JPS6251996A - 生物反応方法 - Google Patents
生物反応方法Info
- Publication number
- JPS6251996A JPS6251996A JP60189850A JP18985085A JPS6251996A JP S6251996 A JPS6251996 A JP S6251996A JP 60189850 A JP60189850 A JP 60189850A JP 18985085 A JP18985085 A JP 18985085A JP S6251996 A JPS6251996 A JP S6251996A
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- Japan
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- microorganisms
- biological reaction
- reaction
- carrier
- filled
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は生物反応器(バイオリアクター)を用いる生物
反応方法に関し、詳しくは優れた微生物保持機能と濾過
機能を有する微生物担持体を充填した生物反応器を用い
る生物反応方法に関するものであり、水処理や有用な物
質の発酵生産に利用することができる。
反応方法に関し、詳しくは優れた微生物保持機能と濾過
機能を有する微生物担持体を充填した生物反応器を用い
る生物反応方法に関するものであり、水処理や有用な物
質の発酵生産に利用することができる。
〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕バイオ
リアクターに微生物を固定化して連続的に生物反応を行
なう方法が提案されている。
リアクターに微生物を固定化して連続的に生物反応を行
なう方法が提案されている。
バイオリアクターを用いる生物反応方法には種々の方式
があり、たとえばバイオリアクターに微生物を自由に浮
遊させて反応を行なう方法、微生物をゲル等によって包
括し固定化したものをバイオリアクターに充填して反応
を行なう方法等があり、最近後者の方法が主として採用
されている。
があり、たとえばバイオリアクターに微生物を自由に浮
遊させて反応を行なう方法、微生物をゲル等によって包
括し固定化したものをバイオリアクターに充填して反応
を行なう方法等があり、最近後者の方法が主として採用
されている。
この微生物を固定化する方法によれば、バイオリアクタ
ー中に比較的高濃度に微生物を保持することができ、単
位容積当りの反応速度を高くして効率よく生物反応を行
なうことができる。固定化法には、−iに微生物をゲル
化して包括する方法および微生物の付着性を利用した担
体付着法があるが、後者の方法が拡散に優れ、また経済
的である。
ー中に比較的高濃度に微生物を保持することができ、単
位容積当りの反応速度を高くして効率よく生物反応を行
なうことができる。固定化法には、−iに微生物をゲル
化して包括する方法および微生物の付着性を利用した担
体付着法があるが、後者の方法が拡散に優れ、また経済
的である。
しかしながら、担体付着法は反応液中に微生物が比較的
多(含まれ、生物反応lプロセスの立場からすると、バ
イオリアクターから流出する反応液に含まれる微生物と
反応生成物質が十分に分離できなければ、非能率的なプ
ロセスとなる。
多(含まれ、生物反応lプロセスの立場からすると、バ
イオリアクターから流出する反応液に含まれる微生物と
反応生成物質が十分に分離できなければ、非能率的なプ
ロセスとなる。
バイオリアクターを用いる従来の生物反応方法は、これ
ら要求のすべてを満足したものはなく、改良された技術
の出現が望まれていた。
ら要求のすべてを満足したものはなく、改良された技術
の出現が望まれていた。
本発明者らは、上記問題点を解決すべく検討を重ねた結
果、バイオリアクターに特定の微生物担持体を充填し、
該担持体に微生物を付着、増殖せしめることによってバ
イオリアクター中に微生物を高濃度に保持せしめると共
に、該担持体に濾過機能を持たせることによりバイオリ
アクターから流出する反応液中の微生物濃度を極めて低
くして反応生成物質を効率的に分離することに成功し、
本発明を完成したのである。
果、バイオリアクターに特定の微生物担持体を充填し、
該担持体に微生物を付着、増殖せしめることによってバ
イオリアクター中に微生物を高濃度に保持せしめると共
に、該担持体に濾過機能を持たせることによりバイオリ
アクターから流出する反応液中の微生物濃度を極めて低
くして反応生成物質を効率的に分離することに成功し、
本発明を完成したのである。
すなわち本発明は、微生物担持体及び微生物を充填した
反応槽内に、生物反応基質を導入することにより生物反
応を行ない、生物反応生成物を抜出す生物反応方法にお
いて、該微生物担持体が、細い線状物を立体的にからみ
合わせ、かつ該線状物同士の接触部の少なくとも一部を
結合してなる複雑な空間を有するものであり、該微生物
担持体および微生物が固定床状態に維持されていること
を特徴とする生物反応方法である。
反応槽内に、生物反応基質を導入することにより生物反
応を行ない、生物反応生成物を抜出す生物反応方法にお
いて、該微生物担持体が、細い線状物を立体的にからみ
合わせ、かつ該線状物同士の接触部の少なくとも一部を
結合してなる複雑な空間を有するものであり、該微生物
担持体および微生物が固定床状態に維持されていること
を特徴とする生物反応方法である。
本発明に用いるバイオリアクターを構成する反応槽の型
式は固定床式であり、単槽でも良いが、濾過効率をより
増大せし−めるには生物反応の場となる槽内を有孔仕切
板によって複数の部屋に仕切り、すなわち多段に分割し
たものが好適に使用される。この反応槽の形状1寸法、
材質等は使用目的を考慮して決定すればよい。また、仕
切板によって形成される槽内の段数は通常、2〜4段が
適当であり、生物反応の種類等を考慮して適宜窓める。
式は固定床式であり、単槽でも良いが、濾過効率をより
増大せし−めるには生物反応の場となる槽内を有孔仕切
板によって複数の部屋に仕切り、すなわち多段に分割し
たものが好適に使用される。この反応槽の形状1寸法、
材質等は使用目的を考慮して決定すればよい。また、仕
切板によって形成される槽内の段数は通常、2〜4段が
適当であり、生物反応の種類等を考慮して適宜窓める。
さらに、多段に分割する場合、反応槽内の仕切り方につ
いても制限はなく、上下方向に仕切ってもよく、左右方
向に仕切ってもよく、かつ各段のスペースは同一であっ
てもよく、異なっていてもよい。有孔仕切板の孔径につ
いては前段に充填されている微生物担持体の粒径よりも
小さいことが必要である。なお、孔の配列2.数等は適
宜決定すればよい。
いても制限はなく、上下方向に仕切ってもよく、左右方
向に仕切ってもよく、かつ各段のスペースは同一であっ
てもよく、異なっていてもよい。有孔仕切板の孔径につ
いては前段に充填されている微生物担持体の粒径よりも
小さいことが必要である。なお、孔の配列2.数等は適
宜決定すればよい。
反応槽に充填する微生物担持体は、細い線状物を立体的
、すなわち上下、前後、左右にからみ合わせたもので構
成されている。この線状物のからみ合いにより担持体中
に複雑な空間が生じ、線状物の表面と該空間に微生物を
担持させるのである。
、すなわち上下、前後、左右にからみ合わせたもので構
成されている。この線状物のからみ合いにより担持体中
に複雑な空間が生じ、線状物の表面と該空間に微生物を
担持させるのである。
この線状物同士の接触部の一部あるいは全部を結合させ
るための手段としては特に制限はない。たとえば機械的
手段、熱約手段などのばか接着上な綿状物間に複雑な空
間が形成され、担持体表面に複雑な凹凸を形成したと同
等乃至それ以上の微生物付着効果が得られ、かつ担持体
空間をも十分に微生物居住用に供することができるとい
う特色がある。
るための手段としては特に制限はない。たとえば機械的
手段、熱約手段などのばか接着上な綿状物間に複雑な空
間が形成され、担持体表面に複雑な凹凸を形成したと同
等乃至それ以上の微生物付着効果が得られ、かつ担持体
空間をも十分に微生物居住用に供することができるとい
う特色がある。
ここで線状物としては細いものが用いられ、その太さは
通常数十ミクロンから数ミリメートルの間で適宜選定さ
れる。また、線状物の材質としては様々なものを使用す
ることができ、たとえばナイロン、ポリエステル、アク
リル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポ
リプロピレン。
通常数十ミクロンから数ミリメートルの間で適宜選定さ
れる。また、線状物の材質としては様々なものを使用す
ることができ、たとえばナイロン、ポリエステル、アク
リル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポ
リプロピレン。
ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン等の合成樹脂のほか
木綿、レーヨン、アセテート、ガラス繊維等を挙げるこ
とができ、これらを組合せて用いてもよい。微生物担持
体を粒子として用いる場合、その形状は特に制限はない
が、一般的には円柱状。
木綿、レーヨン、アセテート、ガラス繊維等を挙げるこ
とができ、これらを組合せて用いてもよい。微生物担持
体を粒子として用いる場合、その形状は特に制限はない
が、一般的には円柱状。
角形状9球形状、中空円筒状などの形状として用いる0
粒子の大きさは径、長さ共に通常3〜100龍程度、好
ましくは5〜50鶴程度が適当であり、崇比重はQ、0
05〜0.4、好ましくは0.005〜0.2程度であ
る。また、粒子の空隙率は60%以上であることが好ま
しい。なお、粒子としては成程度の硬さを有することが
必要であり、通常は製造工程において粒子表面に熱と圧
縮力を適当に加えて剛性を与える。
粒子の大きさは径、長さ共に通常3〜100龍程度、好
ましくは5〜50鶴程度が適当であり、崇比重はQ、0
05〜0.4、好ましくは0.005〜0.2程度であ
る。また、粒子の空隙率は60%以上であることが好ま
しい。なお、粒子としては成程度の硬さを有することが
必要であり、通常は製造工程において粒子表面に熱と圧
縮力を適当に加えて剛性を与える。
上記微生物担持体を前記反応槽に充填するにあたり、仕
切りのない槽に粒径が同一もしくは異なるものを組合せ
て充填することも可能であるが、本発明の目的の1つで
ある濾過効果を増大させるためには多段に仕切られた槽
内の各段に充填することが好ましい。その場合、第1段
に最も粒径の大きいものを充填し、最終段に向かって順
次粒径が小さくなるように各段ごとに粒径を変えて充填
すると優れた濾過効果が得られる。たとえば、槽内を3
段に仕切った場合、第1段には粒径30〜100鶴、好
ましくは50〜1oonの担持体を充填し、第2段には
8〜70++n、好ましくは10〜50flの粒径を有
する担持体を、第3段には3〜20m、好ましくは5〜
15鶴の粒径を有する担持体をそれぞれ充填する。
切りのない槽に粒径が同一もしくは異なるものを組合せ
て充填することも可能であるが、本発明の目的の1つで
ある濾過効果を増大させるためには多段に仕切られた槽
内の各段に充填することが好ましい。その場合、第1段
に最も粒径の大きいものを充填し、最終段に向かって順
次粒径が小さくなるように各段ごとに粒径を変えて充填
すると優れた濾過効果が得られる。たとえば、槽内を3
段に仕切った場合、第1段には粒径30〜100鶴、好
ましくは50〜1oonの担持体を充填し、第2段には
8〜70++n、好ましくは10〜50flの粒径を有
する担持体を、第3段には3〜20m、好ましくは5〜
15鶴の粒径を有する担持体をそれぞれ充填する。
次に、微生物担持体の濾過特性を従来の濾材と比較する
と以下の如くである。
と以下の如くである。
U ネ虜目り1汰 送Jし贋友
有効濾過部 濾材内部と濾材間空隙 濾材間空隙上
記の如く微生物担体を濾材として考えたとき、濾材内部
が有効濾過部として作用し、かつ生物反応が洗浄後も継
続して行われるという特徴を有している。
有効濾過部 濾材内部と濾材間空隙 濾材間空隙上
記の如く微生物担体を濾材として考えたとき、濾材内部
が有効濾過部として作用し、かつ生物反応が洗浄後も継
続して行われるという特徴を有している。
本発明の方法に使用する微生物は各種のものがあり、た
とえば細菌、酵母、カビ、放線菌、担子菌、藻類等を挙
げることができ、バイオリアクターとしての使用目的を
考慮して適切な微生物を選択すればよい。
とえば細菌、酵母、カビ、放線菌、担子菌、藻類等を挙
げることができ、バイオリアクターとしての使用目的を
考慮して適切な微生物を選択すればよい。
生物反応を行うための基質についても様々なものがあり
、たとえばアルコール、アミノ酸、抗生物質等の有用物
質の醗酵生産を目的とする場合は、供試微生物がこれら
有用物質を生産するために適した組成(炭素源、窒素源
、?fX量要素など)の培地が用いられ、また水処理な
どを目的とする場合は処理すべき廃水等が用いられる。
、たとえばアルコール、アミノ酸、抗生物質等の有用物
質の醗酵生産を目的とする場合は、供試微生物がこれら
有用物質を生産するために適した組成(炭素源、窒素源
、?fX量要素など)の培地が用いられ、また水処理な
どを目的とする場合は処理すべき廃水等が用いられる。
次に、反応槽内の微生物担持体と微生物は固定床にて充
填されることが必須である。このことは、濾過効率を向
上せしめるという本発明の目的を達成させるために必要
不可欠な要件となる。
填されることが必須である。このことは、濾過効率を向
上せしめるという本発明の目的を達成させるために必要
不可欠な要件となる。
バイオリアクターを用いて目的とする生物反応を行うに
は、前記担持体と微生物が充填されている反応槽の第1
段に上記基質を導入し、第2段。
は、前記担持体と微生物が充填されている反応槽の第1
段に上記基質を導入し、第2段。
第3段・・・と順次生物反応を行わしめればよく、次い
で反応槽の他端に位置する最終段から生物反応生成物を
抜出し、必要な後処理を行う。
で反応槽の他端に位置する最終段から生物反応生成物を
抜出し、必要な後処理を行う。
バイオリアクター中における反応は好気的条件。
嫌気的条件のいずれも適用でき、さらに必要に応じ通気
、攪拌等を適宜採用することができる。
、攪拌等を適宜採用することができる。
本発明によれば、反応槽内に導入される基質を資化する
ことによって微生物は増殖し、担持体に捕捉されてその
ン店度が増大し、高効率のバイオリアクターを形成する
。しかも、微生物は系外に流出しないように濾過機能を
持たせているため、生物反応生成物質との分離が容易で
ある。また、微生物の増殖によって濾材たる微生物担持
体に目詰りが生じた場合、適当な手段にて洗浄すればよ
く、洗浄後も遅番なく生物反応を継続して行なうことが
できる。
ことによって微生物は増殖し、担持体に捕捉されてその
ン店度が増大し、高効率のバイオリアクターを形成する
。しかも、微生物は系外に流出しないように濾過機能を
持たせているため、生物反応生成物質との分離が容易で
ある。また、微生物の増殖によって濾材たる微生物担持
体に目詰りが生じた場合、適当な手段にて洗浄すればよ
く、洗浄後も遅番なく生物反応を継続して行なうことが
できる。
バイオリアクターの最終段から抜出される生物反応生成
物から微生物等の固体を分離するために膜を用いて濾過
することが好適に行なわれる。この分離膜の流束(fl
ux)は通常、清水での流束を表わしているが、微生物
等が液中に存在すると、その濃度により流束の低下は著
しく、目詰りするため、洗浄頻度も多くなる。これに対
して本発明では系外に抜出される液中の微生物を低レベ
ルに抑えているため、分離膜を大きな経済的負担なしに
使用することができる。分離膜として、限外濾過膜(仕
様:ホローファイバー型、ラボモジュール:有効表面積
0.2dを使用、材質:ポリアクリロニトリル1分画分
子量:13ooo)を用い、定常状態における微生物濃
度と流束の関係を輿べた結果を以下に示す。なお、at
物として活性汚泥を用い、圧力は2 kg / ctl
Gとした。
物から微生物等の固体を分離するために膜を用いて濾過
することが好適に行なわれる。この分離膜の流束(fl
ux)は通常、清水での流束を表わしているが、微生物
等が液中に存在すると、その濃度により流束の低下は著
しく、目詰りするため、洗浄頻度も多くなる。これに対
して本発明では系外に抜出される液中の微生物を低レベ
ルに抑えているため、分離膜を大きな経済的負担なしに
使用することができる。分離膜として、限外濾過膜(仕
様:ホローファイバー型、ラボモジュール:有効表面積
0.2dを使用、材質:ポリアクリロニトリル1分画分
子量:13ooo)を用い、定常状態における微生物濃
度と流束の関係を輿べた結果を以下に示す。なお、at
物として活性汚泥を用い、圧力は2 kg / ctl
Gとした。
′生ンF([/jり ’ (rrr/m・hr)1
00 0.049 3000 0.024 8000 0.012 〔発明の効果〕 本発明において、バイオリアクターの微生物濃度は水処
理の場合や醗酵生産の場合等により異なるが、通常は担
体容積当り数万■/!である。一方、系外に流出する微
生物濃度は飽和に達するまでは数十■/l乃至数百■/
l以下に抑えることができる。そのため、バイオリアク
ターでは極めて高い効率で生物反応が行なわれ、後続す
る分離膜の寿命は延長し、かつ分離のための設備を小型
化することができる。
00 0.049 3000 0.024 8000 0.012 〔発明の効果〕 本発明において、バイオリアクターの微生物濃度は水処
理の場合や醗酵生産の場合等により異なるが、通常は担
体容積当り数万■/!である。一方、系外に流出する微
生物濃度は飽和に達するまでは数十■/l乃至数百■/
l以下に抑えることができる。そのため、バイオリアク
ターでは極めて高い効率で生物反応が行なわれ、後続す
る分離膜の寿命は延長し、かつ分離のための設備を小型
化することができる。
また、本発明に使用する微生物担持体は微生物の付着性
、居住性に優れており、微生物を高濃度に保持して単位
体積当りの反応速度を高めることができる。しかも、該
担持体は濾過効果をも有するため、バイオリアクターよ
り系外に流出する液中の微生物濃度を、前述した如く低
く抑えることが可能である。
、居住性に優れており、微生物を高濃度に保持して単位
体積当りの反応速度を高めることができる。しかも、該
担持体は濾過効果をも有するため、バイオリアクターよ
り系外に流出する液中の微生物濃度を、前述した如く低
く抑えることが可能である。
よって、本発明によれば有用物質の醗酵生産。
水処理等の様々な生物反応を効率よく行なうことができ
る。
る。
次に、本発明を害施桝により詳しく説明する。
実施例
アンモニアの生物的硝化反応
アンモニアを比較的高濃度に含有する液について下記実
験条件にてベンチ実験を行ない付着微生物濃度、濾過機
能、硝化率、アンモニア性窒素(NH4−N)負荷等を
調べた。
験条件にてベンチ実験を行ない付着微生物濃度、濾過機
能、硝化率、アンモニア性窒素(NH4−N)負荷等を
調べた。
実験条件
1、反応槽(透明な塩化ビニル樹脂製):1段型反応槽
有効容積 201
寸 法 有効径150鶴φX1130mH反応槽底部
から空気吹込み 2、微生物担持体: 素 材 ポリプロピレン系80デニールおよび7デニー
ルよりなる 真比重 0.95 寸 法 外径35鰭、内径25m、長さ35鶴の中空円
筒型、1個の重量2.5g 充填I 9β(ランダム充填) 3、温 度:室温(20〜27℃) 4、使用微生物二種菌は活性汚泥 5、基質および濃度:アンモニア、アンモニア性窒素と
して約500■/j2.炭素源として重曹を使用した。
から空気吹込み 2、微生物担持体: 素 材 ポリプロピレン系80デニールおよび7デニー
ルよりなる 真比重 0.95 寸 法 外径35鰭、内径25m、長さ35鶴の中空円
筒型、1個の重量2.5g 充填I 9β(ランダム充填) 3、温 度:室温(20〜27℃) 4、使用微生物二種菌は活性汚泥 5、基質および濃度:アンモニア、アンモニア性窒素と
して約500■/j2.炭素源として重曹を使用した。
6、醗酵形態:好気性
7、実験時間:約6ケ月
ベンチ実験6ケ月後の2週間の平均値は次の通りである
。
。
上記連続実験後の付着微生物濃度および実験中の流出微
生物濃度は次の通りである。
生物濃度は次の通りである。
反応槽中の浮遊性微生物と系内の全微生物の比をとると
、この値は担持体の付着性能を表わすことになる。また
、この値を濾過機能から見ると、濾過性能を表わしてい
ると見ることもできる。浮遊性微生物濃度は流出微生物
濃度と等しいので上記の比は次の様に表わせる。
、この値は担持体の付着性能を表わすことになる。また
、この値を濾過機能から見ると、濾過性能を表わしてい
ると見ることもできる。浮遊性微生物濃度は流出微生物
濃度と等しいので上記の比は次の様に表わせる。
浮遊微生物濃度
系内の微生物濃度
付着性微生物濃度(反応槽容積当り)十流出微生物濃度
以上の結果より、本発明に用いるバイオリアクターは6
力月経過後も濾過機能を有すると共に、十分な生物反応
を行なっていると考えられる。
以上の結果より、本発明に用いるバイオリアクターは6
力月経過後も濾過機能を有すると共に、十分な生物反応
を行なっていると考えられる。
Claims (2)
- (1)微生物担持体及び微生物を充填した反応槽内に、
生物反応基質を導入することにより生物反応を行ない、
生物反応生成物を抜出す生物反応方法において、該微生
物担持体が、細い線状物を立体的にからみ合わせ、かつ
該線状物同士の接触部の少なくとも一部を結合してなる
複雑な空間を有するものであり、該微生物担持体および
微生物が固定床状態に維持されていることを特徴とする
生物反応方法。 - (2)反応槽が、有効仕切板によって多段に分割され、
微生物担持体をその粒径の最も大きいものを第1段に充
填し、最終段に向かって順次粒径が小さくなるように各
段ごとに粒径を変えて充填してある特許請求の範囲第1
項記載の方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60189850A JPS6251996A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 生物反応方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60189850A JPS6251996A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 生物反応方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6251996A true JPS6251996A (ja) | 1987-03-06 |
JPH0318880B2 JPH0318880B2 (ja) | 1991-03-13 |
Family
ID=16248235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60189850A Granted JPS6251996A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 生物反応方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6251996A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01229857A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-13 | Kuraray Co Ltd | 微生物膜用不織布 |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP60189850A patent/JPS6251996A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01229857A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-13 | Kuraray Co Ltd | 微生物膜用不織布 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0318880B2 (ja) | 1991-03-13 |
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