JP4231739B2 - 汚泥の再資源化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、生ごみ、食品廃棄物等の高含水率の汚泥を乾燥し、セメントクリンカー製造用の燃料として効率的に再資源化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場から排出される下水汚泥等の汚泥の処理方法としては、汚泥を焼却し、そこから得られる焼却灰をセメント原料とする方法や、汚泥に何らかの乾燥処理を施してセメントクリンカーの製造設備であるロータリーキルンの窯尻部あるいは仮焼炉へ投入する方法が知られている。例えば、特許文献１には下水道汚泥、製紙スラッジ、食品汚泥等の有機廃棄物を乾燥し、造粒してロータリーキルンで炭化した後燃料化する方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、汚泥は一般に乾燥しづらく、ろ過等の一般的な脱水だけでは含水率を十分に低下させられないことが多い。汚泥を加熱して乾燥しようとすると、含まれている水分の蒸発に熱量が消費されてしまう。そのため、従来は汚泥を含水状態のまま処理せざるを得ず、効率が悪いという問題があった。例えば汚泥を燃料として利用しようとする場合でも、汚泥が含水状態であるために燃焼の効率が悪く、汚泥の処理量を制限する必要があった。
【０００４】
一方、汚泥等の有機廃棄物の乾燥方法として、油温乾燥装置による方法が知られている。例えば、特許文献２には汚泥を油温減圧式乾燥機により乾燥した後、燃料として利用する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６５１８６
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１２１１９８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、下水汚泥、食品残渣等の有機系汚泥を効率的に再資源化する方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、汚泥を油音乾燥装置により乾燥したのち、該汚泥を油分を除去する工程を経ることなくセメントクリンカー製造用燃料として利用する方法であって、該油温乾燥装置にロータリーキルンクーラーの排ガスが供給されることを特徴とする汚泥の再資源化方法である（請求項１）。
【０００９】
また本発明は、汚泥を油温乾燥装置により乾燥してセメントクリンカー製造用燃料として利用する汚泥の再資源化方法であって、該油温乾燥装置にロータリーキルンクーラーの排ガスが供給され、該油温乾燥装置から発生するガスをセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに導入する工程を含むことを特徴とする汚泥の再資源化方法である（請求項２）。
【００１０】
また本発明は、汚泥をロータリーキルンクーラーの排ガスが供給される油温乾燥装置により乾燥した後、該汚泥に含まれる油分を除去し、該汚泥を粉砕して粉末状とし、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給することを特徴とする、汚泥の再資源化方法である（請求項３）。
前記ロータリーキルンクーラーの排ガスの温度は、１５０℃〜２００℃であってもよい（請求項４）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の方法を実施するシステムのフロー（例）を示すものである。汚泥は予備処理タンク１に収納され、油分を添加され、油温乾燥装置２に送られる。予備処理タンク１および油温乾燥装置２には、何らかの加熱手段（図１ではボイラーからの蒸気を例示）により熱が供給され、これにより含油状態の汚泥が加熱され、汚泥に含まれる水分は蒸発し、除去される。水分を除去された汚泥は油温乾燥装置２から一時保管タンク６を経てセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに送られ、燃料として利用される。油温乾燥装置２から汚泥をキルンに送る際には、特に油分を除去するための工程は必要なく、油分を液相とするスラリー状のままでよい。油分および汚泥はともに燃料として燃焼し、ロータリーキルンによるセメントクリンカーの焼成に寄与する。汚泥の水分は油温乾燥装置２においてすでに除去されているため、ロータリーキルン内で水分蒸発による熱の消費は起こらない。
【００１２】
本発明で用いる油温乾燥装置としては、例えば特許文献２に開示されているような、乾燥機本体の周囲をジャケットで覆い、該ジャケットにボイラーからの蒸気等の加熱手段が供給されるタイプのものが使用できる。加熱手段としてはボイラーから蒸気を供給してもよく、ロータリーキルンクーラーの低温排ガスを供給してもよい。この方法により、現在は利用されていないロータリーキルンクーラーの低温排ガスを有効利用することができる。前記ロータリーキルンクーラーの排ガスが１５０℃〜２００℃であることから、油温乾燥装置における汚泥の加熱温度を１５０℃〜２００℃とすることは差し支えない。乾燥装置本体に減圧ポンプなどの減圧手段を設けることは、汚泥からの水分除去をいっそう効率的にするため好ましい。
【００１３】
本発明において汚泥に添加される油分としては、燃焼したときにセメント製造にとって有害となる成分を発生しないものであればよい。例えば、廃食用油、潤滑油系廃油、燃料油系廃油、タールビッチ類、廃溶剤類等が挙げられる。
【００１４】
汚泥を予備処理タンクや油温乾燥装置で加熱すると、臭気が発生することがある。本発明においては、図１に示すように汚泥から発生した臭気を含むガスをセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに導入して分解処理することができる。該ロータリーキルンは、通常１４００℃以上の温度で運転されるため、汚泥から発生した臭気を含むガスを該ロータリーキルンに導入することにより、臭気成分は分解される。なお、油温乾燥装置から発生するガスには揮発した油分が含まれているが、本発明においては前記ガスをロータリーキルンに導入することで、揮発した油分をも燃料として利用される。
【００１５】
油温乾燥の工程を経た汚泥をロータリーキルンに導入する方法としては、例えばスクリューコンベヤが好適に利用される。
【００１６】
本発明はまた、油温乾燥の工程を経た汚泥に対し、さらに該汚泥から油分を除去する工程及び油分を除去した該汚泥を粉砕する工程を行うことができる。油分を除去する工程により汚泥の油分を５０質量％以下、好ましくは３５質量％以下とする。油分の含有量を前記のように低くすると、油温乾燥により乾燥した汚泥を粉末状とすることができる。燃料化する汚泥の割合を多くするためには、汚泥の油分の含有量は低いほどよく、油分の含有量がゼロ（油分をまったく含まない状態）でもよい。ただし、汚泥を粉末状にするという目的だけの場合は前記の通り、５０質量％以下で十分であり、それより含有量を低くするのは過剰なプロセスを経ることになり不経済である。
油分の除去は、公知の方法を制限なく使用することができる。例えば、遠心分離、重力分離、浮上分離等の方法がある。なお、除去した油分は、再び油温乾燥装置に供給して再利用しても良く、またロータリーキルンに導入して燃料として利用しても良い。
【００１７】
油分を除去して粉末状とした汚泥は、さらに粉砕し、セメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給することができる。窯前バーナーに供給する粉末状の汚泥は、粒径を１０μｍ〜１００μｍとすること、望ましくは３０μｍ〜７０μｍとすることがバーナーへの吹き込みのために好適である。
乾燥した汚泥の粉砕のためには、公知の方法を制限なく使用することができるが、例えばボールミル、竪型ミルなどの方法がある。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１
下水汚泥を図１のシステムにより乾燥し、セメント製造用ロータリーキルンへ投入する実験を行った。なお、本実験に用いた下水汚泥の強熱原料及び含水率はそれぞれ次の通りであった。
強熱減量：７５％
含水率：７９％
前記下水汚泥に食用廃油を下水汚泥に対し過剰に加え、図１の油温乾燥装置に投入して乾燥処理を行った。なお、油温乾燥装置のジャケットへはセメント製造用ロータリーキルンからの１５０℃の排ガスを供給して熱源とした。乾燥処理注の油温乾燥装置内部の温度は１２０℃であった。乾燥処理の時間は６０分とした。油温乾燥装置から発生するガスは、配管を通じてキルン窯尻に導入した。
【００１９】
前記乾燥処理の結果得られた乾燥汚泥を、セメント製造用のロータリーキルン窯前に１ｔ/ｈの割合で投入したところ、特に支障なくロータリーキルンの運転を行うことができた。また作業員が感じることのできるほどの臭気は発生しなかった。
【００２０】
実施例２
実施例１で使用した下水汚泥を、図２のシステムにより乾燥し、セメント製造用ロータリーキルンへ投入する実験を行った。乾燥処理も実施例１と同じとし、油温乾燥装置から発生するガスも同様にロータリーキルン窯尻に導入した。
前記乾燥処理の結果得られた乾燥汚泥を、遠心分離法により油分含有量が４０質量％以下となるように油分を除去した上で、ボールミルにより平均粒径が５０μｍ程度となるように粉砕した。該粉砕した汚泥を、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給した。
上記の実験の結果、特に支障なくロータリーキルンの運転を行うことができた。また作業員が感じることのできるほどの臭気は発生しなかった。
【００２１】
次に、実施例１、実施例２で得られる、従来の油温乾燥技術（セメント工場とは独立に存在している場合）と比較した省エネルギー効果を計算により求めた。その結果は次の通りである。なお、ここでは、油温乾燥処理により得られる乾燥汚泥の保有エネルギーは従来と同等と仮定している。
実施例１
ボイラー使用燃料削減効果 ：793kcal/kg-投入汚泥
脱臭燃焼炉削減効果 ：63kcal/kg-投入汚泥
動力（分離・粉砕）費削減効果 ：10kcal/kg-投入汚泥
合計 ：866kcal/kg-投入汚
実施例２
ボイラー使用燃料削減効果 ：793kcal/kg-投入汚泥
脱臭燃焼炉削減効果 ：63kcal/kg-投入汚泥
合計 ：856kcal/kg-投入汚泥
【００２２】
前記の通り、本発明の方法に基づいて下水汚泥を油温乾燥した場合は、従来存在した、セメント工場とは独立に存在する油温乾燥システムよりもエネルギー的に有利であることがわかった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、汚泥の有する燃焼熱をより効率的に利用することができるほか、セメント製造用ロータリーキルンからの排ガスの有する廃熱を油温乾燥装置の熱源として有効利用することができる。また、通常の油温乾燥システムと比較して、油分除去及び粉砕の工程を設ける必要がなく、油温乾燥の工程で発生する臭気もロータリーキルンで処理できるため、システムをより簡略化することができる。一方、油分除去及び粉砕の工程を設ければ、汚泥を粉末状とすることができ、ロータリーキルンの窯前バーナーに供給することができるため、再資源化できる汚泥の量をより増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 汚泥を油温乾燥装置により乾燥し、該汚泥を油分を除去する工程を経ることなくセメントクリンカー製造用燃料として利用する方法のためのシステムを表す図である。
【図２】 汚泥を油温乾燥装置により乾燥した後、該汚泥に含まれる油分を除去し、該汚泥を粉砕して粉末状とし、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに供給する方法のためのシステムを表す図である。
【符号の説明】
１ 予備処理タンク
２ 油温乾燥装置
３ ボイラー
４ コンデンサー
５ 排水タンク
６ 乾燥汚泥用タンク
７ 排水処理設備
８ セメント製造用ロータリーキルン
９ 油分分離装置
１０ 冷却器
１１ ミル
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、生ごみ、食品廃棄物等の高含水率の汚泥を乾燥し、セメントクリンカー製造用の燃料として効率的に再資源化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場から排出される下水汚泥等の汚泥の処理方法としては、汚泥を焼却し、そこから得られる焼却灰をセメント原料とする方法や、汚泥に何らかの乾燥処理を施してセメントクリンカーの製造設備であるロータリーキルンの窯尻部あるいは仮焼炉へ投入する方法が知られている。例えば、特許文献１には下水道汚泥、製紙スラッジ、食品汚泥等の有機廃棄物を乾燥し、造粒してロータリーキルンで炭化した後燃料化する方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、汚泥は一般に乾燥しづらく、ろ過等の一般的な脱水だけでは含水率を十分に低下させられないことが多い。汚泥を加熱して乾燥しようとすると、含まれている水分の蒸発に熱量が消費されてしまう。そのため、従来は汚泥を含水状態のまま処理せざるを得ず、効率が悪いという問題があった。例えば汚泥を燃料として利用しようとする場合でも、汚泥が含水状態であるために燃焼の効率が悪く、汚泥の処理量を制限する必要があった。
【０００４】
一方、汚泥等の有機廃棄物の乾燥方法として、油温乾燥装置による方法が知られている。例えば、特許文献２には汚泥を油温減圧式乾燥機により乾燥した後、燃料として利用する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６５１８６
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１２１１９８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、下水汚泥、食品残渣等の有機系汚泥を効率的に再資源化する方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、汚泥を油音乾燥装置により乾燥したのち、該汚泥を油分を除去する工程を経ることなくセメントクリンカー製造用燃料として利用する方法であって、該油温乾燥装置にロータリーキルンクーラーの排ガスが供給されることを特徴とする汚泥の再資源化方法である（請求項１）。
【０００９】
また本発明は、汚泥を油温乾燥装置により乾燥してセメントクリンカー製造用燃料として利用する汚泥の再資源化方法であって、該油温乾燥装置にロータリーキルンクーラーの排ガスが供給され、該油温乾燥装置から発生するガスをセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに導入する工程を含むことを特徴とする汚泥の再資源化方法である（請求項２）。
【００１０】
また本発明は、汚泥をロータリーキルンクーラーの排ガスが供給される油温乾燥装置により乾燥した後、該汚泥に含まれる油分を除去し、該汚泥を粉砕して粉末状とし、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給することを特徴とする、汚泥の再資源化方法である（請求項３）。
前記ロータリーキルンクーラーの排ガスの温度は、１５０℃〜２００℃であってもよい（請求項４）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の方法を実施するシステムのフロー（例）を示すものである。汚泥は予備処理タンク１に収納され、油分を添加され、油温乾燥装置２に送られる。予備処理タンク１および油温乾燥装置２には、何らかの加熱手段（図１ではボイラーからの蒸気を例示）により熱が供給され、これにより含油状態の汚泥が加熱され、汚泥に含まれる水分は蒸発し、除去される。水分を除去された汚泥は油温乾燥装置２から一時保管タンク６を経てセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに送られ、燃料として利用される。油温乾燥装置２から汚泥をキルンに送る際には、特に油分を除去するための工程は必要なく、油分を液相とするスラリー状のままでよい。油分および汚泥はともに燃料として燃焼し、ロータリーキルンによるセメントクリンカーの焼成に寄与する。汚泥の水分は油温乾燥装置２においてすでに除去されているため、ロータリーキルン内で水分蒸発による熱の消費は起こらない。
【００１２】
本発明で用いる油温乾燥装置としては、例えば特許文献２に開示されているような、乾燥機本体の周囲をジャケットで覆い、該ジャケットにボイラーからの蒸気等の加熱手段が供給されるタイプのものが使用できる。加熱手段としてはボイラーから蒸気を供給してもよく、ロータリーキルンクーラーの低温排ガスを供給してもよい。この方法により、現在は利用されていないロータリーキルンクーラーの低温排ガスを有効利用することができる。前記ロータリーキルンクーラーの排ガスが１５０℃〜２００℃であることから、油温乾燥装置における汚泥の加熱温度を１５０℃〜２００℃とすることは差し支えない。乾燥装置本体に減圧ポンプなどの減圧手段を設けることは、汚泥からの水分除去をいっそう効率的にするため好ましい。
【００１３】
本発明において汚泥に添加される油分としては、燃焼したときにセメント製造にとって有害となる成分を発生しないものであればよい。例えば、廃食用油、潤滑油系廃油、燃料油系廃油、タールビッチ類、廃溶剤類等が挙げられる。
【００１４】
汚泥を予備処理タンクや油温乾燥装置で加熱すると、臭気が発生することがある。本発明においては、図１に示すように汚泥から発生した臭気を含むガスをセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに導入して分解処理することができる。該ロータリーキルンは、通常１４００℃以上の温度で運転されるため、汚泥から発生した臭気を含むガスを該ロータリーキルンに導入することにより、臭気成分は分解される。なお、油温乾燥装置から発生するガスには揮発した油分が含まれているが、本発明においては前記ガスをロータリーキルンに導入することで、揮発した油分をも燃料として利用される。
【００１５】
油温乾燥の工程を経た汚泥をロータリーキルンに導入する方法としては、例えばスクリューコンベヤが好適に利用される。
【００１６】
本発明はまた、油温乾燥の工程を経た汚泥に対し、さらに該汚泥から油分を除去する工程及び油分を除去した該汚泥を粉砕する工程を行うことができる。油分を除去する工程により汚泥の油分を５０質量％以下、好ましくは３５質量％以下とする。油分の含有量を前記のように低くすると、油温乾燥により乾燥した汚泥を粉末状とすることができる。燃料化する汚泥の割合を多くするためには、汚泥の油分の含有量は低いほどよく、油分の含有量がゼロ（油分をまったく含まない状態）でもよい。ただし、汚泥を粉末状にするという目的だけの場合は前記の通り、５０質量％以下で十分であり、それより含有量を低くするのは過剰なプロセスを経ることになり不経済である。
油分の除去は、公知の方法を制限なく使用することができる。例えば、遠心分離、重力分離、浮上分離等の方法がある。なお、除去した油分は、再び油温乾燥装置に供給して再利用しても良く、またロータリーキルンに導入して燃料として利用しても良い。
【００１７】
油分を除去して粉末状とした汚泥は、さらに粉砕し、セメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給することができる。窯前バーナーに供給する粉末状の汚泥は、粒径を１０μｍ〜１００μｍとすること、望ましくは３０μｍ〜７０μｍとすることがバーナーへの吹き込みのために好適である。
乾燥した汚泥の粉砕のためには、公知の方法を制限なく使用することができるが、例えばボールミル、竪型ミルなどの方法がある。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１
下水汚泥を図１のシステムにより乾燥し、セメント製造用ロータリーキルンへ投入する実験を行った。なお、本実験に用いた下水汚泥の強熱原料及び含水率はそれぞれ次の通りであった。
強熱減量：７５％
含水率：７９％
前記下水汚泥に食用廃油を下水汚泥に対し過剰に加え、図１の油温乾燥装置に投入して乾燥処理を行った。なお、油温乾燥装置のジャケットへはセメント製造用ロータリーキルンからの１５０℃の排ガスを供給して熱源とした。乾燥処理注の油温乾燥装置内部の温度は１２０℃であった。乾燥処理の時間は６０分とした。油温乾燥装置から発生するガスは、配管を通じてキルン窯尻に導入した。
【００１９】
前記乾燥処理の結果得られた乾燥汚泥を、セメント製造用のロータリーキルン窯前に１ｔ/ｈの割合で投入したところ、特に支障なくロータリーキルンの運転を行うことができた。また作業員が感じることのできるほどの臭気は発生しなかった。
【００２０】
実施例２
実施例１で使用した下水汚泥を、図２のシステムにより乾燥し、セメント製造用ロータリーキルンへ投入する実験を行った。乾燥処理も実施例１と同じとし、油温乾燥装置から発生するガスも同様にロータリーキルン窯尻に導入した。
前記乾燥処理の結果得られた乾燥汚泥を、遠心分離法により油分含有量が４０質量％以下となるように油分を除去した上で、ボールミルにより平均粒径が５０μｍ程度となるように粉砕した。該粉砕した汚泥を、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給した。
上記の実験の結果、特に支障なくロータリーキルンの運転を行うことができた。また作業員が感じることのできるほどの臭気は発生しなかった。
【００２１】
次に、実施例１、実施例２で得られる、従来の油温乾燥技術（セメント工場とは独立に存在している場合）と比較した省エネルギー効果を計算により求めた。その結果は次の通りである。なお、ここでは、油温乾燥処理により得られる乾燥汚泥の保有エネルギーは従来と同等と仮定している。
実施例１
ボイラー使用燃料削減効果 ：793kcal/kg-投入汚泥
脱臭燃焼炉削減効果 ：63kcal/kg-投入汚泥
動力（分離・粉砕）費削減効果 ：10kcal/kg-投入汚泥
合計 ：866kcal/kg-投入汚
実施例２
ボイラー使用燃料削減効果 ：793kcal/kg-投入汚泥
脱臭燃焼炉削減効果 ：63kcal/kg-投入汚泥
合計 ：856kcal/kg-投入汚泥
【００２２】
前記の通り、本発明の方法に基づいて下水汚泥を油温乾燥した場合は、従来存在した、セメント工場とは独立に存在する油温乾燥システムよりもエネルギー的に有利であることがわかった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、汚泥の有する燃焼熱をより効率的に利用することができるほか、セメント製造用ロータリーキルンからの排ガスの有する廃熱を油温乾燥装置の熱源として有効利用することができる。また、通常の油温乾燥システムと比較して、油分除去及び粉砕の工程を設ける必要がなく、油温乾燥の工程で発生する臭気もロータリーキルンで処理できるため、システムをより簡略化することができる。一方、油分除去及び粉砕の工程を設ければ、汚泥を粉末状とすることができ、ロータリーキルンの窯前バーナーに供給することができるため、再資源化できる汚泥の量をより増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 汚泥を油温乾燥装置により乾燥し、該汚泥を油分を除去する工程を経ることなくセメントクリンカー製造用燃料として利用する方法のためのシステムを表す図である。
【図２】 汚泥を油温乾燥装置により乾燥した後、該汚泥に含まれる油分を除去し、該汚泥を粉砕して粉末状とし、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに供給する方法のためのシステムを表す図である。
【符号の説明】
１ 予備処理タンク
２ 油温乾燥装置
３ ボイラー
４ コンデンサー
５ 排水タンク
６ 乾燥汚泥用タンク
７ 排水処理設備
８ セメント製造用ロータリーキルン
９ 油分分離装置
１０ 冷却器
１１ ミル
Claims (4)
- 汚泥を油温乾燥装置により乾燥した後、該汚泥を油分を除去する工程を経ることなくセメントクリンカー製造用燃料として利用する方法であって、該油温乾燥装置にロータリーキルンクーラーの排ガスが供給されることを特徴とする汚泥の再資源化方法。
- 汚泥を油温乾燥装置により乾燥してセメントクリンカー製造用燃料として利用する汚泥の再資源化方法であって、該油温乾燥装置にはロータリーキルンクーラーの排ガスが供給されるとともに、該油温乾燥装置から発生するガスをセメントクリンカー製造用のロータリーキルンに導入する工程を含むことを特徴とする汚泥の再資源化方法。
- 汚泥をロータリーキルンクーラーの排ガスが供給される油温乾燥装置により乾燥した後、該汚泥に含まれる油分を除去し、該汚泥を粉砕して粉末状とし、該粉末状汚泥をセメントクリンカー製造用のロータリーキルンの窯前バーナーに供給することを特徴とする、汚泥の再資源化方法。
- 前記ロータリーキルンクーラーの排ガスの温度は、１５０℃〜２００℃であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥の再資源化方法。
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