(57)【要約】【課題】本発明は、濾過材の寿命に係わらず給水する浄水中に含まれる有害物質が極微量であっても検出可能であり、浄水性能の維持および劣化の確認を容易に、高感度に検出できる浄水器を提供することにある。【解決手段】濾過材、分離材、活性炭の少なくとも１種以上の組合せからなる浄水器に、酵素または微生物素子からなるバイオセンサーと光検出器から構成される有害物質検出手段を備える。給水する浄水配管の一部に前記バイオセンサーに導く採取機構を備え、前記採取機構によってバイオセンサーへ間欠的に給水することにより、給水する浄水中の有害物質の濃度を自動的に、高感度に測定することが可能となった。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過材、分離材、活性炭の少なくとも１種以上の組合せからなる浄水器であって、浄水中の有害物質を１ｐｐｍ以下の濃度で検出できるバイオセンサーを備える有害物質検査装置付浄水器。
【請求項２】
バイオセンサーが酵素センサーおよび微生物センサーの少なくとも１種と、その情報を電気信号に変換する電極および光検出器の少なくとも１種の組合せからなる請求項１に記載の有害物質検査装置付浄水器。
【請求項３】
バイオセンサー内に温調ユニットを内臓する請求項１乃至２いずれか記載の有害物質検査装置付浄水器。
【請求項４】
浄水器と有害物質検査装置を結ぶ流路内に切替弁を備え、間欠的にバイオセンサーに被検水を導くことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の有害物質検査装置付浄水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有害物質検査装置付浄水器に関し、詳しくは、濾過材、逆浸透膜または中空糸膜、活性炭を利用して浄水を行う浄水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
濾過材、中空糸分離膜、活性炭を利用して、水道水等原水に含まれる塩素、トリハロメタン、農薬、溶解イオン性有害物質、細菌等を除去して安全な水を得る浄水器の需要が高まっている。最近は業務用から家庭用まで幅広い用途があり、ビルトインタイプの浄水器も市販され、前記有害物質の除去能力も益々向上している。
【０００３】
しかし、従来の浄水器では、浄水性能の維持（有害物質の除去能力の維持）のために、浄水器の寿命如何に拘わらず、定期的に濾過材などカ−トリッジを交換する必要がある。
【０００４】
たとえば、流量センサーを内臓した浄水器が提案されている。これは、羽根車式流量センサーで、流量を積算し、設定した所定の積算流量になった時点で出力信号を発し、光の点灯、点滅や音声等の任意のアラーム表示制御手段により浄水器の濾過材の寿命を知らせるものである。また、流量センサーの代わりに圧力センサーと通水時間から積算流量を算出しアラームを発するものも提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記のように積算流量から濾過材の寿命を知らせる方式では、設定した所定の積算流量に達していない段階で万一濾過材、中空糸分離膜、活性炭に破損や損傷が発生したり、封止用樹脂等の有機化合物が溶出したりして有害物質が浄水中に含まれてしまう恐れがあるが、これが検知できない。破損や損傷の程度がわずかであれば、一般に流量の変化にまでは至らず、検出はできない。すなわち積算流量による濾過材の寿命予測では、浄水性能の維持確認は十分でない。
【０００６】
また、水質の改善効果や浄水性能の劣化を容易に確認することのできる浄水器として、逆浸透膜フィルタへの流入水の水質を検知する第１の検知手段と、逆浸透膜フィルタへの流出水の水質を検知する第２の検知手段と、前記第１の検知手段による水質の検知結果と前記第２の検知手段による水質の検知結果とを選択的に表示する表示手段とを具備する浄水器が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、この方法では、前記検知手段は１対の電極で構成され、表示手段は電極間の導電率に基づく値を水質として表示するものであり、測定される物質は塩素等のイオン化したものに限定される。さらに使用者が求める有害物質の検出濃度はｐｐｍ〜ｐｐｂという極めて微量であるにも拘わらず、導電率ではｐｐｍ以下の濃度を測定することは困難である。検出限界以下となる場合が多い。すなわち、導電率に基づく値を水質として表示するだけでは、細菌等を含めた多種多様な有害物質の検出は十分にできない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２９２４１号公報（第２−３頁）
【特許文献２】
特開２００２−１１４６８号公報（第２−３頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、濾過材の寿命に係わらず給水する浄水中に含まれる有害物質を検出して浄水性能の維持および劣化の確認ができる浄水器を提供することにある。本発明の他の目的は、バイオセンサーを選択することによりイオン化していない有害物質であっても検出でき、浄水性能の維持および劣化の確認ができる浄水器を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、有害物質の濃度がｐｐｍ〜ｐｐｂという極めて微量であっても検出でき、浄水性能の維持および劣化の確認ができる浄水器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。すわなち、本発明は
（１）濾過材、分離材、活性炭の少なくとも１種以上の組合せからなる浄水器であって、浄水中の有害物質を１ｐｐｍ以下の濃度で検出できるバイオセンサーを備える有害物質検査装置付浄水器。
（２）バイオセンサーが酵素センサーおよび微生物センサーの少なくとも１種と、その情報を電気信号に変換する電極および光検出器の少なくとも１種の組合せからなる請求項１に記載の有害物質検査装置付浄水器。
（３）バイオセンサー内に温調ユニットを内臓する請求項１乃至２いずれか記載の有害物質検査装置付浄水器。
（４）浄水器と有害物質検査装置を結ぶ流路内に切替弁を備え、間欠的にバイオセンサーに被検水を導くことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の有害物質検査装置付浄水器。
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の浄水器は例えば濾過材、中空糸膜、活性炭で構成される。濾過材としては、陽イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂と活性炭との混合物、ヒドロキシアパタイト粒子、セラミックス粒子、ヒドロキシアパタイト粒子及び／またはセラミックス粒子と活性炭との混合物といったものが使用できるが、塩素、トリハロメタン、溶解イオン性有害物質、農薬等の除去性の面からヒドロキシアパタイト粒子及び／またはセラミックス粒子が好適に用いられる。
【００１３】
分離材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系ポリマーやポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系ポリマー、セルロースアセテートやセルローストリアセテートなどのセルロースエステル系ポリマーを素材とする平膜、中空糸膜の形態の精密濾過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜が用いられるが、耐熱性や耐塩素性、耐圧性の面から、ポリスルホン系ポリマーおよびセルロースエステル系ポリマーが好ましく、耐バクテリア性に優れるセルロースエステル系ポリマーが、より好ましい。また、膜形状としては、容積効率の点から中空糸膜の形態が好ましい。
【００１４】
活性炭は、木、骨、ヤシガラ等の天然物やピッチ系、石油コークス系、樹脂またはゴム系等の合成物があり、特に制限するものではないが、飲料水に用いられる浄水器では、万一破損・損傷等により構成物が浄水に含まれてしまう場合により安全なものは天然物であるのでヤシガラ活性炭が好ましい。活性炭の賦活方法や形状も任意であり、浄水器に収納できるものであれば制限はないが、例えば低賦活炭が好適に用いられる。
【００１５】
濾過材、分離材、活性炭等の浄水作製部の構成順序は限定されるものではなく、浄水用途に応じて決定すれば良い。大きな不純物を濾過材で濾過し、次に活性炭で塩素、トリハロメタンや農薬等を吸着して臭いの原因物質を除去、そして最後に細菌や微細有害物質を分離材で除去するというように原水に含まれる有害物質の大きさを考慮すれば、好ましくは濾過材、活性炭、分離材の構成順序である。濾過材、分離材、活性炭等の浄水作製部と採取機構、バイオセンサー等の有害物質検査部はケーシングで一体構造化することが望ましいが、別置きしても差し支えない。
【００１６】
浄水器の要求仕様として浄水中に含まれる有害物質は、使用の目的に応じて安全とされる濃度以下に除去されることが必要である。したがって、本発明の浄水器においては、浄水中の有害物質を１ｐｐｍ以下の濃度で検出できるバイオセンサーを備えることが好ましい。検出感度が１ｐｐｍ以下であることが好ましい理由として、例えば、残留塩素に対しては０．１ｐｐｍ以下、鉛濃度やクロロホルムに対しては５ｐｐｂ以下、シアンに対しては０．０５ｐｐｍ以下の高い検出感度を有することが市場の要求として求められつつあるからである。したがって、検出感度は１００ｐｐｂ以下が好ましく、より好ましくは１０ｐｐｂ以下、さらに好ましくは１ｐｐｂ以下である。
【００１７】
本発明の有害物質検査装置はバイオセンサーによって構成される。バイオセンサーの基本構成は、各種生物素子と信号変換器（トランスデューサー）の組み合わせである。生物素子として、酵素、微生物、動植物組織、抗原、抗体、結合タンパク質、各種レセプター、レクチン等があるが、検出感度が良く、比較的に廉価であり使い勝手が良いことから、本発明では酵素および微生物が好適に用いられる。例えば酵素は、グルコースオキシターゼ、カタラーゼ、コレステロールオキシターゼ、ウリカーゼ、ヘキソキナーゼ、トリプシン、ウレアーゼ等がある。微生物は、大腸菌、サルモネラ菌、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）菌、硝化菌等がある。検査対象とする有害物質に適したバイオセンサーを用いて浄水器を構成すればよく、複数のバイオセンサーを設けて同時に多種の有害物質の濃度測定をしても構わない。また、高感度なバイオセンシングを行う場合は、生物素子に硝化菌固定化膜を用いると良い。
【００１８】
トランスデューサーは、各種電極、イオン感応性電界効果トランジスター（ＩＳＦＥＴ）、サーミスタ、光電子倍増管、フォトダイオード、光ファイバー、圧電素子等が挙げられる。浄水中のどのような有害物質を検出するかによって、前記生物素子とトランスデューサーの組み合わせを決定すればよく限定するものではないが、浄水中の有害物質の検知として使用する場合は、トランスデューサーとして電極または光電子倍増管、フォトダイオード、光ファイバー等の光検出器を用いることが好ましい。電極は安価で検出でき、また光検出器は応答性が良いことが理由としてあげられる。高感度なバイオセンシングを行う場合は、トランスデューサーは溶存酸素電極を用いるのが好ましい。
【００１９】
バイオセンサーとトランスデューサーは、セル室に内臓され温調ユニットにて定温に保たれる必要がある。バイオセンサーは酵素反応または微生物活性を利用するため温度により測定値が変化してしまう問題がある。したがって、温度センサーとヒータによりシビアに温度制御してセル室内温度を一定にする必要がある。酵素反応や微生物活性を最大限にして感度を高めるため、１０℃〜３５℃の温度範囲を±１℃で制御するのが好ましい。そのため、温調ユニットは０．０１℃分解能の高感度な温度センサーを使用し、オーバーシュートやハンチングのない温度制御方式を選択するのが好ましい。例えば、白金測温抵抗体やサーミスタなどの温度センサーを用いるのが好適である。セル室温度の異常に対しては温度計により偏差警報を出すのが好ましい。
【００２０】
検量線作成時は切替弁を標準液側に切替え、予め有害物質濃度が判明している標準液をセル室に送水する。濃度の異なる標準液を１、２、・・・、ｎ個用意して、順次セル室へ流して検出装置の校正をする。測定または校正が完了した後、洗浄液をセル室に流してバイオセンサーを洗浄してゼロ点調整を行う。検量線作成は測定開始前に１回実施するだけでよいが、例えば１日に１回等校正頻度を予め決めておいて自動校正プログラムを組み込んでおくことが好ましい。
【００２１】
本発明の浄水器は、給水する浄水の一部から被検水をバイオセンサーに導く採取機構を備える。取水弁は有害物質濃度の測定をする場合のみ開き、ポンプにて被検水の一定量をバイオセンサーのセル室に送水する。取水弁を予め定められた時間毎に開閉して間欠的にセル室へ送水して有害物質濃度を自動測定する。取水弁をバイオセンサー側に送水している間は浄水が得られない。またバイオセンサーにも寿命があるので、浄水の安全性確認の要求度合とコストなどを考慮して測定頻度を決定する。標準液または洗浄液による校正も自動的に行う。浄水装置等で使用される流量計等の測定機器の校正周期が１回／１ヶ月であるので、バイオセンサーの測定頻度も１回／１カ月が好ましく、より好ましくは浄水器の性能維持および浄水の安全性をさらに精度よく確認したい場合は、１回／１日である。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明するが、なんら実施例により限定されるものではない。なお、図の中で同一または相当部分には同一符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
（有害物質検査装置付浄水器の構成）
図１は、本発明における有害物質検査装置付浄水器の構成の一形態を示すものである。
【００２４】
図１において、取水口１から原水を取り入れ、濾過材２に通す。濾過材２はヒドロキシアパタイト粒子及び／またはセラミックス粒子を用いることにより、塩素、トリハロメタン、溶解イオン性有害物質、農薬等の除去を行う。ヒドロキシアパタイト粒子は、リン酸カルシウムを主成分とする無機物であり、鉛等の重金属陽イオンを吸着する。濾過材２を経て中空糸膜３で細菌等の除去を行い、続いて活性炭４でカビ臭やその他の発臭物質（２メチルイソボルネオオールやジオスミン）を吸着させる。その後は給水口５から浄水が供給されるが、その給水ライン配管の一部から分岐して取水弁６を通して、検水を取り出す。検水ライン１００と標準液または洗浄液が流れるライン（校正ライン）１０１を切替える切替弁７を設ける。切替弁７は有害物質濃度を測定する場合と校正する場合に分けて自動的に切り替わる。切替弁７の２次側にはポンプ１０を置き、測定ライン１０２を通りセル室１３へ検水を定量供給する。
【００２５】
セル室１３には酵素または微生物膜１１と電極または光検出器１２を内臓し、バイオセンサー１４を構成する。酵素および微生物の種類により適正な温度に設定する必要があるため、セル室１３は温調ユニット１５で１５℃〜３０℃の範囲で温度制御する。
【００２６】
有害物質の測定が終了すると、排出弁１６を開き、排水ライン１０３を通して排水する。続いて切替弁８および９を洗浄ライン側にして洗浄液を測定ライン１０２に流す。洗浄液は無菌で有害物質の含まれていないことが判明している純水を用いることが望ましい。一旦排水弁１６を閉めて、セル室に洗浄液を充填した状態でゼロ点校正する。事後に排水弁１６を再開して排水する。以降、検水と洗浄を定期的に繰り返す。
【００２７】
（検量線の作成）
次に検量線作成の方法について説明する。予め有害物質濃度の判明している標準液３、・・・、ｎ個を用意する。標準液は検出する有害物質の濃度範囲（レンジ）を考慮して選択する。検量線プロットはほぼ等間隔になることが望ましく、ｎ＝３〜５程度が適当である。セル室を洗浄後、校正ライン１０１に標準液１が流れるように切替弁７および８を切替える。ポンプ１０で標準液１をセル室へ送液し充填する。ここでイオン伝導度またはＡＴＰ濃度を測定して有害物質濃度との検量線を１点測定する。１点目の測定が終了すれば、排水弁１６を開いて標準液１を排水する。次に校正ライン１０１に標準液２が流れるように切替弁７および８を切替える。ポンプ１０で標準液２をセル室へ送液し充填する。同様にイオン伝導度またはＡＴＰ濃度を測定して検量線の２点目を確定する。以降、必要に応じてｎ回繰り返して検量線作成を行う。検量線の関係式は最小ニ乗法により求める。
【００２８】
検量線作成は測定開始前に１回実施するだけでもよいが、例えば１日に１回等校正頻度を予め決めておいて自動校正することが好ましい。
【００２９】
（検出回路の構成）
図２は、本発明における有害物質検査装置付浄水器の電気的な検出回路のブロック図を示すものである。
【００３０】
図２において、電極または光検出器２１より出力されたセンサー信号はＡＭＰ２２によって増幅される。次にＡＤ変換器２３で量子化される。制御回路２４はデジタルフィルタ、ＣＰＵ、メモリーで構成され、有害物質濃度を算出したり、検量線を記憶する。測定された有害物質濃度が基準値の範囲内か否か異常値、正常値の判断を判定回路２５で行う。異常と判断されると、異常ランプを点灯させるかまたは異常ブザーを鳴動させて知らせる。また異常ランプまたは異常ブザーと併用して、測定された有害物質濃度そのものをＬＥＤやＬＣＤ等ディスプレイに数値で表示しても良い。データ圧縮装置２７で有害物質濃度の経時的な変化の膨大なデータを数％に圧縮する。圧縮方法はウエイブレット変換方式等任意の方式を採用すれば良い。データ圧縮装置２７で圧縮した信号は記録装置２８で記録する。記録装置２８は、ＤＡＴ、ＤＶＤ、ＣＤ、ＭＤ、ＰＤ、ＭＯ、ＩＣカード、光カード、ＨＤ、ＦＤ等任意の電子記憶媒体で良い。データ圧縮装置２７と記録装置２８は業務用大型浄水器等に必要に応じて付加すれば良い。
【００３１】
（実施例１）
微生物固定化膜と溶存酸素電極から構成されるバイオセンサーを用いて、有害物質としてシアンを検出する浄水器である。微生物は硝化菌の一種であるニトロソモナスユーロピア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ　ｅｕｒｏｐａｅａ）を固定化した膜、電極は溶存酸素電極を用いた。セル室はニトロソモナスユーロピア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ　ｅｕｒｏｐａｅａ）の活性が最も高くなる３０℃に恒温した。検量線作成に用いる標準液としてシアン溶液で濃度０．０５ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．１５ｐｐｍ、０．２ｐｐｍの４種類を用い、洗浄液としては電気伝導度５μＳ／ｃｍの純水を用いた。濾過材に用いるセラミックス粒子は、焼成して得られた結晶を粉砕機で粉砕し、分級した１００メッシュと４８メッシュの粒度を１：１に混合した粒子とした。中空糸膜は東洋紡績（株）製三酢酸セルロース系中空糸型逆浸透膜（モジュール径９０ｍｍ、エレメント数１、最小透過水量０．６ｍ３／日、操作圧力１０ｋｇ／ｃｍ２）、活性炭は東洋紡績（株）製活性炭素繊維（比表面積１０００ｍ２／ｇ、孔径５０オングストローム）を用いた。濾過流量は毎分０．４リットルで、有害物質（シアン）検査の検水頻度は１時間に１回とした。
【００３２】
図３にシアン濃度と酸素消費率の検量線を示す。洗浄液での酸素濃度を測定し、これを酸素消費率１００％（ブランク）として、シアン濃度４種の酸素消費量を比率で表す。シアン濃度が高いほど微生物の活性が妨げられ酸素消費率が少なくなる。以上の４点プロットを最小二乗法により関係式を求める。このグラフを図２の制御回路メモリーに記憶させ、測定した溶存酸素から前記関係式に従いシアン濃度を算出した。実施例に示す浄水器の取水口にシアン濃度１０ｐｐｍの水を入れて処理をした。バイオセンサーの出力から酸素消費率を求め、図３の検量線によってシアン濃度を算出した。浄水器によりシアンが除去され、０．０５ｐｐｍ以下の濃度になっていることがバイオセンサーによって確認できた。
【００３３】
【表１】
2004113871.tif 000003
【００３４】
（比較例１）
実施例１の浄水器取水ラインから採取した被検水を用いて、特許文献２に示された２電極法による導電率測定を行った。測定レンジは最小レンジである０〜０．５μＳ／ｃｍとした。しかし、導電率による測定では検出感度が低いため、表１に示されたような極微量の、しかもイオン化されていないシアンを検出することはできなかった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の有害物質検査装置付浄水器は、濾過材の寿命に係わらず、給水する浄水中に含まれる有害物質の濃度を測定するので、浄水性能の維持若しくは劣化の確認が正確にできる。さらにイオン化していない有害物質であっても検出でき、浄水性能の維持若しくは劣化の確認ができる。さらにバイオセンサーを用いることで選択性と感度を向上でき、有害物質がｐｐｍ〜ｐｐｂという極めて微量な濃度であっても検出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有害物質検査装置付浄水器の構成の一形態を示す説明図である。
【図２】本発明における有害物質検査装置付浄水器の電気的な検出回路を示す説明図である。
【図３】本発明における検量線を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　取水口
２　　濾過材
３　　分離材
４　　活性炭
５　　給水口
６　取水弁
７　切替弁１
８　切替弁２
９　切替弁３
１０　ポンプ
１１　酵素または微生物膜
１２　電極または光検出器
１３　セル室
１４　バイオセンサー
１５　温調ユニット
１６　排水弁
１００　取水ライン
１０１　校正ライン
１０２　測定ライン
１０３　排水ライン
２１　電極または光検出器
２２　ＡＭＰ
２３　ＡＤ変換器
２４　制御回路
２５　判定回路
２６　表示器
２７　データ圧縮装置
２８　記録装置
【図１】
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【図２】
2004113871.tif 000005
【図３】
2004113871.tif 000006