(57)【要約】【課題】生物反応速度を向上させることでコンパクトに構成可能であるとともに、曝気エネルギを不要とすることが可能な、散水ろ床型排水処理装置を得る。【解決手段】生物処理用の接触材を設けた散水ろ床型排水処理装置である。第１の接触材１５を具備した嫌気部１３と、第２の接触材１６を具備した好気部１４と、好気部１４における生物反応で生成した反応熱を嫌気部１３に伝達する手段２７とを有する。同一処理槽内における上部に嫌気部１３を設けるとともに下部に好気部１４を設けることが好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理用の接触材を設けた散水ろ床型排水処理装置であって、第１の接触材を具備した嫌気部と、第２の接触材を具備した好気部と、好気部における生物反応で生成した反応熱を嫌気部に伝達する手段とを有することを特徴とする散水ろ床型排水処理装置。
【請求項２】
同一処理槽内における上部に嫌気部を設けるとともに下部に好気部を設けたことを特徴とする請求項１記載の散水ろ床型排水処理装置。
【請求項３】
好気部における生物反応で生成した反応熱を嫌気部に伝達する手段が熱交換器であることを特徴とする請求項１または２記載の散水ろ床型排水処理装置。
【請求項４】
嫌気部に具備された第１の接触材と好気部に具備された第２の接触材とのうちの少なくとも前記第１の接触材が、芯材に汚泥付着糸が編みこまれたマット状の接触材であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の散水ろ床型排水処理装置。
【請求項５】
嫌気部で処理した排水を好気部に供給する手段と、好気部の処理水を嫌気部に循環させる手段とを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の散水ろ床型排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物含有排水を処理するための、散水ろ床型排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水や家庭排水や下水などの有機物含有排水を生物処理するための技術として、活性汚泥処理法、嫌気・好気活性汚泥処理法、生物学的硝化脱窒法、散水ろ床法などが知られている。
【０００３】
生物を用いたこれらの処理法は、物理化学的な処理法よりも安価であり、古くから用いられている。たとえば、ビールや焼酎などの醸造排水には、高濃度のＢＯＤ成分が含まれることから、嫌気処理法が適用されている。また中濃度ＢＯＤ成分を含む食品排水、機械工場排水、下水などには、活性汚泥処理法が適用されている。たとえば総量規制の厳しい東京湾、伊勢湾、大阪湾、瀬戸内などの地域では、ＢＯＤ成分の除去と同時に窒素の処理が必要であるため、生物学的硝化脱窒法が用いられている。
【０００４】
一方、散水ろ床法は、２０世紀前半に流行し、欧米や日本において活用された。しかし、殆どが活性汚泥処理法に設備変更されている。これは、従来の散水ろ床法は大規模な敷地面積が必要であり、また蝶ハエが発生するなどの問題があったことが原因している。
【０００５】
また、これらの生物反応では、上記のように、物理化学反応よりも安価に処理できるとはいえ大規模な処理装置が必要であり、多大なイニシャルコスト、ランニングコストが必要である。具体的には、イニシャルコストとしては、生物を大量に保持するための大規模な構造物である生物反応槽を構築するためのコストを挙げることができる。ランニングコストとしては、生物反応槽で排水と生物とを接触させるための撹拌動力のためのエネルギコストや、好気処理では酸素供給のための曝気エネルギのコストなどを挙げることができる。
【０００６】
このようなイニシャルコストやランニングコストを低減させるための各種技術開発が盛んに行われている。イニシャルコストの低減策としては、たとえば反応速度を向上させて処理設備をコンパクトにする試みがなされている。微生物保持量を増大させるためにバイオフィルムを利用することなどが、その一環である。生物反応槽の処理温度を上げて生物反応速度を向上させることによりコンパクトな設備で処理を行うことも検討されている。ただし、その場合は、処理温度を上げるためのエネルギコストが必要になる。ランニングコストの低減策として、最近では、曝気が不要な嫌気処理が見直されている（特許文献１）。曝気が不要な散水ろ床法も見直されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０３６５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、生物反応速度を向上させることでコンパクトに構成可能であるとともに、曝気エネルギを不要とすることができる処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明の、生物処理用の接触材を設けた散水ろ床型排水処理装置は、第１の接触材を具備した嫌気部と、第２の接触材を具備した好気部と、好気部における生物反応で生成した反応熱を嫌気部に伝達する手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の散水ろ床型排水処理装置によれば、同一処理槽内における上部に嫌気部を設けるとともに下部に好気部を設けることが好適である。
【００１１】
また本発明の散水ろ床型排水処理装置によれば、好気部における生物反応で生成した反応熱を嫌気部に伝達する手段が熱交換器であることが好適である。
【００１２】
また本発明の散水ろ床型排水処理装置によれば、嫌気部に具備された第１の接触材と好気部に具備された第２の接触材とのうちの少なくとも前記第１の接触材が、芯材に汚泥付着糸が編みこまれたマット状の接触材であることが好適である。
【００１３】
また本発明の散水ろ床型排水処理装置によれば、嫌気部で処理した排水を好気部に供給する手段と、好気部の処理水を嫌気部に循環させる手段とを有することが好適である。
【００１４】
本発明の原理について説明する。すなわち、好気部において排水中のＢＯＤ成分を好気分解すると、分解熱が生成する。この熱を嫌気部に移動させると、嫌気部の温度が上昇し、嫌気部における反応速度が上昇する。嫌気部の温度上昇は好気部の温度上昇とリンクし、相乗的に反応が加速されることになって、さらに発熱する。これによって、好気部の反応により生成する熱量が有効に利用され、外部エネルギを用いずに、高効率の反応が実現される。また、散水ろ床型排水処理装置であることから、曝気を必要とせずに反応を行わせることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、好気部において生成する熱によって嫌気部を加熱することができ、これによって外部からのエネルギを用いずに嫌気部での反応速度を向上させることができる。したがって処理効率が高く、コンパクトで除去率の高い処理装置を実現することができる。また散水ろ床型排水処理装置であることから、曝気を必要としない利点がある。このため本発明によれば、イニシャルコストおよびランニングコストの低廉な、有機物含有排水のための処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の散水ろ床型排水処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における嫌気部の接触材の全体の立体図である。
【図３】図２の接触材における各モノフィラメントおよび汚泥付着糸の配列方向を横方向とした立体図である。
【図４】図２の接触材における各モノフィラメントおよび汚泥付着糸の配列方向を横方向とした正面図である。
【図５】図２の接触材における各モノフィラメントおよび汚泥付着糸の配列方向と直角な方向を横方向とした立体図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の散水ろ床型排水処理装置の概略構成を示す図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態の散水ろ床型排水処理装置の概略構成を示す図である。
【図８】図７における要部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態の散水ろ床型排水処理装置の概略構成を示す。ここで、１１は処理槽であり、その内部が仕切壁１２にて上下２段に区分けされ、上段側が嫌気部１３を構成するとともに下段側が好気部１４を構成している。嫌気部１３は密封された嫌気反応槽にて構成されており、その内部には生物処理のための接触材１５が設置されている。好気部１４には生物処理のための接触材１６が設置されている。
【００１８】
１７は被処理排水の流入管で、嫌気部１３の内部における接触材１５よりも上方に設置された散水管１８に接続されている。被処理排水は、散水管１８から、接触材１５に向けて散水される。
【００１９】
仕切壁１２は、その中央部に向けて下り勾配をなすように構成されることで、その中央部に集水部１９が形成されている。好気部１４における接触材１６よりも上方の位置には散水管２０が設けられ、この散水管２０は、集水部１９に連通されることで、この集水部１９からの水を接触材１６に向けて散水可能である。
【００２０】
処理槽１１の底部すなわち好気部１４の底部には、処理済の水を系外に排出するための処理水配管２１が連通されている。２２はバイパス管で、処理水配管２１と流入管１７とを接続しており、循環ポンプ２３を備えることで、好気部１４から排出された処理水の一部を嫌気部１３へ循環させることができるようにされている。
【００２１】
好気部１４には空気入口２５が設けられている。２６は好気部１４からの排気管で、好気部１４の上部で開口するとともに、仕切壁１２を貫通して嫌気部１３に導かれ、嫌気部１３において散水管１８と接触材１５との間に設けられた熱交換器２７に接続されている。２８は、熱交換器２７からの排気管で、嫌気部１３の槽壁を貫通して系外へ導かれている。嫌気部１３における槽頂部には、水封されたガス抜き装置２９が設けられている。
【００２２】
図２〜図５は、嫌気部１３に設けられた接触材１５の一例の詳細を示す。図示のように、接触材１５は、立体的なネット状の芯材３１を有し、この芯材３１に沿わせて汚泥付着糸３２が配された構成となっている。すなわち、立体的に形成された芯材３１に汚泥付着糸３２が編みこまれたマット状に構成されている。
【００２３】
芯材３１は、たとえば合成樹脂製の腰の強いモノフィラメント３３により構成されており、このモノフィラメント３３は、たとえば図３に示すように複数のΩ字状の部分と逆Ω字状の部分とが交互に凹凸状に配置された連続糸により構成されている。そして芯材３１は、複数のモノフィラメント３３、３３、…が並列に配置されるとともに、隣り合うモノフィラメント３３、３３のΩ字状の部分どうしすなわち凸部どうしあるいは逆Ω字状の部分どうしすなわち凹部どうしが連結糸３４によって相互に結び付けられることで、上述のように立体的なネット状に形成されている。
【００２４】
連結糸３４は、たとえばモノフィラメント３３よりも細繊度の合成樹脂製の腰の強い連続糸にて形成されており、立体的なネット状の芯材３１の厚み方向に沿った一端部および他端部において、一本のモノフィラメント３３に複数の連結糸３４が絡み付くように配置され、隣り合うモノフィラメント３３、３３のΩ字状の部分どうしあるいは逆Ω字状の部分どうしを重ね合わせた状態で、これらΩ字状の部分どうしあるいは逆Ω字状の部分どうしを相互に結び付けることができるように構成されている。
【００２５】
また、モノフィラメント３３のΩ字状の部分あるいは逆Ω字状の部分におけるモノフィラメント３３が存在せずに開口となっている部分３５には、複数の連結糸３４がモノフィラメント３３の長さ方向にわたされた構成となっている。そして、連結糸３４は、このように立体的なネット状の芯材３１の厚み方向に沿った一端部および他端部にのみ配置されることで、この芯材３１の厚み方向に沿った内側の部分には配置されないように構成されている。
【００２６】
このような構成の立体的なネット状の芯材３１に沿わせて、汚泥付着糸３２が配されている。この汚泥付着糸３２は、たとえばアクリルハイバルク繊維のような汚泥の付着性の良好な糸条にて形成されており、また芯材３１を構成するモノフィラメント３３よりも太繊度で形成されて、芯材３１により形成される立体的な空間内を所定の体積割合で占めることができるように構成されている。
【００２７】
また汚泥付着糸３２は、芯材３１のモノフィラメント３３とは逆の凹凸状になるように配置されている。すなわち、モノフィラメント３３のΩ字状の凸部では逆Ω字状の凹部となり、反対にモノフィラメント３３の逆Ω字状の凹部ではΩ字状の凸部となるようにして、このモノフィラメント３３に沿って配置されている。つまり汚泥付着糸３２は、芯材３１の厚み方向に沿った一端部および他端部においては、開口となっている部分３５に配置されている。そして汚泥付着糸３２は、この開口となっている部分３５で連結糸３４が絡められ、また開口となっている部分３５の縁部では連結糸３４によってモノフィラメント３３に縛り付けられることで、立体的なネット状の芯材３１と一体化されている。芯材３１の厚み方向に沿った一端部および他端部以外の、この芯材３１の厚み方向に沿った内側の部分では、汚泥付着糸３２は、モノフィラメント３３に沿っているものの、このモノフィラメント３３に連結されることなしに、モノフィラメント３３から浮いた自由な状態で配置されている。
【００２８】
なお、図２は接触材１５の全体の立体図であり、図３は各モノフィラメント３３および汚泥付着糸３２の配列方向を横方向とした立体図であり、図４は各モノフィラメント３３および汚泥付着糸３２の配列方向を横方向とした正面図であり、図５は各モノフィラメント３３および汚泥付着糸３２の配列方向と直角な方向を横方向とした立体図である。
【００２９】
好気部１４に設けられる接触材１６としては、公知の散水ろ床に用いられる接触材と同様のものを任意に用いることができる。あるいは、上述の嫌気部１３に用いられる接触材１５と同じものを用いることも好適である。
【００３０】
このような構成において、図１の流入管１７から系内に流入された排水は、嫌気部１３において、散水管１８から散水される。この散水された排水は、熱交換器２７に触れた後に流下して接触材１５に触れる。接触材１５には、運転立上げ時に種汚泥が供給されることで、その表面にバイオフィルムが形成されている。接触材１５に触れた排水は、バイオフィルムによって嫌気処理された後に、接触材１５から流下し、仕切壁１２で受け止められて集水部１９に集められる。
【００３１】
接触材１５は、上述のようにマット状であり、相応の体積を有してバイオフィルムが嵩高く形成されているため、散水された排水を効果的にバイオフィルム接触させて、良好な嫌気処理を行うことが可能である。
【００３２】
集水部１９に集められた排水は、好気部１４に設けられた散水管２０に導かれたうえで、接触材１６に向けて散水される。好気部１４では、空気入口２５から無動力で系内に空気が供給されて、好気性雰囲気が形成されている。また、接触材１６も、運転立上げ時に種汚泥が供給されることでその表面にバイオフィルムが形成されている。したがって、散水された排水は、バイオフィルムによって好気処理される。
【００３３】
そのとき、好気生物反応すなわち好気分解により、分解熱が発生する。すると好気部１４の雰囲気ガスの温度が上昇する。この雰囲気ガスは、たとえば中濃度排水では２〜３℃程度上昇し、高濃度排水では４〜８℃程度上昇する。温度が上昇した雰囲気ガスは、それにともなう上昇流となって、排気管２６へ導かれ、嫌気部１３の熱交換器２７の内部を通過したうえで、排気管２８を経て系外へ排出される。
【００３４】
熱交換器２７では、この熱交換器２７の内部を通過するガスの持つ熱が嫌気部１３に放出される。この熱は、特に、この熱交換器２７に接触する排水に伝えられてその温度を上昇させる。これにより嫌気部１３が加温され、嫌気部１３の温度が上昇されて、嫌気処理の速度が上昇する。
【００３５】
好気部１４で処理された処理水は、処理水配管２１を経て系外に排出される。
【００３６】
中高濃度排水を処理する場合や、脱窒処理する場合には、循環ポンプ２３を運転して、処理水の循環を行う。たとえば、ＢＯＤ濃度１００〜５００ｍｇ／Ｌの場合には、循環量を排水流入量の２〜４倍とすることが適当である。さらに、ＢＯＤ濃度が５００ｍｇ／Ｌを超える場合には、５倍以上の循環を行うことが適当である。一方、脱窒処理の場合には、循環量は処理水の窒素含量によって異なるが、通常は排水流入量の３倍以上の循環量とすることが好ましい。
【００３７】
以上の構成によれば、散水ろ床型排水処理装置であるために曝気が不要であり、このため曝気エネルギも不要とすることができる。また生物反応速度を向上させる手段として好気部１４の反応熱を利用するため、外部エネルギを使わずに反応温度を上昇させることができる。このため、イニシャルコストおよびランニングコストの低廉な処理装置とすることができる。しかも、嫌気部１３の温度上昇は好気部１４の温度上昇にリンクすることになり、相乗的に反応が加速されてさらに発熱することになる。また熱移動の媒体として好気部１４の雰囲気ガスを利用しているため、上記のような迅速な熱量移動を行うことが可能となる。このため、散水ろ床型の装置であることが最適となる構造を実現することができる。
【００３８】
図６は、本発明の他の実施の形態の散水ろ床型排水処理装置の概略構成を示す。図１の装置との相違点は、図１における熱交換器２７に代えて、嫌気部１３と好気部１４との仕切壁を、熱伝導率の高い材料にて形成された伝熱性仕切壁３６としたことにある。好気部１４からの排気は、嫌気部１３を通らずに、好気部１４に連通された排気管３７によって直接系外に排出される。
【００３９】
このような構成であると、好気部１４で発生した熱により温度が上昇した雰囲気ガスが上昇流となって伝熱性仕切壁３７に到達する。それにより、雰囲気ガスが保有する熱は、伝熱性仕切壁３７を通過して嫌気部１３に導入される。
【００４０】
図７は、本発明のさらに他の実施の形態の散水ろ床型排水処理装置の概略構成を示す。ここでは、図６のものとは異なる構造の伝熱性仕切壁３８が設けられている。詳細には、伝熱性仕切壁３８は、同様に熱伝導率の高い材料にて形成されるとともに、嫌気部１３へ向けて突出する多数のフィン形状の熱交換部３９を有している。熱交換部３９は、図８に示すように、好気部１４から見たときに、仕切壁３８の本体部分を基準として多数の凹部４０が形成された構成となっている。なお、好気部１４には、図６のものと同様の排気管３７が設けられている。
【００４１】
このような構成であると、仕切壁３８は、伝熱面積が大きく、図示のように好気部１４の内部で昇温されて上昇流となっている雰囲気ガス４１が凹部４０に入り込むことで、その熱を効果的に嫌気部１３に導入させることができる。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
ＢＯＤが２００〜３２０ｍｇ／Ｌの機械工場排水を、図１に示す構成の装置を備えたベンチプラントにて処理した。嫌気部１３には、図２〜図５に示した接触材１５を配置した。好気部１４の接触材１６は、嫌気部１３の接触材１５と同じものを用いた。運転期間中の供試排水の温度は１３〜１８℃であった。
【００４３】
ベンチプラントの仕様は、次の通りとした。
反応槽全容積                        ：４ｍ３
嫌気部１３の容積                    ：２ｍ３
好気部１４の容積                    ：２ｍ３
嫌気部１３における接触材１５の充填量：１ｍ３
好気部１４における接触材１６の充填量：１ｍ３
このベンチプラントにおいて、下記の条件で、３ケ月間、処理実験を行った。すなわち、馴養期間での処理条件は、次の通りとした。
【００４４】
滞留時間：４〜６時間
容積負荷：０．８〜１．２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日
定常期間での処理条件は、次の通りとした。
【００４５】
滞留時間：２時間
容積負荷：２．４〜３．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日
本発明の方法にもとづく定常期間での処理結果を表１に示す。また、従来法として、図１の装置における嫌気部１３と好気部１４とを熱的に切り離し、これら嫌気部１３と好気部１４との間で熱の伝達が無いようにして、これら嫌気部１３と好気部１４とを直列につないで運転した結果を、あわせて表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
表１に示すように、本発明の方法によれば、従来法に比べてＢＯＤ除去率を大幅に向上することができて、良好な処理水を得ることができた。また本発明の方法により得られた処理水を砂ろ過装置で再処理したところ、ＢＯＤ１０ｍｇ／Ｌ以下を達成することができた。
【００４８】
（実施例２）
ＢＯＤが１０００〜２４００ｍｇ／Ｌと高濃度である食品排水について、同様に図１に示す構成の装置を備えたベンチプラントにて処理実験を行った。運転期間中の供試排水の温度は１９〜２２℃であった。
【００４９】
ベンチプラントの仕様は、実施例１の場合と同じとした。このベンチプラントにおいて、下記の条件で、３ケ月間、処理実験を行った。すなわち、馴養期間での処理条件は、次の通りとした。
【００５０】
滞留時間：２４〜４８時間
容積負荷：０．８〜１．６ｋｇ-ＢＯＤ／ｍ３／日
定常期間での処理条件は、次の通りとした。
【００５１】
滞留時間：１２時間
容積負荷：２．０〜４．８ｋｇ-ＢＯＤ／ｍ３／日
本発明の方法にもとづく定常期間での処理結果を表２に示す。また、従来法として、実施例１の場合と同様に図１の装置における嫌気部１３と好気部１４とを熱的に切り離し、これら嫌気部１３と好気部１４との間で熱の伝達が無いようにして、これら嫌気部１３と好気部１４とを直列につないで運転した結果を、あわせて表２に示す。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
表２に示すように、本発明の方法によれば、従来法に比べてＢＯＤ除去率を大幅に向上することができて、良好な処理水を得ることができた。また本発明の方法により得られた処理水を砂ろ過装置で再処理したところ、ＢＯＤ５０ｍｇ／Ｌ以下を達成することができた。
【００５４】
（実施例３）
ＢＯＤが１５０〜２４０ｍｇ／Ｌの窒素含有食品排水を、同様に図１に示す構成の装置を備えたベンチプラントにて処理した。運転期間中の供試排水の温度は１５〜２０℃であった。
【００５５】
ベンチプラントの仕様は、実施例１の場合と同じとした。さらに、図１に示す循環ポンプ２３を運転して、排水を循環させた。循環量は、排水の量の３倍とした。
【００５６】
これにより、図１に示す好気部１４で硝化が進行し、アンモニア性窒素が酸化されて硝酸になり、これが循環され、嫌気部１３でＢＯＤ成分を水素供与体として硝酸が脱窒される処理が行われた。同時にＢＯＤも処理された。
【００５７】
供試排水の組成値は、次の通りであった。
ＢＯＤ    ：１５０〜２４０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ    ：４８〜１０２ｍｇ／Ｌ
ＮＨ４−Ｎ ：４０〜６３ｍｇ／Ｌ
なお、「ＴーＮ」は、総窒素濃度（Ｔｏｔａｌ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）を意味する。
【００５８】
このベンチプラントにおいて、下記の条件で、３ケ月間、処理実験を行った。すなわち、馴養期間での処理条件は、次の通りとした。
滞留時間：３〜４時間
定常期間での処理条件は、次の通りとした。
【００５９】
滞留時間：３時間
本発明の方法にもとづく定常期間での処理結果を表３に示す。また、従来法として、図１の装置における嫌気部１３と好気部１４とを熱的に切り離し、これら嫌気部１３と好気部１４との間で熱の伝達が無いようにして、これら嫌気部１３と好気部１４とを直列につないで運転した結果を、あわせて表３に示す。
【００６０】
【表３】
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【００６１】
従来法では、好気部１４と嫌気部１３との間における熱の移動がなく、表３に示すように、好気部１４と嫌気部１３とのいずれも温度上昇は見られなかった。これに対し本発明の方法によれば、好気部１４と嫌気部１３との両方において温度上昇が見られ、したがって従来法に比べて除去効率を大幅に向上でき、良好な処理水が得られた。また本発明の方法により得られた処理水を砂ろ過装置で再処理したところ、Ｔ−Ｎ５ｍｇ／Ｌ以下を達成することができた。
【符号の説明】
【００６２】
１２    仕切壁
１３    嫌気部
１４    好気部
１５    接触材
１６    接触材
２６    排気管
２７    熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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