(57)【要約】【課題】  被検水導入管等に繁殖しやすいカビおよびその生成物等を定期的に除去でき、配管の閉塞を防いで長期連続運転を安定して継続し得る水質検出装置を提供すること。【解決手段】  先端に微生物膜９を保持した酸素電極１０を、微生物膜９が測定槽４内に向く状態で設置し、この測定槽４内に連通する配管２から被検水を流し、微生物膜９を透過する酸素量を酸素電極１０で検出する水質検出装置であって、気泡混入装置３０により配管２内に連続的に気泡を混入させて配管２内に蓄積した汚濁物質を除去する。その結果、配管２内に繁殖しやすいカビおよびその生成物を定期的に除去して、配管の閉塞を防ぎ、装置の長期運転を安定して継続できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定槽内に被検水導入用の配管から導入した被検水を流し、先端に微生物膜を保持した酸素電極を、前記微生物膜が被検水と接触する状態で設置し、この前記微生物膜を透過する酸素量を前記酸素電極で検出する水質検出装置であって、
前記配管に連結され、この配管内に気泡を混入させて配管内に蓄積した汚濁物質を除去する気泡混入装置を設けたことを特徴とする水質検出装置。
【請求項２】
気泡混入装置によって混入される気泡は、窒素ガスによるものであることを特徴とする請求項１に記載の水質検出装置。
【請求項３】
測定槽内に被検水導入用の配管から導入した被検水を流し、先端に微生物膜を保持した酸素電極を、前記微生物膜が被検水と接触する状態で設置し、微生物膜を透過する酸素量を前記酸素電極で検出する水質検出装置であって、
前記配管に連結され、この配管に流れる被検水の流量を変化させ、この流量変化による衝撃により配管内に蓄積した汚濁物質を除去する流量可変装置を設けたことを特徴とする水質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場や下水処理場等において、その取水口から混入する有害物質を検知するバイオセンサ型の水質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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有機溶媒およびヒ素シアン等が混入することがある。このような有害物質が混入した下水が流入すると、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てしまう。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では、上記各種の有害物質が混入した場合、流入水から有害物質を迅速かつ感度良く検出する装置が望まれていた。
【０００５】
この要望に対し、浄水場では魚行動監視型の毒物検出装置や、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用いられている。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用いられており、これらは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に時間がかかるため、その検出に長時間を要する。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や飼育の環境状態によってかなり異なる。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での必要経費が大きい等の問題がある。
【０００７】
そこでバイオセンサ型異常水質検出装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、鉄酸化細菌をプローブとして用いるもので、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。
【０００８】
すなわち、このバイオセンサ型水質監視装置では、被検水に第１鉄を加えて混合させると共に、この混合された被検水を、酸素電極の先端部と接触するように流通させている。酸素電極の先端部には、酸素を利用して第一鉄を第二鉄に変える鉄バクテリアを保持した微生物膜取付けられている。
【０００９】
こ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酸素電極に被検水と鉄液の混合液を送液し、このときの酸素電極からの電気出力を監視する。この場合、被検水中に水溶性の有害物質が混入していると、有害物質は鉄酸化細菌の呼吸活性を低下させ、隔膜を透過して酸素電極に到達し、酸素濃度を高める。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。
【００１０】
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各配管の内壁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、これも除々に堆積してくる。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る。そのため、被検水と第一鉄液含有溶液の混合液が送液される配管に酸性溶液を供給し、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」を行なうことが提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【００１１】
しかし、鉄液中に含まれる栄養分を摂取してカビなどの微生物が配管内で繁殖するケースもあり、このようなカビは強酸性環境下でも生息するため、酸洗浄が有効でない場合がある。そして、これらのカビおよびその生成物が配管閉塞の原因となり、定期的に除去しなければ、潜在的な配管の閉塞が常に懸念される。
【特許文献１】特開平１１−３７９６９号公報
【特許文献２】特開２００２−９０３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、長期間の連続運転により配管内等に汚濁物質が堆積し、その除去が難しかった。
【００１３】
本発明の目的は、被検水導入管等に繁殖しやすいカビおよびその生成物等を除去でき、配管の閉塞を防いで長期連続運転を安定して継続し得る水質検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の水質検出装置は、測定槽内に被検水導入用の配管から導入した被検水を流し、先端に微生物膜を保持した酸素電極を、前記微生物膜が被検水と接触する状態で設置し、前記微生物膜を透過する酸素量を前記酸素電極で検出する水質検出装置であって、前記配管に連結され、この配管内に気泡を混入させて配管内に蓄積した汚濁物質を除去する気泡混入装置を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、気泡混入装置によって混入される気泡は、窒素ガスを用いるとよい。
【００１６】
さらに、本発明では、被検水導入用の配管に連結され、この配管内に流れる被検水の流量を変化させ、この流量変化による衝撃により配管内に蓄積した汚濁物質を除去する流量可変装置を設けた構成でもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被検水導入管等に、気泡を連続的に混入させたり、或いは水流の変化による衝撃を与えたりするので、配管内に繁殖しやすいカビおよびその生成物等を除去でき、配管の閉塞を防いで長期連続運転を安定して継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による水質検出装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１には実施の形態の全体構成を示しており、７は散気水槽で、検査すべき水、例えば、河川への流入水、浄水場への流入水、下水処理場への流入水などの被検水が、ポンプ１８により導入管１７を介して送給されてくる。８は気体供給器で、散気水槽７に送られた被検水に、空気あるいは酸素濃度を一定に調整した気体を供給し、散気水槽7内の被検水を、溶存酸素濃度が飽和の状態とする。この溶存酸素濃度が飽和状態の被検水は、ポンプ６により被検水導入管２に送出される。
【００２０】
１２は酸性溶液パック、１３は鉄液パックで、これらは対応する電磁弁１４，１５を介して共通の薬液導入管１９に連結し、さらに、三方弁２０の一方の入り口及び出口を経て薬液供給ポンプ１６に連結し、この薬液供給ポンプ１６を経て、前記被検水道入管２に連結している。酸性溶液パック１２は配管洗浄用の酸性溶液を貯留している。また、鉄液パック１３は第一鉄含有溶液を貯留している。
【００２１】
前記三方弁２０の他方の入り口には気体供給器８が連結されており、三方弁２０を操作することにより、被検水導入管２内に連続的に気泡を混入させることができる。すなわち、この気体供給器８と三方弁２０により、気泡混入装置３０を構成している。
【００２２】
４は測定槽で、被検水導入管2と連結され、後述するように、鉄液パック１３から供給される第一鉄含有溶液と混合された被検水が導入され、内部の測定通路内を流れる。測定槽４内の測定通路を通った被検水は排出管３を介して排出される。この被検液（混合液）は、気体供給器８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被検水導入管２から測定槽４内に流入される。また、この測定槽４は、温度調整器５を一体に有し、被検水の温度を調整できる。
【００２３】
１０は酸素電極で、測定槽４に対し、その測定通路に測定用の先端部が向く状態で設置されている。この酸素電極１０の上記先端部には、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９が取付けられており、測定用通路を流れる被検水と接触する。微生物膜９に保持される鉄バクテリアとしては、例えば、チオバチルスフェローオキシダンス（Thiobacillus ferrooxidans）を用いる。
【００２４】
１１は変換演算手段で、酸素電極１０から取り出された電気出力が入力され、その電気出力を増幅・変換し、演算を施して被検水の異常水質を判別する。
【００２５】
上記構成において、被検水は散気水槽７において、気体供給器８からの空気あるいは酸素濃度を一定に調整した気体により、飽和溶存酸素濃度となる。これは、測定槽４において、酸素電極１０の出力の最大値を安定させるためである。ここで、飽和溶存酸素濃度は液温度により変化するので、温度調整器５によって測定槽４を一定の温度に維持する。
【００２６】
この被検水に対しては、鉄液パック１３内の第一鉄含有溶液が、電磁弁１５、薬液導入管１７、三方弁２０、薬液供給ポンプ１６を介して供給され、被検水導入管２内で混合される。
【００２７】
この被検水(混合水)は測定槽４内に導入され、測定通路を流れて、酸素電極１０の先端部に設けられた微生物膜９と接触する。このときの化学的挙動の化学反応式は次式の通りである。
【００２８】
４ＦｅＳＯ４＋Ｏ２＋２Ｈ２ＳＯ４  →  ２Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ２Ｏ
上式において、２Ｆｅ２（ＳＯ４）３は水中で電離し、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。
【００２９】
なお、微生物膜９に保持される鉄バクテリアとしては、前述したチオバチルスフェローオキシダンス（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、ガリオネラフェルジニア（Gallionella ferruginea）、レプトスピリリウムフェローオキシダンス（Leptospirillum ferrooxidans）、レプトスリックス（Leptothrix）、スペロチルス（Sphaerotilus）等が適していることが確認されている。
【００３０】
鉄バクテリアの活性、すわなち、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が、測定槽４は温度調整器５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できるので問題はない。
【００３１】
図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１０に被検水と鉄液の混合液をポンプ６およびポンプ１６によって送液し、この送液時における酸素電極１０からの電気出力を変換演算手段１１で監視する。その場合、被検水中に水溶性の有害物質が混入すると、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１０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。
【００３２】
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各配管の内壁に付着し堆積する。また、鉄液中の第一鉄の一部が第二鉄に酸化されて、これも除々に堆積する。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。
【００３３】
そこで、図の装置には、被検水と第一鉄液含有溶液の混合液が送液される被検水導入管２に賛成溶液を供給する。すなわち、電磁弁１４を開き、酸性溶液パック１２から薬液導入管１９及びポンプ１６を介して酸性溶液を供給し、被検水導入管２や測定槽４など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。すなわち、酸洗浄を行なう。
【００３４】
しかし、鉄液中に含まれる栄養分を摂取して、カビなどの微生物が配管内で繁殖すると、このようなカビは強酸性環境下でも生息するため、上記の酸洗浄だけでは不十分な場合がある。
【００３５】
そこで、三方弁２０を操作して気体供給器８からの気体の一部を気泡の連なりとして形成させ、薬液導入管１９および被検水導入管２に流入させ、それらの配管内で繁殖したカビやその生成物を物理的に押出して除去する。その結果、主に被検水導入管２に繁殖しやすいカビおよびその生成物を定期的に除去し、配管の閉塞を防ぐので、装置の長期運転を安定して継続することができる。なお、三方弁２０は、なるべく短期的に開閉させて、気泡を少しづつ発生させるほうが望ましい。大きな空気の塊が薬液供給ポンプ１６に入ると、空気の噛み込みによる送液不良を起こす可能性があるためである。
【００３６】
図２に示す実施の形態では、薬液導入管１９および被検水導入管２に流入させる気泡を窒素ガスによるものとしている。すなわち、三方弁２０の他方の入り口に、図１で示した気泡供給器８に代って、窒素ガス供給器２１を連結しており、気泡混入装置３０を三方弁２０と窒素ガス供給器２１とで構成している。
【００３７】
図１で示した実施の形態では、薬液導入管１９および被検水導入管２内に残留する第一鉄と、洗浄のために配管内に混入させた空気中の酸素が反応し、酸化鉄が生成する可能性があるが、図２の実施の形態では窒素ガスを混入させるため、酸化鉄が発生する可能性が低下する。その結果、主に被検水導入管２に繁殖しやすいカビおよびその生成物を定期的に除去して、配管の閉塞を防ぐと共に、酸化鉄の生成を極力抑えることができ、より一層、装置の長期運転を安定して継続することができる。
【００３８】
図３に示す実施の形態では、被検水供給ポンプ６を制御装置２２と接続させ、流量可変装置３１を構成している。すなわち、制御装置２２によって、被検水供給ポンプ６の流量を不規則に急変させて配管内に衝撃を生じさせ、その衝撃によって配管内に付着した汚濁物質を剥離させて押し流す。その結果、主に被検水導入管２に繁殖しやすいカビおよびその生成物を定期的に除去して、配管の閉塞を防ぐことができ、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】
【００３９】
【図１】本発明による水質検出装置の一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明による水質検出装置の他の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図３】本発明による水質検出装置のさらに他の実施の形態を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
２    配管
４    測定槽
９    微生物膜
１０    酸素電極
２１    窒素ガス供給器
３０    気泡混入装置
３１    流量可変装置
【図１】
2005249413.tif 000003
【図２】
2005249413.tif 000004
【図３】
2005249413.tif 000005