JPWO2003037477A1 - 逆洗浄可能な濾過装置及び濾過装置の逆洗浄方法 - Google Patents

Abstract

フィルター装置を設置したままの状態で、濾過媒体の逆洗浄を可能とすることにより、ゲル状あるいは粘稠性の高い物質を多く含有する濾過流体を濾過することができる、濾過装置及び濾過方法を提供する。濾過装置（１）の逆洗時に、濾過装置（１）の２次側（５）から圧縮気体を逆流させ、濾過装置（１）の１次側（４）の濾過流体中に気泡を生じさせることにより、濾過装置（１）のフィルターエレメント（３）に捕捉されたゲル状物質及び／又は粘稠性の高い物質を濾過装置（１）の１次側（４）の濾過流体中に分散させ、その後、分散した前記ゲル状物質及び／又は粘稠性の高い物質を１次側（４）の濾過流体と共に濾過装置（１）から排出させる。

Description

技術分野
本発明は、ゲル濾過と粒子濾過とを可能とし、特に、ゲル状あるいは粘稠性の高い物質を含有する濾過流体を濾過する場合にも、長い濾過寿命を有する、逆洗浄可能な濾過装置及び濾過装置の逆洗浄方法に関するものである。
背景技術
従来、濾過流体からゲル状物質を除去する機能を備えた積層プリーツフィルターが提案されている。例えば、特開平７−２１３８１４号には、全体として円筒状をなすプリーツ型除粒子層と、この除粒子層の外周に多層をなして配置された中空円筒状のゲル濾過層とによって、ゲル濾過と除粒子とを行う、積層プリーツフィルターが開示されている。この積層プリーツフィルターは、５ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の濾過差圧まで使用可能であるが、ゲル濾過層を構成する複数の濾過層が同心をなして重ね合わされた円筒型であるため、ゲルが捕捉される濾過層までゲルが濾過層内に侵入するか或は濾過層の表面近傍でゲルが捕捉されて濾過層が閉塞されるので、実質的には一つの層に近いものとなって、その他の濾過は有効に使用できない。従って、その濾過面積が十分とは言えない。このため、ゲル濾過層によって捕捉され得るゲル状物質の総量は、プリーツ型の濾過層に比較して、極端に少なくならざるを得ない。
これに対して、特開平１１−３１９４２７号に開示された積層プリーツフィルターは、通常の濾過フィルターの機能を有する内層のプリーツフィルターと、内層のプリーツフィルターの外周部に配置され、主としてゲル状物質を除去する機能を有する、外層のプリーツフィルターとを有する。外層のプリーツフィルターのプリーツの谷部には起毛若しくは繊毛が形成され、この起毛又は繊毛により、ゲル状物質を効果的に捕捉しようとするものである。この積層プリーツフィルターは、ゲル状物質を捕捉するための外層フィルターがプリーツ型をなすため、特開平７−２１３８１４号に開示された積層フィルターに比較して、ゲル状物質の捕捉量は大きいと考えられる。しかし、この積層フィルターで使用し得る最大濾過差圧は０．３ｋｇｆ／ｃｍ^２であるため、０．３ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の濾過差圧をかけると、ゲル状物質は変形して外層フィルターを通過し、内層に配置された除粒子用のフィルターに捕捉されて、内層フィルターの目詰まりを生じる。フィルターの濾過寿命は、フィルターにかけ得る濾過差圧と、フィルターの濾過面積と、フィルターによって捕捉された物質がフィルターによって保持される容量、所謂、保持容量との積として表される。したがって、特開平１１−３１９４２７号に開示された積層プリーツフィルターの濾過寿命も十分であるとは言えない。
また、ゲル状物質の捕捉に特化された大型のプリーツ型フィルターが存在する。このプリーツ型フィルターは、菱形の断面形状を有するフィルターエレメントを複数連設して構成され、隣り合う山形部分の間にゲル状物質を捕捉するための環状の谷部を有する。このフィルターは、特異な全体形状から、キャンドルプリーツ型濾過器と呼称される。このキャンドルプリーツ型濾過器は、大型である分だけ濾過面積は広いが、大きな設置スペースを要し、また、除粒子機能を備えていない。
前述した従来のフィルター装置は、いずれも、濾過後の濾過流体や洗浄用の流体を濾過方向とは逆方向に圧送する、ことにより、目詰まりしたゲル濾過フィルターを洗浄し、再生させる、所謂、逆洗浄（バックウオッシュ）を行うことができない。特に、半導体製造プロセスにおけるレジスト剥離プロセスにおいては、多量のレジスト残渣がゲル状異物として流体中に発生し、このような濾過流体を濾過する場合には、適宜、ゲル濾過フィルターの逆洗浄を行わないと、濾過器の濾過寿命は極端に短くなる。逆洗浄を行う代わりに、ゲル濾過フィルターのみを交換するように構成した濾過器も存在するが、フィルターの交換作業には長時間を要し、かつ、フィルターの交換を頻繁に行う必要があるため、工場等の生産ラインにおいて粘稠性の高い有機剥離物質を濾過することは、事実上、極めて困難であった。
従来のフィルター装置のゲル濾過フィルターは、特に、空気圧やその他の圧縮性流体の圧力を利用して洗浄用の液体を圧送する、所謂、エアアシストバックウオッシュを使用すると、洗浄用の液体の圧力によってゲル濾過フィルター自体が変形し、再度の利用が不可能になるという問題があった。
発明の概要
本発明の目的は、フィルター装置を設置したままの状態で、濾過媒体の逆洗浄を可能とすることにより、ゲル状あるいは粘稠性の高い物質を多く含有する濾過流体を濾過することができる、濾過装置及び濾過方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、濾過後の濾過液に混入している空気を排気するための２次側空気抜きポートを利用して、逆洗浄用の液体に圧力を付与することで、濾過器及び濾過装置の配置上の制限を抑制しながらも、エアアシストバックウォッシュによる再生洗浄が容易にできる、濾過器及び濾過装置を提供することにある。
本発明の濾過器は、外部支持体と、実質的にゲル又は粒子を捕捉しない排水／支持層と、ゲルを捕捉するゲル濾過層と、微粒子を捕捉する除粒子層とを、上流側から下流側に向かって、順次、配置したことを特徴とする。かかる構成を有する濾過器によれば、除粒子層の下流側に位置する２次空気抜きポート又は２次側濾過液の出口ポート等から、空気圧等の圧縮気体で加圧された濾過後の濾過流体や洗浄液をゲル濾過層方向に圧送すると、ゲル濾過層の上流側の面に付着したゲル状物質はゲル濾過層から剥離する。圧縮気体の導入は２次側であれば特に制限はないが、２次側空気抜きポートから導入することが好適である。濾過器の上部側から導入することが望ましい。しかし、濾過器の２次側の下部側から導入してもよい。剥離したゲル状物質を、ゲル濾過層の上流側に配置されたドレンポート又は１次空気抜きポートから排出し、ドレンポートを閉鎖すれば、通常の濾過作業を再開することができる。濾過器の逆洗浄時に、ゲル濾過層には下流側から上流側に洗浄に使用される液体の圧力がかかり、ゲル濾過層は上流側に変位しようとするが、ゲル濾過層の上流側には外部支持体が配置されているから、この外部支持体によってゲル濾過層の変位は防止される。更に、ゲル濾過層の上流側には排水／支持層が配置され、この排水／支持層によってゲル濾過層の隣り合うプリーツが重なり合わないように支持されているから、逆洗浄後のゲル濾過層のプリーツは、逆洗浄前と同様の形状を維持することができる。したがって、逆洗浄後、濾過器は初期状態に復帰し、所期の濾過性能を回復する。
また、本発明の逆洗浄可能な濾過装置は、実質的にゲル又は粒子を捕捉しない排水／支持層と、ゲルを捕捉するゲル濾過層とを有する、逆洗浄可能なゲル濾過用濾過器と、前記ゲル濾過用濾過器の下流側に配置され、微粒子を捕捉する除粒子層を有する、除粒子用濾過器とを有することを特徴とする。この濾過装置は、ゲル濾過器と除粒子用濾過器とを別ユニットとして構成し、早期に目詰まりの発生し易いゲル濾過層のみを逆洗浄可能に構成したことを特徴とする。もっとも、ゲル濾過用濾過器のフィルターエレメントと除粒子用濾過器のフィルターエレメントの２次側上部に、それぞれ、フィルターハウジングに連通する空気抜きポートを設け、逆洗浄用の液体を圧送するための圧縮流体をこれらの空気抜きポートから供給すれば、ゲル濾過層の逆洗浄と除粒子層の逆洗浄を同時に行うことができる。
更に、本発明の逆洗浄方法は、濾過装置の２次側から１次側に圧縮気体を逆流させることにより、１次側の濾過流体中に気泡を生じさせ、これによってゲル濾過用濾過器に捕捉されたゲル状物質を１次側の濾過流体中に分散させ、その後、濾過流体中に分散したゲル状物質を１次側の濾過流体と共に濾過装置から排出させる。
なお、本発明の濾過装置の構成要素のうち、少なくとも、排水／支持層とゲル濾過層と除粒子層とその他の接液部とを有機材料によって構成すれば、半導体製造装置のように激しい腐蝕性を有する薬品を使用する装置では、耐腐食性が向上し、濾過寿命の延長を図ることができる。特に、耐薬品性、耐熱性及びｐｐｔクラスの低い抽出性に優れるフッ素系の樹脂やポリエチレン樹脂で構成することが好ましい。
本発明の濾過装置の逆洗時にゲル状物質を効果的に排除してフィルターエレメントを再生するためには、濾過装置の１次側と２次側にそれぞれ空気抜きポートを設け、更に、濾過装置にドレンポートを設け、濾過装置の逆洗時に、１次側の空気抜きポートを開放した後、２次側の空気抜きポートから圧縮気体を導入して濾過流体中に気泡を生じさせ、これによりゲル濾過用濾過器に捕捉されたゲル状物質を１次側の濾過流体中に分散させる。次いで、ドレンポートを開放し、濾過流体中に分散したゲル状物質を１次側の濾過流体と共に排出する。濾過装置によって捕捉されたゲル状物質は、１次側の濾過流体中に生成された多数の気泡の衝突等によってフィルターエレメントから剥離する。圧縮気体の導入は前記空気抜きポートに設けることが好適であるが、濾過液出口ポート側から導入しても良い。
エアアシストバックウォッシュによる再生洗浄に先立って、原液供給弁、濾過液出口弁、ドレン排出弁、一次側空気抜き弁、二次側空気抜き弁、エアアシストバックウォッシュ弁を全て閉止して、二次側に配置されているエアアシストバックウォッシュ弁を開放した後に、一次側空気抜き弁を開くことで、ハウジングの一次室内に気泡を大量に発生させながらゲル濾過層から粘稠性のゲルを剥離させ且つ充分に攪拌するバブリング操作をすることで、粘稠性のゲルを溶液中に充分に分散させ、前記の全ての弁を閉止した後、再び分散したゲル同士が凝集する前にエアアシストバックウォッシュ弁を開放してドレン排出弁を開放することで剥離したゲルがゲル濾過層に再付着すること無く再生させることができる。これにより、逆洗浄に必要な逆洗浄液を別な貯槽を設けることなく再生洗浄ができるので廃液を最小限にできるから、有価液や有毒液の排出による経済的負担及び環境負荷を大幅に低減できる。勿論、必要あれば、逆洗浄液用の別な貯槽を設けることでより完全な再生洗浄ができる点では更に好ましい。このようにするかどうかはゲルの性質、経済的負担及び環境負荷など製造プロセスや装置の最適条件を考慮して適宜選択すればよい。
また、本発明の濾過装置において、排水／支持層を２００μｍ以上で８００μｍ以下の厚さのメッシュ材料で構成し、ゲル濾過層を１μｍ以上で２５０μｍ以下の平均孔径を有するように構成し、除粒子層は精密濾過又は限外濾過の濾過精度を有するように、それぞれ設定することができる。
そして、本発明の濾過装置においては、濾過時の運転最大差圧を１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、逆洗浄時の圧力を２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下とすることができる。気泡の発生条件を適切に設定することにより、ドレン排出時の逆洗浄圧力は気泡発生後の１次室内液を速やかに排出できる限り、気泡発生時の逆洗浄圧力よりも低下させることができると共に、逆洗条に要する時間を短くするすることができる。
発明の詳細な説明
以下、本発明の実施例を図面及び実験例を参照して説明する。
本発明の濾過装置１は、図１に示すように、フィルターハウジング２内にフィルターエレメント３を収容して構成されている。フィルターハウジング２とフィルターエレメント３の間には１次側の室４が形成され、また、フィルターエレメント３の中央部には２次側の室５が形成されている。フィルターハウジング２の上部には、１次側の室４に連通する１次側の連通室６と、２次側の室５に連通する２次側の連通室７が形成されている。同様に、フィルターハウジング２の下部には、１次側の室４に連通する１次側の連通室８と、２次側の室５に連通する２次側の連通室９が形成されている。
フィルターハウジング２の上部に形成された１次側の連通室６には、濾過液（原液）の流入ポート１０と、１次側の空気抜きポート１１が連通し、２次側の連通室７には、濾過後の濾過液の流出ポート１２と、２次側の空気抜きポート１３が連通している。
また、フィルターハウジング２の下部に形成された１次側の連通室８には、１次側の廃液を排出するためのドレンポート１４が連通し、２次側の連通室９には、２次側の廃液を排出するためのドレンポート１５が連通する。
空気抜きポート１１、１３を閉鎖し、ドレンポート１４、１５を閉鎖した後、流入ポート１０からＡ方向に流入した濾過液（原液）は、フィルターハウジング１の内部で、１次側の連通室６、１次側の室４、フィルターエレメント３、２次側の室５、２次側の連通室７を経て、図１中の矢印方向に流れ、流出ポート１２からＢ方向に流出する。
濾過装置１は、図１に示すように、連通室６、７を上方に配置した状態で使用することもできるが、図１の状態とは上下方向に逆に配置して使用することもできる。図１の状態とは上下方向に逆に配置した場合、１次側の空気抜きポート１１は１次側のドレンポートとして機能し、２次側の空気抜きポート１３は２次側のドレンポートとして機能する。このとき、１次側のドレンポート１４は１次側の空気抜きポートとして機能し、２次側のドレンポート１５は２次側の空気抜きポートとして機能する。いずれの場合にも、濾過液（原液）は流入ポート１０からフィルターハウジング２の内部に流入し、濾過後の濾過液は流出ポート１２からフィルターハウジング２の外部に流出する。
図２は、濾過装置１を図１の配置で使用した場合の配管図であり、図３は、風濾過装置１を図２の配置とは上下逆に配置した場合の配管図である。
図２において、通常の濾過時には、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４、を開放し、バルブＶ３、Ｖ５を閉鎖して、濾過液タンク（原液タンク）１６内の濾過液（原液）を流入ポート１０に圧送し、濾過後の濾過液を流出ポート１２から取り出す。このような濾過作業によって濾過装置１内のフィルターエレメント３が目詰まりを生じた場合には、フィルターエレメント３の逆洗浄を行う。フィルターエレメント３の逆洗浄は、バルブＶ４、Ｖ３を開放し、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ５を閉鎖して、２次側の空気抜きポート１３から圧縮気体（通常は、圧縮空気）を２次側の室５に供給し、この圧縮流体の圧力によって２次側の室５内の濾過液を、フィルターエレメント３を通して、１次側の室４内に逆流させると共に、１次側の室４内に多数の気泡を発生させることによって行われる。これによって、１次側の室４内には、フィルターエレメント３に捕捉されていたゲル状あるいは粘稠性の高い物質（図示せず。）が、フィルターエレメント３から剥離して、１次側の室４及び１次側の連通室６内の濾過液中に拡散する。このとき、バルブＶ３、Ｖ５を開放し、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４を閉鎖して、１次側のドレンポート１４から１次側の室４及び１次側の連通室６内の濾過液とこれに混入したゲル状あるいは粘稠性の高い物質とを排出する。このドレン排出が終了したら、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４、を開放し、バルブＶ３、Ｖ５を閉鎖して、通常の濾過作業を開始する。
図３の場合に、通常の濾過時には、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４、を開放し、バルブＶ３、Ｖ５を閉鎖して、濾過液タンク（原液タンク）１６内の濾過液（原液）を流入ポート１０に圧送し、濾過後の濾過液を流出ポート１２から取り出す。このような濾過作業によって濾過装置１内のフィルターエレメント３が目詰まりを生じた場合には、フィルターエレメント３の逆洗浄を行う。フィルターエレメント３の逆洗浄は、バルブＶ４、Ｖ３を開放し、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ５を閉鎖して、２次側の空気抜きポート１３から圧縮気体（通常は、圧縮空気）を２次側の室５に供給し、この圧縮流体の圧力によって２次側の室５内の濾過液を、フィルターエレメント３を通して、１次側の室４内に逆流させると共に、１次側の室４内に多数の気泡を発生させることによって行われる。これによって、１次側の室４内には、フィルターエレメント３に捕捉されていたゲル状あるいは粘稠性の高い物質（図示せず。）が、フィルターエレメント３から剥離して、１次側の室４及び１次側の連通室６内の濾過液中に拡散する。このとき、バルブＶ３、Ｖ５を開放し、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４を閉鎖して、１次側のドレンポート１４から１次側の室４及び１次側の連通室６内の濾過液とこれに混入したゲル状あるいは粘稠性の高い物質とを排出する。このドレン排出が終了したら、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４、を開放し、バルブＶ３、Ｖ５を閉鎖して、通常の濾過作業を開始する。
図４は、図２に示すように濾過装置１を配置し、以下の試験条件で有機剥離液ウォッシュバック（逆洗浄）試験を行ったときの試験結果を示す。
（１）試験方法
ａ．試験ハウジング
内径：φ９７．５ｍｍ
Ｉｎ，Ｏｕｔ：３／４ｉｎｃｈ
Ｖｅｎｔ，Ｄｒａｉｎ：３／８ｉｎｃｈ
Ａｉｒ Ｉｎｌｅｔ：３／８ｉｎｃｈ
ｂ．試験フィルター：濾過精度５０μｍ、有効濾過面積０．１０ｍ^２
ｃ．試験液：ＩＰＡ分散の疑似有機剥離コンタミ液：有機剥離プロセスで使用済みのフィルターから、フィルター捕集コンタミをＩＰＡに再分散
ｄ．通液条件：１次圧一定でのエアー加圧０．０７ｋｇｆ／ｃｍ^２
ｅ．バックウォッシュ条件：フィルター２次側空気抜きポートから、バルブ開閉によるエアー導入：配管径３／８ｉｎｃｈ、配管長さ２ｍ、圧力０．２ｋｇｆ／ｃｍ^２、加圧時間１分間
ｆ．チャレンジ：ＩＰＡ分散フィルター回収コンタミ
ｇ．試験圧力：１ｐｓｉ
ｈ．バックウォッシュエア：０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２
（２）結果
試験フィルターとして濾過精度５０μｍ、有効濾過面積０．１０ｍ^２のフィルターを使用し、ＩＰＡ分散の疑似有機剥離コンタミ液を通液したところ、６リットルの通液時の流速は初期の１／６となり目詰まりを生じた。この後、フィルターに２次側からエアー導入によるバックウォッシュを行った。再度、フィルターに疑似有機剥離コンタミ液の通液を行い、流速変化をモニターした結果、バックウォッシュ直後の流速は初回に通液した時と同様の結果であった。この試験サイクルをその後８回繰り返し実施した結果、いずれもウォッシュバック直後では初期流速の回復が見られた（図４参照のこと。）。
図５は、フィルターエレメント３の横方向断面図である。外部支持体１７の内部には、実質的にゲル又は粒子を捕捉しない排水／支持層１８と、ゲルを捕捉するゲル濾過層１９と、微粒子を捕捉する除粒子層２０とが上流側から下流側に向かって配置されている。２１、２２は筒状の支持部材である。排水／支持層１８とゲル濾過層１９は、所謂、通常のプリーツ形態をなし、除粒子層２０はレイドオーバープリーツの形態を有する。
図６、７は、フィルターエレメント３の他の実施例を示し、フィルター本体３ａは、実質的にゲル又は粒子を捕捉しない排水／支持層１８と、ゲルを捕捉するゲル濾過層１９と、微粒子を捕捉する除粒子層２０と、もう一つの排水／支持層２３が上流側から下流側に向かって配置されている。
なお、本発明の濾過装置は、図８に示すように、ゲルを捕捉するゲル濾過層１９を収容したフィルターハウジング２４と、微粒子を捕捉する除粒子層２０を収容したフィルターハウジング２５を、別体として構成した場合にも適用可能である。
以上、説明したように、本発明によれば、フィルター装置を設置したままの状態で、濾過媒体の逆洗浄を可能とすることにより、ゲル状あるいは粘稠性の高い物質を多く含有する濾過流体を濾過することができる、濾過装置及び濾過方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の濾過装置の一実施例の半断面図である。
図２は、本発明の濾過装置の配管図である。
図３は、本発明の濾過装置の他の配管例を示す配管図である。
図４は、本発明の濾過装置の実験結果を示す図である。
図５は、本発明の濾過装置のフィルターエレメントの一実施例の横断面図である。
図６は、本発明の濾過装置のフィルターエレメントの他の実施例の横断面図である。
図７は、図６のフィルターエレメントの斜視図である。
図８は、本発明の濾過装置の他の実施例の概念図である。

Claims (8)

1. 外部支持体と、実質的にゲル又は粒子を捕捉しない排水／支持層と、ゲルを捕捉するゲル濾過層と、微粒子を捕捉する除粒子層とを、上流側から下流側に向かって、順次、配置したことを特徴とする、逆洗浄可能な濾過装置。
2. 請求項１に記載の濾過器において、前記濾過器のフィルターエレメントの２次側上部に、前記濾過器のフィルターハウジングに連通する空気抜きを有する、前記濾過装置。
3. 請求項１又は２に記載の濾過装置において、少なくとも、前記排水／支持層と前記ゲル濾過層と前記除粒子層とその他の接液部とを有機材料によって構成してなる、前記濾過装置。
4. 請求項１又は２又は３に記載の濾過装置において、前記濾過装置の１次側と２次側にそれぞれ空気抜きポートを設け、前記濾過装置にドレンポートを設け、前記濾過装置の逆洗時に、前記１次側の空気抜きポートを開放した後、前記２次側の空気抜きポート又は２次側から圧縮気体を導入して濾過流体中に気泡を生じさせ、これにより前記ゲル濾過用濾過器に捕捉されたゲル状物質を１次側の濾過流体中に分散させ、しかる後に分散したゲル状物質を前記ドレンポートから排出するように構成した、前記濾過装置。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の濾過装置において、前記排水／支持層は２００μｍ以上で８００μｍ以下の厚さのメッシュ材料で構成し、前記ゲル濾過層は１μｍ以上で２５０μｍ以下の平均孔径を有し、前記除粒子層は精密濾過又は限外濾過の濾過精度を有するように、それぞれ設定した、前記濾過装置。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の濾過装置において、濾過時の運転最大差圧を１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、逆洗浄時の圧力を２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下としてなる、前記濾過装置。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の濾過装置において、逆洗浄によるドレン排出に先立って、逆洗浄により１次室内で気泡を発生させることが可能なように、１次側の空気抜き手段と２次側から逆洗浄用加圧気体を供給する手段を設けた、前記濾過装置。
8. 濾過装置の逆洗浄方法において、前記濾過装置の逆洗時に、前記濾過装置の２次側から圧縮気体を逆流させ、前記濾過装置の１次側の濾過流体中に気泡を生じさせることにより、前記濾過装置のフィルターエレメントに捕捉されたゲル状物質及び／又は粘稠性の高い物質を前記濾過装置の１次側の濾過流体中に分散させ、その後、分散した前記ゲル状物質及び／又は粘稠性の高い物質を前記１次側の濾過流体と共に前記濾過装置から排出させることを特徴とする、濾過装置の逆洗浄方法。

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