出された粉末活性炭の濃度に基づいて、混合槽１０において添加される粉末活性炭の量を制御することができる。例えば、凝集液中の粉末活性炭の濃度が所定量より不足していれば、混合槽１０において添加される粉末活性炭の量が増加され、凝集液中の粉末活性炭の濃度が所定量より過剰であれば、混合槽１０において添加される粉末活性炭の量が減少されればよい。したがって、粉末活性炭を用いる凝集処理において、凝集液に含まれる粉末活性炭の濃度を管理することができる。
被処理水は、特に限定されるものではないが、例えば、河川水、湖沼水、地下水、し尿、下水、工業廃水等が挙げられる。また、被処理水には、有機物、懸濁物質等が含まれ、その他、無機物、イオン等が含まれていてもよい。
粉末活性炭は、水処理用として一般的に用いられる粉末活性炭であれば、特に制限されるものではない。
粉末活性炭の添加量には、特に制限はない。処理対象の被処理水の有機物等の濃度によって変わるが、例えば０．１ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌの範囲である。
凝集処理工程において用いられる凝集剤としては、無機凝集剤および高分子凝集剤のうちの少なくとも１つが用いられる。
無機凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の鉄系無機凝集剤、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム系無機凝集剤等が挙げられる。
無機凝集剤の添加量には、特に制限はない。処理対象の被処理水の懸濁物質、有機物等の濃度によって変わるが、例えば１〜１，０００ｍｇ／Ｌの範囲である。
凝集処理工程では、より良好な凝集処理を行うため、高分子凝集剤を添加してフロック径を成長させることが好ましい。凝集槽１２の後段に別途、反応槽を設けて、反応槽において高分子凝集剤を添加すればよい。
高分子凝集剤としては、ノニオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤またはカチオン性高分子凝集剤等、特に制限されるものではないが、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド・アクリル酸塩共重合体、アクリルアミドプロパンスルフォン酸ナトリウム、キトサン、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレートおよびポリアミジン等が挙げられる。高分子凝集剤は、１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
高分子凝集剤の添加量には、特に制限はないが、例えば、０．１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲である。
凝集処理工程におけるｐＨは、例えば、４〜１１の範囲に調整すればよい。
ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸等の酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリである。
混合工程、凝集処理工程における液温度は、特に制限はなく、例えば、１５〜３５℃の範囲である。
固液分離装置１４としては、特に限定されるものではないが、例えば、沈殿処理、ろ過処理、膜分離処理等が挙げられる。沈殿処理は、特に限定されるものではないが、例えば、沈殿槽を用いた自然沈殿処理以外に、遠心分離器等を用いた強制沈殿処理でもよい。また、ろ過処理は、特に限定されるものではないが、例えば、重力式、圧力式、サイフォン式、上向流式、ろ材循環式、連続ろ過式等のろ過器と、アンスラサイト、砂、けい砂、砂利、活性炭、プラスチック等のろ材とを用いてろ過することができる。膜分離処理は、特に限定されるものではないが、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）等を用いて膜分離することができる。その他の固液分離装置１４としては、一般的に知られている加圧浮上ろ過装置、加圧浮上膜ろ過装置、スラッジブランケット型凝集沈殿装置等を採用することができる。
以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
茶色と黒色の混合比率を変えた粉末活性炭抑留ブランケットの画像の模擬サンプルを作製した（図２参照）。粉末活性炭の黒色を登録色とした。模擬サンプルを色識別センサ（株式会社キーエンス製、アンプ内蔵型ホワイトスポット光電センサＬＲ−Ｗシリーズ）を用いて測定し、表示値と粉末活性炭の抑留比（粉炭抑留比）の相関を確認した。色識別センサの表示値と粉炭抑留比との関係を図３に示す。
茶色と黒色の混合比率を変えた粉末活性炭抑留ブランケットの画像の模擬サンプルを作製した（図２参照）。粉末活性炭の黒色を登録色とした。模擬サンプルを色識別センサ（株式会社キーエンス製、アンプ内蔵型ホワイトスポット光電センサＬＲ−Ｗシリーズ）を用いて測定し、表示値と粉末活性炭の抑留比（粉炭抑留比）の相関を確認した。色識別センサの表示値と粉炭抑留比との関係を図３に示す。
このように、センサ表示値と粉炭抑留比とにはよい相関が得られた。
したがって、上記成分濃度の測定方法および測定装置により、異なる２成分以上の物質が含まれる液体において少なくとも１成分の濃度を測定することができることがわかった。これにより、粉末活性炭を用いる凝集処理において、凝集液に含まれる粉末活性炭の濃度を管理することができる。
１ 水処理装置、１０ 混合槽、１２ 凝集槽、１４ 固液分離装置、１６ 被処理水配管、１８ 混合液配管、２０ 凝集液配管、２２ 処理水配管、２４，２８ 撹拌装置、２６ 粉末活性炭添加配管、３０ 凝集剤添加配管、３２ ｐＨ調整剤添加配管、３４ ＳＳ濃度測定装置、３６ 色識別センサ。
Claims (6)
- 色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定方法であって、
全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定工程と、
前記対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の前記測定対象成分の割合を算出する色識別工程と、
を含み、
前記全対象成分濃度測定工程により測定した全対象成分濃度と、前記色識別工程により算出した前記測定対象成分の割合との積から前記液体中の前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする成分濃度の測定方法。 - 請求項１に記載の成分濃度の測定方法であって、
前記色識別工程において、前記全対象成分中の対象成分のうちの少なくとも１つの成分について測定したＲＧＢ比と、全対象成分について測定したＲＧＢ比とに基づいて前記割合を算出することを特徴とする成分濃度の測定方法。 - 色の異なる２つ以上の対象成分が含まれる液体において少なくとも１つの測定対象成分の濃度を測定する成分濃度の測定装置であって、
全対象成分の濃度を測定する全対象成分濃度測定手段と、
前記対象成分のうちの少なくとも１つの成分の色を識別して全対象成分中の前記測定対象成分の割合を算出する色識別手段と、
を備え、
前記全対象成分濃度測定手段により測定した全対象成分濃度と、前記色識別手段により算出した前記測定対象成分の割合との積から前記液体中の前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする成分濃度の測定装置。 - 請求項１に記載の成分濃度の測定装置であって、
前記色識別手段は、前記全対象成分中の対象成分のうちの少なくとも１つの成分について測定したＲＧＢ比と、全対象成分について測定したＲＧＢ比とに基づいて前記割合を算出するものであることを特徴とする成分濃度の測定装置。 - 被処理水と粉末活性炭とを混合する混合工程と、
前記混合された混合液を凝集剤により凝集処理する凝集処理工程と、
前記凝集処理された凝集液における全ＳＳ濃度を測定する全ＳＳ濃度測定工程と、
前記凝集液に含まれるＳＳ成分のうちの少なくとも１つの色を識別して全ＳＳ成分中の前記粉末活性炭の割合を算出する色識別工程と、
を含み、
前記全ＳＳ濃度測定工程により測定した全ＳＳ濃度と、前記色識別工程により算出した前記粉末活性炭の割合との積から前記凝集液中の前記粉末活性炭の濃度を算出し、前記算出した前記粉末活性炭の濃度に基づいて、前記粉末活性炭の使用量を調整することを特徴とする水処理方法。 - 被処理水と粉末活性炭とを混合する混合手段と、
前記混合された混合液を凝集剤により凝集処理する凝集処理手段と、
前記凝集処理された凝集液における全ＳＳ濃度を測定する全ＳＳ濃度測定手段と、
前記凝集液に含まれるＳＳ成分のうちの少なくとも１つの色を識別して全ＳＳ成分中の前記粉末活性炭の割合を算出する色識別手段と、
を備え、
前記全ＳＳ濃度測定手段により測定した全ＳＳ濃度と、前記色識別手段により算出した前記粉末活性炭の割合との積から前記凝集液中の前記粉末活性炭の濃度を算出し、前記算出した前記粉末活性炭の濃度に基づいて、前記粉末活性炭の使用量を調整することを特徴とする水処理装置。
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