(57)【要約】【課題】被検水と測定槽内の間の温度差によって生じる気泡が微生物膜表面に付着する事態を防止し、安定した長期運転を継続し得るようにする。【解決手段】バイオセンサ型異常水質検出装置において、被検水を測定槽１６に供給する前に予熱する被検水加熱手段２３と、被検水と測定槽１６との間の温度差を減少させるように被検水加熱手段２３を制御する温度制御手段２４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
散気水槽によって飽和溶存酸素状態とされた被検水を、酸素電極に微生物膜を保持した測定槽に導入し、前記微生物膜を透過する酸素量によって前記被検水への有害物質の混入を検出するバイオセンサ型異常水質検出装置において、前記被検水を前記測定槽に供給する前に予熱する被検水加熱手段と、前記被検水と前記測定槽との間の温度差を減少させるように前記被検水加熱手段を制御する温度制御手段とを備え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】
前記被検水加熱手段として、前記散気水槽の上流側で被検水を加熱する加温ヒータが設けられ、前記温度制御手段として、前記加温ヒータを制御する温度調節器が設けられ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】
前記被検水加熱手段として、前記散気水槽内の被検水を加熱する加温ヒータが設けられ、前記温度制御手段として、前記加温ヒータを制御する温度調節器が設けられ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】
前記散気水槽と前記測定槽との間に被検水とは絶縁された状態で共通の温水を循環させるように構成された温水循環系が構成され、前記被検水加熱手段として、前記温水循環系を循環する温水を加温する加温ヒータが設けられ、前記温度制御手段として、前記温水の温度を調整するために前記加温ヒータを制御する温度制御器が設けられ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、散気水槽によって飽和溶存酸素状態とされた被検水を、酸素電極に微生物膜を保持した測定槽に導入し、微生物膜を透過する酸素量によって被検水への有害物質の混入を検出するバイオセンサ型異常水質検出装置に関するものである。
【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槽に通して飲料水を供給している。このような通常の処理では除去できない有害物質、すなわち、各種の重金属や農薬および環境ホルモン等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至る。
【０００３】
一方、下水処理場では、突発事故や不注意により、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ヒ素シアン等が混入し、これらが流入すると、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、浄水場および下水処理場において、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良く検出する装置が望まれていた。
【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、また、下水処理場では、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の時間がかかるため、その検出に長時間を有する。また、魚類の反応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、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。
【０００７】
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４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、酸性溶液パック９からポンプ１０および酸性溶液配管１１を介して酸性溶液が供給されるとともに、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供給され、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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４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。
【００１１】
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４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。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−３２１２３３号公報  （図１，２とその説明）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
微生物をプローブとして用いたバイオセンサ型の異常水質検出装置では、微生物の活性を常に一定に保つことによって有害物質の検出感度を安定化させる必要があるため、通常使用する中温菌においては、最適温度で３０℃付近に保つ必要がある。一方、冬期における河川水の温度は４℃以下にまで低下する。この河川水を被検水として、散気水槽５で十分に酸素を飽和させた後に、測定槽１６内に導入すると、被検水は測定槽１６内で急激な温度変化を受ける。通常、気体の水に対する溶解度は温度の上昇に従って低下するため、溶存空気が気化して気泡となって電極表面に付着し、微生物膜１８への被検水の流れを阻害する。その結果、異常水質の検出感度を低下させる。また、通常、バイオセンサ型異常水質検出装置では、微生物の活性を長期間維持する必要があるため、微生物に対する栄養物質を被検水に混合して供給する必要がある。しかし、上記作用によって、微生物への栄養供給量も減少し、微生物の安定的増殖を維持することができない。
【００１４】
したがって本発明の目的は、被検水と測定槽内の間の温度差によって生じる気泡が微生物膜表面に付着する事態を防止し、それにより、微生物膜への被検水の流れが阻害されることなく、安定した長期運転を継続し得るバイオセンサ型異常水質検出装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【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、散気水槽によって飽和溶存酸素状態とされた被検水を、酸素電極に微生物膜を保持した測定槽に導入し、微生物膜を透過する酸素量によって被検水への有害物質の混入を検出するバイオセンサ型異常水質検出装置において、被検水を測定槽に供給する前に予熱する被検水加熱手段と、被検水と測定槽との間の温度差を減少させるように被検水加熱手段を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
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、被検水加熱手段として、散気水槽の上流側で被検水を加熱する加温ヒータが設けられ、温度制御手段として、加温ヒータを制御する温度調節器が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
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、被検水加熱手段として、散気水槽内の被検水を加熱する加温ヒータが設けられ、温度制御手段として、加温ヒータを制御する温度調節器が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
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、散気水槽と測定槽との間に被検水とは絶縁された状態で共通の温水を循環させるように構成された温水循環系が構成され、被検水加熱手段として、温水循環系を循環する温水を加温する加温ヒータが設けられ、温度制御手段として、温水の温度を調整するために加温ヒータを制御する温度制御器が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施形態】
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。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態によるバイオセンサ型異常水質検出装置を示す構成図である。
【００２１】
図示の異常水質検出装置は、一つの実施形態として、図４に示した異常水質検出装置に基づいて構成されている。この実施形態においては、散気水槽５の上流側で被検水を加熱する加熱手段として加温ヒータ２３を設け、温度制御手段として、加温ヒータ２３を介して被検水の温度を制御する温度制御器２４を設けている。測定槽１６に送られる被検水の温度が測定槽１６内の温度と同等になるように温度制御器２４により加温ヒータ２３を制御する。
【００２２】
このように測定槽１６内に導入する被検水を予め加温し、測定槽１６内の既存の被検水との温度差を無くすか僅かなものとすることによって、測定槽１６内での気泡発生を防止し、微生物膜１８表面への気泡付着を防止する。
したがって本実施形態によれば、微生物膜１８への被検水の流れが阻害されることなく、装置の安定した長期運転を継続することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態によるバイオセンサ型異常水質検出装置を示す概略構成図である。
【００２４】
本実施形態では、加熱手段を、散気水槽５の上流ではなく、散気水槽５そのものに設ける。すなわち、被検水を加熱する加温ヒータ２５を散気水槽５に設けるとともに、加温ヒータ２５にその発生熱を制御する温度制御器２６を設ける。加温ヒータ２５は温度制御器２６による制御のもとに、散気水槽５内の被検水を測定槽１６内と同等の温度にまで加温する。
【００２５】
これにより、被検水と測定槽１６内との温度差による気泡発生を抑制し、微生物膜１８の表面に気泡が付着する事態を防止することができる。その結果、微生物膜１８への被検水の流れが気泡によって阻害されることがなく、装置の安定した長期運転を継続することができる。
【００２６】
＜第３の実施形態＞
図３は本発明の第３の実施形態によるバイオセンサ型異常水質検出装置を示す構成概略図である。
【００２７】
本実施形態では、上述の散気水槽５および測定槽１６に代わる散気水槽２７および測定槽２８を、被検水とは絶縁され温度制御された温水が循環し得るように構成し、両者間を、配管２９，３０を介して共通の温水が循環する温水循環系統を形成している。さらに配管３０内に、循環水を加温するための加温ヒータ３１と、ここで加温された温水を温水循環系統内に循環させるためのポンプ３２を配置する。加温ヒータ３１には、加温ヒータ３１を介して循環水の温度を制御する温度制御器３３が設けられる。被検水の通流系統は、すでに述べた図１，２のものと変わりがない。ただし、この実施形態では、測定槽２８は温度調整器を兼ねている形であり、特別な温度調整器１７（図１等）を設ける必要はない。
【００２８】
本実施形態では、測定槽２８と散気水槽２７を共通の温水で保温する循環型温度制御システムを構成しており、測定槽２８に導入される被検水とその中の既存の被検水とが同等の温度に制御され、したがって測定槽２８内に気泡を発生することがなく、測定槽２８内の被検水とそこに導入される被検水との間の温度差によって微生物膜１８の表面に気泡が付着する事態を防止することができる。それにより、微生物膜１８への被検水の流れが阻害されることなく、装置の安定した長期運転を継続することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導入される被検水と測定槽内の温度差を緩和することにより、水に対する空気の溶解度の相違を生じることなく、バイオセンサ型異常水質検出装置の酸素電極先端に保持した微生物膜に気泡が付着する事態を防止し、したがって微生物膜への被検水の流れが阻害されることなく、異常水質の検出感度の低下を防止することができる。
【００３０】
通常、バイオセンサ型の異常水質検出装置では、微生物の活性を長期間維持するため、微生物に対する栄養物質を被検水に混合して供給するが、被検水の温度制御により微生物膜の微生物への栄養供給量も安定する。この結果、微生物の安定的増殖を維持することができ、装置の安定した長期運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバイオセンサ型異常水質検出装置の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明によるバイオセンサ型異常水質検出装置の第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明によるバイオセンサ型異常水質検出装置の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図４】公知のバイオセンサ型異常水質検出装置の構成例を示す概略構成図。
【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  加温ヒータ
２４  温度制御器
２５  加温ヒータ
２６  温度制御器
２７  散気水槽
２８  測定槽
２９  配管
３０  配管
３１  加温ヒータ
３２  ポンプ
３３  温度制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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