JP2010029761A - Inclusively immobilized carrier and wastewater treatment method and apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】汚泥削減に係る水生ミミズを容易に優占化させて維持することができる包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置を提供する。
【解決手段】微生物12と固定化材料とから包括固定化担体10において、担体内部に水生ミミズ14の生息領域を確保できるように、包括固定化担体10の破壊時の変形率を95%以上、50%圧縮時の強度を0.05〜0.15kg/cm2とする。
【選択図】 図1A entrapping immobilization support capable of easily predominating and maintaining aquatic earthworms for sludge reduction, and a wastewater treatment method and apparatus using the same.
In a entrapping immobilization carrier 10 comprising microorganisms 12 and an immobilization material, the deformation rate at the time of destruction of the entrapping immobilization carrier 10 is 95% or more so that a habitat area for aquatic earthworms 14 can be secured inside the carrier. The strength at 50% compression is 0.05 to 0.15 kg / cm 2 .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、微生物を包括固定化する包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置であって、汚泥を捕食する水生ミミズを安定的に保持できる包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置に関する。 The present invention relates to a entrapping immobilization carrier for entrapping and immobilizing microorganisms, and a wastewater treatment method and apparatus using the same, which can stably hold aquatic earthworms that prey on sludge, and wastewater using the same. The present invention relates to a processing method and apparatus.
廃水の処理方法として活性汚泥法が多く用いられている。しかし、活性汚泥法は大量の汚泥が発生するため、その処分が問題となっている。一般的には、発生した余剰汚泥は濃縮・脱水後、埋立て処分や焼却処分されているが、近年、処分場の残余容量の逼迫や、処分時の費用等の問題が生じているために、余剰汚泥の削減が求められている。汚泥を削減する方法の一つとして、汚泥を生物処理槽に移送し、原生動物や後生動物等の高級微生物により前記汚泥を分解する方法が提案されている。 The activated sludge method is often used as a wastewater treatment method. However, since the activated sludge method generates a large amount of sludge, its disposal is a problem. In general, surplus sludge generated is concentrated and dewatered and then disposed of in landfills or incineration. However, in recent years, the remaining capacity of the disposal site has become tight, and costs such as disposal costs have occurred. There is a need to reduce excess sludge. As one method for reducing sludge, a method has been proposed in which sludge is transferred to a biological treatment tank and the sludge is decomposed by high-grade microorganisms such as protozoa and metazoans.
例えば、特許文献1には、微生物による廃水処理法の後段で濃縮分離した余剰汚泥を、微生物担体を充填した多段消化槽で、原生動物や後生動物の食物連鎖を利用して消化分解することにより、余剰汚泥の発生量を減少させることが開示されている。そして、特許文献2には、捕食処理装置における捕食動物を有効利用することによりコストを低減させることができる汚泥処理装置及び汚泥処理方法について開示されており、特許文献3には、汚泥削減に係る特定の微生物を容易に優占化させて維持することにより汚泥分解能力の高い汚泥処理装置について開示されている。また、特許文献4には、後生動物などの高級微生物の食物連鎖により細菌類などの低級微生物を主体とする余剰汚泥を分解してその排出を大幅に削減した余剰汚泥の分解処理方法が開示されている。
しかし、特許文献1〜3の方法では、活性汚泥中に原生動物や後生動物を安定的に優先化することは困難なため、通常活性汚泥槽とは別の反応槽を設置しなければならなかった。 However, in the methods of Patent Documents 1 to 3, since it is difficult to stably prioritize protozoa and metazoans in activated sludge, a reaction tank separate from the normal activated sludge tank must be installed. It was.
また、特許文献4には、これらの捕食動物を保持する固定床型の生物付着担体が設けられているが、このような生物付着型担体では使用状況によっては、捕食動物の増殖により内部が閉塞し、酸欠となり嫌気腐敗が生じやすく、汚泥の分解処理の妨げとなるという問題があった。そして、閉塞を防止するためには流動床型の生物保持用担体があるが水生ミミズが生息するには担体内部に保持できるような構造でなくてはならず従来のプラスチックやゲル状担体では水生ミミズのような運動性の大きな生物を担体表面に保持することはできない。また、スポンジ状担体は担体自体に細孔があり、その中に水生ミミズを保持するには、細孔の大きさや材質面から水生ミミズを安定的に生息することはできなかった。 Further, Patent Document 4 is provided with a fixed-bed type bioadhesive carrier for holding these predators. However, in such a bioadhesive type carrier, the inside is blocked due to the growth of the predator depending on the use situation. However, there is a problem that it becomes deficient in oxygen and easily causes anaerobic rot, which hinders the decomposition treatment of sludge. In order to prevent clogging, there is a fluidized bed type biological support carrier, but in order for aquatic earthworms to live, it must have a structure that can be held inside the carrier. A highly mobile organism such as an earthworm cannot be held on the surface of the carrier. In addition, the sponge-like carrier has pores in the carrier itself, and in order to retain aquatic earthworms in the carrier, aquatic earthworms could not stably live in terms of the size and material of the pores.
このようにいずれの方法においても水生ミミズの生息環境を制御することはできず、水生ミミズを用いた食物連鎖で発生汚泥を減量することは困難であった。 Thus, in any method, the habitat of aquatic earthworms could not be controlled, and it was difficult to reduce the generated sludge in the food chain using aquatic earthworms.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、汚泥削減に係る水生ミミズを容易に優占化させて維持することができる包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and includes a entrapping immobilization support capable of easily dominating and maintaining aquatic earthworms for sludge reduction, and a wastewater treatment method and apparatus using the same. The purpose is to provide.
請求項1に係る発明は、前記目的を達成するために、微生物と固定化材料とからなる包括固定化担体であって、該担体は、破壊時の変形率が95%以上であり、50%圧縮時の強度が0.05〜0.15kg/cm2であることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a entrapping immobilization carrier comprising a microorganism and an immobilization material in order to achieve the above object, and the carrier has a deformation rate of 95% or more at the time of destruction, and is 50% The strength at the time of compression is 0.05 to 0.15 kg / cm 2 .
請求項1は、微生物を包括固定化する包括固定化担体の内部に水生ミミズが生息領域を確保することを目的としており、水生ミミズが自ら担体を生息する巣を形成することが可能となる。 Claim 1 aims to secure a habitat area for aquatic earthworms inside a entrapping immobilization carrier for entrapping and immobilizing microorganisms, and it is possible for aquatic earthworms to form a nest in which the aquatic earthworms themselves inhabit.
そして、請求項1は、包括固定化担体の強度など物性に関するもので、水生ミミズが包括固定化担体内部に潜入できる物性を示したものである。従来ゲル状担体は担体寿命を長くするため、比較的硬いゲルが用いられてきた。このゲルには水生ミミズが潜りこみ生息域を作ることはできない。本発明の包括固定化担体は、柔らかい担体であり、水生ミミズが担体を破り内部に侵入し巣のような生息域を設け、包括固定化担体内部を移動することが可能である。このようなゲル性状とするには担体が破壊するときの変形率と、50%圧縮時の強度を指標とすることが重要であり、変形率を95%以上とし、50%圧縮時の強度を0.05〜0.15kg/cm2とすることで水生ミミズが潜入することができ、水生ミミズが自ら担体を生息する巣を形成することが可能である。 Claim 1 relates to physical properties such as the strength of the entrapping immobilization carrier, and shows the physical properties that aquatic earthworms can infiltrate into the entrapping immobilization carrier. Conventionally, relatively hard gels have been used for gel carriers in order to increase the carrier life. Aquatic earthworms cannot sink into this gel and create habitats. The entrapping immobilization carrier of the present invention is a soft carrier, and aquatic earthworms break the carrier and enter the inside to provide a nest-like habitat, and can move inside the entrapping immobilization carrier. In order to achieve such a gel property, it is important to use the deformation rate when the carrier breaks and the strength at 50% compression as indices. The deformation rate is 95% or more, and the strength at 50% compression is The aquatic earthworm can infiltrate by setting it to 0.05-0.15 kg / cm < 2 >, and it can form the nest which aquatic earthworm inhabits a carrier itself.
なお、ここで、「変形率」と「50%圧縮時の強度」は、レオメーター(島津製作所社製:EZ−TEST)で測定したものであり、以下の定義によるものである。 Here, “deformation rate” and “50% compression strength” are measured with a rheometer (Shimadzu Corporation EZ-TEST) and are based on the following definitions.
担体の変形率は、担体を圧縮し破断したときの変形割合であり、下式で表される。
担体の変形率(%)=(H0−H1)÷H0×100
(ここで、H0:圧縮する前の初期の担体の厚さ、H1:担体ゲルが破壊する直前の担体の厚さ)
また、50%圧縮時の強度は、包括固定化担体の初期の厚みの50%まで圧縮するまでの強度である。
The deformation ratio of the carrier is a deformation ratio when the carrier is compressed and broken, and is represented by the following formula.
Deformation rate of carrier (%) = (H0−H1) ÷ H0 × 100
(Where H0: initial carrier thickness before compression, H1: carrier thickness just before carrier gel breaks)
The strength at 50% compression is the strength until compression to 50% of the initial thickness of the entrapping immobilization carrier.
請求項2に係る発明は、請求項1において、固定化材料の母剤プレポリマーが、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドからなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、分子量が7500以上であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the matrix prepolymer of the immobilization material contains an acrylate derivative or a diacrylate derivative of a polymer composed of ethylene oxide and propylene oxide, and has a molecular weight of 7500 or more. And
請求項2には、固定化材料の母剤プレポリマーを規定したもので、このプレポリマーの分子量が7500以上の比較的高い分子量のアクリレートやジアクリレートの誘導体であることで、変形率を95%以上とすることができ、水生ミミズの生息環境に適した包括固定化担体を提供することができる。 According to claim 2, a matrix prepolymer for the immobilization material is defined. The prepolymer has a molecular weight of 7500 or more, and is a relatively high molecular weight acrylate or diacrylate derivative. Thus, a entrapping immobilization carrier suitable for the aquatic earthworm habitat can be provided.
請求項3に係る発明は、請求項1又は2の包括固定化担体を処理槽に投入して廃水を処理することを特徴とする廃水処理方法であり、請求項4に係る発明は、請求項1又は2の包括固定化担体を処理槽に備えたことを特徴とする廃水処理装置である。 The invention according to claim 3 is a wastewater treatment method characterized in that the entrapping immobilization support according to claim 1 or 2 is put into a treatment tank to treat wastewater, and the invention according to claim 4 is claimed in claim A wastewater treatment apparatus comprising one or two entrapping immobilization carriers in a treatment tank.
請求項3及び4によれば、包括固定化担体が廃水処理に有効な細菌を保持しながら、水生ミミズを保持するため、廃水処理を行いながら水生ミミズが汚泥を分解することが可能であり、従来のような水生ミミズなどを保持する汚泥分解槽を設けなくてもよい。 According to claims 3 and 4, the entrapping immobilization support retains aquatic earthworms while holding bacteria effective for wastewater treatment, so that aquatic earthworms can decompose sludge while performing wastewater treatment, It is not necessary to provide a conventional sludge decomposition tank for holding aquatic earthworms and the like.
本発明によれば、包括固定化担体内部に水生ミミズが生息でき、その水生ミミズが活性汚泥処理で発生する汚泥を分解することができるので、汚泥発生量の少ない廃水処理施設を提供することができる。 According to the present invention, aquatic earthworms can inhabit inside the entrapping immobilization support, and the aquatic earthworms can decompose sludge generated by activated sludge treatment, so that it is possible to provide a wastewater treatment facility with a small amount of sludge generation. it can.
以下、添付図面に従って本発明に係る包括固定化担体の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the entrapping immobilization carrier according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の包括固定化担体10の概要図である。担体内部には微生物12の他に水生ミミズ14が生息している。水生ミミズは微生物などを捕食する時は頭部を担体外部に出して捕食する。また、運動性があるため水生ミミズは包括固定化担体内部の巣を移動できる。このように本発明の包括固定化担体は、包括固定化担体内部に水生ミミズが巣をつくることができる。
FIG. 1 is a schematic view of a entrapping
ここで担体に固定される微生物12としては、活性汚泥に限定されるものではなく、純粋培養した微生物を使用してもよい。微生物の種類としては、例えばBOD成分酸化細菌、ダイオキシン分解菌、ビスフェノールA分解菌、アオコ分解菌、硝化菌、脱窒菌、嫌気性アンモニア酸化細菌等が担体に保持される。
Here, the
ところで、従来、包括固定化担体は担体寿命を長くするため、比較的硬いゲルが用いられてきた。このゲルには水生ミミズが潜りこみ生息域を作ることはできない。本発明の包括固定化担体は、柔らかいゲル状担体であり、水生ミミズが担体を破り内部に侵入し巣のような生息域を設け、担体内部を移動することが可能である。 By the way, conventionally, the entrapping immobilization carrier has been used a relatively hard gel in order to extend the carrier life. Aquatic earthworms cannot sink into this gel and create habitats. The entrapping immobilization carrier of the present invention is a soft gel-like carrier, and aquatic earthworms break the carrier and enter the inside to provide a nest-like habitat and move inside the carrier.
本発明の包括固定化担体は、このようなゲル性状とするために、具体的には、包括固定化担体が破壊するときの変形率と、50%圧縮時の強度を指標とし、変形率を95%以上とし、50%圧縮時の強度を0.05〜0.15kg/cm2とする。この条件を満たすことで包括固定化担体内部に水生ミミズが潜入することを可能とする。 In order to make the entrapping immobilization carrier of the present invention have such a gel property, specifically, the deformation rate when the entrapping immobilization carrier breaks and the strength at 50% compression are used as indices, and the deformation rate is calculated. The strength at 50% compression is 0.05 to 0.15 kg / cm 2 . By satisfying this condition, aquatic earthworms can infiltrate inside the entrapping immobilization carrier.
このようなゲル性状とするには、ゲル化材料の影響が大きく、プレポリマーの分子量が7500以上の比較的高い分子量のアクリレートやジアクリレートの誘導体であることを記載している。プレポリマーの分子量7500以上で変形率95%以上となり、水生ミミズの生息環境にあった担体物性とすることができる。ゲル化材料としては、例えばポリエチレングリコール系のポリマー、ポリビニルアルコール系の樹脂等が使用され、具体例としては、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの含有比が7:3のもので、末端基がジアクリレートである分子量7500以上のプレポリマーが使用される。この材料以外には、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタアクリレートなどを使用してもよい。 In order to obtain such a gel property, it is described that the influence of the gelling material is large and the prepolymer has a molecular weight of 7500 or more and is a relatively high molecular weight acrylate or diacrylate derivative. When the molecular weight of the prepolymer is 7500 or more, the deformation rate is 95% or more, and the carrier physical properties suitable for the aquatic earthworm habitat can be obtained. As the gelling material, for example, a polyethylene glycol polymer, a polyvinyl alcohol resin or the like is used. As a specific example, the content ratio of ethylene oxide and propylene oxide is 7: 3, and the end group is diacrylate. A prepolymer having a molecular weight of 7500 or more is used. Other than this material, polyethylene glycol acrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol methacrylate and the like may be used.
次に、水生ミミズが包括固定化担体内部に潜入する条件を確認するため、強度の異なる固定化担体を製作し、50%圧縮強度別に固定化担体の変形率と水生ミミズ生息の状況を調べた。検討に用いた固定化担体の組成を表1に示す。 Next, in order to confirm the conditions under which aquatic earthworms infiltrate the entrapped immobilization carrier, immobilization carriers with different strengths were manufactured, and the deformation rate of the immobilization carrier and the state of aquatic earthworm habitat were examined for each 50% compression strength. . Table 1 shows the composition of the immobilization carrier used for the study.
製作したこれらの固定化担体を、水生ミミズを培養している反応槽内に1ケ月間浸漬し、その後、固定化担体を裁断し内部に水生ミミズが侵入しているかを目視観察した。結果を表2に示す。なお、ここで用いたポリエチレングリコールジアクリレートの分子量は9500である。 These produced immobilization carriers were immersed in a reaction vessel in which aquatic earthworms were cultured for one month, and then the immobilization carriers were cut and visually observed to see if aquatic earthworms had entered the interior. The results are shown in Table 2. The molecular weight of polyethylene glycol diacrylate used here is 9500.
表2からわかるように、50%圧縮時の圧縮強度が0.05〜0.15kg/cm2の範囲において、変形率95%で水生ミミズの生息が確認された。その他の条件では水生ミミズの侵入は見られなかった。このことより50%圧縮時の圧縮強度と変形率が水生ミミズの生息に大きく関与していることがわかった。なお、50%圧縮時の圧縮強度が0.03kg/cm2の固定化担体は、強度が弱いため変形率の調整は困難であった。 As can be seen from Table 2, the presence of aquatic earthworms was confirmed at a deformation rate of 95% when the compression strength at 50% compression was in the range of 0.05 to 0.15 kg / cm 2 . Under other conditions, no aquatic earthworms were seen to enter. From this, it was found that the compressive strength and deformation rate at the time of 50% compression are greatly related to the aquatic earthworms. It should be noted that it was difficult to adjust the deformation rate of the immobilized carrier having a compressive strength of 0.03 kg / cm 2 at 50% compression because the strength was weak.
さらに、変形率に及ぼすプレポリマーの分子量の影響について検討した。表1のポリエチレングリコールジアクリレート分子量を2000から12000まで変化させ、添加量5質量%、水添加量30.0質量%とした。変形率を測定し、結果を図2に示す。 Furthermore, the influence of the molecular weight of the prepolymer on the deformation rate was examined. The molecular weight of polyethylene glycol diacrylate in Table 1 was changed from 2000 to 12000, and the addition amount was 5 mass% and the water addition amount was 30.0 mass%. The deformation rate was measured and the results are shown in FIG.
図2から分子量の増大に伴い変形率が増加する傾向があり、先に示した水生ミミズが生息できる変形率95%以上にするにはプレポリマーの分子量として7500以上が最適であることがわかった。 FIG. 2 shows that the deformation rate tends to increase as the molecular weight increases, and that the prepolymer molecular weight of 7500 or more is optimal for achieving a deformation rate of 95% or higher where the aquatic earthworms shown above can live. .
また、水生ミミズが生息できると考えられる変形率95%以上の担体を水生ミミズの培養槽に一ケ月間浸漬させ、水生ミミズの生息に及ぼす50%圧縮時強度の影響を調べた。なお、担体中の生息ミミズは嫌気的になると酸素を求め担体外部に出てくるため、水生ミミズ量を測定する場合は担体を嫌気水に浸漬し、担体外部に出てきた水生ミミズ量を測定した。測定結果を図3に示す。ミミズ保持量は最も高い保持量を100として相対値で示した。 In addition, a carrier with a deformation rate of 95% or more, which is thought to be able to inhabit aquatic earthworms, was immersed in an aquatic earthworm culture tank for a month, and the effect of 50% compression strength on the aquatic earthworm habitat was examined. In addition, when the earthworms in the carrier become anaerobic, oxygen is obtained and comes out of the carrier. Therefore, when measuring the amount of aquatic earthworms, immerse the carrier in anaerobic water and measure the amount of aquatic earthworms that have come out of the carrier. did. The measurement results are shown in FIG. The earthworm retention amount is shown as a relative value with the highest retention amount being 100.
図3から分かるように、50%圧縮時強度が0.05から0.15kg/cm2の範囲で生息数が多く見られ、0.10kg/cm2の担体が最も高かった。 As can be seen from FIG. 3, a large number of inhabitants were observed when the strength at 50% compression ranged from 0.05 to 0.15 kg / cm 2 , and the carrier at 0.10 kg / cm 2 was the highest.
さらに、本発明の廃水処理方法及び装置を用い、BOD200mg/L、BOD容積負荷0.8kg/m3・dの条件で処理を行い汚泥発生低減効果について検討した。なお、担体添加率は反応槽容積の10%v/v、活性汚泥槽内のMLSSを2000mg/Lとした。その結果を表3に示す。なお、従来の包括固定化担体としては、表1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量、9500)の添加量を10質量%、水の添加量を30重量%とし、架橋剤を0.5質量%添加したものを用いた。この従来の包括固定化担体は、測定した結果、破壊時の変形率は95%であり、50%圧縮時の強度は0.70kg/cm2であった。 Furthermore, using the wastewater treatment method and apparatus of the present invention, treatment was performed under the conditions of BOD 200 mg / L and BOD volume load 0.8 kg / m 3 · d, and the sludge generation reduction effect was examined. The carrier addition rate was 10% v / v of the reaction tank volume, and MLSS in the activated sludge tank was 2000 mg / L. The results are shown in Table 3. As the conventional entrapping immobilization carrier, in Table 1, the addition amount of polyethylene glycol diacrylate (molecular weight, 9500) is 10% by mass, the addition amount of water is 30% by weight, and the crosslinking agent is 0.5% by mass. What was added was used. As a result of measurement, this conventional entrapping immobilization carrier had a deformation rate of 95% at break and a strength at 50% compression of 0.70 kg / cm 2 .
本発明の廃水処理方法及び装置では固定化担体内部に水生ミミズを生息させることができ、活性汚泥槽から発生する汚泥量を、従来の固定化担体を用いた廃水処理方法及び装置と比べ45%に低減することができた。 In the wastewater treatment method and apparatus of the present invention, aquatic earthworms can live inside the immobilization carrier, and the amount of sludge generated from the activated sludge tank is 45% compared to the wastewater treatment method and apparatus using the conventional immobilization carrier. It was possible to reduce it.
以上より、本発明の包括固定化担体によれば、微生物を包括固定化する包括固定化担体の内部に水生ミミズが生息領域を確保することで水生ミミズが自ら担体に生息する巣を形成することが可能であり、その水生ミミズが活性汚泥処理で発生する汚泥を分解することができるので、汚泥発生量の少ない廃水処理施設を提供することができる。また、本発明の廃水処理方法及び装置は、本発明の包括固定化担体が廃水処理に有効な細菌を保持しながら水生ミミズを保持するため、廃水処理を行いながら水生ミミズが汚泥を分解することが可能であり、従来のように水生ミミズなどを保持する汚泥分解槽を設けなくてよい。 As described above, according to the entrapping immobilization carrier of the present invention, the aquatic earthworms secure a habitat area inside the entrapping immobilization carrier for entrapping and immobilizing microorganisms, thereby forming a nest in which the aquatic earthworms themselves inhabit the carrier. Since the aquatic earthworm can decompose sludge generated by activated sludge treatment, it is possible to provide a wastewater treatment facility with a small amount of sludge generated. Further, the wastewater treatment method and apparatus of the present invention is configured so that the entrapping immobilization support of the present invention holds aquatic earthworms while holding bacteria effective for wastewater treatment, so that the aquatic earthworms decompose sludge while performing wastewater treatment. It is not necessary to provide a sludge decomposition tank for holding aquatic earthworms or the like as in the prior art.
10…包括固定化担体、12…微生物、14…水生ミミズ 10 ... inclusion immobilization carrier, 12 ... microorganism, 14 ... aquatic earthworm
Claims (4)
該担体は、破壊時の変形率が95%以上であり、50%圧縮時の強度が0.05〜0.15kg/cm2であることを特徴とする包括固定化担体。 A entrapping immobilization carrier comprising a microorganism and an immobilization material,
The carrier is a deformation ratio at break of 95% or more, entrapping immobilization pellets strength at 50% compression is characterized in that it is a 0.05~0.15kg / cm 2.
エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドからなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、
分子量が7500以上であることを特徴とする請求項1に記載の包括固定化担体。 The base material prepolymer of the immobilization material
An acrylate derivative or a diacrylate derivative of a polymer composed of ethylene oxide and propylene oxide;
The entrapping immobilization support according to claim 1, wherein the molecular weight is 7500 or more.
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