説明

水処理方法及び水処理装置

【課題】バチルス菌の優占度をリアルタイムで推定し、その結果に基づいてバチルス菌の優占状態にリアルタイムで制御することができる水処理方法及び水処理装置を提供する。
【解決手段】バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理する際、生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な返送汚泥量または補充バチルス菌量を求め、この求められた返送汚泥量または補充バチルス菌量に従って返送汚泥ポンプ及びバチルス菌供給装置を制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機性廃水を被処理水として導入し、バチルス菌により生物処理するための水処理方法及び水処理装置に関するものに関する。
【背景技術】
【0002】
廃水の処理施設において、余剰汚泥の削減、脱臭、曝気の効率化に対して様々な対応策が講じられている。悪臭の原因となる臭気物質は、主に、硫化水素、メチルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル及びアンモニアなどである。これらの臭気物質は、硫黄や窒素を含有する有機物が嫌気状態にて分解されることで生成する。
【0003】
これらに対して、バチルス属細菌(以下、バチルス菌とも呼ぶ)の性質を利用した生物処理の技術が実用化されている。バチルス属細菌は、活性汚泥中に存在する土壌細菌の一種であり、臭気物質を生成する硫酸還元菌などの働きを抑制する性質があると考えられている。このようなバチルス属細菌の特性を有効活用するべく、最近、有機性廃水を好気性処理する曝気槽にミネラルなどを供給してバチルス属細菌を優占化させて、余剰汚泥の削減、脱臭、曝気の効率化を図ることが採用されるようになってきた。
【0004】
例えば、バチルス属細菌を優勢種とする生物相を活性汚泥中に形成し、これを用いて生物処理を行う廃水処理装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここでは、バチルス属細菌を優勢種とするために被処理水に対して酸化剤を添加する方法が提示されている。
【0005】
この他、活性汚泥処理における沈殿槽から曝気槽への汚泥返送処理の過程で、バチルス属細菌優占化手段を用いて、返送される汚泥の少なくとも一部を好気状態及び嫌気状態に繰り返し曝すことでバチルス属細菌の優占化を行う廃水処理施設も提示されている(例えば、特許文献2参照)。
【0006】
また、返送される汚泥の少なくとも一部を殺菌剤として混和させることにより、バチルス属細菌の優占化を行う廃水処理施設も提示されている(例えば、特許文献3参照)。
【0007】
さらに、返送される汚泥の少なくとも一部を加熱処理することにより、バチルス属細菌の優占化を行う廃水処理施設も提示されている(例えば、特許文献4参照)。
【特許文献1】特開2005−329301号公報
【特許文献2】特開2007−319837号公報
【特許文献3】特開2007−330883号公報
【特許文献4】特開2008−18357号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
このようにバチルス菌を用いて活性汚泥処理を行う場合は、バチルス菌の優占化状態を維持する必要がある。
【0009】
しかし、バチルス菌の優占度の計測のためには、採取したサンプルから寒天培養を行う必要がある。そのため、水処理の過程で変動する水質、菌種の優占度をリアルタイムに計測することができず、したがって、被処理水をバチルス菌の優占状態にリアルタイムで制御することが困難であった。また、この計測のために定期的にサンプルを培養させるか、あるいは、バチルス菌を増殖させる設備が必要となり、これらを新設しなければならず、設備コストが上昇する。
【0010】
本発明の目的は、バチルス菌の優占度をリアルタイムで推定し、その結果に基づいてバチルス菌の優占状態にリアルタイムで制御することができる水処理方法及び水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の水処理方法は、バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理後に、さらに沈殿処理し、沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として返送汚泥ポンプにより生物処理部に返送する水処理方法であって、前記生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、前記水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な前記返送汚泥量を求め、この求められた返送汚泥量に従って前記返送汚泥ポンプを制御することを特徴とする。
【0012】
また、本発明の水処理方法は、前記生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、前記水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な補充バチルス菌量を求め、この求められた補充バチルス菌量に従ってバチルス供給装置を制御するようにしてもよい。
【0013】
また、本発明の水処理装置は、バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理後に、さらに沈殿処理し、沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として返送汚泥ポンプにより生物処理部に返送する水処理装置であって、生物処理部に対し、前記バチルス菌を優占化するために前記返送汚泥を供給する前記返送汚泥ポンプと、前記生物処理された水の水質指標の値を計測する水質指標計測装置と、予め求められた前記水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を保持している相関関係保持手段と、前記水質指標計測装置により計測された水質指標の値から前記相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を推定するバチルス菌量算出手段と、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な前記返送汚泥量を求める返送汚泥量算出手段と、この求められた返送汚泥量に従って前記返送汚泥ポンプを制御する返送汚泥量制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0014】
また、本発明の水処理装置は、生物処理部に対し、前記バチルス菌を優占化するために前記返送汚泥を供給する前記返送汚泥ポンプと、前記生物処理された水の水質指標の値を計測する水質指標計測装置と、予め求められた前記水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を保持している相関関係保持手段と、前記水質指標計測装置により計測された水質指標の値から前記相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を推定するバチルス菌量算出手段と、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な補充バチルス菌量を求める補充バチルス菌量算出手段と、この求められた補充バチルス量に従ってバチルス供給装置を制御する補充バチルス菌量制御手段とを備えた構成としてもよい。
【0015】
本発明の水処理装置では、生物処理部のバチルス菌量を定期的に計測するオートサンプラを有し、前記相関関係保持手段に保持された水質指標との相関関係を定期的に更新するようにしてもよい。
【0016】
また、本発明の水処理装置では、前記水質指標は、臭気強度、浮遊物質量、化学的酸素要求量、溶存酸素濃度、全窒素値、全燐値、余剰汚泥量、色度、粘性度、のいずれか、またはこれら1つ以上の組み合わせでもよい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、オンライン制御により被処理水中のバチルス菌を常に優占化状態に維持することができるので、臭気や余剰汚泥量の発生量が少ない安定した水処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。本発明に係る水処理方法の一実施の形態は、有機性廃水を被処理水として曝気槽に導入し、この曝気槽にてバチルス菌を優占化させ、活性汚泥法により生物処理するものである。
【0019】
この方法では、まず、バチルス菌量と相関関係を有するオンライン計測可能な水処理指標を特定し、それらの相関関係を予め求めておく。例えば、バチルス菌に脱臭効果があるということから、被処理水の水質指標として臭気を特定し、これを計測する。すなわち、曝気槽(追加して、返送汚泥ライン、余剰汚泥ラインに設けても良い)に臭気センサを設けて臭気をオンラインで計測する。また、前述のように、臭気とバチルス菌量との相関関係を予め求めておく。そして、この臭気の計測値から、バチルス菌量との相関関係により臭気を計測した被処理水におけるバチルス菌量を推定する。その結果、例えばバチルス菌が少なくなってきた場合はフィードバック制御で返送汚泥量を制御し、バチルス菌の減少に見合った返送汚泥を投入することでバチルス菌の優占化状態に維持する。
【0020】
このように、バチルス菌の優占化状態を維持して水処理を行うことにより、臭気の発生が少なく、余剰汚泥量の削減が可能となる。
【0021】
水質指標としては、臭気の他に、例えば、余剰汚泥の重量が考えられる。すなわち、バチルス菌の優占化状態で水処理を行った場合、余剰汚泥の粘質が変わることが知られている。この余剰汚泥の粘質が変わるということは重量が変わることを意味するので、これらの相関関係を求めておくことにより、バチルス菌量の推定を行なうことができる。
【0022】
このように、水質指標である、臭気センサの値、余剰汚泥量や、その他、SS、COD、T−N計、T−P計、曝気槽流入量など、オンライン計測可能な値と、そのときの寒天培養したバチルス菌の優占化度をオフラインで測定し、これらの間の相関をとることにより、オンライン計測値から計測対象におけるバチルス菌の優占化度が算出(推定)され、これに対応する返送汚泥量の供給量を決定し、バチルス菌を優占化する仕組みが構築される。
【0023】
バチルス菌は、沈降性がよいので、バチルス菌を多く含む活性汚泥は沈降性がよい。固液分離すると効率的にバチルス菌を多く含む活性汚泥が有機性廃水から分離され、その一部を返送汚泥として曝気槽に返送すると曝気槽中のバチルス菌を占める割合が高くなる。
【0024】
また、別の実施の形態として、返送汚泥量を制御する代わりに、返送汚泥量は一定とし、バチルス菌の減少分に対し、直接バチルス菌を必要量補充することでバチルス菌の優占化状態を維持するようにしてもよい。
【0025】
次に、図1を用いて上記水処理方法を実行する水処理装置の一実施の形態を説明する。
【0026】
この水処理装置は、返送汚泥量の制御によりバチルス菌の優占化状態を維持する方法を実行するものである。
【0027】
図1において、有機性廃水は、最初沈殿池11を経た後、被処理水として曝気槽12に導入され、ここで曝気された後、最終沈殿池13にて汚泥が沈殿され、上澄水が取り出される。最終沈殿池13で沈殿された汚泥の一部は返送汚泥ポンプ14により曝気槽12に返送され被処理水と混合される。また、残りは余剰汚泥として余剰汚泥ポンプ15により系外に排出される。また、曝気槽12への流入配管及び最終沈殿池13からの余剰汚泥排出配管にはそれぞれ流量計16,17が設けられており、それらの配管を流れる曝気槽流入量や余剰汚泥量を計測する。また、曝気槽12の下流部分には被処理水の水質指標である、例えば臭気やSS値などを計測する水質指標計測装置18が設けられている。
【0028】
コントローラ19は、流量計16,17や水質指標計測装置18による計測値を入力し、後述する所定の処理機能により演算処理を実行し、返送汚泥ポンプ14による返送汚泥量を算出して、曝気槽12における被処理水をバチルス菌の優占化状態に制御する。
【0029】
ここで、従来は、バチルス菌を意識して監視制御を行なっていなかった。しかし、バチルス菌が存在し、かつバチルス菌を優占化させれば、余剰汚泥量および臭気が削減し、環境にやさしくなることが知られるようになってきた。そこで、本発明では、現在の水処理施設において一般的に用いられているオンライン計測可能な水質指標、すなわち、臭気、SS値、COD値、DO値、T−N値、T−P値、余剰汚泥量、流入量等から、バチルス菌の優占化をするための返送汚泥量を導出する。この導出された返送汚泥量を曝気槽に返送することで、バチルス菌を優占化させ、余剰汚泥などが削減できる。
【0030】
そのために、コントローラ19には入出力部20を設け、流量計16,17や水質指標計測装置18による計測値を入力し、返送汚泥ポンプ14に対する制御信号を出力する。このコントローラ19は、コンピュータなどにより構成されており、機能実現手段として、相関関係保持手段21、バチルス菌量算出手段22、返送汚泥量算出手段23、返送汚泥量制御手段24を有する。
【0031】
相関関係保持手段21は、水質指標、例えば、臭気の値とバチルス菌量との相関関係を予め求め、これを保持している。すなわち、寒天培養したバチルス菌の優占化度(菌量)をオフラインで測定しておき、この菌量に対する臭気センサの計測値とにより、図2で示すような相関関係をとる。図2の例では横軸にバチルス菌量、縦軸に臭気をとっており、バチルス菌量が増えるに従って臭気が減少していることを表す。なお、臭気センサの値の他、余剰汚泥量や、その他、SS、COD、T−N計、T−P計、曝気槽流入量など、オンライン計測可能な値と、そのときの、寒天培養したバチルス菌の優占化度との相関をとることも可能である。
【0032】
バチルス菌量算出手段22は、水質指標計測装置18により計測された水質指標の値、この場合臭気から相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を算出(推定)する。すなわち、バチルス菌量算出手段22には図2で示す相関関係を表す下式(1a)が設定されており、臭気の値は、水質指標計測装置18である臭気センサから入出力部20に入力されているので、図2の相関関係からバチルス菌量Bを算出(推定)する。
【数1】


なお、水質指標としてSSを用いた場合は次式(1b)となる。
【数2】

他の水質指標を用いた場合も、同様の関係式によりバチルス菌量を求めることができる。返送汚泥量算出手段23は、算出されたバチルス菌量Bに基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な返送汚泥量を次式(2)により求める。
【数3】

【0033】
上記式(2)で求めた、図3で示すバチルス菌量−返送汚泥量の関係から求められた返送汚泥量を用いて、次式(3)を適用して、返送汚泥量を予測する。式(3)は回帰式を用いた例である。
【数4】

【0034】
式(3)について、係数a0、a1、a2、a3を求めて、オンラインで計測した臭気を用いて、返送汚泥量を予測する。なお、臭気の代わりに、流入量、SS、COD、T−N、T−P、余剰汚泥量に代えてもよいのは前述したとおりである。
【0035】
返送汚泥量制御手段24は、返送汚泥量算出手段23で求められた返送汚泥量に従って、返送汚泥ポンプ14を制御する。
【0036】
次に、コントローラ19の動作を、図4を用いて説明する。処理が開始され、データの取り込み指令が発せられる(ステップ401)。このため、最初沈殿池11から曝気槽12に導入される被処理水の流入量が流量計16から入出力部20に取り込まれる(ステップ402)。また、曝気槽12における被処理水の水質指標(ここでは、臭気)が水質指標計測装置18により計測され、同じく入出力部20に取り込まれる(ステップ403)。
【0037】
この取り込まれた臭気の値から、予め相関関係保持手段21に保持された相関関係(式1a)により、バチルス菌量算出手段22において被処理水におけるバチルス菌量が推定される(ステップ404)。さらに、このように推定されたバチルス菌量に対し、これを優占化する返送する汚泥量を返送汚泥量算出手段23により算出し、返送汚泥量制御手段24により、曝気槽流入量を考慮して返送汚泥ポンプ14を制御し、曝気槽12に必要量の返送汚泥を投入する(ステップ405)。
【0038】
このようにバチルス菌を優占化状態として処理を行い、その結果生じる余剰汚泥量を流量計により計測し(ステップ406)、バチルス菌優占化による効果を確認して処理を終了する(ステップ407)。
【0039】
上記実施の形態によると、被処理水の臭気をオンラインで計測し、その計測値を基にバチルス菌との相関関係により菌量を推定し、その菌量を優占化するための返送汚泥量を求めて、投入するようにしたので、オンライン制御により被処理水中のバチルス菌を常に優占化状態に維持することができる。このため、臭気や余剰汚泥量の発生量が少ない安定した水処理を行うことができる。
【0040】
次に図5で示す実施の形態を説明する。この実施の形態の水処理装置は、直接バチルス菌を補充することで、バチルス菌の優占化状態を維持する方法を実行するものである。
【0041】
この実施形態でも臭気の計測値から、バチルス菌量との相関関係により臭気を計測した被処理水におけるバチルス菌量を推定する。この実施の形態では、推定の結果、例えばバチルス菌が少なくなってきた場合にはフィードバック制御でバチルス菌の減少に見合った補充バチルス菌を直接投入する、すなわち不足分のバチルス菌を補充することでバチルス菌の優占化状態を維持する。補充バチルス菌を使用する場合、コントローラ19は、流量計16、17や水質指標計測装置18による計測値を入力し、後述する所定の処理機能により演算処理を実行し、補充バチルス供給装置による補充バチルス菌量を算出して、曝気槽12における被処理水をバチルス菌の優占化状態に制御する。このため、この実施形態の水処理装置では、前記曝気槽12に対する返送汚泥量は従来通り一定とする(10〜20%程度)。また曝気槽に対して、バチルス菌を補充するバチルス菌供給装置25が設けられている。コントローラ19は、機能実現手段として、補充バチルス菌量算出手段26、補充バチルス菌量制御手段27を有する。補充バチルス菌量算出手段26は、算出された(推定された)現状のバチルス菌量Bに基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な補充バチルス菌量を次式(4)により求める。
【数5】

【0042】
上記式(4)で求めた、バチルス菌量−補充バチルス菌量の関係から求められた補充バチルス菌量を用いて、次式(5)を適用して、補充バチルス菌量を予測する。式(5)は回帰式を用いた例である。
【数6】

【0043】
式(5)について、係数b0、b1、b2、b3を求めて、オンラインで計測した臭気を用いて、補充バチルス菌量を予測する。なお、臭気の代わりに、流入量、SS、COD、T−N、T−P、余剰汚泥量に代えてもよいのは前述したとおりである。
【0044】
なお、上記実施の形態では、相関関係保持手段21は、寒天培養したバチルス菌の優占化度(菌量)をオフラインで測定しておき、この菌量に対する臭気センサの計測値とにより、図2で示すような相関関係を得ていたが、この相関関係は各種の条件により変化することが考えられる。このため、生物処理部のバチルス菌量を定期的に計測するオートサンプラを設け、このサンプルのバチルス菌量をオフラインで測定して定期的に相関関係を更新するとよい。すなわち、定期的に汚泥を収集し、バチルス菌の優占化度合いを測定し、オンラインの演算式を変更する。このようにすると常に正確な相関関係を保持することができるので、高精度の制御が可能となる。
【0045】
コントローラ19の各手段で用いる演算式は、上述した式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)を用いるが、これ以外の回帰分析などを用いても良い。
【0046】
さらに、水質指標は、臭気強度の他に、前述したように、浮遊物質量、化学的酸素要求量、溶存酸素濃度、全窒素値、全燐値、余剰汚泥量、色度、粘性度、のいずれか、またはこれら1つ以上の組み合わせを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明による水処理装置の一実施の形態を説明する図である。
【図2】同上一実施の形態における、バチルス菌量と臭気との相関関係を説明する図である。
【図3】同上一実施の形態におけるバチルス菌量と返送汚泥量との関係を説明する図である。
【図4】同上一実施の形態におけるコントローラの処理動作を説明するフローチャートである。
【図5】本発明による水処理装置の一実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
【0048】
11 最初沈殿池
12 曝気槽
13 最終沈殿池
14 返送汚泥ポンプ
15 余剰汚泥ポンプ
16 流量計
17 流量計
18 水質指標計測装置
19 コントローラ
20 入出力部
21 相関関係保持手段
22 バチルス菌量算出手段
23 返送汚泥量算出手段
24 返送汚泥量制御手段
25 バチルス菌供給装置
26 補充バチルス菌量算出手段
27 補充バチルス菌量制御手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理後に、さらに沈殿処理し、沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として返送汚泥ポンプにより生物処理部に返送する水処理方法であって、
前記生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、
前記水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、
この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な前記返送汚泥量を求め、
この求められた返送汚泥量に従って前記返送汚泥ポンプを制御する、
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項2】
バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理後に、さらに沈殿処理し、沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として返送汚泥ポンプにより生物処理部に返送する水処理方法であって、
前記生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、
前記水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、
この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な補充バチルス菌量を求め、
この求められた補充バチルス菌量に従ってバチルス供給装置を制御する、
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項3】
バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理後に、さらに沈殿処理し、沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として返送汚泥ポンプにより生物処理部に返送する水処理装置であって、
生物処理部に対し、前記バチルス菌を優占化するために前記返送汚泥を供給する前記返送汚泥ポンプと、
前記生物処理された水の水質指標の値を計測する水質指標計測装置と、
予め求められた前記水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を保持している相関関係保持手段と、
前記水質指標計測装置により計測された水質指標の値から前記相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を推定するバチルス菌量算出手段と、
この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な前記返送汚泥量を求める返送汚泥量算出手段と、
この求められた返送汚泥量に従って前記返送汚泥ポンプを制御する返送汚泥量制御手段と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項4】
バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理後に、さらに沈殿処理し、沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として返送汚泥ポンプにより生物処理部に返送する水処理装置であって、
生物処理部に対し、前記バチルス菌を優占化するために前記返送汚泥を供給する前記返送汚泥ポンプと、
前記生物処理された水の水質指標の値を計測する水質指標計測装置と、
予め求められた前記水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を保持している相関関係保持手段と、
前記水質指標計測装置により計測された水質指標の値から前記相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を推定するバチルス菌量算出手段と、
この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要な補充バチルス菌量を求める補充バチルス菌量算出手段と、
この求められた補充バチルス量に従ってバチルス供給装置を制御する補充バチルス菌量制御手段と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項5】
生物処理部のバチルス菌量を定期的に計測するオートサンプラを有し、前記相関関係保持手段に保持された水質指標との相関関係を定期的に更新することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の水処理装置。
【請求項6】
前記水質指標は、臭気強度、浮遊物質量、化学的酸素要求量、溶存酸素濃度、全窒素値、全燐値、余剰汚泥量、色度、粘性度、のいずれか、またはこれら1つ以上の組み合わせであることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の水処理装置。

【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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【公開番号】特開2010−155189(P2010−155189A)
【公開日】平成22年7月15日(2010.7.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−334085(P2008−334085)
【出願日】平成20年12月26日(2008.12.26)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】