(57)【要約】【課題】  脱水後の脱水ケーキの水分含量を変動させることなくほぼ一定に保持することができ、且つ高い脱水率が得られるようにした脱水装置を提供する。【解決手段】  脱水装置１８は、スクリュー本体２８と脱水ドラム２３を備え、脱水ドラム２３の一端側には供給口２１０が設けられ、脱水ドラム２３の他端側には制御装置によって開度の制御が可能とされた押し板３０が設けられると共に押し板３０の押圧力を検出する圧力検出器４０が設けられ、スクリュー羽根２９が被処理物を送り出す圧力と押し板３０の押圧力とのバランスを調整することによって所定の脱水率に調整された脱水ケーキを生成し排出する脱水装置において、制御装置２０は、押し板３０の押圧力を脱水ケーキの脱水率が所定の脱水率となるように予め設定された設定値を維持するように押し板３０の開度を制御することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のスクリュー羽根が配設されたスクリュー本体の外側に当該スクリュー本体と同軸に設けられると共に多数の微細孔が設けられた脱水ドラムを備え、前記脱水ドラムの一端側には被処理物を前記スクリュー本体と前記脱水ドラムとの間に供給する供給口が設けられ、開放されて形成された前記脱水ドラムの他端側には制御装置によって開度の制御が可能とされた押し板が設けられると共に前記押し板の押圧力を検出する圧力検出器が設けられ、前記スクリュー本体の回転によって前記スクリュー羽根が前記被処理物を前記押し板側に送り出す圧力と前記押し板の押圧力とのバランスを調整することによって前記被処理物から水分を脱水して所定の脱水率に調整された脱水ケーキを生成しつつ前記脱水ドラムの開放された前記他端側と前記押し板との間に隙間を形成することにより前記脱水ケーキを外部に排出する脱水装置において、
前記制御装置は、前記押し板の押圧力を前記脱水ケーキの脱水率が所定の脱水率となるように予め設定された設定値を維持するように前記押し板の開度を制御することを特徴とする脱水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脱水装置において、
前記制御装置は、前記押し板の押圧力が前記設定値よりも高いときには前記押し板の開度を広げ、前記押圧力が設定値よりも低いときには前記押し板の開度を狭くするようにして前記押し板の押圧力を制御することを特徴とする脱水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分を含む被処理物から水分を脱水する脱水装置に関し、特に、スクリュープレスを用いて脱水を行う脱水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃水、家庭廃水等は、一般的に８５％以上の水分と固形分を含むことから固形分を脱水ケーキとして再利用し或いは産業廃棄物として処分するには、水分が少なくとも８０％以下となるように脱水する必要がある。また、産業廃棄物として焼却処分するような場合には水分を７０％以下にする必要がある。
【０００３】
従来、産業廃水や家庭廃水等に対する脱水は、廃水を沈殿槽に入れて予め固形分を沈殿させ、その後に沈殿物に対してスクリュープレスやベルトプレスによって脱水を行うのが一般的な方法であった。しかし、これらの方法は、システム構成及び保守が簡単になるという特長を有するものの、処理時間が長くなり、大量の廃水を短時間に処理できないという問題があった。そのため、沈殿槽に凝集剤を添加して凝集させ、更には、凝集によって得られたフロックに古紙を原料にした脱水補助剤（脱水助剤ともいう）を添加して脱水を行うことが行われている。このような方法によって、飛躍的に脱水効率を高めることが可能になったものの、脱水率を高めるためには大量に脱水補助剤を用いる必要があった。
【０００４】
脱水ケーキの脱水率、言い換えれば水分含量、を下げるための脱水補助剤としては、機械的剪断によりメカノケミカル活性が付与された径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍの微細パルプ繊維からなる高活性セルロースファイバーによるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、出願人は脱水システムを開発し、特許出願を行った（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４８３３７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５６４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の脱水装置は、廃水処理における沈殿物などの被処理物を加圧することによって脱水を行うものであるが、連続的に脱水するための被処理物に対する加圧調整は必ずしも容易ではなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、被処理物、例えば、廃水を処理することによって得られた沈殿物に加わる圧力を一定に保持することにより被処理物の水分含量を変動させることなくほぼ一定の脱水率が得られるような脱水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、外周面に螺旋状のスクリュー羽根が配設されたスクリュー本体の外側に当該スクリュー本体と同軸に設けられると共に多数の微細孔が設けられた脱水ドラムを備え、前記脱水ドラムの一端側には被処理物を前記スクリュー本体と前記脱水ドラムとの間に供給する供給口が設けられ、開放されて形成された前記脱水ドラムの他端側には制御装置によって開度の制御が可能とされた押し板が設けられると共に前記押し板の押圧力を検出する圧力検出器が設けられ、前記スクリュー本体の回転によって前記スクリュー羽根が前記被処理物を前記押し板側に送り出す圧力と前記押し板の押圧力とのバランスを調整することによって前記被処理物から水分を脱水して所定の脱水率に調整された脱水ケーキを生成しつつ前記脱水ドラムの開放された前記他端側と前記押し板との間に隙間を形成することにより前記脱水ケーキを外部に排出する脱水装置において、前記制御装置は、前記押し板の押圧力を前記脱水ケーキの脱水率が所定の脱水率となるように予め設定された設定値を維持するように前記押し板の開度を制御することを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脱水装置において、前記制御装置は、前記押し板の押圧力が前記設定値よりも高いときには前記押し板の開度を広げ、前記押圧力が設定値よりも低いときには前記押し板の開度を狭くするようにして前記押し板の押圧力を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の脱水装置によれば、脱水後の被処理物の水分含量をほぼ一定に保持しつつ、連続的に脱水を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る脱水装置の一実施形態を備えた脱水システムのブロック図である。
【図２】脱水装置の概略構成を示す正面一部断面図である。
【図３】押し板の他の構成を示す詳細断面図である。
【図４】本発明に係る脱水装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［脱水システムの構成］
本発明に係る脱水装置について、この脱水装置を備えた脱水システムに基づいて以下図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係る脱水装置の一実施形態を備えた脱水システムのブロック図である。図示された脱水システム１は、概略として、固形分を含む廃水を貯留する廃水槽１０と、脱水補助剤を貯留する脱水補助剤貯留槽１４と、脱水補助剤貯留槽１４に貯留された脱水補助剤を溶解する脱水補助剤溶解装置１５と、廃水槽１０から送られてくる廃水に脱水補助剤溶解装置１５から送られてくる脱水補助剤を添加混合すると共にｐＨ調整剤を添加してｐＨの調整を行う第１，第２の混和凝集槽１１，１２と、第１，第２の混和凝集槽１１，１２へさらに凝集剤を供給する凝集剤供給装置１３と、凝集剤によってフロック化した沈殿物を濃縮する第１，第２の濃縮機１６，１７を備えており、そして、第１の濃縮機１６によって濃縮された沈殿物を脱水する第１の脱水装置１８と、第２の濃縮機１７によって濃縮された汚泥を脱水する第２の脱水装置１９が配置されている。また、第１，第２の脱水装置１８，１９は、後述する押し板３０の動作を制御する制御装置２０と、第１，第２の脱水装置１８，１９の押し板３０への押圧力を検出する圧力検出器４０と、第１，第２の脱水装置１８，１９のスクリュー本体２８の後端に対する押し板３０の距離である開度（図３における開度４３）を検出する測長センサである開度検出器４１と、制御装置２０に接続されて、設定内容、制御内容、動作状態等の各種の情報を表示する表示装置４２とを備えて構成されている。
【００１３】
廃水槽１０は、産業廃水、家庭廃水等の固形分を含む廃水を貯留する槽であり、貯留される廃水には、例えば０．６〜１．０％の汚泥等の固形分が含まれている。脱水補助剤貯留槽１４には、例えば、５０メッシュの杉粉、古紙、サトウキビ粕、竹粉等の粉末セルロースが脱水補助剤として貯留されている。脱水補助剤溶解装置１５は、スクリュー等の撹拌手段を備えており、脱水補助剤貯留槽１４から順次切り出されてくる脱水補助剤を撹拌して水に分散又は溶解させる装置である。第１，第２の混和凝集槽１１，１２では、廃水槽１０から送られてきた廃水に脱水補助剤溶解装置１５から送られてきた脱水補助剤が添加される。尚、脱水補助剤は廃水の固形分に対して１０〜２０重量％が添加される。さらに、第１，第２の混和凝集槽１１，１２では廃水に、例えばポリ硫酸第二鉄溶液等のｐＨ調整剤を添加することによって、廃水のｐＨをｐＨ６．０〜７．０をｐＨ３．５〜４．０に調整する。そして、凝集剤供給装置１３から送られてくるｐＨ調整された廃水に、例えば高分子ポリマー等の高分子凝集剤を添加することによりフロックが形成され、沈殿物（以下「汚泥」という）が生成される。この汚泥は第１，２の濃縮機１６，１７によって濃縮されて図２に示す第１，第２の脱水装置１８，１９の供給口２１０へ供給される。
【００１４】
［脱水装置の構成］
図２は第１の脱水装置１８の概略構成を示す正面一部断面図である。すなわち、図中の一部を断面図で示すものである。尚、第１の脱水装置１８と第２の脱水装置１９とは構成が同じであり、ここでは第１の脱水装置１８に基づいて説明する。
【００１５】
図示された第１の脱水装置１８は、概略として、例えば蒲鉾形の外形形状を有するケーシング２１と、ケーシング２１内に複数のスタンド２２を介して設置されると共に汚泥（脱水補助剤を含む）が供給される供給口２１０を有した脱水ドラム２３と、脱水ドラム２３の中心に横設されたスクリュー軸２４と、スクリュー軸２４の長手方向両端側に配置され、スクリュー軸２４を軸支する軸受２５，２６と、軸受２５を保持するスタンド２７と、外周面に螺旋状に形成されたスクリュー羽根２９を備えスクリュー軸２４の回転に伴って回転するスクリュー本体２８と、スクリュー本体２８の後端（脱水ケーキ出口端）と脱水ドラム２３の後端との間に介在するようにしてスクリュー本体２８の後端に取り付けられた円環形状の押し板３０と、ケーシング２１の後端側端部の蓋及び軸受として機能する蓋部材３１と、シャフト３２１の先端側が押し板３０を押圧可能にして蓋部材３１に設けられた油圧シリンダ３２と、スクリュー軸２４の端部（左側端）に設けられたスプロケット３３と、油圧シリンダ３２を駆動する油圧ポンプユニット３４と、スクリュー軸２４を回転させるスクリュー軸駆動機３５と、スクリュー軸駆動機３５の回転軸３５０に設けられたスプロケット３６と、スプロケット３３とスプロケット３６との間に架け渡される２つのチェーン３７と、例えばロードセルからなる上記した圧力検出器４０と、測長センサからなる上記した開度検出器４１を備えている。測長センサには種々の構成のものがあるが、例えば投光器から投光された平行な光を受光器で検知する際に受光量の変化から遮光物体の大きさを検知する。
【００１６】
ケーシング２１は、底面に汚泥から脱水された水分（液体）を集めてドレイン２１２から排出する中央が低く形成されて断面略Ｖ字形状をした排水パン２１１が設けられていると共に、螺旋状のスクリュー羽根２９の回転によってスクリュー本体２８の後端側へ搬送された汚泥から水分が脱水された状態の脱水ケーキが排出される排出スペース３８が設けられている。排出スペース３８からケーシング２１の外に排出された脱水ケーキは、図示しないベルトコンベアによって移送されるようになっている。
【００１７】
脱水ドラム２３は略円筒形状を成し、その周面には円環状の多数の仕切部材２３１が所定間隔に設けられており、その内部を貫通するようにして配設されたスクリュー本体２８の外周面と脱水ドラム２３の内周面との間に供給口２１０から供給された汚泥が収容されるようになっている。また、脱水ドラム２３の周面には、汚泥から脱水された水分を外部へ排出するための微細孔（図示せず）が多数設けられている。これにより、汚泥はスクリュー羽根２９の回転によってスクリュー本体２８の終端側へ向かって搬送されると共に次々と搬送されてくる汚泥によって圧縮され、その圧力によって汚泥から絞り出された水分は脱水ドラム２３の周面に穿設された図示しない微細孔から脱水ドラム２３の外へ排出される。スクリュー本体２８は、供給口２１０側の径が小さく、押し板３０側に向かって次第に径が大きくなるようにして形成されており、スクリュー本体２８と脱水ドラム２３との間の隙間は相対的に狭くなっている。
【００１８】
スクリュー軸駆動機３５は動力源であるモーターの回転をスプロケット３６に伝達し、これよりも大きい直径を有するスプロケット３３にチェーン３７を介して回転力を伝達することにより、スクリュー軸２４は減速して回転する。
【００１９】
押し板３０は、脱水ドラム２３の後端の開口を密閉可能に配置された略円環形状の金属板であり、スクリュー本体２８の終端側（脱水ケーキの出口端）に配置され、略円環状の内側開口面がスクリュー本体２８の外周面に沿って軸方向へ摺動可能とされている。押し板３０は油圧シリンダ３２のシャフト３２１の先端面と連結された状態でスクリュー本体２８の後端に外嵌されている。この押し板３０と脱水ドラム２３との間の間隙が脱水ケーキの出口となる。そして、押し板３０をスクリュー軸２４に沿って左右方向に移動させて押し板３０と脱水ドラム２３との開度を適宜に調整することにより押し板３０の押圧力を一定に保ち、汚泥を脱水した後の脱水ケーキの水分含量を調整することが可能となる。
【００２０】
尚、上記構成においては、押し板３０はスクリュー本体２８の外周面を液密状態で摺動可能とされているが、押し板３０をスクリュー本体２８の外周面に固定すると共にスクリュー本体２８を軸方向へ可動可能に構成することによっても押し板３０と脱水ドラム２３との間の隙間の開き具合を調整することができる。
【００２１】
一方、図３に示す押し板３０は、略円環状に形成された内側開口面をスクリュー軸２４が挿通されるようにして取り付けられており、その断面形状は脱水ドラム２３側に向かって狭くなった切頭円錐形状とされ、脱水ドラム２３の開口部を閉塞可能に形成されている。そして、油圧シリンダ３２は、油圧ポンプユニット３４に含まれる油圧ポンプ４６によって駆動され、この油圧ポンプ４６には圧力計４７が取り付けられている。図２に示す押し板３０と図３に示す押し板３０とは取り付けられている位置が異なるものの、その動作及び機能は同様である。
【００２２】
制御装置２０は、油圧ポンプユニット３４から油圧シリンダ３２へ送る油圧を調整することにより押し板３０の開度を制御する。すなわち、油圧シリンダ３２には、例えばロードセルからなる上記した圧力検出器４０が設けられると共に、押し板３０と脱水ドラム２３との間の間隙を検出する測長センサからなる上記した開度検出器４１が設けられており、圧力検出器４０及び開度検出器４１は制御装置に２０に接続されている。ここで、汚泥を脱水した脱水ケーキの水分含量が低くなると脱水ケーキは硬くなるのでこの状態のままで脱水を継続すると内圧が次第に高まり脱水ケーキの脱水率がどんどん高くなってしまうことから内圧が高まってきた場合には内圧を低くする必要がある。一方、脱水ケーキの水分含量が高い場合には脱水率が低く内圧が低い状態になるので内圧を高くする必要がある。そこで、制御装置２０は、圧力検出器４０によって脱水ドラム２３内の内圧、すなわち、押し板３０の押圧力を常に監視し、脱水ドラム２３内の内圧が所定の設定値よりも高くなった場合には、押し板３０と脱水ドラム２３との間の開度を広くして油圧シリンダ３２による押圧力を下げ、脱水ドラム２３内の内圧が所定の設定値よりも低くなった場合には押し板３０と脱水ドラム２３との間の開度を狭くして油圧シリンダ３２による押圧力を上げるように制御する。尚、この開度は開度検出器４１によって監視される。
【００２３】
［脱水装置の動作］
次に、上述した脱水装置の動作について説明する。初めに、第１，第２の脱水装置１８，１９を備えた脱水システム１において脱水補助剤貯留槽１４に貯留されている脱水補助剤を脱水補助剤溶解装置１５において水に分散させ又は溶解させる。また、凝集剤供給装置１３には高分子凝集剤を収容する。そして、廃水槽１０から約０．６〜１．０％の固形分を含む廃水を第１，第２の混和凝集槽１１，１２へそれぞれ供給すると共に、脱水補助剤溶解装置１５から脱水補助剤の水溶液を廃水の固形分に対して１０〜２０重量％添加する。また、廃水に対して水酸化ナトリウム溶液又はポリ塩化硫酸第二鉄溶液等のｐＨ調整剤を添加する。これにより、第１，第２の混和凝集槽１１，１２において廃水槽１０から送られてきた廃水のｐＨ６．０〜７．０がｐＨ３．５〜４．０に調整される。さらに、凝集剤供給装置１３から凝集剤（高分子凝集剤、例えば、ポリマー等）を添加することによりフロックを生成する。
【００２４】
次に、フロックが生成された廃水を第１，第２の濃縮機１６，１７に送り、濃縮して汚泥を生成する。そして、この汚泥を第１，第２の脱水装置１８，１９の供給口２１０から内部へ供給する。以下においては、第１の脱水装置１８の動作について説明する。
【００２５】
図２に示す第１の脱水装置１８ではスクリュー軸駆動機３５の駆動によってスクリュー軸２４に回転が伝達されることにより、スクリュー本体２８が回転している。供給口２１０に供給された汚泥は、スクリュー本体２８の回転に伴ってスクリュー羽根２９により形成された螺旋溝２９１内に押し込まれる（図２参照）。そして、汚泥はスクリュー２８の回転によって螺旋溝２９１内をスクリュー本体２８の後端側（図２の左端側）に向かって搬送され、その過程でスクリュー羽根２９によって圧縮される。このとき、押し板３０は油圧シリンダ３２によって図２における右側へ所定の圧力で押圧されているので汚泥はスクリュー羽根２９の回転による圧縮によって汚泥内の水分は脱水される。汚泥から脱水された液体は脱水ドラム２３に設けられている多数の微細孔を通して脱水ドラム２３の外に排出され、更に、仕切部材２３１を伝って排液パン２１１へ落下して排液パン２１１の下部のドレイン２１２に集まり、このドレイン２１２から図示しない廃水槽等へ排出される。
【００２６】
このように、汚泥がスクリュー本体２８の螺旋溝２９１に進入し、螺旋溝２９１内に徐々に詰め込まれることにより、その押圧力によって汚泥内の水分が脱水ドラム２３側へ押し出され、徐々に脱水が進行し、スクリュー本体２８の左側端に到達する頃には汚泥は脱水ケーキとなり、その脱水率は７０％以下になっている。
【００２７】
［脱水装置の制御］
次に、脱水装置の制御及びそれに伴う動作について説明する。図４は脱水装置の制御を示すフローチャートである。まず、押し板３０の圧力値（初期値）を設定する（Ｓ１）。初期値として、例えば、脱水ケーキの脱水率が７０％程度になるような圧力値に設定する。そして、油圧ポンプユニット３４を稼働させ、脱水装置１８を起動する。
【００２８】
脱水装置１８から所定の脱水率に達した脱水ケーキが排出されたらそのときの押圧力を圧力検出器４０によって検知し、その押圧力を制御装置２０に設定値として取り込む（Ｓ２）。尚、脱水率は以下の計算式によって算出できる。
脱水率＝［（脱水前の質量−脱水後の質量）／脱水前の質量］×１００
【００２９】
そして、制御装置２０は圧力検出器４０による押し板３０の押圧力が設定値として取り込まれた値に到達したか否かを判定する（Ｓ３）。設定値である場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）は押し板３０が好ましい開度となっており、脱水ケーキは押し板３０による隙間を通して排出スペース３８内へ脱水ケーキとして連続的に排出される（Ｓ４）。さらに、脱水ケーキは図示しないベルトコンベアによって所定の場所へ搬送される。
【００３０】
脱水ケーキの生成が進む過程で、螺旋溝２９１に詰め込まれる汚泥のねじ込み圧力によって押し板３０にかかる圧力が設定値より高くなってきた場合には脱水率も高まる（Ｓ５：「高い」）ので押し板３０の開度４３を広げて押し板３０の押圧力の設定値の維持を図る（Ｓ６）。一方、押し板３０にかかる圧力が設定値より低くなってきた場合には脱水率も低くなる（Ｓ５：「低い」）ので押し板３０の開度４３を狭くして押し板３０の押圧力の設定値の維持を図る（Ｓ７）。そして、上記Ｓ５，Ｓ６による処理に対し、圧力検出器４０による押圧力が設定値に回復したか否かが判定される（Ｓ８）。押圧力が設定値であった場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）にはそのまま動作を維持する（Ｓ９）。一方、設定値でない場合（Ｓ８：Ｎｏ）には、処理を上記Ｓ５へ移行し、以後の処理を再実行する。脱水ケーキの生成処理（脱水）が終了したら（Ｓ１０：Ｙｅｓ）全ての処理を終了し、続行であれば（Ｓ１０：Ｎｏ）処理を上記Ｓ５へ戻して以後の処理を再実行する。
【００３１】
尚、開度４３は任意設定が可能であり、運転中の脱水ケーキの含水率が所定含水率以下又は以上によっては開度４３又は押し付け力の変更も可能である。さらに、スクリュー駆動機３５の電流値が定格値に達した場合、開度４３を最大値まで開けて過負荷運転対策をとることとし、また、電流値が定格以下になって安定した時点で再度初期設定に復帰させる。
【００３２】
［実施形態における効果］
上記実施形態によれば、脱水装置の押圧力が所望の値になるように押し板３０の開度を制御して脱水率を調整できるようにしたので、脱水ケーキの水分含有率を一定に保持できるとともに高い脱水率が得られるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、汚泥を含む廃水に代えて、多量の水分と固形分からなる液体を脱水して固形分をケーキ化する場合にも適用可能である。
［他の実施の形態］
【００３４】
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、混和凝集槽、濃縮機及び脱水装置からなる２系統の構成にしたが、１系統でもよいし、３系統以上でもよい。
【００３５】
また、第１，第２の脱水装置１８，１９は、横形の構成を示したが、縦形であってもよい。そして、脱水装置の台数は１台でもよいし３機以上であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１      脱水システム
１０    廃水槽
１１    第１の混和凝集槽
１２    第２の混和凝集槽
１３    凝集剤供給装置
１４    脱水補助剤貯留槽
１５    脱水補助剤溶解装置
１６    第１の濃縮機
１７    第２の濃縮機
１８    第１の脱水装置
１９    第２の脱水装置
２０    制御装置
２１    ケーシング
２２    スタンド
２３    脱水ドラム
２４    スクリュー軸
２５，２６    軸受
２７    スタンド
２８    スクリュー本体
２９    スクリュー羽根
３０    押し板
３１    蓋部材
３２    油圧シリンダ
３３    スプロケット
３４    油圧ポンプユニット
３５    スクリュー軸駆動機
３６    スプロケット
３７    チェーン
３８    排出スペース
３９    隙間
４０    圧力検出器
４１    開度検出器
４２    表示装置
４６    油圧ポンプ
４７    圧力計
２１０  供給口
２１１  排液パン
２１２  ドレイン
２３１  仕切部材
２９１  螺旋溝
３２１  シャフト
３５０  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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