(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥物を含む被処理水が貯留される貯留部と、
前記貯留部よりも上流において被処理水の夾雑物除去処理、嫌気性処理及び好気性処理を順次行なう上流の処理部と、
前記上流の処理部のうち前記好気性処理を行なう処理部にて処理された水が前記貯留部の底部領域へと流入する流入口と、
前記貯留部において沈降分離された汚泥物を当該貯留部自体に設けられた前記底部領域に寄せ集めるべく、水平方向に関する断面積が前記底部領域に向かうにつれて徐々に小さくなるように配設された３面の傾斜面を有し、且つ、これら３面の傾斜面のそれぞれが前記貯留部と前記上流の処理部のうち前記好気性処理を行なう処理部とを区画するホッパーと、
前記貯留部の前記底部領域に吸入口が配置され、前記流入口から前記貯留部に流入した被処理水の一部を、前記ホッパーによって前記底部領域に寄せ集められた汚泥物とともに前記吸入口から吸入して前記上流の処理部のうち前記夾雑物除去処理を行なう処理部へと移送するエアリフトポンプと、
を備える構成であることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載した汚水処理装置であって、
前記エアリフトポンプは、当該汚水処理装置の運転中において連続的に運転制御されることによって前記底部領域における汚泥物の堆積を阻止可能であることを特徴とする汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水の処理を行う汚水処理装置に係り、詳しくは汚泥やＳＳなどの汚泥物を合理的に分離・除去処理する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般家庭等から排出される汚水や、産業廃水等の処理を行う汚水処理装置につき、被処理水の一次処理として、被処理水に含まれる汚泥やＳＳなどの汚泥物を分離・除去する種々の技術が知られている。
例えば、被処理水中の汚泥物を沈殿槽の槽底部に沈降させて分離し、分離後の汚泥物を除去する構成の処理装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。この処理装置では、沈殿槽内の上部へ流入した被処理水中の汚泥物は、槽底部へと沈降して分離される一方、沈降分離された汚泥物がポンプを介して排出され、例えば沈殿槽よりも上流の処理槽へと返送されるようになっている。ところで、このような処理装置では、沈殿槽において分離された汚泥物が確実に除去されないと、沈殿槽内においてスカム（浮上性汚泥）が発生することとなる。また、汚泥物を沈殿槽よりも上流の処理槽へと返送する構成では、沈殿槽内の被処理水が上流側へと循環されることによって沈殿槽における被処理水の滞留時間が短くなり、汚泥物の所望の分離効率を得るのに限界がある。従って、このような処理装置においては、被処理水中の汚泥物を確実に分離・除去して、スカム（浮上性汚泥）の発生を防止する技術に対する要請がある。
【特許文献１】特開平１１−３００３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、汚泥物を含む被処理水を処理する汚水処理装置において、被処理水中の汚泥物を確実に分離・除去するのに有効な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明が構成される。なお、本発明は、一般家庭等から排出される汚水や、産業廃水等の処理を行う技術であって、特に、被処理水に含まれる汚泥やＳＳなどの汚泥物を分離・除去処理する技術として有効である。
【０００５】
（本発明の第１発明）
本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの汚水処理装置である。請求項１に記載のこの汚水処理装置は、少なくとも貯留部、上流の処理部、流入口、ホッパー、エアリフトポンプを備える。
貯留部は、流入口から流入した、汚泥物を含む被処理水（汚水）を貯留する機能を有する領域である。この貯留部の被処理水に含まれる汚泥物の典型例としては、汚泥（沈降性汚泥）やＳＳなどの汚泥物がある。貯留部に被処理水が貯留されることで、当該被処理水中の汚泥物は沈降分離されて貯留部底部へと移動する。
上流の処理部は、貯留部よりも上流において被処理水の夾雑物除去処理、嫌気性処理及び好気性処理を順次行なう処理部とされる。ホッパーは、貯留部において沈降分離された汚泥物を当該貯留部自体に設けられた底部領域に寄せ集めるべく、水平方向に関する断面積が底部領域に向かうにつれて徐々に小さくなるように配設された３面の傾斜面を有し、且つ、これら３面の傾斜面のそれぞれが前記貯留部と前記上流の処理部のうち前記好気性処理を行なう処理部とを区画する。流入口は、上流の処理部のうち前記好気性処理を行なう処理部にて処理された水が貯留部の底部領域へと流入する流入口として構成される。エアリフトポンプは、貯留部の底部領域に吸入口が配置され、流入口から貯留部に流入した被処理水の一部を、ホッパーによって底部領域に寄せ集められた汚泥物とともに吸入口から吸入して上流の処理部のうち夾雑物除去処理を行なう処理部へと移送するエアリフトポンプとして構成される。
【０００６】
請求項１に記載のこのような構成によれば、ホッパーによって底部領域に寄せ集められる汚泥物を、貯留部に長時間堆積させることなくエアリフトポンプによって確実に排出することで、汚泥物からスカム（浮上性汚泥）が形成されるのを阻止することが可能となる。
また、貯留部の被処理水を上流の処理部へと返送する構成では、貯留部に循環される被処理水が当該貯留部における滞留時間（水理学的滞留時間）を短くする要因となるが、本発明の如く上流の処理部にて処理された後に貯留部の底部領域へと流入した被処理水の一部をエアリフトポンプによって上流の処理部へ移送することによって、滞留時間が短くなるのを極力抑えることが可能となる。これにより、貯留部における分離効率が低下するのを防止して本来の汚泥物の分離機能を維持することができる。
【０００７】
（本発明の第２発明）
本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの汚水処理装置である。
請求項２に記載の汚水処理装置では、請求項１に記載の構成において、エアリフトポンプは、当該汚水処理装置の運転中において連続的に運転制御されることによって底部領域における汚泥物の堆積を阻止可能となっている。典型的には、エアリフトポンプによる排出速度を、ホッパーを介して底部領域に寄せ集められた汚泥物がそのまま排出されるような速度以上に制御する。これにより、底部領域に汚泥物が全く堆積しない状態を形成させることが可能となり、スカムの形成を確実に防止することができる。エアリフトポンプのこのような制御は、エアリフトポンプによる排出速度を一定とした簡便な制御となる。
請求項２に記載のこのような構成によれば、請求項１における作用効果を奏するうえに、エアリフトポンプの簡便な制御によって汚泥物の排出を確実に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、特に、貯留部の底部領域に吸入口が配置されたエアリフトポンプによって、流入口から貯留部に流入した被処理水の一部を、ホッパーによって底部領域に寄せ集められた汚泥物とともに吸入口から吸入して上流の処理部のうち夾雑物除去処理が行なわれる処理部へと移送することによって、被処理水中の汚泥物を確実に分離・除去することが可能とされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明における「汚水処理装置」の一実施の形態である汚水処理槽１００の構成等を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１には、本発明における汚水処理装置の一実施の形態の汚水処理槽１００の処理フローが示され、図２には、汚水処理槽１００の内部構成が模式的に示される。また、図３は図２中のＡ−Ａ線における汚水処理槽１００の断面構造を示す図であり、図４は図２中のＢ−Ｂ線における汚水処理槽１００の断面構造を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態の汚水処理槽１００は、処理槽本体１０１内に、夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触ばっ気槽１５０、沈澱槽１７０、消毒槽１９０を主体とした処理構成要素を収容する。汚水処理槽１００へ流入した汚水（被処理水）は、上記の各処理構成要素を経て処理され、処理後の水は消毒槽１９０から汚水処理槽１００外へ放流されるようになっている。なお、本実施の形態では、各槽において処理される汚水（被処理水）および当該汚水を処理する処理過程において流れる水を「被処理水」ないし「水」と記載する。
【００１１】
図２〜図４に示すように夾雑物除去槽１１０は、処理槽本体１０１の最上流部に配置されており、流入口１０２を通じて当該夾雑物除去槽１１０に被処理水（汚水）が流入する構成になっている。この汚水中には、汚泥（沈降性汚泥）やＳＳなどの固形物（以下、「汚泥物」という）が含まれる。この夾雑物除去槽１１０は、被処理水中に含まれる夾雑物を、流入バッフル１１２を用いて被処理水から分離させるための処理を行う槽であり、被処理水の固液分離機能を果たす。夾雑物除去槽１１０において夾雑物の除去処理がなされた水は、移流バッフル１３１、次いで移流開口１１４を通じて嫌気濾床槽１３０へと移流する。
【００１２】
嫌気濾床槽１３０は、被処理水中の有機汚濁物質を嫌気性処理（還元）する機能を有する処理槽であり、移流開口１１４から流入した被処理水が作用する移流バッフル１３２、所定量の濾材Ｃ１が充填された濾床１３４を備えている。濾床１３４の濾材Ｃ１には、有機汚濁物質を嫌気性処理（還元）する嫌気性微生物が付着する。この嫌気性処理によってＢＯＤの低減と汚泥物の減量化が図られる。この嫌気濾床槽１３０で処理された水は、移流開口１３８を通じて接触ばっ気槽１５０へと移流する。
【００１３】
接触ばっ気槽１５０は、被処理水の好気性処理（酸化）及び濾過処理を行う機能を有する処理槽であり、接触材Ｃ２が充填された接触材充填部１５２、好気濾材Ｃ３が充填された好気濾材充填部１５４、散気装置１５６を備えている。接触材充填部１５２では、接触材Ｃ２に付着した好気性微生物が被処理水と接触することによって被処理水中の有機汚濁物質を好気性処理（酸化）する。好気濾材充填部１５４では、被処理水中のＳＳ（浮遊物質）を好気濾材Ｃ３により濾過処理する。散気装置１５６は、図２中のブロワ２００から供給されたエアを接触ばっ気槽１５０内へ供給する機能を有する。この接触ばっ気槽１５０で処理された水は、当該接触ばっ気槽１５０の槽底部と、沈殿槽１７０の槽底部とを連通する移流開口１５８を通じて沈殿槽１７０へと移流する。
なお、図２中の制御部２１０は、ブロワ２００へ制御信号を送ることによって当該ブロワ２００の運転を制御する機能を有し、当該ブロワ２００から散気装置１５６や後述する循環エアリフトポンプ１７２へ供給されるエア量などを調整することが可能となっている。
【００１４】
沈殿槽１７０は、移流開口１５８を通じて流入した被処理水を貯留させ、被処理水中の汚泥物を沈降分離し、除去する機能を有する処理槽であり、循環エアリフトポンプ１７２、ホッパー１７４を備えている。この沈殿槽１７０が本発明における「貯留部」に対応しており、移流開口１５８が本発明における「流入口」に対応している。
循環エアリフトポンプ１７２は、エア駆動式のポンプであり、図２中のブロワ２００から供給されたエアによって駆動する。この循環エアリフトポンプ１７２は、その吸入口１７２ａが当該沈殿槽１７０の槽底部（後述する底部領域１７４ｂ）に配置され、その吐出口１７２ｂが夾雑物除去槽１１０の上方に配置される構成になっている。従って、この循環エアリフトポンプ１７２は、沈殿槽１７０の汚泥や水を沈殿槽１７０の槽底部から抜き抜いて、沈殿槽１７０の「上流の処理部」である夾雑物除去槽１１０へと移送（返送）し循環させる機能を有する。すなわち、本実施の形態の循環エアリフトポンプ１７２は、沈殿槽１７０の底部の汚泥物を吸入口１７２ａ（本発明における「吸入部」）から吸入して排出する機能と、沈殿槽１７０に流入した被処理水を吸入口１７２ａ（本発明における「吸入部」）から吸入して沈殿槽１７０よりも上流の夾雑物除去槽１１０へ返送する機能の両機能を兼ね備えており、本発明における「排出手段」、「返送手段」、「移送手段」を構成する。
ホッパー１７４は、板状片を傾斜配置し、水平方向に関する断面積が槽底部に向かうにつれて徐々に小さくなるように構成されており、槽底部へ沈降する汚泥物を後述する底部領域１７４ｂに寄せ集める機能を有する。このホッパー１７４が本発明における「寄せ集め手段」を構成する。
【００１５】
消毒槽１９０は、沈殿槽１７０から流入した水を消毒処理する機能を有する処理槽であり、消毒処理を行うための消毒剤（固形塩素剤）が充填された薬剤筒１９２を備えている。この消毒槽１９０において消毒処理された水は、放流口１０３を通じて汚水処理槽１００外へ放流される。
【００１６】
ここで、本実施の形態の汚水処理槽１００の特徴部分である沈殿槽１７０の詳細構成及び作用について図５を参照しながら説明する。図５には沈殿槽１７０における汚泥物の分離・除去処理の様子が模式的に示される。なお、図５では、接触ばっ気槽１５０及び沈殿槽１７０における水の流れを白抜き矢印で示し、沈殿槽１７０における汚泥物の流れを黒塗り矢印で示している。
【００１７】
図５に示すように、本実施の形態では、沈殿槽１７０において貯留された被処理水に含まれる汚泥物は、沈降分離によってホッパー１７４へ向けて下向きに移動したのち、本発明の「寄せ集め手段」としてのホッパー１７４の傾斜部（傾斜面）１７４ａにしたがって底部領域１７４ｂに寄せ集めされる。この底部領域１７４ｂが、本発明における「所定の底部領域」に相当する。
また、本実施の形態では、この底部領域１７４ｂに循環エアリフトポンプ１７２の吸入口１７２ａを配置するとともに、汚水処理槽１００の運転時は当該循環エアリフトポンプ１７２を連続的に運転（常時運転）するように制御される。これにより、底部領域１７４ｂに寄せ集められた汚泥物は、循環エアリフトポンプ１７２の吸入口１７２ａから吸入されて夾雑物除去槽１１０へと連続的に移送（返送）される。このときの循環エアリフトポンプ１７２の制御に関しては、その排出速度が底部領域１７４ｂに汚泥物が堆積する堆積速度以上となるような一定値に制御する。循環エアリフトポンプ１７２のこのような制御は、制御部２１０がブロワ２００に対し制御信号を出力することによって行われる。循環エアリフトポンプ１７２のこのような制御態様が、本発明における「底部領域における汚泥物の堆積を阻止可能に制御される。」との態様に相当する。
【００１８】
また、図５に示すように、本実施の形態では、更に循環エアリフトポンプ１７２の吸入口１７２ａを移流開口１５８の近傍に配置する構成としている。ここで移流開口１５８と、その近傍の吸入口１７２ａとの配置関係に関しては、「移流開口１５８を通じて沈殿槽１７０に流入した被処理水が当該沈殿槽１７０における実質的な滞留時間を短縮させない。」という条件のもとで設定されるのが好ましい。これにより、接触ばっ気槽１５０から移流開口１５８を通じて流入した流入直後の水は、底部領域１７４ｂに寄せ集められた汚泥物とともに、夾雑物除去槽１１０へと連続的に移送（返送）され、沈殿槽１７０の水は、当該沈殿槽１７０と夾雑物除去槽１１０との間で循環されることとなる。
【００１９】
上記のように、本実施の形態によれば、吸入口１７２ａが底部領域１７４ｂに配置された循環エアリフトポンプ１７２を連続的に運転することで、汚泥物をホッパー１７４の底部領域１７４ｂに堆積させることなく、沈殿槽１７０の槽底部から確実に排出して夾雑物除去槽１１０へ移送することができる。従って、底部領域１７４ｂに寄せ集められた汚泥物が堆積して当該汚泥物からスカム（浮上性汚泥）が形成されるのを阻止することが可能となる。特に、循環エアリフトポンプ１７２による排出速度を一定とした簡便な制御が可能となる。また、底部領域１７４ｂに汚泥が堆積しにくい構成とすることによって、ホッパー１７４の容積を固液分離のための領域として使用することができるため、沈殿槽１７０における固液分離性能の向上や沈殿槽１７０のコンパクト化を図ることが可能となる。また、スカム（浮上性汚泥）の発生が防止されることで、スカム分離用のバッフルの設置の必要が無くなるため装置コストを抑えるのに有効である。
なお、本実施の形態では、ホッパー１７４の底部領域１７４ｂの開口断面積を吸入口１７２ａの断面積の３〜３０倍、好ましくは５〜２０倍に設定することによって、吸入口１７２ａによる吸入力が高まり循環エアリフトポンプ１７２による汚泥物の排出効果がより確実なものとなる。
【００２０】
また、本実施の形態によれば、循環エアリフトポンプ１７２の吸入口１７２ａを移流開口１５８の近傍に配置することで、移流開口１５８を通じて沈殿槽１７０内の底部領域１７４ｂへと流入した水は、流入直後に循環エアリフトポンプ１７２によって積極的に引き抜かれて汚泥物とともに夾雑物除去槽１１０へと返送されることとなる。これにより、夾雑物除去槽１１０への水の循環により沈殿槽１７０における滞留時間（水理学的滞留時間）が実質的に短くなるのを、沈殿槽１７０への流入直後の水を返送することによって抑えることができ、汚泥物の分離効率が低下するのを防止することが可能となる。すなわち、本実施の形態では、上流槽との間で水を循環させる構成において懸念される滞留時間の低下を防止することによって、沈殿槽１７０における本来の汚泥物分離機能が確実に発揮できるようにしたのである。
【００２１】
また、本実施の形態によれば、沈殿槽１７０の底部領域１７４ｂから汚泥物を吸入して排出する機能と、移流開口１５８の近傍から被処理水を吸入して沈殿槽１７０よりも上流の夾雑物除去槽１１０へ返送する機能の両機能を、１つの循環エアリフトポンプ１７２を用いて行うことができるため合理的である。
【００２２】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００２３】
上記実施の形態において、更に沈殿槽１７０の上部（沈殿槽１７０における後段）に傾斜板や濾過部を設け、これら傾斜板や濾過部を用いて被処理水の固液分離を行うように構成することもできる。このような構成によれば、傾斜板や濾過部の逆洗後における剥離ＳＳを槽底部に効率的に集めて夾雑物除去槽１１０へ返送することができるため、汚泥物の移送効率が高まる。
【００２４】
また、上記実施の形態では、汚水処理槽１００の運転中は循環エアリフトポンプ１７２を常時運転するように制御したが、本発明では、循環エアリフトポンプ１７２を間欠運転するように制御してもよい。このとき、循環エアリフトポンプ１７２による汚泥物の排出速度は一定に制御してもよいし、可変に制御してもよい。また、例えば沈殿槽１７０の底部領域１７４ｂにおける汚泥物の堆積量や被処理水の水質（汚泥物の含有量）などを勘案して循環エアリフトポンプ１７２を一定時間ごとに所定時間、間欠的に運転するような制御を用いてもよい。これにより、沈殿槽１７０の底部領域１７４ｂに汚泥物が長時間堆積して当該汚泥物からスカム（浮上性汚泥）が形成されるのを防止することが可能となる。循環エアリフトポンプ１７２のこのような間欠制御において、底部領域１７４ｂの汚泥物に関しスカム（浮上性汚泥）を形成させない程度の短時間の堆積は許容する。
【００２５】
また、上記実施の形態では、夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触ばっ気槽１５０、沈殿槽１７０、消毒槽１９０を主体として構成される汚水処理槽１００について記載したが、本発明では、汚水処理槽１００を構成する各槽の種類、数、配置等は必要に応じて適宜変更可能である。例えば、上記実施の形態では沈殿槽１７０の上流に接触ばっ気槽１５０を配置する場合について記載したが、この接触ばっ気槽１５０にかえて、槽内を流動可能な粒状担体を用いて被処理水中の有機汚濁物質を好気性処理（酸化）する機能を有する処理槽、いわゆる担体流動生物濾過槽と称呼される処理槽を沈殿槽１７０の上流に配置してもよい。
【００２６】
また、上記実施の形態では、沈殿槽１７０の底部領域１７４ｂから汚泥物を吸入して排出する機能と、移流開口１５８の近傍から被処理水を吸入して沈殿槽１７０よりも上流の夾雑物除去槽１１０へ返送する機能の両機能を、１つの循環エアリフトポンプ１７２を用いて行う場合について記載したが、本発明ではこれら両機能をエアリフトポンプや水中ポンプなどの２つのポンプによって分担させることもできる。
【００２７】
ここで、図６及び図７を参照しながら、沈殿槽１７０の別の実施の形態の沈殿槽２７０及び沈殿槽３７０の構成を説明する。なお、図６及び図７において、図５に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すものとし、当該同一の構成要素についての詳細な説明は省略する。
図６に示す沈殿槽２７０では、循環エアリフトポンプ１７２が沈殿槽１７０の底部領域１７４ｂから汚泥物を吸入して排出する機能のみを有し、循環エアリフトポンプ１７２とは別の返送エアリフトポンプ２７２が、沈殿槽１７０の槽底部に形成された移流開口１５８の近傍において吸入部２７２ａから被処理水を吸入して夾雑物除去槽１１０へ返送する機能を有する構成としている。また、図７に示す沈殿槽３７０では、循環エアリフトポンプ１７２が沈殿槽１７０の底部領域１７４ｂから汚泥物を吸入して排出する機能のみを有し、循環エアリフトポンプ１７２とは別の返送エアリフトポンプ３７２が、沈殿槽１７０の槽上部（水面付近）に形成された移流開口１５８の近傍において吸入部２７２ａから被処理水を吸入して夾雑物除去槽１１０へ返送する機能を有する構成としている。すなわち、沈殿槽２７０と沈殿槽３７０とでは、返送エアリフトポンプの吸入部の位置及び移流開口１５８の位置のみが異なっている。
図６に示す沈殿槽２７０や図７に示す沈殿槽３７０を用いる場合であっても、本実施の形態の沈殿槽１７０を用いる場合と同様の前述の作用効果を奏することとなる。なお、沈殿槽２７０や沈殿槽３７０において、循環エアリフトポンプ１７２による返送先と、返送エアリフトポンプ２７２，３７２による返送先は同一の処理部であってもよいし、あるいは別の処理部であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明における汚水処理装置の一実施の形態の汚水処理槽１００の処理フローを示す図である。
【図２】本実施の形態の汚水処理槽１００の内部構成を模式的に示す図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線における汚水処理槽１００の断面構造を示す図である。
【図４】図２中のＢ−Ｂ線における汚水処理槽１００の断面構造を示す図である。
【図５】沈殿槽１７０における汚泥物の分離・除去処理の様子を模式的に示す図である。
【図６】沈殿槽１７０の別の実施の形態の沈殿槽２７０の構成を模式的に示す図である。
【図７】沈殿槽１７０の別の実施の形態の沈殿槽３７０の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００…汚水処理槽
１０１…処理槽本体
１０２…流入口
１０３…放流口
１１０…夾雑物除去槽
１１２…流入バッフル
１１４，１３８，１５８…移流開口
１３０…嫌気濾床槽
１３１，１３２…移流バッフル
１５０…接触ばっ気槽
１５２…接触材充填部
１５４…好気濾材充填部
１５６…散気装置
１７０…沈殿槽
１７２…循環エアリフトポンプ
１７２ａ…吸入口
１７２ｂ…吐出口
１７４…ホッパー
１７４ａ…傾斜部
１７４ｂ…底部領域
１９０…消毒槽
１９２…薬剤筒
２００…ブロワ
２１０…制御部
【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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