(57)【要約】【課題】吸着材を連続的に補給して常に新しい吸着表面が吸着に寄与できる構造とする。吸着材の交換を連続的とし自動化する。吸着材の補給速度、排出速度が容易に変えられる構造とする。【解決手段】粉状又は粒状の吸着材を吸着材貯留部１２に貯留し、吸着材を吸着材貯留部１２下部から定量切り出しして噴流接触部１４に投入し、噴流接触部１４内に堆積した吸着材を下部から導入する被処理ガスによって噴流させながら混合し、噴流床を形成する吸着材に被処理ガスを接触させて吸着処理し、噴流接触部１４の下部から吸着済みの吸着材を定量切り出しして排出し、噴流床上部から微粉末吸着材を同伴して処理ガスを抜き出し集塵機１６で回収し、集塵機１６にて捕捉した吸着材を吸着済材として排出し、集塵機１６から処理ガスを得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状又は／及び粒状の吸着材を吸着材貯留部に貯留し、吸着材を吸着材貯留部の下部から定量切り出しして噴流接触部に投入し、噴流接触部内に堆積した吸着材を下部から導入する被処理ガスによって噴流させながら混合し、噴流床を形成する吸着材に被処理ガスを接触させて吸着処理し、前記噴流接触部の下部から吸着済みの吸着材を定量切り出しして排出し、噴流床上部から微粉末吸着材を同伴して処理ガスを抜き出し集塵装置で回収し、集塵装置にて捕捉した吸着材を吸着済材として排出し、集塵装置から処理ガスを得ることを特徴とする噴流式吸着方法。
【請求項２】
集塵装置としてバグフィルター集塵機を用い、吸着材がコーティングされたバグフィルターをガスが通過することにより吸着処理を行う請求項１記載の噴流式吸着方法。
【請求項３】
バグフィルターにコーティングされた吸着済みの吸着材層を払い落とした後、吸着材貯留部から噴流接触部の噴流床上部へ新しい吸着材を供給し吸着材を処理ガスに同伴させてバグフィルターに吸着材のコーティング層を形成させ、ついで、吸着材貯留部からの吸着材の供給を止めて、バグフィルターに形成された吸着材層の上に噴流接触部の噴流床から飛散した吸着材のコーティング層を形成させ、２層の吸着材がコーティングされたバグフィルターで吸着処理を行う請求項２記載の噴流式吸着方法。
【請求項４】
集塵装置としてサイクロン集塵機を用い、サイクロンで分離された処理ガス側に粒径の小さな吸着材を同伴させ、サイクロンで捕捉した吸着材の粒度を整えて排出する請求項１記載の噴流式吸着方法。
【請求項５】
粉状又は／及び粒状の吸着材を貯留し、吸着材の定量切り出しが可能な切り出し装置を下部に有する吸着材貯留手段と、
吸着材貯留手段の下側に接続され、堆積した吸着材を下部から導入する被処理ガスによって噴流させながら混合し、噴流床を形成する吸着材に被処理ガスを接触させて吸着処理し、噴流床上部から微粉末吸着材を同伴して処理ガスを抜き出し、吸着済みの吸着材の定量切り出しが可能な切り出し装置を下部に有する噴流接触手段と、
噴流接触手段からの微粉末吸着材を同伴した処理ガスを導入し、捕捉した吸着材を吸着済材として排出し、処理ガスを分離する集塵装置と、
を包含してなることを特徴とする噴流式吸着装置。
【請求項６】
集塵装置がバグフィルター集塵機であり、吸着材がコーティングされたバグフィルターをガスが通過することにより吸着処理が行われるようにした請求項５記載の噴流式吸着装置。
【請求項７】
集塵装置がサイクロン集塵機であり、サイクロンで分離された処理ガス側に粒径の小さな吸着材を同伴させ、サイクロンで捕捉した吸着材の粒度を整えて排出するようにした請求項５記載の噴流式吸着装置。
【請求項８】
噴流接触手段が、噴流床の下部に被処理ガスを導入する散気管を設けた構成である請求項５、６又は７記載の噴流式吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比表面積があまり大きくなく細孔分布の比較的大きな粉状又は粒状の吸着材、例えば、有機性廃棄物を炭化・賦活処理して製造した炭化物など、あるいは粒径の揃っていない粒状活性炭、ゼオライトなどの吸着材を用いて、臭気ガス、有害成分含有ガス等を処理する噴流式吸着方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の循環型社会の構築、ダイオキシン類に代表される燃焼時の有害物質生成に対する嫌悪感から、下水汚泥等、湿潤有機性廃棄物の有機分を焼却せずに有効利用する減量化が多く行われるようになった。その中でも炭化処理は焼却と同等の減容化と臭気のない取り扱い性に優れた方法として注目されるに至った。従来の炭化処理装置は有機分の単なる炭化に終わっており、製造された炭化物は吸着能力が低いため、脱水助材や土壌改良材といった付加価値の低い有効利用にとどまっていた。また、賦活工程を組み込んだ炭化装置から製造される炭化物も吸着速度は高いものの、吸着量が低く、頻繁な吸着材の交換が必要であったり、すぐに性能が低下するという問題点があった。
【０００３】
有機性廃棄物からのメタン発酵設備は、廃棄物の減量化と利用可能なエネルギー回収技術として、様々な分野で普及されつつあるが、製造されるメタン発酵ガスの安定利用はボイラー燃料に止まっており、より扱いやすい利用用途である電力用燃料としては、ガス中の水分、硫化水素、シロキサンといった微量成分の存在が利用を妨げている。
また、例えば、特開２００１−４７０９７号公報には、下水処理場の脱水汚泥を乾燥、炭化、賦活処理して製造した活性炭化物を、下水処理場内で発生する臭気ガスの脱臭装置に利用し、脱臭装置で利用した後の炭化物を生物担体として生物反応槽に、沈降促進材として沈殿槽に、メタン発酵促進材としてメタン発酵槽に、脱水助材として脱水機に投入するという水処理方法が開示されている。この場合の脱臭装置は充填塔式であり、さらに高効率なガス脱臭性能を発揮する装置の開発が望まれている。
また、特開２００１−９２３４号公報には、パルス除塵式バグフィルタを用いた排ガス処理方法として、バグフィルターの濾布面に反応助材を多重に付着させ、これら多重に付着した新旧の反応助材によって排ガスを処理するという技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機性廃棄物からの有効利用製品としては、肥料、土壌改良材、建設資材等があるが、定常的に排出される廃棄物に対し、その需要は必ずしも安定的でない。安定的な利用用途は製品として需要に見合う物性性能が必要であり、最も需要度の高い製品の一つに椰子殻あるいは石炭から製造される活性炭吸着材がある。一方、有機性廃棄物を十分な賦活工程を持った炭化処理、例えば、外熱式スクリュー炭化方式で処理すると、比表面積では活性炭に劣るものの、細孔分布の比較的大きな炭化物が製造される。比表面積が小さいことは吸着破過までの時間が短く、細孔分布が大きいことは吸着速度が大きいことを意味しており、適切な頻度で吸着材を交換することによって、高度な吸着性能を維持することができる。また、下水汚泥のような無機物を含む有機性廃棄物を原料とした場合、シリカの賦活により、市販活性炭では吸着されない塩基性物質にも吸着特性のある炭化物が製造される。
【０００５】
さらに、有機性廃棄物からの活性炭吸着材は定常的に排出されるものであり、従来２段の吸着除去装置が用いられていた、例えば消化ガスの精製における水蒸気と硫化水素に対する冷却式乾燥機と酸化鉄吸着塔のような、除去工程を大量の吸着材で１つの装置で処理させ、建設費や維持管理費を低減させることが望まれている。
本発明は、有効利用性の高い炭化物を製造する技術開発を進める中で、その炭化物の吸着特性より、市販活性炭と同等の吸着能力を発揮できる吸着装置をその研究開発上で見出したものであり、有機性廃棄物を炭化、賦活させて製造した炭化物を吸着材として利用する方法及び装置を提供するものである。また、本発明は、こうした炭化物吸着材を用いて、定常的に製造される炭化物を連続的に補給することにより、常に新しい吸着表面が吸着に寄与できる構造であること、吸着材の交換が連続的であり自動化できること、吸着材の補給速度、排出速度が容易に変化させられる構造であること等を実現できる吸着方法及び装置を提供するものである。なお、本発明の吸着方法及び装置は、有機性廃棄物を炭化、賦活して製造した炭化物だけでなく、粒状活性炭、ゼオライトなどの吸着材にも適用することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の噴流式吸着方法は、粉状又は／及び粒状の吸着材を吸着材貯留部に貯留し、吸着材を吸着材貯留部の下部から定量切り出しして噴流接触部に投入し、噴流接触部内に堆積した吸着材を下部から導入する被処理ガスによって噴流させながら混合し、噴流床を形成する吸着材に被処理ガスを接触させて吸着処理し、前記噴流接触部の下部から吸着済みの吸着材を定量切り出しして排出し、噴流床上部から微粉末吸着材を同伴して処理ガスを抜き出し集塵装置で回収し、集塵装置にて捕捉した吸着材を吸着済材として排出し、集塵装置から処理ガスを得るように構成されている。
【０００７】
上記の方法において、集塵装置としてバグフィルター集塵機を用いる場合は、吸着材がコーティングされたバグフィルターをガスが通過することにより吸着処理を行うことができる。この場合、パルス除塵式のバグフィルターを用いて、バグフィルターにコーティングされた吸着済みの吸着材層を払い落とした後、吸着材貯留部から噴流接触部の噴流床上部へ新しい吸着材を供給し吸着材を処理ガスに同伴させてバグフィルターに吸着材のコーティング層を形成させ、ついで、吸着材貯留部からの吸着材の供給を止めて、バグフィルターに形成された吸着材層の上に噴流接触部の噴流床から飛散した吸着材のコーティング層を形成させ、２層の吸着材がコーティングされたバグフィルターで吸着処理を行うことが可能である。
また、上記の方法において、集塵装置としてサイクロン集塵機を用いる場合は、サイクロンで分離された処理ガス側に粒径の小さな吸着材を同伴させ、サイクロンで捕捉した吸着材の粒度を整えて排出することができる。
【０００８】
本発明の噴流式吸着装置は、粉状又は／及び粒状の吸着材を貯留し、吸着材の定量切り出しが可能な切り出し装置を下部に有する吸着材貯留手段と、吸着材貯留手段の下側に接続され、堆積した吸着材を下部から導入する被処理ガスによって噴流させながら混合し、噴流床を形成する吸着材に被処理ガスを接触させて吸着処理し、噴流床上部から微粉末吸着材を同伴して処理ガスを抜き出し、吸着済みの吸着材の定量切り出しが可能な切り出し装置を下部に有する噴流接触手段と、噴流接触手段からの微粉末吸着材を同伴した処理ガスを導入し、捕捉した吸着材を吸着済材として排出し、処理ガスを分離する集塵装置とを包含してなることを特徴としている。
【０００９】
本発明の装置においては、上記のように、集塵装置としてバグフィルター、サイクロンなどが使用できる。また、噴流接触手段としては、噴流床の下部に被処理ガスを導入する散気管を設けた構成などが用いられる。
【００１０】
【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が、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。図１は、本発明の実施の第１形態による噴流式吸着装置を示している。本実施の形態では、一例として、有機性廃棄物を炭化、賦活させて製造した炭化物を、噴流床と集塵装置を組み合わせた吸着装置の吸着材として利用する場合を示しているが、吸着材はこうした炭化物に限定されるものではなく、活性炭、ゼオライトなどを使用することも可能である。本実施の形態は、噴流式ガス脱臭装置であり、粉末状であって、細孔分布が比較的大きく、吸着面積は比較的小さな吸着材を用いて、高効率なガス脱臭性能を発揮するものである。
【００１１】
図１に示すように、有機性廃棄物を炭化・賦活設備１０にて炭化、賦活処理し、得られた炭化物を吸着材として噴流式吸着装置に供給する。なお、炭化・賦活設備１０としては、一例として、外熱式スクリュー炭化方式の活性炭化炉が用いられ、有機性廃棄物は間接加熱により還元雰囲気下で炭化され、ついで、原料自身に含まれる水蒸気等による賦活反応で炭化物の表面に細孔が形成される。
【００１２】
噴流式吸着装置は、吸着材貯留部１２、噴流接触部１４、集塵機１６から構成されており、吸着材貯留部１２は粉末状吸着材が貯留排出でき、密閉性の高い、例えば、円筒状ホッパのような容器と、気密度を保ちながら定量切り出しが可能な、例えば、ロータリーバルブのような切り出し装置１８とからなり、噴流接触部１４はガスと内部粉体との接触効率が高く、しかも通過ガスの圧力損失が低く設計された、例えば、散気管２０を用いた噴流機を擁し、上部の吸着材貯留部１２から吸着材が投入されると同時に、下部より吸着後の吸着材を切り出し装置２２で定量切り出しできる構造となっており、集塵機１６は噴流部でのガスに同伴する吸着材を集塵できる構造と、集塵した吸着済吸着材を排出できる構造よりなる。処理するガスに十分な押し込み圧力が無い場合は排風機２４を組み込んでもよい。
【００１３】
被処理ガス（図１では、臭気ガス）は、噴流接触部１４の噴流床下部に設けられた散気管２０から導入され、噴流床を形成する粉末状吸着材と接触し、一部の粉末状吸着材を同伴して集塵機１６に至る。すなわち、噴流接触部１４に投入された吸着材は噴流部でガスによって混合され、噴流界面を形成し、噴流接触部１４で粉体同士の接触等で微細化した粉体と元から微細な粉体は噴流床上部からガスに同伴して集塵機１６に移行して、回収される。一方、噴流床内で水分等の吸着によって粒子重量が増大した粒子は噴流床下部に堆積し、噴流接触部１４下部の切り出し装置２２によって排出される。集塵機１６は処理ガスに求められる煤塵濃度等によって、サイクロン、バグフィルターなどの集塵装置を利用することができる。集塵機１６にバグフィルターを用いた場合、吸着材がコーティングされたバグフィルターの濾布をガスが通過することになるが、噴流接触部１４で粒子表面と接触するガスの流速とは異なるガス流速であり、吸着材の粒度分布等も異なるため、吸着特性の異なる成分が吸着される。以上の機構より、連続的な吸着材の交換ができ、かつ、ガス性状と吸着材性能の組み合わせにより噴流床での接触と集塵機での接触のバランスを変えることで、幅広い成分に対応する脱臭装置を提供できる。
【００１４】
また、集塵機１６にパルス除塵式のバグフィルターを用いる場合は、バグフィルターの濾布にコーティングされた吸着済みの吸着材層をパルスジェットエアーで払い落とした後、吸着材貯留部１２から噴流接触部１４の噴流床上部へ新しい吸着材を供給し吸着材を処理ガスに同伴させてバグフィルターの濾布に吸着材のコーティング層を形成させ、ついで、吸着材貯留部１２からの吸着材の供給を止めて、バグフィルターに形成された吸着材層の上に噴流接触部１４の噴流床から飛散した吸着材のコーティング層を形成させ、２層の吸着材がコーティングされたバグフィルターで吸着処理を行うことが可能である。この場合、さらに幅広い成分に対応する脱臭装置を提供することが可能となる。なお、３層以上の多層の吸着材をコーティングしたバグフィルターとしてもよい。
【００１５】
図２は、本発明の実施の第２形態による噴流式吸着装置を示している。本実施の形態は、メタン発酵により生成するガスを噴流式吸着装置で処理して、処理ガスをガスエンジン、ガスタービン、燃料電池といった発電用燃料として利用するものである。メタン発酵生成ガス（消化ガス）を噴流式吸着装置に通してガス精製を行うことによって、含まれる水蒸気、硫化水素、シロキサンといった微量成分を一つの装置で除去し、ガスタービン発電機、燃料電池（及びガスエンジン発電機）といった新しい発電用燃料に改質が可能であり、さらには配管腐食や従来行われてきたボイラー利用における機器の腐食を軽減させることも可能である。通常は除湿機、脱硫塔、活性炭吸着塔などを組み合わせた設備が必要であるが、大量に消費できる吸着材を利用できるメリットを活かし、高度なガス精製を安価に行うことが可能となる。
噴流式吸着装置、炭化・賦活設備、その他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００１６】
図３は、本発明の実施の第３形態による噴流式吸着装置を示している。本実施の形態は、噴流式吸着装置で吸着処理に利用した後の活性炭を炭化・賦活設備に投入し、吸着材として再生して噴流式吸着装置に循環させるものである。なお、他の吸着材を再生利用する構成とすることも可能である。例えば、噴流式吸着装置に用いる吸着材として市販の粉末活性炭を使用し、噴流式吸着装置から排出される吸着済みの吸着材を炭化・賦活設備１０で炭化、賦活処理し、吸着材として再生させ繰り返し利用する。再生用の炭化・賦活設備としては、上述したような外熱式スクリュー炭化方式が考えられる。これにより、廃棄物由来の吸着材以外にも、より吸着能力の高い活性炭を安価に大量に利用できる。
同様に市販の粒状活性炭を再生利用することができる。従来の充填塔式吸着装置は活性炭をカートリッジ方式で入れ替えていたが、噴流式吸着装置の噴流部を充填塔とみなし、使用することにより、活性炭の入れ替えを自動化でき、吸着装置を大幅にコンパクト化することが可能となる。また、噴流式吸着装置の噴流部から微粒活性炭がガスに同伴して集塵機で回収されるので、噴流部での活性炭の粒径を揃えることが可能となる。
噴流式吸着装置、炭化・賦活設備、その他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００１７】
図４は、本発明の実施の第４形態による噴流式吸着装置を利用したメタン発酵システムを示している。本実施の形態は、ガス攪拌を行うメタン発酵槽において、循環する消化ガスラインに噴流床と集塵装置を組み合わせた吸着装置を設置し、ガス中のアンモニアを除去することにより、メタン発酵のアンモニア阻害を防ぐようにしたものである。
メタン発酵槽では生成するガスを利用したガス攪拌が広く用いられている。ガス攪拌を行うメタン発酵槽２６において、生成したメタン発酵ガス（消化ガス）の一部を発酵槽２６内に循環させる既存のガス攪拌ラインに噴流式吸着装置３０を設置する。集塵機２８としては、例えば、サイクロン集塵機を採用することができる。
【００１８】
メタン発酵槽２６内の発酵液中にアンモニアが大量に存在する場合、生成ガス中にもアンモニアが含まれる。ガス攪拌用に引き抜いた生成ガスを噴流式吸着装置３０に導入してガス中のアンモニアを分離除去し、再度メタン発酵槽２６に返すと、気液平衡により、液中のアンモニアがガス中に移行する。メタン発酵のｐＨは通常８程度のアルカリ側であるため、液中でアンモニアは解離し、効率よくガス側に移行する。メタン発酵は液中のアンモニア濃度が高いと発酵微生物の活性を阻害するが、この方法によって、発酵状態の適正化を制御可能となる。また、集塵機にサイクロン集塵機を用いると、微粉の吸着材が一部サイクロン出口ガスに混入するが、細孔を有する吸着材は微生物の担体となり、メタン発酵槽２６内に供給することでメタン発酵を促進させるという２次的効果も期待できる。さらに、サイクロン集塵機では、出口ガス側に微粉の吸着材が分離されるので、回収する吸着材の粒度を整えて取り扱い性を向上させることができる。
【００１９】
発酵後の液は、例えば、濃縮、脱水した後に炭化・賦活設備１０に投入し、発酵後の固形廃棄物から炭化物を製造し、吸着材として噴流式吸着装置３０に供給される。発酵液の処理については、発酵液性状、利用先の需要などに合わせて適宜組み合わせることが可能であり、全量を炭化する方法の他、液肥に利用したり、堆肥化原料に利用する等、最適な組み合わせで処理できる。
噴流式吸着装置、炭化・賦活設備、その他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２０】
図５は、本発明の実施の第５形態による噴流式吸着装置を利用した下水処理システムを示している。下水処理場で発生する下水汚泥、具体的には、下水処理場の脱水機３２から排出される脱水汚泥を乾燥、炭化、賦活処理して、下水汚泥吸着材（活性炭化物）を製造する。炭化・賦活設備１０としては、上述したような外熱式スクリュー炭化方式が用いられ、図示していないが、炭化・賦活設備１０の前段に気流乾燥設備を設置して活性炭化物の製造装置とすることができる。この場合、炭化燃焼排熱を乾燥熱源に利用することで、効率よく活性炭化物が製造可能である。
【００２１】
炭化・賦活設備１０で製造された活性炭化物の一部は、場外利用、例えば、ごみ焼却炉３４での排ガス用のダイオキシン吸着材や発電用補助燃料に利用されたり、ついで、埋立処分場３６で水銀、鉛等の重金属吸着材に利用されるが、炭化・賦活設備１０からの活性炭化物は、下水処理場内で、上述の噴流式吸着装置３８に利用され、場内で発生する臭気ガスの脱臭装置用吸着材として有効利用される。本実施の形態では、噴流式吸着装置３８の集塵機４０としてバグフィルターを用いている。
噴流式吸着装置３８で脱臭処理に使用された吸着材（活性炭化物）は、吸着能力のごく一部しか利用しないうちに交換され、吸着装置から排出後でも水系での吸着能力やその他の機能は十分保持しているため、例えば、濾過装置４２に投入して放流前の処理水の濾過助材として利用できる。さらに、濾過助材として使用した後の炭化物を曝気槽４４に投入してやれば、曝気槽４４での生物担体（生物活性剤）、後段の沈殿槽（終沈槽）４６での沈降促進剤、メタン発酵槽４８でのメタン発酵促進剤、脱水機３２での脱水助材といった、下水処理場におけるほとんどすべての水処理、汚泥処理の機能を向上させる効果を発揮する。
噴流式吸着装置、炭化・賦活設備、その他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）　噴流床と集塵装置を組み合わせた噴流式吸着装置とすることにより、粉末状であり、細孔分布が比較的大きく、吸着面積は比較的小さな吸着材を用いて、高効率な吸着性能を発揮することができる。
（２）　吸着材を連続的に補給することにより、常に新しい吸着表面が吸着に寄与できる構造である。また、吸着材の交換が連続的であり、自動化することができる。さらに、吸着材の補給速度、排出速度が容易に変えられる構造である。
（３）　連続的な吸着材の交換ができ、かつ、ガス性状と吸着材性能の組み合わせにより噴流床での接触と集塵機での接触のバランスを変えることで、幅広い成分に対応する吸着装置を提供することができる。
（４）　例えば、定常的に排出される有機性廃棄物からの炭化物吸着材など、吸着性能はやや劣るが安価に大量に利用できる吸着材を用いて、高度な吸着処理、脱臭処理、ガス精製等を実現することができる。
（５）　従来は複数の吸着除去装置等が必要とされた設備においても、１つの噴流式吸着装置で処理が可能であり、建設費や維持管理費を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による噴流式吸着装置を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態による噴流式吸着装置を示す概略構成説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態による噴流式吸着装置を示す概略構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態による噴流式吸着装置を利用したメタン発酵システムを示す系統的概略構成説明図である。
【図５】本発明の実施の第５形態による噴流式吸着装置を利用した下水処理システムを示す系統的概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０　炭化・賦活設備
１２　吸着材貯留部
１４　噴流接触部
１６、２８、４０　集塵機
１８、２２　切り出し装置
２０　散気管
２４　排風機
２６、４８　メタン発酵槽
３０、３８　噴流式吸着装置
３２　脱水機
３４　ごみ焼却炉
３６　埋立処分場
４２　濾過装置
４４　曝気槽
４６　後段の沈殿槽（終沈槽）
【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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