JPH10137748A - 有機塩素系有害物質の無害化装置 - Google Patents
有機塩素系有害物質の無害化装置Info
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- JPH10137748A JPH10137748A JP8312849A JP31284996A JPH10137748A JP H10137748 A JPH10137748 A JP H10137748A JP 8312849 A JP8312849 A JP 8312849A JP 31284996 A JP31284996 A JP 31284996A JP H10137748 A JPH10137748 A JP H10137748A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＰＣＢを溶かした水素供与体溶媒を入れた容器
の周辺に、高効率で高出力の紫外線源を配列し、周りか
ら一様に強力な紫外線を照射することにより反応を速く
して大量のＰＣＢの塩素を脱離し、水素と置換して無害
化する。 【解決手段】ＩＰＡを水素供与体の溶媒として使用し、
その中に三塩化ビフェニールを主成分とする試料（ＫＣ
３００）を１００ｐｐｍ程度の濃度で溶かす。そして、
内側石英管１２に入れた試料を装置中心部に挿入し、六
相交流電圧源を６分割壁密着型電極２２に給電し、水素
ガス雰囲気中のグロー放電により発生した紫外線を円周
方向からほぼ一様に照射する。
の周辺に、高効率で高出力の紫外線源を配列し、周りか
ら一様に強力な紫外線を照射することにより反応を速く
して大量のＰＣＢの塩素を脱離し、水素と置換して無害
化する。 【解決手段】ＩＰＡを水素供与体の溶媒として使用し、
その中に三塩化ビフェニールを主成分とする試料（ＫＣ
３００）を１００ｐｐｍ程度の濃度で溶かす。そして、
内側石英管１２に入れた試料を装置中心部に挿入し、六
相交流電圧源を６分割壁密着型電極２２に給電し、水素
ガス雰囲気中のグロー放電により発生した紫外線を円周
方向からほぼ一様に照射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地球環境や社会に
深刻な影響をもたらし、化学的に非常に安定であり、難
燃性で熱分解が困難なポリ塩化ビフェニール、フロンガ
スなどの有機塩素系有害物質を無害化する方法に関す
る。
深刻な影響をもたらし、化学的に非常に安定であり、難
燃性で熱分解が困難なポリ塩化ビフェニール、フロンガ
スなどの有機塩素系有害物質を無害化する方法に関す
る。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】有機塩素系物質とは、
炭素原子に塩素やフッ素などのハロゲンが結合した有機
物質の総称名である。図１８に、その一例の化学構造を
示す。電気陰性度が高く炭素原子との結合エネルギーが
大きいので、大変安定な物質である。地球表面環境にお
いて、酸素分子との酸化反応や太陽光線による光化学反
応がほとんど起こらず、揮発性の物質（フロンなど）は
大気中を拡散し、成層圏まで達し、不揮発性の物質（Ｐ
ＣＢなど）は環境中に長期に亙り残留する。
炭素原子に塩素やフッ素などのハロゲンが結合した有機
物質の総称名である。図１８に、その一例の化学構造を
示す。電気陰性度が高く炭素原子との結合エネルギーが
大きいので、大変安定な物質である。地球表面環境にお
いて、酸素分子との酸化反応や太陽光線による光化学反
応がほとんど起こらず、揮発性の物質（フロンなど）は
大気中を拡散し、成層圏まで達し、不揮発性の物質（Ｐ
ＣＢなど）は環境中に長期に亙り残留する。
【０００３】有機塩素系物質を無害化する最も一般的な
方法は、高温の状態において熱分解することである。高
温を作り出す方法には、石油などと一緒に燃焼する方法
や、電気エネルギーによるアーク放電中に投入して加熱
する方法などがある。熱分解法は大量の物質を短時間に
処理できる特徴を持つが、分解後の低温部（〜３００°
Ｃ）でダイオキシンなどの毒性の強い有機塩素系物質が
合成される危険性をはらんでいる。図１９に、不揮発性
有機塩素系物質の一種で今日まで長年に亙り有機廃棄物
として保管管理されているＰＣＢについて、その無害化
処理法のまとめを示す。
方法は、高温の状態において熱分解することである。高
温を作り出す方法には、石油などと一緒に燃焼する方法
や、電気エネルギーによるアーク放電中に投入して加熱
する方法などがある。熱分解法は大量の物質を短時間に
処理できる特徴を持つが、分解後の低温部（〜３００°
Ｃ）でダイオキシンなどの毒性の強い有機塩素系物質が
合成される危険性をはらんでいる。図１９に、不揮発性
有機塩素系物質の一種で今日まで長年に亙り有機廃棄物
として保管管理されているＰＣＢについて、その無害化
処理法のまとめを示す。
【０００４】燃焼法だけが昭和６３年から平成元年にわ
たり鐘淵化学による約５，５００トンの処理実績を持つ
が、ダイオキシンの発生の危険性から運用が見合わされ
ている。最近、ＰＣＢ無害化の考え方は、構成元素の二
酸化炭素などへの分解処理から毒性の源になっている塩
素の脱離処理へと変わってきている。現在のところ化学
触媒法（Ｂａｓｅ Ｃａｔａｌｙｚｅｄ Ｄｅｃｏｍｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）が実用化に近い技術レベルまで研究開
発されている。この方法は、アルカリ条件下で行われる
炭素触媒を用いた液相脱水素反応を利用したもので、水
素供与体から生成された水素ラジカルがＰＣＢの塩素と
置換し、結果的にＰＣＢから塩素が脱離するものであ
る。しかし、高濃度のＰＣＢ無害化処理には適するが、
触媒とアルカリを消費するので、大量の低濃度ＰＣＢ処
理には適当でないと考えられる。
たり鐘淵化学による約５，５００トンの処理実績を持つ
が、ダイオキシンの発生の危険性から運用が見合わされ
ている。最近、ＰＣＢ無害化の考え方は、構成元素の二
酸化炭素などへの分解処理から毒性の源になっている塩
素の脱離処理へと変わってきている。現在のところ化学
触媒法（Ｂａｓｅ Ｃａｔａｌｙｚｅｄ Ｄｅｃｏｍｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）が実用化に近い技術レベルまで研究開
発されている。この方法は、アルカリ条件下で行われる
炭素触媒を用いた液相脱水素反応を利用したもので、水
素供与体から生成された水素ラジカルがＰＣＢの塩素と
置換し、結果的にＰＣＢから塩素が脱離するものであ
る。しかし、高濃度のＰＣＢ無害化処理には適するが、
触媒とアルカリを消費するので、大量の低濃度ＰＣＢ処
理には適当でないと考えられる。
【０００５】紫外線法は、水素供与体である溶媒中にＰ
ＣＢを溶かし、紫外線の照射によりＰＣＢの塩素を脱離
し、水素と置換して無害化するものである。前述した２
つの方法と異なり、加熱する必要が全くなく、常温常圧
で然も完全密閉系で処理ができる特徴がある。
ＣＢを溶かし、紫外線の照射によりＰＣＢの塩素を脱離
し、水素と置換して無害化するものである。前述した２
つの方法と異なり、加熱する必要が全くなく、常温常圧
で然も完全密閉系で処理ができる特徴がある。
【０００６】溶媒中の水素は、ＰＣＢに含まれる塩素と
同じ数だけ消費されるが、使用済み溶媒を分離し、再び
水素を添加して使用すれば、大量の溶媒は不要である。
紫外線が溶液中に十分透過できるように、ＰＣＢ濃度を
適当に低い値にしておく必要があるので、大量の低濃度
ＰＣＢ無害化処理に適している。
同じ数だけ消費されるが、使用済み溶媒を分離し、再び
水素を添加して使用すれば、大量の溶媒は不要である。
紫外線が溶液中に十分透過できるように、ＰＣＢ濃度を
適当に低い値にしておく必要があるので、大量の低濃度
ＰＣＢ無害化処理に適している。
【０００７】しかし、反応が遅いので高効率で高出力の
紫外線源の開発が実用化に向けて必須である。そこで本
発明は、ＰＣＢを溶かした水素供与体溶媒を入れた容器
の周辺に、高効率で高出力の紫外線源を配列し、周りか
ら一様に強力な紫外線を照射することにより反応を速く
して大量のＰＣＢの塩素を脱離し、水素と置換して無害
化することを目的になされたものである。
紫外線源の開発が実用化に向けて必須である。そこで本
発明は、ＰＣＢを溶かした水素供与体溶媒を入れた容器
の周辺に、高効率で高出力の紫外線源を配列し、周りか
ら一様に強力な紫外線を照射することにより反応を速く
して大量のＰＣＢの塩素を脱離し、水素と置換して無害
化することを目的になされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は以下のように構成した。
めに、本発明は以下のように構成した。
【０００９】すなわち、有機塩素系有害物質を水素供与
体溶媒に溶かした稀釈溶液を紫外線を透過する容器に入
れ、この容器の周辺に絶縁体を介して水冷二重管の内壁
全面に密着する複数の電極片を配列し、これらの電極片
に位相の異なる位相配列交流電圧を給電して水素雰囲気
中において位相配列多電極放電による紫外線を発生し、
この紫外線を前記容器中の有機塩素系有害物質を溶かし
た稀釈溶液に照射して塩素を脱離し水素と置換して脱塩
素化することを特徴とする有機塩素系有害物質の無害化
装置である。
体溶媒に溶かした稀釈溶液を紫外線を透過する容器に入
れ、この容器の周辺に絶縁体を介して水冷二重管の内壁
全面に密着する複数の電極片を配列し、これらの電極片
に位相の異なる位相配列交流電圧を給電して水素雰囲気
中において位相配列多電極放電による紫外線を発生し、
この紫外線を前記容器中の有機塩素系有害物質を溶かし
た稀釈溶液に照射して塩素を脱離し水素と置換して脱塩
素化することを特徴とする有機塩素系有害物質の無害化
装置である。
【００１０】図２０に、水素供与体の溶媒としてイソプ
ロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いたＰＣＢ溶液に紫外
線を照射し、ＰＣＢを無害なビフェニールへと脱塩素化
する反応モデルを示す。紫外線照射により、ＩＰＡから
２個の水素が脱離し、１個の水素はＰＣＢの１個の塩素
と置換し、もう１個の水素は脱離した塩素と塩化水素を
つくる。水素を供与したＩＰＡはアセトンに変わるが、
このアセトンは沸点が低いので容易に分離が可能で、再
び水素を添加すればＩＰＡとなる。従って、溶媒系を循
環システムとして構成でき、一定量の溶媒だけで大量の
ＰＣＢ処理が可能である。
ロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いたＰＣＢ溶液に紫外
線を照射し、ＰＣＢを無害なビフェニールへと脱塩素化
する反応モデルを示す。紫外線照射により、ＩＰＡから
２個の水素が脱離し、１個の水素はＰＣＢの１個の塩素
と置換し、もう１個の水素は脱離した塩素と塩化水素を
つくる。水素を供与したＩＰＡはアセトンに変わるが、
このアセトンは沸点が低いので容易に分離が可能で、再
び水素を添加すればＩＰＡとなる。従って、溶媒系を循
環システムとして構成でき、一定量の溶媒だけで大量の
ＰＣＢ処理が可能である。
【００１１】一般的に、大電力システムは商用周波数
（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の三相交流電源回路によ
り構成される。なぜならば、三相交流電力システムは、
大電力を時間的に一定の値で単相あるいは二相回路より
少ない輸送損失で供給することができるからである。特
に、三相以上の多相交流電力システムにおいて、全相の
総和電力の瞬時値が時間的に一定となる（厳密には電源
および負荷が対称である場合）点は注目すべき特徴であ
る。
（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の三相交流電源回路によ
り構成される。なぜならば、三相交流電力システムは、
大電力を時間的に一定の値で単相あるいは二相回路より
少ない輸送損失で供給することができるからである。特
に、三相以上の多相交流電力システムにおいて、全相の
総和電力の瞬時値が時間的に一定となる（厳密には電源
および負荷が対称である場合）点は注目すべき特徴であ
る。
【００１２】この特徴を多相交流グロー放電の発生に活
かした場合、直流電源を用いずに、時間変動の少ない安
定なプラズマ・放電・発光を得ることができると期待さ
れる。多相交流電源は商用三相交流電源より複数の変圧
器を用いて簡単に構成することができるので、多相交流
プラズマ・放電・発光源は低コスト化および大容量化が
容易である。
かした場合、直流電源を用いずに、時間変動の少ない安
定なプラズマ・放電・発光を得ることができると期待さ
れる。多相交流電源は商用三相交流電源より複数の変圧
器を用いて簡単に構成することができるので、多相交流
プラズマ・放電・発光源は低コスト化および大容量化が
容易である。
【００１３】図２１に、商用電力周波数（６０Ｈｚ）の
変圧器を複数個用いて構成した十二相交流電圧源の回路
図を示す。商用三相交流電圧（２００Ｖ）受電端子に三
相スライダックを接続し、出力電圧値を調整する。この
出力を位相シフト用Δ−Ｙ結線三相変圧器に入力し、入
力側と同相な一組の三相成分と、二次側中間端子（２０
０・３1/2 から位相がπ／６ｒａｄ進んだもう一組の三
相成分を得る。同相の三相電圧成分を正相および逆相接
続されたＹ−Ｙ結線三相変圧器に入力し、一組の六相電
圧源を得る。出力全体で商用電力周波数の十二相交流電
圧源が得られる。
変圧器を複数個用いて構成した十二相交流電圧源の回路
図を示す。商用三相交流電圧（２００Ｖ）受電端子に三
相スライダックを接続し、出力電圧値を調整する。この
出力を位相シフト用Δ−Ｙ結線三相変圧器に入力し、入
力側と同相な一組の三相成分と、二次側中間端子（２０
０・３1/2 から位相がπ／６ｒａｄ進んだもう一組の三
相成分を得る。同相の三相電圧成分を正相および逆相接
続されたＹ−Ｙ結線三相変圧器に入力し、一組の六相電
圧源を得る。出力全体で商用電力周波数の十二相交流電
圧源が得られる。
【００１４】図２２に、多相交流電圧源の放電電極への
給電の仕方を示す。電極として相数と同数あるいはその
倍数の数の分割電極を用い、放電領域を囲むように配置
する。紫外線発光は電極群の内側で生じ、この領域に置
かれた試料は円周方向からほぼ一様な光照射を受ける。
給電の仕方を示す。電極として相数と同数あるいはその
倍数の数の分割電極を用い、放電領域を囲むように配置
する。紫外線発光は電極群の内側で生じ、この領域に置
かれた試料は円周方向からほぼ一様な光照射を受ける。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００１６】図２３に、紫外線法による有機塩素系有害
物質の無害化閉処理システムの構成図を示す。無害化閉
処理システムは、紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａと、塩
素分離電解装置Ｂと、アセトン／未反応ＩＰＡ蒸留分離
装置Ｃと、アセトン還元装置Ｄで構成し、それぞれを順
番に接続する。
物質の無害化閉処理システムの構成図を示す。無害化閉
処理システムは、紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａと、塩
素分離電解装置Ｂと、アセトン／未反応ＩＰＡ蒸留分離
装置Ｃと、アセトン還元装置Ｄで構成し、それぞれを順
番に接続する。
【００１７】脱塩素化する被処理ＰＣＢと水素供与体の
ＩＰＡは、それぞれＰＣＢタンクＡ１とＩＰＡタンクＡ
２から紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａに供給する。ＰＣ
Ｂは、過圧力時に溢れたＰＣＢを貯蔵する溢れＰＣＢタ
ンクＡ３からも供給する。また、ＩＰＡは、アセトン還
元装置Ｄでアセトンに水素を添加したＩＰＡを貯蔵する
リサイクルＩＰＡタンクＡ４からも供給する。
ＩＰＡは、それぞれＰＣＢタンクＡ１とＩＰＡタンクＡ
２から紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａに供給する。ＰＣ
Ｂは、過圧力時に溢れたＰＣＢを貯蔵する溢れＰＣＢタ
ンクＡ３からも供給する。また、ＩＰＡは、アセトン還
元装置Ｄでアセトンに水素を添加したＩＰＡを貯蔵する
リサイクルＩＰＡタンクＡ４からも供給する。
【００１８】紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａでつくられ
た塩化水素は、塩素分離電解装置Ｂで塩化と水素に分離
し、それぞれを塩素タンクＢ１と水素タンクＢ２に貯蔵
する。紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａでつくられたアセ
トンは、アセトン／未反応ＩＰＡ蒸留分離装置Ｃで熱湯
加温し、凝縮器Ｃ１を介してアセトン還元装置Ｄに貯留
し、水素を添加して再びＩＰＡにしてリサイクルＩＰＡ
タンクＡ４に貯蔵する。紫外線照射によりビフェニール
に脱塩素化したＰＣＢは、回収ドラムＣ２に保管する。
た塩化水素は、塩素分離電解装置Ｂで塩化と水素に分離
し、それぞれを塩素タンクＢ１と水素タンクＢ２に貯蔵
する。紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａでつくられたアセ
トンは、アセトン／未反応ＩＰＡ蒸留分離装置Ｃで熱湯
加温し、凝縮器Ｃ１を介してアセトン還元装置Ｄに貯留
し、水素を添加して再びＩＰＡにしてリサイクルＩＰＡ
タンクＡ４に貯蔵する。紫外線照射によりビフェニール
に脱塩素化したＰＣＢは、回収ドラムＣ２に保管する。
【００１９】紫外線法による有機塩素系有害物質の無害
化閉処理システムは以上のような構成で、ａ）物を加え
ずに光エネルギーで塩素と水素を置換しているのでＰＣ
Ｂを増やさない、ｂ）溶媒をリサイクルしているので廃
棄物を増やさない、ｃ）塩素を電気分解しているので中
和剤を使わない、ｄ）ＰＣＢが残っているビフェニール
を回収ドラムに保管するのでＰＣＢが外に漏れない、な
ど環境に負荷をかけないという特徴がある。
化閉処理システムは以上のような構成で、ａ）物を加え
ずに光エネルギーで塩素と水素を置換しているのでＰＣ
Ｂを増やさない、ｂ）溶媒をリサイクルしているので廃
棄物を増やさない、ｃ）塩素を電気分解しているので中
和剤を使わない、ｄ）ＰＣＢが残っているビフェニール
を回収ドラムに保管するのでＰＣＢが外に漏れない、な
ど環境に負荷をかけないという特徴がある。
【００２０】図１に、紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置の全
体図を、図２および図３にその部分縦断面図と部分横断
面図を示す。紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａは、紫外線
照射部１を軸とする同心円上に紫外線発生部２と水冷式
二重管３を配置する。紫外線照射部１は、冷却水を入れ
た外側石英管１１に、ＰＣＢ稀釈溶液を入れた内側石英
管１２を挿入し、外側石英管１１に循環パイプ１３を介
して循環冷却用の循環ポンプ１４と冷却水タンク１５を
接続する。内側石英管１２は蓋１２ａで密閉し、回収パ
イプ１２ｂの始端を蓋１２ａに挿通し、終端を冷却器１
２ｃと蒸発成分液化回収装置１２ｄに接続する。
体図を、図２および図３にその部分縦断面図と部分横断
面図を示す。紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置Ａは、紫外線
照射部１を軸とする同心円上に紫外線発生部２と水冷式
二重管３を配置する。紫外線照射部１は、冷却水を入れ
た外側石英管１１に、ＰＣＢ稀釈溶液を入れた内側石英
管１２を挿入し、外側石英管１１に循環パイプ１３を介
して循環冷却用の循環ポンプ１４と冷却水タンク１５を
接続する。内側石英管１２は蓋１２ａで密閉し、回収パ
イプ１２ｂの始端を蓋１２ａに挿通し、終端を冷却器１
２ｃと蒸発成分液化回収装置１２ｄに接続する。
【００２１】紫外線発生部２は、水冷式二重管３の内壁
に絶縁シート２１を介して分割電極２２を等間隔に６枚
貼り付ける。分割電極２２と分割電極２２の間は僅かな
隙間を空けるだけで、水冷式二重管３の内壁全体が分割
電極２２で覆われるように配列する。そして、分割電極
２２に給電線群２３を介して多相交流電源２４を接続す
る。
に絶縁シート２１を介して分割電極２２を等間隔に６枚
貼り付ける。分割電極２２と分割電極２２の間は僅かな
隙間を空けるだけで、水冷式二重管３の内壁全体が分割
電極２２で覆われるように配列する。そして、分割電極
２２に給電線群２３を介して多相交流電源２４を接続す
る。
【００２２】水冷式二重管３は、総ステンレス製で給水
口３１と排水口３２を設けて二重管の隙間の部分に冷却
水を流す。
口３１と排水口３２を設けて二重管の隙間の部分に冷却
水を流す。
【００２３】無害化実験装置は、この他、紫外線発生部
２を真空排気する排気装置４を取付けて排気ポンプ４１
と排気口４２に接続すると共に、放電ガスを供給するガ
スボンベ５を接続する。
２を真空排気する排気装置４を取付けて排気ポンプ４１
と排気口４２に接続すると共に、放電ガスを供給するガ
スボンベ５を接続する。
【００２４】本発明の無害化実験装置は以上のような構
成で、紫外線発生部２の紫外線発生領域を排気装置４で
１ｍｍＴｏｒｒ（＝１０-3／７６０気圧）程度まで一旦
真空にした後、ガスボンベ５から水素ガス（あるいは重
水素ガス）を〜０．５Ｔｏｒｒ（＝０．５／７６０気
圧）注入する。このとき、紫外線が最も発生しやすいガ
ス圧力となるようにガス流量と排気スピードを調整す
る。このガス圧力は絶対圧力計により測定し、放電によ
る発光特性をブレーズ波長が２００ｍｍの回折格子が取
り付けられた分光器により測定する。
成で、紫外線発生部２の紫外線発生領域を排気装置４で
１ｍｍＴｏｒｒ（＝１０-3／７６０気圧）程度まで一旦
真空にした後、ガスボンベ５から水素ガス（あるいは重
水素ガス）を〜０．５Ｔｏｒｒ（＝０．５／７６０気
圧）注入する。このとき、紫外線が最も発生しやすいガ
ス圧力となるようにガス流量と排気スピードを調整す
る。このガス圧力は絶対圧力計により測定し、放電によ
る発光特性をブレーズ波長が２００ｍｍの回折格子が取
り付けられた分光器により測定する。
【００２５】分割電極２２には、多相交流電源２４から
１ｋＷ以下の多相交流を給電して放電電気エネルギーを
供給する。これにより、水冷式二重管３の内壁面に沿っ
て安定な交流グロー放電が生じ、紫外線が中心に向かっ
て放射される。
１ｋＷ以下の多相交流を給電して放電電気エネルギーを
供給する。これにより、水冷式二重管３の内壁面に沿っ
て安定な交流グロー放電が生じ、紫外線が中心に向かっ
て放射される。
【００２６】紫外線を透過する内側石英管１２には、Ｉ
ＰＡ溶液で１００ＰＰＭから３００ＰＰＭに稀釈したＰ
ＣＢ試料液を１０ｃｃ程度入れる。そして、これを冷却
水を入れた外側石英管１１に挿入し、円周方向からほぼ
一様な紫外線を照射する。
ＰＡ溶液で１００ＰＰＭから３００ＰＰＭに稀釈したＰ
ＣＢ試料液を１０ｃｃ程度入れる。そして、これを冷却
水を入れた外側石英管１１に挿入し、円周方向からほぼ
一様な紫外線を照射する。
【００２７】ＰＣＢ試料液の温度をＩＰＡ（沸点８２．
７°Ｃ）の酸化後のアセトンの沸点５６．５°Ｃ以下に
保つために、内側石英管１２のＰＣＢ試料液を水冷す
る。また、内側石英管１２から気化するガス体を大気中
に飛散させないために、蒸発成分液化回収装置１２ｄで
再凝固（液化）して回収する。さらに、ＰＣＢ試料液が
冷却水に混入する不測の事態に備えて外側石英管１１の
冷却水は循環ポンプ１４で循環して使用し、環境への漏
洩を防止する。
７°Ｃ）の酸化後のアセトンの沸点５６．５°Ｃ以下に
保つために、内側石英管１２のＰＣＢ試料液を水冷す
る。また、内側石英管１２から気化するガス体を大気中
に飛散させないために、蒸発成分液化回収装置１２ｄで
再凝固（液化）して回収する。さらに、ＰＣＢ試料液が
冷却水に混入する不測の事態に備えて外側石英管１１の
冷却水は循環ポンプ１４で循環して使用し、環境への漏
洩を防止する。
【００２８】図４に、外周に磁石Ｍを配置した無害化実
験装置の部分横断面図を示す。この無害化実験装置は、
磁石Ｍをアルミ製角パイプＰに入れ、それを水冷式二重
管３の外周側面に固定する。磁石Ｍの位置は、分割電極
２２と分割電極２２の間に位置するように配置し、分割
電極２２の中央にプラズマを閉じ込めるようにする。こ
れにより、壁密着型の分割電極２２と磁石Ｍによる磁場
の効果で、薄い領域に放電が集中して紫外線の発光強度
が増大する。
験装置の部分横断面図を示す。この無害化実験装置は、
磁石Ｍをアルミ製角パイプＰに入れ、それを水冷式二重
管３の外周側面に固定する。磁石Ｍの位置は、分割電極
２２と分割電極２２の間に位置するように配置し、分割
電極２２の中央にプラズマを閉じ込めるようにする。こ
れにより、壁密着型の分割電極２２と磁石Ｍによる磁場
の効果で、薄い領域に放電が集中して紫外線の発光強度
が増大する。
【００２９】本装置の特徴は、ａ）常温常圧で低濃度Ｐ
ＣＢ溶液の脱塩素化が可能、ｂ）電極を内壁に密着させ
ることにより電極の冷却が可能になり、長時間にわたる
大電力の投入が可能、ｃ）壁密着電極と多局磁場の効果
で薄い領域に放電を集中でき発光強度および効率の増大
を計れる、ｄ）試料に紫外光線を周囲からほぼ一様に照
射できることである。
ＣＢ溶液の脱塩素化が可能、ｂ）電極を内壁に密着させ
ることにより電極の冷却が可能になり、長時間にわたる
大電力の投入が可能、ｃ）壁密着電極と多局磁場の効果
で薄い領域に放電を集中でき発光強度および効率の増大
を計れる、ｄ）試料に紫外光線を周囲からほぼ一様に照
射できることである。
【００３０】図５に、永久磁石未装着の場合における十
二相交流電圧源を１２分割壁密着電極に給電したときの
装置上部の観測窓から撮影した放電ビデオ写真を示す。
但し、写真をできるだけ鮮明に撮影するために、外側石
英管１１を取り除いてある。ここで、撮影シャッター・
スピードは１／６０秒であり、水素ガス圧力は０．５Ｔ
ｏｒｒ、印加電圧は〜３００Ｖである。一方、図６は、
永久磁石装着の場合における六相交流電圧源を６分割壁
密着電極に給電したときの放電ビデオ写真である。実験
条件は図５と同じである。
二相交流電圧源を１２分割壁密着電極に給電したときの
装置上部の観測窓から撮影した放電ビデオ写真を示す。
但し、写真をできるだけ鮮明に撮影するために、外側石
英管１１を取り除いてある。ここで、撮影シャッター・
スピードは１／６０秒であり、水素ガス圧力は０．５Ｔ
ｏｒｒ、印加電圧は〜３００Ｖである。一方、図６は、
永久磁石装着の場合における六相交流電圧源を６分割壁
密着電極に給電したときの放電ビデオ写真である。実験
条件は図５と同じである。
【００３１】磁場の無い場合は電極群で囲まれた領域全
体が放電により発光するが、磁場がある場合は電極の近
傍のみ放電し発光する。磁場の印加による放電領域の縮
小により、発光強度が著しく増大することが分かる。こ
のとき、図５、６における投入電力はほぼ同じである。
また、発光していない中央の部分に何か物を挿入して
も、放電自体が大きな影響を受けにくいことも分かる。
実際、この領域に外側石英管１１を挿入してもほとんど
放電特性は変化しない。
体が放電により発光するが、磁場がある場合は電極の近
傍のみ放電し発光する。磁場の印加による放電領域の縮
小により、発光強度が著しく増大することが分かる。こ
のとき、図５、６における投入電力はほぼ同じである。
また、発光していない中央の部分に何か物を挿入して
も、放電自体が大きな影響を受けにくいことも分かる。
実際、この領域に外側石英管１１を挿入してもほとんど
放電特性は変化しない。
【００３２】図６の放電の様子は、印加電圧が小さいと
きは各電極の中央部分の一部の領域しか発光せず、印加
電圧が大きくなるにつれて各電極面一杯に広がって発光
する。水素ガス圧力による放電の変化は、圧力が低いと
電極周辺の外部にも発光が広がり、圧力が高くなるにつ
れて電極周辺の薄い領域のみ発光する。
きは各電極の中央部分の一部の領域しか発光せず、印加
電圧が大きくなるにつれて各電極面一杯に広がって発光
する。水素ガス圧力による放電の変化は、圧力が低いと
電極周辺の外部にも発光が広がり、圧力が高くなるにつ
れて電極周辺の薄い領域のみ発光する。
【００３３】図７、８、９に、シャッター・スピードを
速く（１／４０００秒）して撮影した、図６の磁石のあ
る場所における時間分解放電写真を示す。ここで、図
７、８および９の３つの写真は、商用電力周波数から定
まる周期（１／６０秒）における３分の１周期ごとの、
それぞれの写真である。それぞれの写真において、３カ
所連続して発光している部分は負グローで、対向する場
所で１カ所だけ発光しているのが正グローである。
速く（１／４０００秒）して撮影した、図６の磁石のあ
る場所における時間分解放電写真を示す。ここで、図
７、８および９の３つの写真は、商用電力周波数から定
まる周期（１／６０秒）における３分の１周期ごとの、
それぞれの写真である。それぞれの写真において、３カ
所連続して発光している部分は負グローで、対向する場
所で１カ所だけ発光しているのが正グローである。
【００３４】６個の分割電極に印加されている六相交流
電圧の位相は時計回りの方向に遅れているので、発光が
時計回りに回転していることが分かる。放電は１周期の
間に電極間を１回りするので、１秒間に発光が印加周波
数回だけ回転する。従って、電極群で囲まれた領域に試
料を置けば、試料へ円周方向からほぼ一様な照射を行う
ことができる。
電圧の位相は時計回りの方向に遅れているので、発光が
時計回りに回転していることが分かる。放電は１周期の
間に電極間を１回りするので、１秒間に発光が印加周波
数回だけ回転する。従って、電極群で囲まれた領域に試
料を置けば、試料へ円周方向からほぼ一様な照射を行う
ことができる。
【００３５】六相交流６電極放電特性は、隣合う電極の
印加電圧の位相がそれぞれ６０°ずつずれ、電流が位相
の遅れる方向に１つの相から次の相へと、放電時間を一
部オーバラップさせながら移動するものとなる。瞬間ご
との放電は、その時間に電極群の中で一番正の電位を持
つ電極が陽極となり、残りの複数の電極が陰極となる放
電となる。
印加電圧の位相がそれぞれ６０°ずつずれ、電流が位相
の遅れる方向に１つの相から次の相へと、放電時間を一
部オーバラップさせながら移動するものとなる。瞬間ご
との放電は、その時間に電極群の中で一番正の電位を持
つ電極が陽極となり、残りの複数の電極が陰極となる放
電となる。
【００３６】図１０に、装置側面の観測ポートから分光
器により測定された、図５、６の放電状態における発光
スペクトルを示す。発光エネルギーが波長３８０ｍｍ以
下の紫外線領域に集中していることが分かる。この連続
スペクトルは励起状態にある水素分子から放射されるも
のである。
器により測定された、図５、６の放電状態における発光
スペクトルを示す。発光エネルギーが波長３８０ｍｍ以
下の紫外線領域に集中していることが分かる。この連続
スペクトルは励起状態にある水素分子から放射されるも
のである。
【００３７】図１１に、三塩化ビフェニールを主成分と
するＰＣＢ（ＫＣ３００）液をイソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）液に溶かした試料において、試料の吸光度特
性の濃度に対する変化を示す。ここで、吸光度とは、厚
さ１ｃｍの試料を透過した光の強さで入射した元の光の
強さを割り、その値を常用対数で示したものである。例
えば、透過光相対強度が０．１であれば、吸光度は、Ｌ
ｏｇ10（１／０．１）＝１となる。本実験におけるＰＣ
Ｂ濃度を試料の入っている試験管の直径が１０ｍｍであ
るので、５ｍｍ進んだ中心部における透過光がある程度
の強度を持つように１．３７５×１０-4ｍｏｌ／ｌの値
とした。
するＰＣＢ（ＫＣ３００）液をイソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）液に溶かした試料において、試料の吸光度特
性の濃度に対する変化を示す。ここで、吸光度とは、厚
さ１ｃｍの試料を透過した光の強さで入射した元の光の
強さを割り、その値を常用対数で示したものである。例
えば、透過光相対強度が０．１であれば、吸光度は、Ｌ
ｏｇ10（１／０．１）＝１となる。本実験におけるＰＣ
Ｂ濃度を試料の入っている試験管の直径が１０ｍｍであ
るので、５ｍｍ進んだ中心部における透過光がある程度
の強度を持つように１．３７５×１０-4ｍｏｌ／ｌの値
とした。
【００３８】図１０および図１１より、光源のスペクト
ルがＰＣＢ試料の吸収スペクトルにかなり合致している
ことが分かる。これまで試験された紫外線照射法による
ＰＣＢ処理において、光源はほとんどの場合、２５４ｍ
ｍに輝線スペクトルを放つ水銀グロー放電である。
ルがＰＣＢ試料の吸収スペクトルにかなり合致している
ことが分かる。これまで試験された紫外線照射法による
ＰＣＢ処理において、光源はほとんどの場合、２５４ｍ
ｍに輝線スペクトルを放つ水銀グロー放電である。
【００３９】図１２、１３、１４に、紫外線照射による
ＰＣＢ試料の時間的組成変化をガスクロマトグラフによ
り分析した結果を示す。ここで、図１２、１３および１
４は、それぞれ紫外線照射前、１２時間照射後および３
８時間照射後の特性である。六相交流放電部全体への投
入電力は約３００Ｗであり、試料試験管部への実効的な
投入電力は全放電長に対する試験管の長さの比からおよ
そ１００Ｗ程度と見積もられる。
ＰＣＢ試料の時間的組成変化をガスクロマトグラフによ
り分析した結果を示す。ここで、図１２、１３および１
４は、それぞれ紫外線照射前、１２時間照射後および３
８時間照射後の特性である。六相交流放電部全体への投
入電力は約３００Ｗであり、試料試験管部への実効的な
投入電力は全放電長に対する試験管の長さの比からおよ
そ１００Ｗ程度と見積もられる。
【００４０】図１２、１３、１４において、最も左側の
ピークは溶媒のＩＰＡの検出信号であり、ピークに付さ
れている番号は図２０のＰＣＢに含まれる塩素数を表わ
す。同じ番号でもａ、ｂ、ｃなどを付しているのは、塩
素の結合している場所が違う異性体を表わすからであ
る。図１４の分析結果より、紫外線の照射により試料液
の組成が大きく変わり、時間とともに脱塩素化が進行
し、ほとんどのＰＣＢが塩素を全く含まないビフェニー
ルへと転換されることが分かる。
ピークは溶媒のＩＰＡの検出信号であり、ピークに付さ
れている番号は図２０のＰＣＢに含まれる塩素数を表わ
す。同じ番号でもａ、ｂ、ｃなどを付しているのは、塩
素の結合している場所が違う異性体を表わすからであ
る。図１４の分析結果より、紫外線の照射により試料液
の組成が大きく変わり、時間とともに脱塩素化が進行
し、ほとんどのＰＣＢが塩素を全く含まないビフェニー
ルへと転換されることが分かる。
【００４１】図１５、１６に、各ピークの成分を明らか
に示すために、ガスクロマトグラフ／質量分析器で分析
した結果を示す。ここで、図１５および１６は、それぞ
れ紫外光照射前および６時間照射後の特性である。各図
において、一番上のグラフは図１２、１３、１４と同様
なガスクロマトグラフを示し、下段の６つのグラフはＰ
ＣＢに含まれる塩素の価数に対応する質量数ごとに分離
したものを示す。ここで、図中でＣｌの文字の左右の数
値は、それぞれ質量数および塩素の価数を表わす。
に示すために、ガスクロマトグラフ／質量分析器で分析
した結果を示す。ここで、図１５および１６は、それぞ
れ紫外光照射前および６時間照射後の特性である。各図
において、一番上のグラフは図１２、１３、１４と同様
なガスクロマトグラフを示し、下段の６つのグラフはＰ
ＣＢに含まれる塩素の価数に対応する質量数ごとに分離
したものを示す。ここで、図中でＣｌの文字の左右の数
値は、それぞれ質量数および塩素の価数を表わす。
【００４２】図１５の照射前の下段のグラフは、使用し
たＰＣＢ（ＫＣ３００）の主成分が塩素を３個含むトリ
クロロビフェニールであることを示す。図１６の６時間
照射後の分析結果は、紫外線照射により脱塩素反応が進
行し、塩素価数の大きいＰＣＢが消滅し、価数の小さい
ものへと転換されることを明らかに示している。
たＰＣＢ（ＫＣ３００）の主成分が塩素を３個含むトリ
クロロビフェニールであることを示す。図１６の６時間
照射後の分析結果は、紫外線照射により脱塩素反応が進
行し、塩素価数の大きいＰＣＢが消滅し、価数の小さい
ものへと転換されることを明らかに示している。
【００４３】図１７に、塩素価数の異なる成分（特定の
異性体）の紫外線照射時間による検出量の変化を示す
（図１５、１６より求めた）。図中の番号は図２０のＰ
ＣＢ化学構造において塩素結合場所を表わす。図１７の
グラフより、紫外光の照射時間が１２時間程度では、Ｐ
ＣＢ塩素数が４価および一部の３価の異性体が短時間で
消滅し、一部の３価、２価、１価および０価の成分が時
間とともに増加することが分かる。それ以上の照射時間
では、価数の大きい順から減少・消滅し、一方、０価の
成分のみが増加する。これらの結果は、脱塩素化が紫外
光照射時間にほぼ比例して進行していることを伺わせ
る。
異性体）の紫外線照射時間による検出量の変化を示す
（図１５、１６より求めた）。図中の番号は図２０のＰ
ＣＢ化学構造において塩素結合場所を表わす。図１７の
グラフより、紫外光の照射時間が１２時間程度では、Ｐ
ＣＢ塩素数が４価および一部の３価の異性体が短時間で
消滅し、一部の３価、２価、１価および０価の成分が時
間とともに増加することが分かる。それ以上の照射時間
では、価数の大きい順から減少・消滅し、一方、０価の
成分のみが増加する。これらの結果は、脱塩素化が紫外
光照射時間にほぼ比例して進行していることを伺わせ
る。
【００４４】
【発明の効果】本発明の有機塩素系有害物質の無害化装
置は以上のような構成で、ＩＰＡを水素供与体の溶媒と
して使用し、その中に三塩化ビフェニールを主成分とす
る試料（ＫＣ３００）を１００ｐｐｍ程度の濃度で溶か
す。そして、石英試験管に入れた試料を装置中心部に挿
入し、六相交流電圧源を６分割壁密着型電極に給電し、
水素ガス雰囲気中のグロー放電により発生した紫外線を
円周方向からほぼ一様に照射する。ガスクロマトグラフ
および質量分析計を用いて結果を分析すると、紫外線照
射により試料は塩素を全く含まない無害なビフェニール
にまでほとんど脱塩素化されることが分かる。従って、
本発明によれば、有毒なダイオキシンを生成する燃焼法
や大量の触媒を必要とする化学触媒法と異なり、加熱す
る必要が全くなく、光だけを照射して熱を加えないので
常温常圧で然も完全密閉系で有機塩素系有害物質の無害
化処理を実施できる。また、水素を供与したＩＰＡは一
旦アセトンに変わるが、水素を添加すれば再びＩＰＡに
なるので、溶媒系を循環システムとして構成でき、一定
量の溶媒だけで大量のＰＣＢを処理できる。さらに、商
用電力周波数の多相交流電源による放電電力の大容量化
と、壁密着型電極による冷却効果と磁場効果の相乗効果
により、紫外線の発光強度を増大して反応を速め、ＰＣ
Ｂの処理効率を大幅に向上することができる。
置は以上のような構成で、ＩＰＡを水素供与体の溶媒と
して使用し、その中に三塩化ビフェニールを主成分とす
る試料（ＫＣ３００）を１００ｐｐｍ程度の濃度で溶か
す。そして、石英試験管に入れた試料を装置中心部に挿
入し、六相交流電圧源を６分割壁密着型電極に給電し、
水素ガス雰囲気中のグロー放電により発生した紫外線を
円周方向からほぼ一様に照射する。ガスクロマトグラフ
および質量分析計を用いて結果を分析すると、紫外線照
射により試料は塩素を全く含まない無害なビフェニール
にまでほとんど脱塩素化されることが分かる。従って、
本発明によれば、有毒なダイオキシンを生成する燃焼法
や大量の触媒を必要とする化学触媒法と異なり、加熱す
る必要が全くなく、光だけを照射して熱を加えないので
常温常圧で然も完全密閉系で有機塩素系有害物質の無害
化処理を実施できる。また、水素を供与したＩＰＡは一
旦アセトンに変わるが、水素を添加すれば再びＩＰＡに
なるので、溶媒系を循環システムとして構成でき、一定
量の溶媒だけで大量のＰＣＢを処理できる。さらに、商
用電力周波数の多相交流電源による放電電力の大容量化
と、壁密着型電極による冷却効果と磁場効果の相乗効果
により、紫外線の発光強度を増大して反応を速め、ＰＣ
Ｂの処理効率を大幅に向上することができる。
【図１】本発明の無害化実験装置の全体図である。
【図２】本発明の無害化実験装置の部分縦断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の無害化実験装置の部分横断面図であ
る。
る。
【図４】磁石を配置した本発明の無害化実験装置の部分
横断面図である。
横断面図である。
【図５】１２分割壁密着電極の放電ビデオ写真である。
【図６】永久磁石装着の１２分割壁密着電極の放電ビデ
オ写真である。
オ写真である。
【図７】１／３周期毎の最初の時間分解放電写真であ
る。
る。
【図８】１／３周期毎の次の時間分解放電写真である。
【図９】１／３周期毎の最後の時間分解放電写真であ
る。
る。
【図１０】水素グロー放電の発光スペクトルである。
【図１１】ＰＣＢ溶液の吸光度スペクトルである。
【図１２】ＰＣＢ溶液のガスクロマトグラフ特性の変化
（紫外線照射前）である。
（紫外線照射前）である。
【図１３】ＰＣＢ溶液のガスクロマトグラフ特性の変化
（１２時間照射後）である。
（１２時間照射後）である。
【図１４】ＰＣＢ溶液のガスクロマトグラフ特性の変化
（３８時間照射後）である。
（３８時間照射後）である。
【図１５】ＰＣＢ溶液のガスクロマトグラフ質量分析特
性（紫外線照射前）である。
性（紫外線照射前）である。
【図１６】ＰＣＢ溶液のガスクロマトグラフ質量分析特
性（６時間照射後）である。
性（６時間照射後）である。
【図１７】塩素価数の異なる成分の紫外線照射時間によ
る検出量の変化である。
る検出量の変化である。
【図１８】有機塩素系物質の化学構造である。
【図１９】ＰＣＢの無害化処理法の一覧である。
【図２０】ＰＣＢの紫外線照射による脱塩素化反応モデ
ルである。
ルである。
【図２１】商用電力周波数の十二相交流電圧源の回路図
である。
である。
【図２２】多相交流電圧源の放電電極への給電図であ
る。
る。
【図２３】本発明の無害化閉処理システムの構成図であ
る。
る。
１ 紫外線照射部 １１ 外側石英管 １２ 内側石英管 １３ 循環パイプ １４ 循環ポンプ １５ 冷却水タンク ２ 紫外線発生部 ２１ 絶縁シート ２２ 分割電極 ２３ 給電線群 ２４ 多相交流電源 ３ 水冷式二重管 ３１ 給水口 ３２ 排水口 ４ 排気装置 ４１ 排気ポンプ ４２ 排気口 ５ ガスボンベ Ａ 紫外線照射ＰＣＢ脱塩素装置 Ａ１ ＰＣＢタンク Ａ２ ＩＰＡタンク Ａ３ 溢れＰＣＢタンク Ａ４ リサイクルＩＰＡタンク Ｂ 塩素分離電解装置 Ｂ１ 塩素タンク Ｂ２ 水素タンク Ｃ アセトン／未反応ＩＰＡ蒸留分離装置 Ｃ１ 凝縮器 Ｃ２ 回収ドラム Ｄ アセトン還元装置
Claims (1)
- 【請求項１】 有機塩素系有害物質を水素供与体溶媒に
溶かした稀釈溶液を紫外線を透過する容器に入れ、この
容器の周辺に絶縁体を介して水冷二重管の内壁全面に密
着する複数の電極片を配列し、これらの電極片に位相の
異なる位相配列交流電圧を給電して水素雰囲気中におい
て位相配列多電極放電による紫外線を発生し、この紫外
線を前記容器中の有機塩素系有害物質を溶かした稀釈溶
液に照射して塩素を脱離し水素と置換して脱塩素化する
ことを特徴とする有機塩素系有害物質の無害化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31284996A JP4203571B2 (ja) | 1996-11-09 | 1996-11-09 | 有機塩素系物質の無害化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31284996A JP4203571B2 (ja) | 1996-11-09 | 1996-11-09 | 有機塩素系物質の無害化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10137748A true JPH10137748A (ja) | 1998-05-26 |
| JP4203571B2 JP4203571B2 (ja) | 2009-01-07 |
Family
ID=18034175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31284996A Expired - Fee Related JP4203571B2 (ja) | 1996-11-09 | 1996-11-09 | 有機塩素系物質の無害化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4203571B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002360728A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-17 | Toshiba Corp | Ｐｃｂ無害化処理装置 |
| JP2017225924A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 株式会社デンソー | 排水処理方法および排水処理装置 |
| CN111111574A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-05-08 | 江苏苏美达成套设备工程有限公司 | 聚酯反应器内部监控装置及监控方法 |
-
1996
- 1996-11-09 JP JP31284996A patent/JP4203571B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002360728A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-17 | Toshiba Corp | Ｐｃｂ無害化処理装置 |
| JP2017225924A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 株式会社デンソー | 排水処理方法および排水処理装置 |
| CN111111574A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-05-08 | 江苏苏美达成套设备工程有限公司 | 聚酯反应器内部监控装置及监控方法 |
| CN111111574B (zh) * | 2019-10-16 | 2024-03-19 | 江苏苏美达成套设备工程有限公司 | 聚酯反应器内部监控装置及监控方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4203571B2 (ja) | 2009-01-07 |
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|
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