(57)【要約】【課題】放流先の環境中に悪影響を及ぼさず、大腸菌群数の急激な変動に対応可能であり、エネルギー面でも環境面でも、効率的な消毒システムを得ること。【解決手段】被処理水の消毒または殺菌手段として消毒装置を設けた消毒システムにおいて、微生物の反応により生成した物質の検出手段を具備した微生物測定装置を設置し、微生物測定装置の測定開始直後の測定値から微生物数を演算し、微生物数に応じた消毒剤の注入量を決定し、さらに時間の経過とともに紫ＬＥＤの点灯個数を変化させ、点灯個数に応じた検量線により微生物数を時間と共に更新して、消毒剤の注入量を時間と共に変化させる。【選択図】        図２
2004290788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水の消毒または殺菌手段として消毒装置を設けた消毒システムにおいて、微生物の反応により生成した物質の検出手段を具備した微生物測定装置を設置し、前記微生物測定装置の測定開始直後の測定値から微生物数を演算し、前記微生物数に応じた消毒剤の注入量を決定し、さらに時間の経過とともに変化する前記測定値から間欠的または連続的に前記微生物数を更新して、消毒剤の注入量を時間と共に変化させることを特徴とする水の消毒システム
【請求項２】
前記微生物測定装置の微生物の反応が酵素反応であることを特徴とする請求項１に記載の水の消毒システム
【請求項３】
前記微生物測定装置の検出手段は蛍光を検出するものであり、蛍光の励起光源として二個以上のＬＥＤを備え、前記測定開始直後の測定の終了後に、前記ＬＥＤの点灯個数を変化させ、各点灯個数に応じた検量線により微生物数を演算し、消毒剤の注入量を変化させることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水の消毒システム
【請求項４】
前記蛍光の励起光源としてレーザー、キセノンランプ、ＵＶランプのいずれか一つ以上を複数個用いて、光導出手段を介して検出手段へ光を導出することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水の消毒システム。
【請求項５】
前記微生物測定装置の蛍光の励起光源において、前記測定開始直後の測定値により、前記励起光源の印加電圧を変化させ、各印加電圧に応じた検量線により微生物数を演算し、消毒剤の注入量を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の水の消毒システム。
【請求項６】
前記微生物測定装置において、微生物数が多い場合は測定開始からの反応時間を短くし、微生物数が少ない場合は前記反応時間を長くすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の水の消毒システム。
【請求項７】
前記微生物測定装置は酵素反応の反応回路を複数具備し、複数の反応回路を切換える手段を備え、前記複数の反応回路を一定の時間ごとに反応を開始させて各々微生物数を演算し、前記微生物数を用いて、消毒剤の注入を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載の水の消毒システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の消毒殺菌システムに関し、例えば上水を殺菌する殺菌システム、下水の二次処理水や再利用水（被処理水）を消毒または殺菌する消毒システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、上水の処理では、浄水処理場において、河川などから採取した原水を前塩素処理してアンモニア性窒素や鉄分等を除去し、次に、凝集処理と急速ろ過法によって懸濁物質を除去し、最後に、後塩素処理で微生物を殺菌するプロセスが行われている。一方、下水の処理では、下水処理場において、活性汚泥法によって有機物やＳＳ成分を除去し、次に、汚泥を分離し、最後に、消毒・殺菌してから河川等に放流するプロセスが行われている。
【０００３】
これら上水と下水の処理のいずれにおいても、消毒殺菌手段に塩素が用いられることが多い。そして、目標とする消毒殺菌レベルの法定基準値は、上水の場合、大腸菌群数が非検出、また一般細菌数１００個／ｍＬ以下と定められている。また、下水道の放流水に関する法定基準は、大腸菌群数３０００個／ｍＬ以下に定められている。一方、上水、下水の区別を問わず、微生物の測定には培養法が用いられており、例えば下水の大腸菌群数の測定にはデソキシコレート寒天培地法による測定が一般に用いられている。この方法はデソキシコレート寒天培地上に微生物コロニー（集落）を形成し、このコロニーの数に基づいて微生物数を計数する方法である。しかし、この方法は、被測定試料そのものまたは該被測定試料の希釈液を、寒天培地上に微生物が均一に分散するように混釈し、栄養分を含む培地上で該微生物を培養することにより各微生物（細胞）を判別可能な大きさのコロニーにまで増殖させ、コロニー数を計数し、このコロニー数から微生物数を得るといった手法であるが、微生物の培養を利用しているために一般に測定に２０時間以上必要であり、迅速な測定手段とは言い難い。従って、実際には消毒の際の塩素の注入率は、この培養法による大腸菌群数の測定値を用いるのではなく、被処理水量、アンモニア濃度、有機物濃度などを考慮した上で経験的に決定している。
【０００４】
ところが、近年、大腸菌群数を迅速に測定して塩素やオゾンの注入率をリアルタイムで制御するという消毒処理システムがいくつか提案されており、例えば特開平７―２０４６７１号及び特開２０００―７９３９６号に一例が開示されている。具体的に説明すると、特開平７―２０４６７１号は、下水二次処理水の再利用処理施設と処理水利用設備とを連結する導水渠の中途部にオゾン処理装置を配備し、オゾン発生装置から処理水中に放散されるオゾンガスの持つ酸化力と殺菌力によって殺菌、脱臭及び脱色を行うようにした下水再利用システムを開示しており、そのシステムでは、大腸菌群測定装置を付設するとともに、オゾン処理装置の下流側に溶存オゾン濃度計を配備し、大腸菌群測定装置によって測定された導水渠の上流側の大腸菌群数と、溶存オゾン濃度計によって測定されたオゾン処理水の溶存オゾン濃度からオゾン処理装置に対する注入オゾン率を適宜変更するような制御を実施しており、オゾン処理装置にオゾンガスが注入されている状態で大腸菌群数が目標値以上であった場合に注入オゾン率を高め、オゾン処理装置にオゾンガスが注入されている状態で大腸菌群数が目標値以下であった場合にはオゾン処理を停止するようになっている。また、特開２０００―７９３９６号のシステムでは、大腸菌群数・有機物濃度・アンモニア自動測定装置の値から、データ処理装置に予め設定した演算式に基づいて、塩素注入量を決定している。
【０００５】
大腸菌群数を迅速に測定する方法として、本発明と同一の出願人による特開２００２−３５５０２４号が挙げられる。この出願で開示された方法では、酵素蛍光法が用いられており、被処理水（処理下水）に含まれる大腸菌群が持つβ−Ｄ−ガラクトシダーゼによる酵素触媒反応を利用して、大腸菌群の数が測定される。基質としては蛍光酵素基質である４−メチルウンベリフェリル−β−Ｄ−ガラクトピラノシド（以下「４−ＭＵＧ」と略す）が用いられる。この４−ＭＵＧは、β―Ｄ―ガラクトシダーゼの触媒作用により、３７℃の温度条件において加水分解反応が促進され、蛍光物質である４−メチルウンベリフェロン（４−ＭＵ）を生成する。被処理水における４−ＭＵ濃度は、蛍光光度計を用いて経時的に測定され、４−ＭＵの生成速度がβ―Ｄ―ガラクトシダーゼ活性値として求められる。そして、この方法では、測定が３０分で完了し、大腸菌群数５００個／ｍＬ以上の測定が可能であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７―２０４６７１号
【特許文献２】
特開２０００―７９３９６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の消毒システムは、経験的に塩素注入率を決定するか、実際に大腸菌群数を測定して測定値から塩素またはオゾンの注入率を決定している。しかしながら、経験的に塩素の注入率を決定する場合、処理場の現場では安全を見越して注入量が決定される。そのため、塩素やオゾンが無駄に過剰注入され、さらに残留している塩素が放流先の環境中で悪影響を及ぼしている可能性がある。また、デソキシコレート寒天培地法や大腸菌群測定装置により塩素注入率を決定する場合、大腸菌群数の測定を迅速に行うことができないため、急激な大腸菌群数の変動に対応できず、その結果、消毒が不完全になり、放流水の大腸菌群数が放流基準値である３０００個／ｍＬを上回る可能性がある。また、消毒剤を量を制御する際に大腸菌群数測定装置の出力信号をディジタル信号に変換するが、大腸菌群数は１００〜１０００００個／ｍＬと３桁以上にわたり非常に広範囲の幅を有するため、Ａ／Ｄ変換器のビット数が小さい場合には高い濃度の側に最大出力電圧を設定すると低い大腸菌群数を測定する時の分解能が小さくなる。そのため、ダイナミックレンジが大きく取れず、測定誤差が大きくなるという問題がある。この問題を解消するためにはビット数の高いＡ／Ｄ変換器を利用すればよいが、高分解能・高速変換性能と低コストを全て兼ね備えたものは存在しないのが実情である。
【０００８】
本発明は、上記のような先行のものの問題点を解決するためになされたものであり、放流先の環境中に悪影響を及ぼさず、大腸菌群数の急激な変動に対応可能とする消毒システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る消毒システムは、被処理水の消毒または殺菌手段として消毒装置を設けた消毒システムにおいて、微生物の反応により生成した物質の検出手段を具備した微生物測定装置を設置し、微生物測定装置の測定開始直後の測定値から検量線を用いて微生物数を演算し、微生物数に応じた消毒剤の注入量を決定し、さらに時間の経過とともに変化する前記測定値から間欠的または連続的に微生物数を更新して、消毒剤の注入量を時間と共に変化させるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による消毒システムの実施の形態を示す構成図であり、ここでは下水の二次処理水を消毒する場合を説明するが、本発明は下水の処理や下水の二次処理水の消毒に限るものでなく、例えば上水の後塩素処理の消毒殺菌や下水の再生利用のための消毒処理のほかにも、一般に水の消毒全般に適用可能であることは言うまでもない。
【００１１】
この図において、１は活性汚泥法によるエアレーションタンク（図示せず）により処理された活性汚泥処理水である。２は沈殿槽であり、重力沈降作用により汚泥を分離する。３は沈澄水、４は管渠である。５はオゾン処理装置であり、ここでオゾンによる消毒が行われ、殺菌や有機物などの分解が行われる。６は管渠である。７は被処理水であり、オゾンによる消毒によって大腸菌群数が放流基準値である３０００個／ｍＬ以下になっている。８はポンプであり、流量が１〜２Ｌ／ｍｉｎ程度の小型のものを用いる。９は導水管である。１０は大腸菌群数計測装置であり、ここでは酵素蛍光法を用いてβ−Ｄ―ガラクトシダーゼ活性から大腸菌群数を求める方法を採用している。１１は運転制御装置、１２はオゾン発生装置で、運転制御装置１１はオゾン発生装置１２の制御を行うが、風量や全体の運転の制御を行うトータル制御装置の一部分として構成することも可能である。１３はオゾン導入管であり、オゾンの腐食の対策を施した材料で作られている。１４はディフューザーであり、出来るだけ小さい気泡を発生するために多孔質の材料が用いられている。１５はオゾン気泡であり、高濃度のオゾンを含む気泡である。
【００１２】
大腸菌群数測定装置１０の詳細な構成が図２に示してある。ここで、大腸菌群数測定装置は大腸菌群数を測定するために利用されているが、例えば糞便性大腸菌群数や一般細菌数の測定も、試薬、温度等の測定条件を変更することにより可能である。測定装置１０の構成について具体的に説明すると、導水管９の一端が貯留タンク１７に接続されている。貯留タンク１７は大気圧に開放されている。貯留タンク１７は配管１８を介して三方電磁弁１９の一つのポートに接合されている。三方電磁弁１９の別のポートにはイオン交換水保管容器２２が配管２３を介して接合されている。これにより、イオン交換水保管容器２２に保持されているイオン交換水が、装置の感度校正や配管の内部洗浄を行う時に使用できるようになっている。三方電磁弁１９は電圧を印加しない通常状態でａ−ｂの流路を形成しており、電圧が印加されて作動するとａ−ｂの流路を遮断し、代わりにａ−ｂ’の流路を形成するように構成されている。三方電磁弁１９の更に別のポートは、配管２１・ポンプ２０を介して混合部分２４の一つのポートに接続されている。混合部分２４には通常Ｔ字型あるいはＹ字型の三方管を用いられるが、混合特性を向上させるためにオリフィスを利用することも可能である。
【００１３】
混合試薬容器２５は、酵素反応を行わせる混合試薬を収容している。この混合試薬は、蛍光酵素基質、緩衝液、界面活性剤の混合物である。蛍光酵素基質として４−メチルウンベリフェリルβ−ガラクトピラノシド（以下「４−ＭＵＧ」という。）が含有され、リン酸緩衝液と界面活性剤が含有されている。リン酸緩衝液は、反応時の水素イオン濃度を一定に保持する。界面活性剤は、微生物の細胞膜を軟化させ細胞内の酵素であるβ−Ｄ−ガラクトシダーゼが容易に４−ＭＵＧと反応させる役割と、後段の蛍光強度を測定する際の感度向上の役割を果たす。界面活性剤の具体例として、ラウリル硫酸ナトリウムがある。混合試薬容器２５は、配管２８を介して、三方電磁弁２７の一つのポートに接続されている。
【００１４】
校正用混合試薬容器２６は、装置の校正用に、蛍光物質、緩衝液、界面活性剤の混合液を収容している。蛍光物質としては、４−メチルウンベリフェロン（以下「４−ＭＵ」という。）が用いられている。緩衝液、界面活性剤は、混合試薬容器２５の内容物と同一である。校正用混合試薬容器２６は、配管２９を介して三方電磁弁２７の別のポートに接続されている。三方電磁弁２７は電圧を印加しない通常状態でｃ−ｄの流路を形成しており、電圧が印加されて作動するとｃ−ｄの流路を遮断し、代わりにｃ−ｄ’の流路を形成するように構成されている。三方電磁弁２７の更に別のポートは、ポンプ３０を備えた配管３２を介して、二方電磁弁３１の一方のポートに接続されている。二方電磁弁３１の他方のポートは、配管３３を介して混合部分２４の別のポートに接続されている。二方電磁弁３１は、電圧が印加されていない通常状態で閉じており、電圧が印加されると流路を開放するように設定されている。混合部分２４の更に別のポートは、配管３４を介して反応部分３５に接続されている。
【００１５】
反応部分３５はコイル状の管で、恒温槽４０に収められている。反応部分３５は、区間３６、区間３７、区間３８、区間３９の４つの部分に仮想的に等分割して表示されている。恒温槽４０の内部は一定の温度に保たれており、例えば３８℃に調整されている。反応部分３５の他方の端部は、混合部分４１の一つのポートに接続されている。容器４２は、アルカリ溶液を収容している。このアルカリ溶液には、例えば３Ｍグリシン−水酸化ナトリウム溶液（ｐＨ１０．５）が用いられる。容器４２は、ポンプ４４を備えた配管４３を介して二方電磁弁４５の一方のポートに接続されている。二方電磁弁４５は電圧が印加されていない通常状態では閉じているが、電圧が印加されると流路を開放するように設定されている。二方電磁弁４５の他方のポートは、配管４６を介して混合部４１の別のポートに接続されている。混合部分４１の構造は混合部分２４と同一である。混合部分４１の更に別のポートは、配管４７が接続されている。配管４７は、検出部分４８内のフローセル４９の一方のポートに接続されている。
【００１６】
検出部分４８で利用される蛍光の励起光源５０として、本実施の形態では中心波長３８０ｎｍの紫ＬＥＤが２個利用されている。これらの紫ＬＥＤを含む回路は、点灯個数を変化させたり、個々が独立に点灯できるように設計されている。励起光及びフローセルから発した蛍光の波長スペクトルのうち有効な波長のみを通過させるためのバンドパスフィルタ５１、５２、蛍光を検出する光電子増倍管５３が配置されている。光電子増倍管５３は、増幅回路を内蔵したものを採用してもよいし、Ｓ／Ｎ比を確保する目的で増幅回路が分離されているものでもよい。本実施の形態では蛍光の測定波長が４５０ｎｍに設定されているが、その波長は測定する蛍光物質に依存する。フローセル４９の他方のポートは、配管５４を介して廃液容器５５に接続されている。光電子増倍管５３の出力はケーブル５６を介してＡ／Ｄ変換ボード５７に接続され、さらにケーブル５８を介して外部の運転制御装置１１（図１参照）に接続されている。なお、図示しないが運転制御装置１１の一部は、大腸菌群数測定装置１０内のポンプ２０、３０、４４や三方電磁弁１９、２７、二方電磁弁３１、４５の開閉、恒温槽４０の温度設定、紫ＬＥＤ５０の点灯個数の制御の役割も果たしている。
【００１７】
図１と図２を参照して動作を説明する。図１において、活性汚泥法で処理された活性汚泥処理水１は、沈殿槽２に供給され、そこで汚泥と沈澄水に分離される。沈殿槽２で分離された沈澄水３は、管渠４を介してオゾン処理装置５に導かれる。オゾン処理装置５で殺菌消毒された消毒処理水７は、管渠６を介して河川などに放流される。管渠６を流れる消毒処理水７の一部は、ポンプ８により導水管９を介して大腸菌群計測装置１０に導かれる。大腸菌群測定装置１０は大腸菌群数を測定する。そして、測定された大腸菌群数に基づき、運転制御装置１１がオゾン発生装置１２のオゾン発生量の制御する。オゾン発生装置１２で発生したオゾンは、オゾン導入管１３を介して曝気装置１４に導かれ、オゾン処理装置５に収容されている沈澄水３にオゾン気泡１５として導入される。導入されたオゾンは沈澄水３に溶解し、その溶解したオゾンが大腸菌群や有機物などに速やかに反応して消毒をする。
【００１８】
図２に示す大腸菌群数測定装置１０において、導水管９を介して導かれた試料水を貯水タンク１７に貯留しておく。貯水タンク１７をオーバーフローした試料水は排水管１６を介して排水される。大腸菌群数の測定に際し、三方電磁弁１９、２９を切り換え、ａ−ｂ、ｃ−ｄで示す流路を開放する。また、二方電磁弁３１を開放し、ポンプ２０、３０を動作させる。これにより、貯水タンク１７からの試料水と混合試薬容器２５からの混合試薬が混合部２４、配管３４で混合され、反応部分３５に送られる。反応部分３５の配管内には前回測定した時の試料水が残存している。したがって、この残存試料水が完全に置換されるまで、ポンプ２０と３０を動作させる。その後、２つの紫ＬＥＤ５０を共に点灯する。そして、反応部分３５の内部が新たな試料水によって完全に置換された状態でポンプ２０と３０を停止させ、二方電磁弁３１を閉じ、ここでの酵素触媒反応の開始時間をタイマＡの初期値（反応０分時）に設定する。以後、タイマＡの計測時間を用いて、例えばタイマＡの計測時間が１分の時を「反応１分時」という。反応部分３５では大腸菌群が持つβ−Ｄ−ガラクトシダーゼの触媒加水分解反応により、４―ＭＵＧがガラクトースと４−ＭＵに分解される。反応１分時、二方電磁弁３１を閉じ、二方電磁弁４５を開き、ポンプ２０と４４を駆動し、フローセル４９に反応液を送液する。なお、ポンプ２０と４４の動作時間はフローセル４９に十分反応液が行き渡るまでの時間に設定されており、その時間内に反応部分３５の全反応液のうちの一部分のみが送られる。具体的に、反応部分３４の４つに等分割された区間３６、３７、３８、３９のうち、区間３９に相当する部分の量である。この送液量はフローセル４９の大きさより十分大きく設定されている。容器４２から吸引された３Ｍグリシン−水酸化ナトリウム溶液により反応部分３５の反応液はアルカリ性となり、酵素触媒反応を停止する。この時の動作により、区間３６の反応液が区間３７に、区間３７の反応液が区間３８に、区間３８の反応液が区間３９にそれぞれ移動する。
【００１９】
測定開始初期、紫ＬＥＤ５０は２個とも点灯している。そして、ＬＥＤ５０から出射された光はフィルタ５１を介してフローセル４８内の反応液に照射され、反応液内の４―ＭＵが励起されて４５０ｎｍ付近の蛍光を発する。蛍光は光電子増倍管５３により検出される。光電子増倍管５３の出力電圧はＡ／Ｄ変換ボード５７によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。変換された信号はケーブル５８を介して運転制御装置１１へ送られる。運転制御装置において出力電圧からあらかじめ設定した検量線（図３）を利用して４−ＭＵ濃度を決定する。以上が反応１分時の時の動作であるが、この後、反応１分時と同様の処理を反応１０分時を実施する。このとき、二方電磁弁２０を閉じ、二方電磁弁４４を開いたままで、ポンプ２０と４４を動作し、反応部分３５の一部である区間３９（反応１分時において区間３８から移動した部分）の部分をフローセル４９に送液する。その後、反応１分時と同様に、４−ＭＵ濃度を求める。反応１分時の４−ＭＵ濃度と反応１０分時の４−ＭＵ濃度から４−ＭＵ濃度の時間に対する傾きを求め、これをβ−Ｄ−ガラクトシダーゼの活性値とする。β−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値はあらかじめ求めておいた係数を利用して大腸菌群数に換算する。求めた大腸菌群数に応じてオゾン発生装置１２のオゾン発生量を決定し、ディフィーザー１４からオゾンを注入する。オゾン発生量の決定に際してはここではＰＩＤ制御法を用いている。しかし、実際にはオゾンは大腸菌群のほかに有機物、ＳＳ等によっても消費されるため、それらも勘案した上で注入量を決定する。
【００２０】
この時に求めたβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値が予め決められた一定値、例えば１０μｇ／Ｌ／ｍｉｎを超えた場合、紫ＬＥＤの点灯個数を２個から１個に変更する。この後、同様に反応２０分時、反応３０分時の測定を実行して得られた出力電圧は、反応１分時または反応１０分時とは別の検量線（図４）を用いて４−ＭＵ濃度を計算する。得られた４−ＭＵ濃度の変化から最小二乗法により傾きを求め、β−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値を計算し、反応１０分時に計算したβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値と置き換える。置き換えられたβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値から大腸菌群数を計算して、オゾンの注入量を決定する動作については反応１０分時の動作と全く同様である。なお、測定開始から３０分後の測定完了までの光電子増倍管５３の出力電圧の時間変化は図５、４−ＭＵの濃度変化は図６のようになる。測定完了後、大腸菌群計測装置１０を測定開始前の状態へ初期化し、例えば１０分後に再度繰り返して動作させる。すなわち４０分を１サイクルとして繰り返し動作する。これら一連の動作のフロー図を図７に示す。
【００２１】
通常、Ａ／Ｄ変換器５７は最大入力電圧が所定の値（例えば５Ｖ）に決められており、光電子増倍管５３の出力電圧はこれを超えないようにする必要がある。一方、Ａ／Ｄ変換器５７は１２または１６ビットのものが多く用いられている。例えば、１２ビットのＡ／Ｄ変換器を用いた場合、入力電圧が０−５Ｖのとき、最小分解能は０．００１２Ｖとなる。しかし、光電子増倍管５３の出力電圧が小さい場合、入力電圧が最小分解能付近のレベルとなり、外部ノイズの影響を受けやすくなることから、Ｓ／Ｎ比が低下する。大腸菌群数が高い場合、酵素反応により生成される４−ＭＵ濃度も高くなる。実際の大腸菌群数の変動は１００個／ｍＬから１００００００個／ｍＬであり、オーダーにして４桁異なるため、単一の検量線で全ての大腸菌群数の範囲を測定するのは困難である。消毒処理水７の大腸菌群数が小さい測定初期、例えば反応１分時と反応１０分時の測定値を用いてβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値を求める場合、全体的に出力電圧値は小さく、また最小二乗法でβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値を求める時のデータ数も２点と少ないため、測定誤差が大きい。ただし、実際の消毒処理水を用いて、反応３０分時の測定完了後β−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値から測定誤差を比較したところ、誤差は±２０％の範囲内であった。このことから明らかのように、反応１分時と反応１０分時の測定値の値からβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値を求め、大腸菌群数を演算する場合、測定時間が短いものの、ある程度の誤差を含んでいるものと考えられる。
【００２２】
一方、より正確な値が得られる反応３０分時の測定値が得られた時点で初めてオゾン注入量を決定する場合、３０分以上前の大腸菌群数を利用していることになり、例えば図８のように、急激に大腸菌群数が上昇する場合は対応することが困難となり、放流基準値である大腸菌群数３０００個／ｍＬを超えることが予想され、好ましくない。このような理由から、測定誤差が含まれている反応１分時、反応１０分時の値を用いるか、より正確な反応１分時〜反応３０分時の値を用いるか、どちらがリアルタイムかつ放流基準値を守るのに有効かということになるが、図８のように大腸菌群数の時間変化がきわめて大きい場合は前者の値を用いるのが有効であるのは明らかである。このような大腸菌群数が突発的に上昇する原因としては、降雨などのケースが知られている。
【００２３】
この実施の形態では微生物数として大腸菌群数を指標として述べたが、大腸菌数や一般細菌数を指標とすることも可能である。この場合、用いる試薬として４−ＭＵＧの代わりにそれぞれ大腸菌には４−メチルウンベリフェリル―β−Ｄ―グルクロニド、一般細菌にはフロレッセインジアセテートを用い、大腸菌が所持している酵素であるβ−Ｄ−グルクロニダーゼ、一般の微生物が所持している酵素であるエステラーゼの活性値を測定する。この場合の指標は大腸菌数や一般細菌数となる。大腸菌数を測定する場合、構成や動作については全く同様であるが、一般細菌数を測定する場合は紫ＬＥＤ５０の代わりに波長４９５ｎｍを発するＬＥＤに変更し、更にフィルタ５１、５２、光電子増倍管５３の光学的仕様をＬＥＤ及び蛍光物質に応じて変更する必要があるが、その他の構成や動作については同様であるのでここでは省略する。
【００２４】
また、導水管９の接続先として、管渠６の代わりに管渠４に接続してもよい。この場合は消毒殺菌前の処理水の大腸菌群数を測定することになり、消毒後の大腸菌群数を直接確認することができないが、よりリアルタイムの測定が可能となる。動作については全く同様であるので説明は省略する。
【００２５】
実施の形態２．
図９は、本発明による消毒システムの実施の形態２を示す構成図であり、実施の形態１と重複する部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。具体的に、本実施の形態では、図２の紫ＬＥＤ５０の代わりに、２つのＵＶランプ５９が検出部分４８の外部に設置されている。ＵＶランプ５９が発光する光の中心波長は３８５ｎｍである。各ＵＶランプ５９は、光ケーブル６０の一端が光学的に接続され、他端がフィルタ５１の周辺に配置されている。ただし、ＵＶランプはＬＥＤと比較すると高熱やノイズを発するため、フィルタやフローセルや光電子増倍管の近辺に設置することは好ましくない。ここで、光導出手段は光ケーブルで構成されているが、光学レンズや反射鏡などにより構成してもよい。また例示しないがＵＶランプに代えて、キセノンランプやレーザーを用いることもできる。
【００２６】
この実施の形態は、実施の形態１の紫ＬＥＤ５０をＵＶランプ５９に置き換えている点でのみ相違するもので、その動作は実施の形態１と同様である。したがって、動作の説明は省略する。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態３の構成は実施の形態１とほぼ同一である。しかし、この実施の形態３の動作は実施の形態１と異なるので、その動作についてのみ以下に説明する。ここでも重複する部分については省略し、異なる部分についてのみ説明する。図２において紫ＬＥＤ５０は反応１０分時に点灯個数を２個から１個に変化させていたが、ここでは図１０に示す紫ＬＥＤ５０の印加電圧―光量曲線に基づき、反応１分時と比較して半分程度となるように、印加電圧を変化させる。具体的には、図１０に示すように、反応１分時に印加電圧３．５Ｖとして光量１．２ｍＷとしていたものを、反応１０分時の完了後に印加電圧３．１５Ｖとして光量を０．６ｍＷとするものである。ただし、図１０はＬＥＤ一個の場合であるので、この実施の形態においては、光量は約２倍となる。図１０から明らかなように、印加電圧と光量は直線的な関係ではないため、スライド状に電圧を変更するのではなく、スイッチ切換えにより一意的に印加電圧を変更できるような回路構成が望ましい。この実施の形態においては光量を半分にするように変更しているが、任意に変更することも可能である。その場合、その光量の出力電圧と４−ＭＵ濃度の関係を示す検量線を別に作成する必要がある。その他の動作については実施の形態１と同様であるので省略する。
【００２８】
実施の形態４．
この実施の形態は実施の形態１と構成の点で同一であるが、動作の点で異なるためにそれについてのみ説明する。また、ここでも重複する部分については省略し、異なる部分についてのみ説明する。図２において、タイマＡが反応１分時となった時、二方電磁弁３１を閉じ、二方電磁弁４５を開き、ポンプ２０と４４を動作させ、フローセル４９に反応液を送液する。ここでも実施の形態１と同様に、送液量は区間３９に相当する部分の量である。容器４２から吸引された３Ｍグリシン−水酸化ナトリウム溶液により反応部分３５の反応液はアルカリ性になり酵素触媒反応を停止する。
【００２９】
測定開始初期、紫ＬＥＤ５０は２個点灯し、発した光はフィルタ５１を介してフローセル４９内の反応液に照射され、反応液内の４―ＭＵが励起され４５０ｎｍ付近の蛍光を発する。蛍光は光電子増倍管５３により検出され、その出力電圧はＡ／Ｄ変換ボード５７によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。変換された信号はケーブル５８を介して運転制御装置１１へ送られる。運転制御装置１１において出力電圧からあらかじめ設定した検量線（図３）から４−ＭＵ濃度を決定する。以上が反応１分時の時の動作であるが、この後、１０分後に反応１分時と同様に反応１０分時を実施する。すなわち、二方電磁弁３１を閉じ、二方電磁弁４４を開いたまま、ポンプ２０と４４を動作させ、フローセル４９に反応部分３５の一部である区間３９の部分（反応１分時において区間３８から移動した部分）を送液する。その後の動作は反応１分時と同様に行い、４−ＭＵ濃度を求める。１分時の４−ＭＵ濃度と１０分時の４−ＭＵ濃度から４−ＭＵ濃度の時間に対する傾きを求め、これをβ−Ｄ−ガラクトシダーゼの活性値とする。β−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値はあらかじめ求めておいた係数を利用して大腸菌群数に換算する。求めた大腸菌群数に応じてオゾン発生装置１２のオゾン発生量を決定し、ディフィーザー１４からオゾンを注入する。
【００３０】
この時に求めたβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値が一定値、例えばここでは１０μｇ／Ｌ／ｍｉｎを超えた場合、測定を終了し、その後の測定は行わないものとする。また、紫ＬＥＤの点灯個数については２個のままで変更しないものとする。その後、例えば１０分後、タイマＡの計測時間を反応０分時に再設定して同じ動作を行う。このケースの場合は実施の形態１とは異なり、２０分を１サイクルとして繰り返し動作を行う。
【００３１】
一方、β−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値が１０μｇ／Ｌ／ｍｉｎを超えない場合、同様に紫ＬＥＤの点灯個数を２個のままとし、実施の形態１と同様に反応２０分時、反応３０分時の動作を行う。最終的なβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値を求めてオゾン注入量を決定し、測定終了後例えば１０分後に再度繰り返して動作させるところについても全く同様である。これらの動作のフロー図を示すものとして図１１に示す。
【００３２】
このように動作させることで、実施の形態１と比較して以下の点で有利である。大腸菌群数が高い場合、特に急激に大腸菌群数が上昇する場合、放流基準値である３０００個／ｍＬを遵守するために、よりリアルタイムな測定を行い、オゾン注入量もリアルタイムに変更する必要があるが、大腸菌群数が高い場合はβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値が大きいため、ダイナミックレンジを大きくとることができ、測定時間を短くすることが可能である。一方、大腸菌群数が低くかつ変動がなだらかな場合は、放流基準値をリアルタイムで遵守する必要がなく、より大腸菌群数の正確な値を求めることが必要なため、反応時間を長くとることにより、ダイナミックレンジを大きく取ることが可能となる。しかし、常時において正確な大腸菌群数を測定するという観点から、実施の形態１の方が有利である。
【００３３】
実施の形態５．
実施の形態５にかかる消毒システムを図１と図１２に示す。この実施の形態についても実施の形態１と同様な部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図１２において、図２に示す実施の形態１の反応部分３５に相当する部分を二つ設け、それぞれ反応部分６２、６３とする。各反応部分は三方電磁弁６１と三方管６４に接続されている。三方管６４の一端には配管６５を介して混合部分４１に接続される。また、図示しないが反応部分６２、６３には実施の形態１の図２の区間３６〜３９に相当する仮想的な区間をそれぞれ設けている。その他の構成については実施の形態１を示す図１及び図２と同様である。
【００３４】
次に、図１と図１２を用いて動作について説明する。この実施の形態においても実施の形態１と重複する部分は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図１において、消毒処理水６はポンプ８により導水管９を介して大腸菌群計測装置１０に導かれ、貯水タンク１７に貯留される。三方電磁弁１９、２７をそれぞれａ−ｂ、ｃ−ｄ側に切換え、二方電磁弁３１を開き、ポンプ２０、３０を動作させる。混合部分２４、配管３４で試料水と混合試薬は混合される。初期状態において、三方電磁弁６１はＡ−Ｂの方向に切換えておき、反応部分６２の配管内に試料水と混合試薬の混合物が導入される。反応部分６２には前回測定した時に残存した試料水があるため、それが完全に置換されるまで、ポンプ２０と３０を動作させる。完全に置換された状態でポンプ２０と３０を停止させ、二方電磁弁３１を閉じ、酵素触媒反応の開始時間としてタイマＡを反応０分時に設定する。反応部分６２では、大腸菌群が持つβ−Ｄ−ガラクトシダーゼの触媒加水分解反応により、４―ＭＵＧがガラクトースと４−メチルウンベリフェロンに分解される。タイマＡが反応１分時となった時、二方電磁弁３１を閉じ、二方電磁弁４４を開き、ポンプ２０と４４を動作させ、フローセル４９に反応液を送液する。なお、ポンプ２０と４４の動作はフローセル４９に十分反応液が行き渡るまでの動作時間としており、反応部分６２の全反応液のうちの一部のみが送られることになる。容器４２から吸引された３Ｍグリシン−水酸化ナトリウム溶液により、反応部分６２の反応液はアルカリ性となり酵素触媒反応を停止する。
【００３５】
測定開始初期、紫ＬＥＤ５０は２個とも点灯する。これらＬＥＤ５０から出射された光はフィルタ５１を介してフローセル４９内の反応液に照射され、これにおり反応液内の４―メチルウンベリフェロンが励起されて４５０ｎｍ付近の蛍光を発する。蛍光は光電子増倍管５３により検出され、その出力電圧はＡ／Ｄ変換ボード５７によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。変換された信号はケーブル５８を介して運転制御装置１１へ送られる。運転制御装置において出力電圧からあらかじめ設定した検量線（図３）から４−ＭＵ濃度を決定する。以上が反応１分時の時の動作であるが、この後、１０分後に反応１分時と同様に反応１０分時を実施する。すなわち二方電磁弁３１を閉じ、二方電磁弁４４を開いたまま、ポンプ２０と４４を動作させ、フローセル４９に反応部分６２の一部分を送液する。その後の動作については反応１分時と同様に行い、４−ＭＵ濃度を求める。１分時の４−ＭＵ濃度と１０分時の４−ＭＵ濃度から４−ＭＵ濃度の時間に対する傾きを求め、これをβ−Ｄ−ガラクトシダーゼの活性値とする。求めたβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値はあらかじめ求めておいた係数を利用して大腸菌群数に換算する。求めた大腸菌群数に応じてオゾン発生装置１２のオゾン発生量を決定し、ディフィーザー１４からオゾンを注入する。
【００３６】
この時に求めたβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値が予め決められた一定の値、例えばここでは１０μｇ／Ｌ／ｍｉｎを超えた場合、紫ＬＥＤの点灯個数をこれまで２個であったものを１個に変更する。ただし、ここでは実施の形態１とは異なり、直ちに点灯個数を変更せず、この設定値を一旦保存する。
【００３７】
続いて、反応１５分時、三方電磁弁６１をＡ−Ｃの方向に切換えて、反応部分６３の部分に混合試薬を導入する。すなわち、三方電磁弁１９、２７をそれぞれａ−ｂ、ｃ−ｄ側に切換え、二方電磁弁３１を開き、ポンプ２０、３０を動作させる。混合部２４、配管３４で試料水と混合試薬は混合され、反応部分６３の配管内に試料水と混合試薬の混合物が導入される。反応部分６３には前回測定した時に残存した試料水があるため、それが完全に置換されるまで、ポンプ２０と３０を動作させる。完全に置換された状態でポンプ２０と３０を停止させ、二方電磁弁３１を閉じ、ここでの酵素触媒反応の開始時間としてタイマＢの０分時と設定する。このタイマＢは反応部分６０のタイマＡとは別個に動作させる。反応部分６３では大腸菌群が持つβ−Ｄ−ガラクトシダーゼの触媒加水分解反応により４―ＭＵＧはガラクトースと４−メチルウンベリフェロンに分解される。タイマＢが反応１分時となった時に、二方電磁弁３１を閉じ、二方電磁弁４５を開き、ポンプ２０と４４を動作させ、フローセル４９に反応液を送液する。反応部分６２の場合と同様、反応部分６３の全反応液のうちの一部のみが送られることになる。容器４２から吸引された３Ｍグリシン−水酸化ナトリウム溶液により反応部分６１の反応液はアルカリ性となり酵素触媒反応を停止する。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、反応部分６３は反応部分６２に対して反応時間を１５分遅らせているのみであり、ほぼ同様な動作を行っている。これらの全体的な時間的動作の概念図を図１０に示す。
【００３９】
反応部分６２、６３のそれぞれの反応２０、３０分後の測定を実行して得られた出力電圧をもとに、反応１０分時とは別の検量線（図４）を用いて４−ＭＵ濃度を計算し、得られた４−ＭＵ濃度の変化から最小二乗法により傾きを求め、β−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値を計算し、反応１０分時のβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値と置き換える。置き換えられたβ−Ｄ−ガラクトシダーゼ活性値から大腸菌群数を計算してオゾンの注入量を決定する動作については実施の形態１と全く同様である。
【００４０】
その後、反応部分６２に相当するタイマＡの反応２０分後、反応３０分後に、三方電磁弁６１をＡ―Ｂに切換えて紫ＬＥＤの点灯個数を反応１分時に記憶した点灯個数として同様な動作を行い、同時にタイマＢに相当する反応部分６３の部分も動作させ、反応部分６２の場合と同様の動作を行う。それぞれの反応部分の測定完了後、例えば１０分後に再度繰り返して動作させる。すなわち４０分を１サイクルとして繰り返し動作を行う。
【００４１】
実施の形態１と比較すると、消毒処理水７の採水頻度が多くなるため、より大腸菌群数の変動に迅速に対応することが可能となる。また、実施の形態１に示す図６のように急激に大腸菌群数が上昇する場合、例えば反応部分６２の反応１０分後の測定値がある一定値以上と検出した場合、反応部分６３の反応開始直後から紫ＬＥＤ５０の点灯個数を１個とするような動作でもよく、この場合は反応時間が短縮されるため、よりリアルタイムで効率よく測定することが可能となる。また実施の形態４と同様にこの実施の形態においても、反応時間を大腸菌群数に応じて変化させることも有効である。
【００４２】
同様に反応部分を３つ以上に増やせば増やすほど、より大腸菌群数の変動に迅速に対応することが可能となるが、反応部分の時間間隔が数分程度しか短縮しないため、図８の変動の条件においてはリアルタイムに測定するという意味ではあまり向上しない。一方、大腸菌群計測装置１０の装置構成と動作が非常に複雑になり、メンテナンス面で煩雑になるため好ましくない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る各水の消毒システム消毒システムは以上のように構成されているので以下に記載されるような効果を奏する。被処理水の消毒または殺菌手段として消毒装置を設けた消毒システムにおいて、微生物の反応により生成した物質の検出手段を具備した微生物測定装置を設置し、微生物測定装置の測定開始直後の測定値を微生物数として設定し、微生物数に応じた消毒剤の注入量を決定し、さらに時間の経過とともに変化する測定値を間欠的または連続的に微生物数に代入して、消毒剤の注入量を時間と共に変化させるもので、放流先の環境中に悪影響を及ぼさず、微生物数の急激な変動に対応可能とする消毒システムを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる水の消毒システムの構成図である
【図２】本発明の実施の形態１に係わり、大腸菌群計測装置１０の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係わり、紫ＬＥＤ５０の１個点灯時における出力電圧と４−ＭＵ濃度の検量線を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わり、紫ＬＥＤ５０の２個点灯時における出力電圧と４−ＭＵ濃度の検量線を示す特性図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係わり、反応時間の経過にともなう出力電圧の変化を示した特性図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係わり、反応時間の経過にともなう４−ＭＵ濃度の変化を示した特性図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係わり、大腸菌群計測装置１０の動作のフローを示すフロー図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係わり、流入する沈澄水の大腸菌群数の変化を示す特性図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わり、大腸菌群計測装置１０の構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係わり、紫ＬＥＤ５０の印加電圧−光量を関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係わり、大腸菌群計測装置１０の動作のフローを示すフロー図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係わり、大腸菌群計測装置１０の構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係わり、反応部分６２と反応部分６３に相当する時間的動作の概念図である。
【符号の説明】
１．  活性汚泥処理水、  ２．  沈澄槽、  ３．  沈澄水、  ４．  管渠、  ５．  オゾン処理装置、  ６．  管渠、  ７．  消毒処理水、  ８．  ポンプ、  ９．  導水管、  １０．  大腸菌群数測定装置、  １１．  運転制御装置、  １２．  オゾン発生装置、  １３．  オゾン導入管、  １４．  ディフューザー、  １５．  オゾン気泡、  １６．  排水管、  １７．  貯留タンク、  １８．  配管、  １９．  三方電磁弁、  ２０．  ポンプ、  ２１．  配管、  ２２．  イオン交換水保管容器、  ２３．  配管、  ２４．  混合部分、  ２５．  混合試薬容器、  ２６．  校正用混合試薬容器、  ２７．  三方電磁弁、  ２８．  配管、  ２９．  配管、  ３０．  ポンプ、  ３１．  二方電磁弁、  ３２．  配管、  ３３．配管、  ３４．  配管、  ３５．  反応部分、  ３６．  区間、  ３７．  区間、  ３８．  区間、  ３９．  区間、  ４０．  恒温槽、  ４１．  混合部分、  ４２．  容器、  ４３．  配管、  ４４．  ポンプ、  ４５．  二方電磁弁、  ４６．  配管、  ４７．  配管、  ４８．検出部分、  ４９．  フローセル、  ５０．  紫ＬＥＤ、  ５１．  フィルタ、  ５２．  フィルタ、  ５３．  光電子増倍管、  ５４．  配管、  ５５．  廃液容器、  ５６．  ケーブル、  ５７．  Ａ／Ｄ変換ボード、  ５８．  ケーブル、  ５９．  ＵＶランプ、  ６０．  光ケーブル、  ６１．  三方電磁弁、  ６２．  反応部分、  ６３．  反応部分、  ６４．  三方管、  ６５．  配管。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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