JP2008264739A - 濾過・殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大量の液体に対して、迅速・確実に濾過処理と殺菌処理を同時に行う。
【解決手段】外殻３０の内部には、円筒状の金属フィルタ１０が配置されている。金属フィルタ１０の閉塞板１１には超音波振動子２０が固着されており、超音波振動子２０は、超音波発振器２１から発振電流が供給されることにより超音波振動する。処理液が外殻３０内に供給されると、この処理液は、金属フィルタ１０を外周側から内周側に透過・流通することにより濾過される。また、金属フィルタ１０は、超音波振動子２０により超音波振動するため、金属フィルタ１０のメッシュ部を透過する処理液に超音波を確実に照射することができる。このため、メッシュ部を透過する処理液に含まれていた微生物は、超音波照射により生じたキャビテーション・バブルが崩壊するときの衝撃波を受けて破壊して死滅する。
【選択図】図１

Description

本発明は濾過・殺菌装置に関し、液体の濾過と殺菌を同時に行うことができ、しかも大量処理することができるように工夫したものである。

公衆浴場や、温泉や、プールや、クーリングタワー等では、水を循環して再利用しており、水耕栽培では養分を含んだ水溶液を循環して再利用している。
また豚舎などの家畜小屋や、食品加工工場からは大量の排水が出てくる。

このような各種の分野で使用される水には、使用により塵等（塵、汚濁物、垢、土砂など）や微生物（大腸菌、レジオネラ、クリプトスポリジウムなど）が混入されることがあるため、濾過をして塵等を除去するとともに微生物を殺菌してから、再利用したり外部に排出したりする必要がある。

従来では、「濾過」と「微生物の殺菌」は、それぞれ、別の処理工程であり、例えば、濾過処理をしてから、殺菌処理をし、その後に再利用や排出をしていた。

濾過処理手法としては、活性炭塔や、各種のフィルタや、沈殿槽などを使用して濾過をするものが知られている。

また微生物の殺菌をする手法としては、下記のものが知られている。
（１）塩素を投入して殺菌する。
（２）オゾンにより殺菌をする。
（３）紫外線を照射して殺菌する。
（４）超音波を照射して殺菌する。つまり、殺菌処理する水（液）を処理板の上に薄く数ｍｍの膜状にして流し、超音波振動子から処理板に超音波を伝達して振動させることにより、膜状の水に超音波を照射する。そうすると、水中にキャビテーション・バブルと称する微細な気泡が生じ、この気泡が圧壊するときに発生する衝撃波により、微生物を破壊して殺菌をする（非特許文献１参照）。この場合、水を膜状にすることにより、効率的かつ確実に殺菌することができる。

日立 ニュースリリース 2001年12月13日 「環境に配慮した薬剤を用いない超音波殺菌技術を開発」 株式会社 日立製作所 発行 生物工学学会誌 バイオミディア ２００６年 第１号 １７頁

ところで、上記殺菌手法では、次のような問題がある。
（１）塩素による殺菌では、塩素が有機物質と化合して、発癌性のあるトリハロメタンが発生する恐れがある。なお、クリプトスポリジウムは薬品耐性が非常に強いため、塩素によっては殺菌することができない。
（２）オゾンによる殺菌では、オゾンが人間の健康に対して害がある。
（３）紫外線による殺菌では、処理する液（水）が透明でないと紫外線が透過せず、濁った液では殺菌ができない。
（４）超音波による殺菌では、処理する水を膜状にした状態にしないといけないので、処理量が極めて少ない。
なお、水を膜状にすることなく超音波照射により殺菌することも考えられているが、この場合には、殺菌効率が大幅に低下してしまう。

更に、従来技術では、「濾過」と「微生物の殺菌」を、それぞれ別の処理工程により行っているため、ぞれぞれの処理設備が必要であり、処理設備が大型化していた。

本発明は、上記従来技術に鑑み、薬剤を用いることなく、処理液の濾過と微生物の殺菌を同時に行うことができ、しかも、大量の処理液を迅速に濾過・殺菌することができ、更にフィルタの目詰まりの防止もできる濾過・殺菌装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、処理液が透過することによりこの処理液を濾過する金属フィルタと、前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、処理液が透過することによりこの処理液を濾過する金属フィルタと、前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、処理液が流通する中空容器と、前記中空容器の内部を流通する処理液が透過する状態で、前記中空容器の内部に配置された金属フィルタと、前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、処理液が供給される中空容器と、筒状をなすと共に両端面が閉塞されて形成されており、しかも、前記中空容器内に配置されており、外周面側から内周面側に透過してきた処理液を一方の端面から排出する金属フィルタと、前記金属フィルタの他方の端面に固着された超音波振動子と、前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、中空のフィルタ容器内に金属線材を充填してなり、処理液が前記フィルタ容器内を透過することによりこの処理液を濾過する金属フィルタと、前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、前記超音波振動子は、前記金属フィルタに直接固着されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、前記金属フィルタに接触させた状態で、二酸化チタン部材を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、処理液が金属フィルタを透過することにより、処理液に含まれている塵等を除去する濾過・除去処理を迅速に行うことができる。
また、超音波振動子により生じた超音波振動を金属フィルタに伝えているため、金属フィルタのメッシュ部に超音波が照射され、メッシュ部を透過する処理液に対して確実・効果的に超音波を照射することができる。このため、金属フィルタのメッシュ部を透過する処理液に含まれている微生物を迅速・確実に殺菌することができる。
この結果、大量の処理液に対して迅速・確実に濾過処理及び殺菌処理をすることができ、しかも、薬品を全く使用することがなく安全性が高い。

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。
なお以下の説明では、「処理液」は、水や湯のみならず、各種の液体や溶媒を含む液体を意味するものであるとして使用する。

図１は本発明の実施例１に係る濾過・殺菌装置１を示す。
この濾過・殺菌装置１では、フィルタとして円筒状の金属フィルタ１０を使用している。金属フィルタ１０としては、積層金網を筒状に形成し焼成してなる多孔質の金属フィルタや、金属製ワイヤーを筒形に形成した金網をサポートロッドに溶接し金属製ワイヤー間にスリットが形成されている金属フィルタなど、液体の濾過に適する各種の金属フィルタを使用することができる。

本例では、フィルタのメッシュ径が、例えば、１μｍ〜２００μｍとなっている金属フィルタ１０を採用している。

円筒状の金属フィルタ１０の底面は、金属製の閉塞板１１により閉塞されている。金属フィルタ１０の上面は、取出管１２を備えた端板１３で塞がれている。このため、金属フィルタ１０の内部空間であるフィルタ室Ｒ０は取出管１２を介して外部に連通することができる。

金属フィルタ１０の閉塞板１１の下面側には、超音波振動子２０が溶接等により固着されている。超音波発振器２１は、後述する外殻（中空容器）３０の外に配置されている。電線２２は、防水された状態で、超音波振動子２０に接続されると共に外殻３０を貫通している。この電線２２により、超音波振動子２０と超音波発振器２１とが接続されている。
超音波発振器２１から超音波振動子２０に発振電流が供給されると、超音波振動子２０は発振して超音波を発生する。超音波振動子２０の発振周波数は、例えば、２０ＫＨｚ、または４０ＫＨｚ、または１ＭＨｚである。

超音波振動子２０は金属フィルタ１０の閉塞板１１に固着されているため、超音波振動子２０の振動が、円筒状の金属フィルタ１０に伝達して金属フィルタ１０全体が振動する。つまり、閉塞板１１及び金属フィルタ１０が共に金属であるので、超音波振動が良好に伝達するのである。この結果、金属フィルタ１０から超音波が発生し、この超音波は、金属フィルタ１０の微細な透過空間であるメッシュ部においても伝搬する。

外殻（中空容器）３０は、金属フィルタ１０を囲う状態で配置されている。このため、外殻３０の内周面と金属フィルタ１０の外周面との間には、供給室Ｒ１が形成される。
この外殻３０の上部には、フランジ部３１が形成されており、このフランジ部３１の中央には、貫通管３２が形成されている。

複数本の支持スプリング３３は、その上端がフランジ部３１の下面に連結され、その下端が金属フィルタ１０の端板１３の上面に連結されている。これにより、複数本の支持スプリング３３により、金属フィルタ１０をフランジ部３１の下方に吊り下げて配置している。

そして、金属フィルタ１０の取出管１２と、外殻３０のフランジ３１に形成された貫通管３２とが、筒状の緩衝ゴム管３４により連通されている。

更に、外殻３０の内面のうち、金属フィルタ３０が配置されている位置よりも下方位置には、漏斗部材３５が配置されている。この漏斗部材３５は、下方に向かうに従い開口面積が狭められるような円錐形状面となっており、下端が下端開口３５ａとなっている。
外殻３０の内部空間のうち漏斗部材３５よりも下方が回収室Ｒ２となっており、この回収室Ｒ２と、供給室Ｒ１とは、漏斗部材３５の下端開口３５ａを介して連通している。

濾液タンク４０は、そのフランジ部４１を介して、外殻３０のフランジ部３１にボルト結合されている。濾液タンク４０のフランジ部４１の中央には、貫通孔４２が形成されており、この貫通孔４２は、フランジ部３１の貫通管３２と位置合わせして形成されている。
このため、濾液タンク４０の内部空間である濾液室Ｒ３は、貫通孔４２，貫通管３２，緩衝ゴム管３４，取出管１２を介して、金属フィルタ１０の内部空間であるフィルタ室Ｒ０と連通している。

供給管Ｌ１は、外殻３０に接続されており、処理液を供給室Ｒ１に供給するものである。供給管Ｌ１を介して処理液を外殻３０に流通すると、処理液は外殻３０の内部を流通していって、貫通管３２を介して排出される。
ドレン管Ｌ２は、外殻３０の底部に接続されており、バルブＶが介装されている。
濾液管Ｌ３は、濾液タンク４０の頂面に接続されており、濾液室Ｒ３内の処理液を排出するものである。

このような構成となっている濾過・殺菌装置１により、塵等（塵、汚濁物、垢、土砂など）や微生物を含む処理液の濾過と殺菌をする場合には、
（ａ）ポンプ（図示省略）などにより送給した処理液を、供給管Ｌ１を介して供給室Ｒ１内に供給すると共に、
（ｂ）超音波発振器２１から発振電流を超音波振動子２０に送って、超音波振動子２０を超音波振動させ、
（ｃ）バルブＶを閉じておく。

上記（ａ）〜（ｃ）の状態にすると、処理液（塵等や微生物が混入している水など）は供給室Ｒに供給され、供給室Ｒ１に供給された処理液は、金属フィルタ１０を外周側から内周側に向かって透過していく。金属フィルタ１０を透過することにより、塵等は金属フィルタ１０により濾過・除去され、塵等を含まない処理液がフィルタ室Ｒ０内に入る。
濾過・除去された塵等のうち重いものは、供給室Ｒ１内を沈降していき、漏斗部材３５の下端開口３５ａを通って回収室Ｒ２内に入り沈殿する。

また処理液が金属フィルタ１０を透過する際には、処理液は金属フィルタ１０のメッシュ部、つまり極めて微細な透過空間（１μｍ〜２００μｍの隙間間隔となっている空間）を透過する。このとき、前述したように、超音波振動子２０から発生した超音波振動が金属フィルタ１０に伝わり、これにより金属フィルタ１０から超音波が発生するため、この超音波はメッシュ部において伝搬する。
したがって、金属フィルタ１０のメッシュ部を透過する処理液には、超音波が照射されることになる。

この結果、処理液に含まれている微生物（その大きさは約０．５μｍ〜１μｍ）は、金属フィルタ１０のメッシュ部を透過する際に、超音波が照射されて破壊し死滅する。しかも、金属フィルタ１０のメッシュ部は、極めて微細な空間（隙間）であるため、超音波による殺菌は効果的かつ確実に行われる。
つまり、微細空間において超音波が確実に照射されてキャビテーション・バルブが発生し、キャビテーション・バブルの圧壊に起因する衝撃波が、微細空間を通る微生物に確実に作用して、効率的かつ確実な殺菌が行われるのである。

金属フィルタ１０には、極めて多数のメッシュ部があるため、大量の処理液は、金属フィルタ１０を透過して迅速に濾過処理される。そして、この大量の処理液は、微細な空間であるメッシュ部を通る際に確実に殺菌処理がされる。
したがって、大量の処理液を迅速に濾過しつつ、微生物の迅速・確実な殺菌ができる。

更に、超音波振動子２０から発生した超音波振動が金属フィルタ１０に伝わるため、金属フィルタ１０に付着した塵等は、振動により金属フィルタ１０から剥離し易くなり、金属フィルタ１０の目詰まりの防止を図ることもできる。

なお、金属フィルタ１０は超音波振動するが、金属フィルタ１０は支持スプリング３３によりフランジ部３１に吊り下げ支持されており、また、緩衝ゴム管３４が超音波振動を緩衝するため、フランジ部３１，４１への超音波振動の伝達は殆どない。このため、フランジ部３１，４１が超音波振動により緩むことはない。

金属フィルタ１０を透過することにより、塵等が濾過・除去されると共に殺菌された処理液は、フィルタ室Ｒ０から、取出管１２，緩衝ゴム管３４，貫通管３２，貫通孔４２を通って濾液タンク４０の濾液室Ｒ３内に入る。
この濾液室Ｒ３内の処理液は、濾液管Ｌ３を通って出て行き、再利用に供されたり外部に排出されたりする。

なお、濾液管Ｌ３を介して外部から処理液を濾液室Ｒ３内に瞬時的に供給することにより、または、圧縮空気を濾液室Ｒ３内に瞬時的に供給することにより、濾液室Ｒ３内の処理液がフィルタ室Ｒ０に入り、これによりフィルタ室Ｒ０内の処理液が、金属フィルタ１０の内周側から外周側に吹き出して、金属フィルタ１０の逆洗をすることもできる。

また、回収室Ｒ２内に大量の塵等が堆積した場合には、バルブＶを一時的に開放し、処理液と共に塵等をドレン管Ｌ２を介して排出することができる。

上述したように、この濾過・殺菌装置１では、超音波振動している金属フィルタ１０に処理液を透過することにより、大量の処理液の濾過ができると共に、大量の処理液に含まれる微生物の殺菌も同時に行うことができる。しかも、塩素等の薬剤は全く使用する必要はない。

［変形例］
図１に示す実施例では、超音波振動子２０を、金属フィルタ１０に直接固着しているが（金属フィルタ１０の閉塞板１１に直接固着しているが）、これに限ることなく、超音波振動子２０の超音波振動が金属フィルタ１０に伝達されるようになっていればよい。
例えば、図１に示す例において、
(i) 緩衝ゴム管３４と支持スプリング３３を無くし、
(ii）金属フィルタ１０の取出管１２と、外殻３０の貫通孔３２とを直結し、
(iii)超音波振動子２０を、外殻３０の外周面に固着する、
ようにした構成を採用することもできる。

このようにすれば、超音波振動子２０の超音波振動は、外殻３０→フランジ部３１→貫通管３２→取出管１２→端板１３という経路を介して金属フィルタ１０に伝搬することができ、金属フィルタ１０が超音波振動して超音波を発生することができる。
この結果、図１に示す濾過・殺菌装置１と同様な作用・効果を得ることができる。

なおこの変形例を採用する場合は、フランジ部３１，４１間の緩みを防止するため、フランジ部３１，４１の締結手段として、緩みの発生しない工夫をする必要がある。
例えば、フランジ間に緩衝材を介在させたり、バネ部材により両フランジを挟持したり、両フランジを溶接したりする手法を採用する。

また図１に示す実施例では円筒状の金属フィルタ１０を用いたが平板状の金属フィルタを用いることもできる。
例えば、外殻３０の一端面側から他端面側に向かって処理液を流通させるようにしておき、このように流通する処理液が全て透過するように平板状の金属フィルタを外殻３０内に配置する。そして、平板状の金属フィルタに、超音波振動子２０を固着する構成とする。

このような構成を採用しても、図１に示す濾過・殺菌装置１と同様な作用・効果を得ることができる。

次に本発明の実施例２に係る濾過・殺菌装置１Ａを図２を参照しつつ説明する。この濾過・殺菌装置１Ａは、図１に示す濾過・殺菌装置１に、更に、金属フィルタ１０内に二酸化チタン部材５０を配置したものである。
なお、他の部分は実施例１と同じであるので、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

二酸化チタン部材５０は、上面が開放し底面が閉塞した円筒状部材であり、円筒部分には直径が１〜２ｍｍ程度の多数の孔が形成されている。二酸化チタン部材５０は、円筒状の基材（金属や樹脂）に、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）を、メッキや塗布や練り込みにより施したものである。

二酸化チタン部材５０は、その上面が金属フィルタ１０の端板１３の下面に接続されているため、超音波振動子２０から発生した超音波振動が伝わってきて振動する。
二酸化チタン部材５０が超音波振動すると、非特許文献２に示すように、ＯＨラジカルを発生する。

実施例２の濾過・殺菌装置１Ａでは、処理液は、金属フィルタ１０を透過する際に、濾過と超音波による殺菌が行われる。更に、二酸化チタン部材５０を透過して濾液室Ｒ３に流れていく。
このとき、二酸化チタン部材５０にてＯＨラジカルが発生するため、このＯＨラジカルにより、更に殺菌が行われる。
またＯＨラジカルは、脱色や脱臭の作用もはたす。このため、処理液に匂い成分や、色素が含まれていた場合には、ＯＨラジカルの作用により、脱色・脱臭を行うことができる。

なお、超音波振動子２０とは別の超音波振動子を、二酸化チタン部材５０に取り付け、この別の超音波振動子により二酸化チタン部材５０を超音波振動させるようにしてもよい。

［変形例］
実施例２では、円筒状の二酸化チタン部材５０を金属フィルタ１０内に配置したが、他の変形例も考えられる。
例えば、図１に示す濾過・殺菌装置１において、金属フィルタ１０内に粒状の多数の二酸化チタン粒部材を入れると共に、金属フィルタ１０の上面（取出管１２の下端面当たり）に二酸化チタン粒部材の流出を防止する流出防止ネットをセットする。
粒状の二酸化チタン粒部材としては、水よりも比重の軽い樹脂に二酸化チタンを練り込んだものを粒状に形成したものを使用することができる。二酸化チタン粒部材の直径は、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍとする。

このようにしても、超音波振動子２０の振動が、水溶液を介して二酸化チタン粒部材に伝わり、この二酸化チタン粒部材がＯＨラジカルを発生して、殺菌・脱色・脱臭を行うことができる。

次に本発明の実施例３に係る濾過・殺菌装置１００を、図３を参照しつつ説明する。
この濾過・殺菌装置１００に用いる金属フィルタ１１０は、円筒部材１１１の一端面を端板１１２で閉塞すると共に他端面を端板１１３で閉塞してなるフィルタ容器内に、繊維状の多数の縮れた（綿状の）ステンレス線材１１４を緊密に充填して構成されている。

円筒部材１１１の外周面には、２枚の伝播板１２０，１２１が固定されている。伝播板１２０，１２１は、円筒部材１１１の軸方向に沿い伸びており、円筒部材１１１の周方向に関して１８０°ずれた位置に配置されている。

伝播部材１２０には、超音波振動子１３０，１３１，１３２が取り付けられており、伝播部材１２１には超音波振動子１３３，１３４，１３５が取り付けられている。
また、端板１１２には、超音波振動子１３６が取り付けられている。

各超音波振動子１３０〜１３６には、図示しない電線を介して、超音波発振器１３７から発振電流が供給されるようになっている。各超音波振動子１３０〜１３７は、発振電流が供給されると発振する。
各超音波振動子１３０〜１３５が振動すると、この振動は伝播板１２０を介して円筒部材１１１に達し、円筒部材１１１から超音波が発生する。同様に、超音波振動子１３６が振動すると端板１１２が振動して、端板１１２から超音波が発生する。
発生した超音波により、ステンレス線材１１４の間の微細な透過空間であるメッシュ部に超音波が照射される。

供給管Ｌ１１は、円筒部材１１１の下部に接続されており、処理水を金属フィルタ１１０内に供給する。また濾液管Ｌ１２は、端板１１３に接続されており、金属フィルタ１１０内を流通してきた処理液を外部に出す。

上記構成となっている濾過・殺菌装置１００では、処理液の濾過・殺菌は次のようにして行われる。
まず、超音波発振器１３７から超音波振動子１３０〜１３６に発振電流を供給して、超音波振動子１３０〜１３６が超音波振動して、ステンレス線材１１４の間の微細な透過空間であるメッシュ部に超音波が照射される状態にしておく。

このとき、供給管Ｌ１１を介して金属フィルタ１１０内に処理液を供給すると、処理液はステンレス線材１１４の間の微小隙間であるメッシュ部を透過することにより、塵等が濾過・除去される。
また、処理液がステンレス線材１１４の間のメッシュ部を透過するときに、超音波が照射されることにより、微生物が破壊されて殺菌される。

このようにして塵等の濾過・除去がされ且つ殺菌された処理液は、濾液管Ｌ１２を介して排出される。

［変形例］
なお、図３に示す例において、金属フィルタ１１０のフィルタ容器内に、ステンレス線材１１４のみならず、二酸化チタン粒部材をも充填しておくことにより、二酸化チタン粒部材からＯＨラジカルを発生させて、このＯＨラジカルにより、殺菌・脱臭、脱色を行うことができる。

本発明の実施例１に係る濾過・殺菌装置を示す構成図。 本発明の実施例２に係る濾過・殺菌装置を示す構成図。 本発明の実施例３に係る濾過・殺菌装置を示す構成図。

符号の説明

１，１Ａ 濾過・殺菌装置
１０ 金属フィルタ
２０ 超音波振動子
２１ 超音波発振器
３０ 外殻
４０ 濾液タンク
５０ 二酸化チタン部材
１００ 濾過・殺菌装置
１１１ 円筒部材
１１４ ステンレス線材
１３０〜１３６ 超音波振動子
１３７ 超音波発振器

Claims (7)

1. 処理液が透過することによりこの処理液を濾過する金属フィルタと、
   前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、
   を有することを特徴とする濾過・殺菌装置。
2. 処理液が透過することによりこの処理液を濾過する金属フィルタと、
   前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、
   前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器と、
   を有することを特徴とする濾過・殺菌装置。
3. 処理液が流通する中空容器と、
   前記中空容器の内部を流通する処理液が透過する状態で、前記中空容器の内部に配置された金属フィルタと、
   前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、
   前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器と、
   を有することを特徴とする濾過・殺菌装置。
4. 処理液が供給される中空容器と、
   筒状をなすと共に両端面が閉塞されて形成されており、しかも、前記中空容器内に配置されており、外周面側から内周面側に透過してきた処理液を一方の端面から排出する金属フィルタと、
   前記金属フィルタの他方の端面に固着された超音波振動子と、
   前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器と、
   を有することを特徴とする濾過・殺菌装置。
5. 中空のフィルタ容器内に金属線材を充填してなり、処理液が前記フィルタ容器内を透過することによりこの処理液を濾過する金属フィルタと、
   前記金属フィルタに超音波振動を伝える超音波振動子と、
   前記超音波振動子に発振電流を供給する超音波発振器と、
   を有することを特徴とする濾過・殺菌装置。
6. 請求項３または請求項５において、
   前記超音波振動子は、前記金属フィルタに直接固着されていることを特徴とする濾過・殺菌装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項において、
   前記金属フィルタに接触させた状態で、二酸化チタン部材を配置したことを特徴とする濾過・殺菌装置。

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