(57)【要約】【課題】排出配管内の沈殿堆積物を洗浄除去して、配管の閉塞を防ぎ、装置の長期運転を安定して継続する。【解決手段】排出配管（２２）に、その内部の沈殿堆積物、例えば酸化鉄を、流体的に、機械的に、または化学的に除去する除去手段（２３，２５，３１，３３）を具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素電極に鉄酸化細菌を保持した微生物膜を取付け、被検水に含まれる有害物質と鉄酸化細菌との相互作用を用いて前記酸素電極の電気出力により有害物質を検出する測定槽と、被検水の通流路内を酸洗浄するために被検水に酸性溶液を供給する酸性溶液供給手段とを備え、前記測定槽からの排水を、排出配管を介して排出するバイオセンサ型異常水質検出装置において、前記排出配管に沈澱堆積し得る酸化鉄を含む沈澱堆積物の沈澱堆積を防止する沈澱堆積防止手段を具備したことを特徴とするバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項２】
前記沈澱堆積防止手段は、前記排出配管に被検水の一部を、前記測定槽を通すことなく、常時直接導入して前記排出配管内を流水洗浄する流水洗浄手段からなっていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項３】
前記沈澱堆積防止手段は、前記排出配管内をピストンが軸方向に往復動作することにより前記排出配管内の沈殿堆積物を掻き出し被検水とともに排出させるピストン型洗浄手段からなっていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項４】
前記沈澱堆積防止手段は、前記排出配管内に高圧流体を噴射することにより前記排出配管内の沈殿堆積物を吹き飛ばし被検水とともに排出させる噴射型洗浄手段からなっていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項５】
前記高圧流体が水であることを特徴とする請求項４に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項６】
前記高圧流体が空気であることを特徴とする請求項４に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項７】
前記沈澱堆積防止手段は、前記排出配管内に沈殿堆積物を溶解させる溶解液を導入する溶解液導入手段からなっていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【請求項８】
前記排出配管内を分解掃除により洗浄し得るように前記排出配管が複数部分に分解できる構造を持っていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水場や下水処理場等において、取水口から混入する有害物質を、バイオセンサを用いて検知するバイオセンサ型異常水質検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浄水場では、河川水を取水し、この取水を沈殿ろ過層に通して浄化した飲料水を供給しているが、このような通常の処理では除去できない有害物質、例えば、各種の重金属や農薬、環境ホルモンといった物質が河川水中に混入した場合は、取水停止という非常事態になってしまう。
【０００３】
一方、下水処理場では、突発事故により、工場あるいは化学プラントの排水に各種の重金属イオンや有機溶媒、ヒ素シアン等が混入してしまうことがある。これらの有害物質が流入すると、下水処理プロセスにおける活性汚泥微生物が大きな被害を受け、その結果、活性汚泥の活性が低下して処理能力の回復までに多大の時間を必要とする。
【０００４】
したがって、浄水場や下水処理場等において、上記各種の有害物質が混入した場合流入水を迅速かつ感度よく検出し、非常事態になる前に未然に防止対策を講じることが必要である。
【０００５】
この要望に応えて、浄水場では魚行動監視型の毒物検出装置、あるいは、各種の微生物膜を溶存酸素電極に取付けて、その呼吸活性の測定から毒物を検出する装置が、さらに、下水処理場においては特定化学物質の混入した排水を検知する各種のセンサが、それぞれの取水口等に設置されている。
【０００６】
これらの装置のうち、浄水場に設置されている魚行動監視型の毒物検出装置は、魚類が毒物に反応するまでに多くの時間がかかるため、その検出にも長時間を要する。
【０００７】
また、魚類の感度も飼育されている魚類の種類や個体差、および飼育の環境状態によってかなり異なり、さらに、魚行動監視型の毒物検出装置は、その装置自体が大掛かりで、魚類の飼育や管理面においての必要経費が大きい等の問題がある。
【０００８】
他方の、微生物膜を酸素電極に取付けたバイオセンサ型の水質監視装置においては、保持されている微生物が活性状態で働くのは通常中性近傍のｐＨ状態にあるものである。流入被検水中の有機物等によりセンサ表面はよく汚れる。この汚れは洗浄操作を行なってもなかなか除去することができない。センサ表面が汚れると、センサ自体の活性が低下し、また、これらの有機物が栄養源となって、センサに保持されているバクテリアの活性が変わるので、良好な検出精度を維持することが困難になるという問題が生じていた。
【０００９】
一方、下水処理場における流入水の水質異常を検出する装置としては、シアン、ヒ素、重金属、および農薬等の特定の化学物質を対象とした検出装置が考えられているが、広範な有害物質を検出し得る装置とは言い難く、そこで広範な有害物質を検出し得る装置が望まれていた。
【００１０】
そこで、有害物質や雑菌等が繁殖し難い比較的低いｐＨ値のところで作動させることができる鉄酸化細菌をプローブとして用いるバイオセンサ型の水質監視装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。そのバイオセンサ型水質監視装置では、図５に示すように、検査すべき水源すなわち被検水源の被検水（例えば、河川の流水や、浄水場への流入水、下水処理場への流入水など）をポンプ１により被検水導入管２を介して被検水タンク３に一旦貯留し、被検水タンク３からポンプ４により散気水槽５に被検水を送給する。散気水槽５に送られた被検水には気体供給器６から空気あるいは酸素濃度を一定に調整した気体が供給され、溶存酸素濃度が飽和状態とされた状態でポンプ７により被検水導入管８に送出される。被検水導入管８には、鉄液パック１２から鉄液供給ポンプ１３および鉄液配管１４を介して第一鉄含有溶液が送られ、ここで被検水と混合される。この混合液は、気体供給器６から供給される気体によって溶存酸素濃度が飽和状態とされた状態で導入口１５から測定槽１６内に流入される。なお、被検水導入管８には、酸性溶液パック９からポンプ１０および酸性溶液配管１１を介してｐＨ調整用緩衝液が供給され得るように構成されているが、この機能については後述する。
【００１１】
測定槽１６は温度調整器１７によって温度調整される。測定槽１６に被検水を供給する前に、空気あるいは酸素濃度を一定に調整した気体を気体供給器６から供給して、常に被検水を飽和溶存酸素濃度にして、酸素電極１９の出力の最大値を安定させる必要がある。ここで、飽和溶存酸素濃度は液温度により変化するため、この点において、温度調整器１７によって測定槽１６を一定の温度に維持することは重要なことである。測定槽１６内には、酸素を利用して第一鉄を第二鉄に変えることができる鉄バクテリアを保持する微生物膜１８が取付けられた酸素電極１９が設けられている。さらに、酸素電極１９からの電気出力が取り出され、その電気出力を変換演算手段２０によって増幅・変換し、演算を施して被検水の異常水質を判別する。微生物膜１８に保持される鉄バクテリアは、例えば、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓである。測定槽１６を通った被検水は排出チューブ管２１から排出配管２２を介して排水される。
【００１２】
この化学的挙動の化学反応式は、
４ＦｅＳＯ４＋Ｏ２＋２Ｈ２ＳＯ４  →  ２Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ２Ｏ
のようになり、これによってＦｅ３＋イオンが生成される。このＦｅ３＋イオンがさらに水（Ｈ２Ｏ）と反応して、水酸化鉄Ｆｅ（ＯＨ）３となり沈殿することになる。微生物膜１８に保持される鉄バクテリアとしては、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ以外にも、上記化学反応式の働きを持つすべての微生物が適用可能である。例えば、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ、Ｇａｌｌｉｏｎｅｌｌａ  ｆｅｒｒｕｇｉｎｅａ、Ｌｅｐｔｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ、Ｌｅｐｔｏｔｈｒｉｘ、Ｓｐｈａｅｒｏｔｉｌｕｓ等が適していることが確認されている。
【００１３】
なお、鉄バクテリアの活性すなわち鉄の酸化量は、温度の影響によっても変化する可能性があるため、測定槽１６は温度調整器１７によって、鉄バクテリアの活性が安定するような温度に維持されるのが望ましい。温度調整器１７は、そういう意味で設けられているものである。図５の水質検出装置では、鉄酸化細菌をプローブとして取付けた溶存酸素電極１９に被検水と鉄液の混合液をポンプ７によって送液し、この送液時における酸素電極１９からの電気出力を監視するものである。その場合、被検水中に水溶性の有害物質が混入した場合、その有害物質は鉄酸化細菌の呼吸活性の低下により隔膜を透過して酸素電極１９に到達し酸素濃度が高くなる。その結果、これを検知する電流値が増加するので、これによって有害物質の混入を検知する。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−３２１２３３号公報  （図１，２とその説明）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなバイオセンサ型水質検出装置は連続運転されると、被検水中の汚濁物質が排水配管２２の内面に徐々に付着し堆積してくる。また、鉄液中の第一鉄の一部が第二鉄に酸化されて、これも徐々に堆積してくる。これらは、配管系の閉塞や、水質検出測定の感度低下につながり、検出精度を低下させる原因となり得る。そのため、図５の装置には、被検水と第一鉄液含有溶液の混合液が送液される導入管８に、酸性溶液パック９からポンプ１０および酸性溶液配管１１を介して酸性溶液を供給し、導入管８や測定槽１６等の被検水通流路に付着堆積している汚濁物質および酸化鉄を除去し、排出する「酸洗浄」を行うことができるようにしている。酸性溶液による汚濁物質の除去は、有機性のものには特に効果的である。また、酸化鉄も再溶解して容易に除去される。さらに、微生物膜１８への付着物も除去され、長期間安定した高度な測定が可能になる。
【００１６】
しかし、配管系において、この酸性溶液による洗浄効果が現れるのは、酸性溶液とある程度接触効率の高い、主に管径の小さいチューブ配管においてであるが、他方で、管径を小さくすればするほど流速が速くなって洗浄効果が高くなる反面、管路の摩擦損失が大きくなるためチューブ配管を長くすると、送液ポンプ容量を大きくする必要が生じ、コスト的に不利になる。そこで、排出チューブ管２１等は比較的細くて短いものが使用され、主な排出経路である排出配管２２には適度に大きな管径の塩ビ（塩化ビニル）配管が利用される。因みに、排出配管２２の管径は排出チューブ管２１のそれの数十倍程度である。しかし、管径が大きくなると、流速が低下し、酸性溶液による定期的な酸洗浄実施にもかかわらず、特に酸化鉄が沈殿堆積し、配管閉塞の事態に発展することがある。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、排出配管２２内に沈殿堆積する酸化鉄を洗浄除去して、配管の閉塞を防ぎ、装置の長期運転を安定して継続し得るようにすることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、酸素電極に鉄酸化細菌を保持した微生物膜を取付け、被検水に含まれる有害物質と鉄酸化細菌との相互作用を用いて酸素電極の電気出力により有害物質を検出する測定槽と、被検水の通流路内を酸洗浄するために被検水に酸性溶液を供給する手段とを備え、測定槽からの排水を、排出配管を介して排出するバイオセンサ型異常水質検出装置において、排出配管に沈澱堆積し得る酸化鉄を含む沈澱堆積物の沈澱堆積を防止する沈澱堆積防止手段を具備したことを特徴とする。
【００１９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、沈澱堆積防止手段が、排出配管に被検水の一部を、測定槽を通すことなく、常時直接導入して排出配管内を流水洗浄する流水洗浄手段からなっていることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、沈澱堆積防止手段が、排出配管内をピストンが軸方向に往復動作することにより排出配管内の沈殿堆積物を掻き出し被検水とともに排出させるピストン型洗浄手段からなっていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、沈澱堆積防止手段が、排出配管内に高圧流体を噴射することにより排出配管内の沈殿堆積物を吹き飛ばし被検水とともに排出させる噴射型洗浄手段からなっていることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、高圧流体が水であることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、高圧流体が空気であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に係る発明は、請求項１に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、沈澱堆積防止手段が、排出配管内に沈殿堆積物を溶解させる溶解液を導入する溶解液導入手段からなっていることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のバイオセンサ型異常水質検出装置において、排出配管内を分解掃除により洗浄し得るように排出配管が複数部分に分解できる構造を持っていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態による異常水質検出装置を示す概略構成図である。図に示すように、第１の実施形態による異常水質検出装置において、被検水源から得た被検水を測定槽１６に導入し、排出チューブ管２１を介して排水する主系統は図５のそれと変わりがない。この装置の特徴は、被検水タンク３と排出配管２２とを洗浄配管２３によって連結し、被検水タンク３に貯めた被検水の一部を常時、洗浄配管２３を介して排出配管２２にその洗浄のために供給することにある。
【００２８】
図示の装置では、気体供給器６から供給される気体によって溶存酸素濃度が飽和状態とされた被検水がポンプ７によって被検水導入管８に送られ、この被検水導入管８内で、鉄液パック１２からポンプ１３および鉄液配管１４を介して供給される第一鉄含有溶液、並びに酸性溶液パック９からポンプ１０および酸性溶液配管１１を介して供給されるｐＨ調整用緩衝液と混合される。この混合液が測定槽１６へ導入口１５から流入される。
【００２９】
被検水中にシアンや、フェノール、農薬等の有害物質が混入された場合、微生物膜１８の鉄バクテリアは活性低下を生じたり死亡したりするため、酸素消費量が少なくなる。このとき、酸素消費量の変化と有害物質の濃度との間には相関関係があり、それ故に酸素消費量の変化から有害物質すなわち異常水質を検出することが可能となる。変換演算手段２０によって求められた異常水質の検出結果は自動的に警報、ガイダンス等の形で出力される。
【００３０】
異常水質検出測定を長時間にわたって継続すると、被測定水中の汚濁物質が導入管８および測定槽１６の内部に徐々に付着堆積するばかりでなく、鉄液中の第一鉄の一部が第二鉄に酸化されて堆積するが、これも導入管８および測定槽１６の内部に徐々に付着堆積してくる。これらの付着堆積物は、導入管８および排出チューブ管２１の閉塞や、水質検出測定の感度低下につながり得る。そのため、本装置には、被検水と第一鉄液含有溶液とｐＨ調整用緩衝液の混合液が送液される導入管８に、酸性溶液パック９から酸性溶液を供給し、導入管８内や測定槽１６内に付着堆積している汚濁物質および酸化鉄を除去、排出する「酸洗浄」を行う。酸性溶液による汚濁物質の除去は、有機性のものには特に効果的である。また、酸化鉄も再溶解して容易に除去される。さらに、微生物膜１８への付着物も除去され、長期間安定した高度な測定が可能となる。
【００３１】
しかし、この酸性溶液の洗浄除去効果が現れるのは、酸性溶液とある程度接触効率の高い、主に管径の小さいチューブ配管においてであるが、その一方で、管径を小さくすればするほど管路の摩擦損失が大きくなるため、チューブ配管を長くすると、ポンプ７、１０、１３等の容量を大きくする必要が生じ、コスト的に不利になる。そこで、主な排出経路において適度な管径の塩ビ（塩化ビニル）配管が利用される。しかし、管径が大きくなると、流速が低下し、酸性溶液による定期的な酸洗浄実施にもかかわらず、特に測定槽１６からの排出物により排出配管２２内に酸化鉄からなる沈殿堆積物２４が沈殿堆積し、排出配管２２が閉塞状態に至る虞がある。
【００３２】
そこで本実施形態では、被検水タンク３に貯留された被検水の一部を、洗浄配管２３を介して排出配管２２に洗浄水として流し、排出配管２２内にある程度の流速を確保することによって、排出配管２２内を常に洗浄状態とする。その結果、排出配管２２の、排出チューブ管２１との合流地点Ｐの下流側においても、酸化鉄等の沈殿堆積物２４の沈殿堆積を低減させることができる。
【００３３】
なお、排出配管２２を容易に複数に分解できる構造とし、排出配管２２を分解することにより、その内部に沈殿堆積した沈殿堆積物２４を容易に清掃除去できるものとしておくのがよい。こうすることにより、排出配管２２の閉塞がなくなり、装置の安定した長期運転を継続することができる。この分解構造は、以下に述べる各実施形態においても適用可能なものである。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
図２は本発明の第２の実施形態による異常水質検出装置を示す概略構成図である。
【００３５】
図２に示す実施形態においては、図１の実施形態との比較において、排出配管２２の堆積物除去処理方式が異なるのみである。すなわち、ここでは排出配管２２にゆるめに係合する洗浄用ピストン２５を装入し、これを駆動装置２６によりピストンロッド２７を介して一定時間間隔、例えば１回／日程度の頻度で往復動作させることによって、排出配管２２内の沈殿堆積物２４を機械的な掻き取るか、または沈殿堆積する前に除去するものである。その場合、沈殿堆積成分は排水に含まれた形で、排出配管２２から外部へ排出され、例えば排水トラップ２８へ送出し、回収する。
【００３６】
ピストンロッド２７を備えるこの実施形態は、特に排出配管２２が比較的短い場合に適している。
【００３７】
この実施形態によれば、排出配管２２内への沈殿堆積物２４を除去し、それにより、排出配管２２内の閉塞がなく、装置の安定した長期運転を継続することが可能となる。
【００３８】
＜第３の実施形態＞
図３は本発明の第３の実施形態による異常水質検出装置を示す概略構成図である。
【００３９】
本実施形態は、図２の実施形態と類似するが、ここでは洗浄用ピストンを用いるのではなく、コンプレッサ２９を用いて生成されるか、または既存の圧縮空気を用いて生成された高圧水あるいは圧縮空気を、高圧配管３０を介して、排出配管２２の上流端に設けられた噴出ノズル３１から排出配管２２内に一定時間間隔で噴射し、排出配管２２内の沈殿堆積物２４を清掃除去し、それを被検水とともに排水トラップ２８に回収する。圧縮空気を用いる方式は容易に実施することができるという利点があるが、洗浄効率の点で若干問題がある。その点、高圧水を用いる方式は容易実施性と洗浄効率性の両者を適度に兼ね備えている。
【００４０】
この実施形態によっても、排出配管２２内への沈殿堆積物２４の沈殿堆積を無くし、排出配管２２内の閉塞を防止し、装置の安定した長期運転を継続することができる。
【００４１】
＜第４の実施形態＞
図４は本発明の第４の実施形態による異常水質検出装置を示す概略構成図である。
【００４２】
本実施形態においては、排出配管２２の上流端に溶解液配管３２を接続し、溶解液タンク３３から溶解液を、ポンプ３４を介して排出配管２２内に流入させるようにしている。
【００４３】
この実施形態によれば、排出配管２２内の沈殿堆積物２４、例えば酸化鉄を溶解液によって溶解させ、その排水を排出配管２２から、図示していない排水処理設備に導いて排水処理を行う。したがって、排出配管２２内への沈殿堆積物２４の沈殿堆積による配管閉塞がなく、装置の安定した長期運転を継続することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、バイオセンサ型異常水質検出装置の排出配管内に沈殿堆積しやすい酸化鉄等の沈澱堆積物を効果的に除去し、排出配管内の閉塞を防ぎ、装置の長期運転を安定して継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による異常水質検出装置の第１の実施形態を示す構成概略図。
【図２】本発明による異常水質検出装置の第２の実施形態を示す構成概略図。
【図３】本発明による異常水質検出装置の第３の実施形態を示す構成概略図。
【図４】本発明による異常水質検出装置の第４の実施形態を示す構成概略図。
【図５】従来の異常水質検出装置の構成例を示す系統図。
【符号の説明】
１  ポンプ
２  被検水導入管
３  被検水タンク
４  ポンプ
５  散気水槽
６  気体供給器
７  ポンプ
８  被検水導入管
９  酸性溶液パック
１０  ポンプ
１１  酸性溶液配管
１２  鉄液パック
１３  鉄液供給ポンプ
１４  鉄液配管
１５  導入口
１６  測定槽
１７  温度調整器
１８  微生物膜
１９  酸素電極
２０  変換演算手段
２１  排出チューブ管
２２  排出配管
２３  洗浄配管
２４  沈澱堆積物
２５  洗浄用ピストン
２６  駆動装置
２７  ピストンロッド
２８  排水トラップ
２９  コンプレッサ
３０  高圧配管
３１  噴出ノズル
３２  溶解液配管
３３  溶解液タンク
３４  ポンプ
【図１】
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【図２】
2004271441.tif 000004
【図３】
2004271441.tif 000005
【図４】
2004271441.tif 000006
【図５】
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