CN101206191B - 生物传感器型异常水质监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供生物传感器型异常水质监控装置，其可以容易且适当地控制为了恢复生物传感器内微生物的活性而供给的基质溶液的基质浓度。在反应槽(10)中，保持在微生物膜(13)中的微生物与混合水反应，通过输出转换部(27)将对应于混合水中的溶解氧量的电流信号从溶解氧电极(11)输出至供给量控制机构(28)。该机构(28)根据该电流信号的输入来控制阀(25)和定流量泵(26)，将蓄留在活性调整用基质溶液保管容器(23)中的活性调整用基质溶液向管线(7)输出。由此，可以适当控制作为活性调整用基质的磷酸氢二钾(K₂HPO₄)的浓度，使微生物的数量稳定化。

Description

生物传感器型异常水质监控装置

技术领域

本发明涉及利用了生物传感器技术的生物传感器型异常水质监控装置，所述生物传感器技术是监控微生物的呼吸活性，将呼吸活性的阻碍作为指标来检测试样水中的有害物质的混入。 

背景技术

为了对净水场所的取水、下水的流入水等进行有害物质的检测，以往一直使用利用了微生物的生物传感器型水质监控装置。该生物传感器型异常水质监控装置中，微生物被固定在膜上，通过与氧电极组合，监控因微生物的呼吸产生的氧消耗量。于是，当混入有害物质时，由于阻碍了微生物的呼吸而氧消耗量减少，所以可以通过检测此时减少的氧消耗量来检测有害物质的混入。 

上述微生物通常把特定的化学物质(基质)作为营养源而生存。即使在利用了微生物的生物传感器中，也是通过把微生物所需的基质成分与试样水混合，并供给至存在微生物膜的反应槽中，来活化微生物的呼吸代谢。因此，可采用例如专利文献1中公开的各种装置结构。在该以往装置的结构中，预先将含有基质成分的浓缩基质溶液蓄留在保管容器中，用泵输送该溶液而与试样水混合，并将其引入配置有微生物膜的反应槽内部，由此向微生物供给基质成分。 

另外，本申请人已经提出了具有利用铁氧化细菌作为微生物的生物传感器的异常水质监控装置的结构(参考专利文献2)。铁氧化细菌是化学合成独立营养细菌，利用将亚铁离子加入三价铁离子时产生的能量而生存。因此，最重要的基质成分是亚铁离子(Fe2+)。本申请人将使用Thiobacillus ferrooxidans(以下表示为T.ferrooxidans)作为铁氧化细菌的生物传感器型异常水质监控装置进行了实用化。该生物传 感器中，利用图8的图表中所示组成的培养基作为微生物的培养液。该培养基除了含有作为亚铁离子供给源的硫酸亚铁·七水合物之外，还含有微生物代谢所需的磷酸盐、钙、镁等无机盐。 

图7是表示以往的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。该图7中，由第1试样水供给管线1供给的试样水3被蓄留在空气扩散水槽2中，通过向试样水3中吹入空气来调整溶解氧浓度。调整过溶解氧浓度的试样水通过安装有阀5和泵6的第2试样水供给管线4和试样水及基质溶液供给管线7，被引入到配置在流动池9中的生物传感器8中。 

生物传感器8具有从试样水及基质溶液供给管线7将试样水和基质溶液的混合水引入的反应槽10、用于取出对应于反应槽10内的混合水中含有的氧量的电流信号的溶解氧电极11、和在溶解氧电极11的一端通过固定夹具12安装的微生物膜13。而且，在反应槽10内结束了与微生物膜13所保持的微生物的反应的试样水通过排液排出管线14排出到外部。 

另外，在基质溶液保管容器15中，蓄留了含有例如图8的图表中所示的基质成分、而且调整了浓度和pH(酸、碱度)的基质溶液。该基质溶液通过安装有阀17和泵18的基质溶液供给管线16后与试样水及基质溶液供给管线7的试样水合流，用作保持在微生物膜13中的微生物的营养液而供给至生物传感器8中。之所以这样，从基质溶液保管容器15将基质溶液供给至生物传感器8是基于以下段落记载的理由。 

即，由于微生物在不存在基质的状态下不能增殖，这样的话，微生物膜中的微生物就会慢慢地死亡。另外，在基质的浓度低于一定浓度的状态下，由于与增殖的微生物个体数相比，死亡的微生物个体数上升，所以微生物膜中的微生物个体数缓慢地减少，从而损害生物传感器8作为传感器功能的稳定性。因此，为了将利用了微生物的生物传感器8的功能保持为良好的状态，需要将所使用的微生物的生长所需的基质成分以某一定需要量以上的量供给至微生物膜。基于这样的理由，从基质溶液保管容器15将基质溶液供给至生物传感器8。

而且，还设置了蓄留有洗涤液的洗涤液保管容器19，该洗涤液通过安装有阀21和泵22的洗涤液输出管线20、和试样水及基质溶液供给管线7后被输出至生物传感器8。 

下面，对图7的操作进行说明。操作者在开始试样水的水质监控时，首先打开阀5并起动泵6。由此，蓄留在空气扩散水槽2中的试样水3经由第2试样水供给管线4和试样水及基质溶液供给管线7被供给至生物传感器8。然后，在反应槽10中，保持在微生物膜13中的微生物和试样水进行反应，根据其反应状态判断水质有无异常。即，当试样水的水质没有异常时，由于不会阻碍保持在微生物膜13中的微生物的活性，所以试样水中的溶解氧如通常那样被消耗，由溶解氧电极11检测的电流信号的水平是低水平(该电流信号由省略图示的输出转换部进行转换后，在显示部被显示)。但是，当在试样水中含有有害物质时，由于会阻碍微生物的活性，所以溶解氧的消耗量变少，上述电流信号变为高水平。因此，操作者可以根据该电流信号的水平变化知道水质异常。 

保持在微生物膜13中的微生物在继续进行与如上所述的试样水的反应的过程中，个体数减少等从而整体的活性逐渐消失，将损害作为传感器功能的稳定性。因此，操作者在打开阀17的同时起动泵18，将蓄留在基质溶液保管容器15中的基质溶液经由基质溶液供给管线16和试样水及基质溶液供给管线7适当供给至生物传感器8。由此，保持在微生物膜13中的微生物的活性可再次恢复到原来的水平，恢复作为传感器功能的稳定性。 

图9是表示如上所述的基质溶液的供给和电流信号的水平变化的一个例子的特性图。在该图9中，在最初时刻微生物的活性下降，电流值上升至1.0[μA]附近，但是在某一时刻(7分钟的时候)操作者供给含有硫酸亚铁的基质溶液时，微生物被迅速活化，电流值下降至0.1[μA]附近的水平。然后，暂时在该水平下保持稳定状态，但是在时间为15分钟的时候向试样水中加入有害物质时，微生物的活性因此而下降，所以电流值逐渐上升。然后，在超出异常设定水平的时刻(21分钟的时候)，发出异常警报或进行异常显示等。

在如上所述的水质监控操作继续进行一段时间的过程中，在试样水及基质溶液供给管线7和排液排出管线14中会蓄积污物和杂质等，如果放置不管，将不能顺利地进行水质监控操作。因此，操作者每隔规定时间就要停止泵6、18，同时关闭阀5、17，然后，打开阀21并起动泵22。由此，将蓄留在洗涤液保管容器19中的洗涤液从洗涤液输出管线20输出至其它各个管线，进行洗涤而除去污物和杂质等。 

[专利文献1]特开2002—243698号公报 

[专利文献2]特开平11—37969号公报 

发明内容

如上所述，操作者在监控溶解氧电极11的检测电流，判断微生物的活性下降时，可以通过从基质溶液保管容器15将基质溶液供给至生物传感器8来恢复微生物的活性。但是，适当控制该基质溶液的供给量未必容易。 

即，为了可靠地使生物传感器的使用稳定化，可以过量加入基质，但是过量含有需要量以上的基质时，微生物进行过度增殖，混入有害物质时被阻碍呼吸的只是部分微生物。于是，由剩余微生物的呼吸会消耗与混入有害物质前大致相同程度的氧，氧消耗量的变化难以体现出来。其结果，对有害物质的检测灵敏度下降，难以检测低浓度的有害物质的混入。 

图10是表示生物传感器的检测灵敏度受到微生物数的较大影响的说明图，(a)表示微生物数和有害物质(KCN)浓度的组合分别不同的特性曲线M1～M4的特性图，(b)表示特性曲线M1～M4的各微生物数和有害物质浓度的数值的图表。 

由图10(b)的数值显而易见的是，特性M1是表示微生物数少(所述的“少”是指与M3，M4相比较少，也可以换言之为“适合的数”)、而且有害物质浓度高的情况，特性M2是表示微生物数少、而且有害物质浓度低的情况，特性M3是表示微生物数多，而且，有害物质浓度高的情况，特性M4是表示微生物数多、而且有害物质浓度低的情况。

而且，图10(a)表示在20秒时刻左右向试样水中添加了作为有害物质的例如KCN(氰化钾)时的生物传感器的检测电流值的变化状态，但是如特性曲线M1、M2所示，在微生物数较少时，有害物质浓度高或者低的任何一种情况都具有足够的检测灵敏度。与此相反，如特性曲线M3、M4所示，在微生物数较多时，有害物质浓度高或者低的任何一种情况检测灵敏度都不足。由该结果可知，微生物膜中的微生物数是对添加了有害物质时的响应性带来极大影响的因素。 

为了回避如上所述的对有害物质的检测灵敏度下降的现象，需要将作为微生物膜13整体的活性保持为一定的水平，需要适当设定营养液中的基质浓度。因此，只要供给能使固定了一定数量微生物的微生物膜13的呼吸按照需要充分活化的浓度的基质即可，但是有时微生物的活性会因含在试样水中的基质成分而增加。在这种情况下，也有可能与加入过量基质时同样，微生物变为过度增殖的状态，从而有害物质的检测灵敏度下降。 

相反，当基质浓度低时，由于试样水pH的变化和有害物质以外的微量呼吸阻碍成分混入等原水水质的影响、还有洗涤工序的低营养状态、营养液的送液量的变化等装置的影响，微生物有可能慢慢地死亡。这种情况下，因为微生物膜中的微生物个体数慢慢地减少，所以不能获得使用生物传感器所必需的足够的活性，难以实现稳定的运转。 

因此，可以考虑预先使基质浓度为高浓度，设置成可连续地长期使用的状态的方法，但是采用该方法时，从营养液的长期稳定保存、和稳定供给的观点考虑，有时反而不利。原因是由于通常微生物增殖时需要多种化学物质，所以基质成分含有多种活性物质，但是存在多种化学物质时，含有的化学物质彼此产生化学反应，出现产生析出物等现象。由于该析出物而有可能在试样水和基质溶液的混合水所流动的配管中产生堵塞等，从而不能稳定地输送液体。而且，该化学反应随着基质浓度变为高浓度，更加易于产生。 

本发明是鉴于上述情况提出的，目的是提供可以容易且适当地控制为了恢复生物传感器内微生物的活性而供给的基质溶液的基质浓度的生物传感器型异常水质监控装置。

作为用于解决上述课题的手段，第1发明是生物传感器型异常水质监控装置，其具备生物传感器和基质溶液保管容器，所述生物传感器引入成为微生物营养源的含有多种基质成分的基质溶液和试样水的混合水，并具有微生物膜和溶解氧电极，所述微生物膜上保持有将上述混合水中含有的溶解氧消耗的上述微生物，所述溶解氧电极用于输出对应于上述溶解氧的消耗量的电流信号，所述基质溶液保管容器将所述微生物的生长所需的基质成分以恒定的供给量供给至所述生物传感器的所述微生物膜；当上述电流信号超出异常设定水平时就判断为水质异常，其特征在于，所述生物传感器型异常水质监控装置具备活性调整用基质溶液保管容器和活性调整用基质溶液供给机构，其中所述活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有含有不参与上述微生物的呼吸代谢的基质成分、并用于使上述微生物活化的活性调整用基质溶液，所述活性调整用基质溶液供给机构是根据上述电流信号的输出，当上述溶解氧的消耗量下降到一定量以下而判断上述微生物的活性下降时，将活性调整用基质溶液从保管容器供给至上述生物传感器；选择不参与呼吸代谢的成分作为用于调节供给量的基质成分，通过控制不参与呼吸代谢的基质成分的供给量，从而调整使呼吸代谢活性化的基质成分的浓度。 

第2发明是根据第1发明所记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，上述活性调整用基质溶液供给机构是定流量泵，并且可以根据上述微生物的活性下降的程度来改变该定流量泵的工作时间。 

第3发明是根据第1发明所记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，上述活性调整用基质溶液供给机构是流量可变泵，并且可以根据上述微生物的活性下降的程度来改变该流量可变泵的流量。 

第4发明是根据第1发明所记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，上述活性调整用基质溶液保管容器分为第1活性调整用基质溶液保管容器和第2活性调整用基质溶液保管容器，其中所述第1活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有不参与上述微生物的呼吸代谢的基质成分的浓度为第1浓度的第1活性调整用基质溶液，所述第2活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有不参与上述微生物的呼吸代谢的基质成分的浓度为低于所述第1浓度的第2浓度的第2活性 调整用基质溶液，上述活性调整用基质溶液供给机构在上述微生物的活性下降小时，将上述蓄留的第2活性调整用基质溶液供给至上述生物传感器，在上述微生物的活性下降为通常情况或明显时，将上述蓄留的第1活性调整用基质溶液供给至上述生物传感器。 

第5发明是根据第1至第4中任一项发明所记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，上述微生物是铁氧化细菌，不参与上述微生物的呼吸代谢的基质成分是磷酸氢二钾(K₂HPO₄)。 

第6发明是根据第1至第4中任一项发明所记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，其具备洗涤液保管容器和洗涤液输出机构，其中所述洗涤液保管容器中蓄留有用于洗涤上述混合水和上述活性调整用基质溶液的供给管线的洗涤液，所述洗涤液输出机构用于在洗涤时将上述蓄留的洗涤液向上述供给管线输出。 

如上所述，根据本发明，可以提供生物传感器型异常水质监控装置，由于该装置具备活性调整用基质溶液保管容器和活性调整用基质溶液供给机构，所以可以容易且适当地控制为了恢复生物传感器内微生物的活性而供给的基质溶液的基质浓度，其中所述活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有含有不参与微生物的呼吸代谢的基质成分、并用于使微生物活化的活性调整用基质溶液，所述活性调整用基质溶液供给机构是根据电流信号的输出，当溶解氧的消耗量下降到一定量以下而判断微生物的活性下降时，将蓄留的活性调整用基质溶液供给至生物传感器。 

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。 

图2是记载了在用于确定图1中蓄留在基质溶液保管容器15中的基质溶液的基质成分的实验中使用的三种基质溶液A，B，C的各成分的图表。 

图3是表示使用图2的图表中所示的三种基质溶液A，B，C并连续地运转时的生物传感器8的电流值的变化状态的特性图。 

图4是针对由图1的活性调整用基质溶液保管容器23供给活性调整用基质溶液时的活性调整用基质的浓度控制的说明图，(a)是有关 生物传感器8的电流值变化的特性图，(b)是表示来自保管容器23的活性调整用基质的供给时机的时间图，(c)是有关活性调整用基质的浓度变化的特性图。 

图5是表示本发明第2实施方式的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。 

图6是表示本发明第3实施方式的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。 

图7是表示以往的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。 

图8是表示在图7的生物传感器8中，作为微生物的培养液使用的培养基的组成的图表。 

图9是表示图7中的生物传感器8的电流信号水平变化的一个例子的特性图。 

图10是表示图7中的生物传感器8的检测灵敏度受到微生物数的较大影响的说明图，(a)是表示微生物数和有害物质(KCN)浓度的组合分别不同的特性曲线M1～M4的特性图，(b)是表示特性曲线M1～M4的各微生物数和有害物质浓度的数值的图表。 

符号说明 

1 第1试样水供给管线 

2 空气扩散水槽 

3 试样水 

4 第2试样水供给管线 

5 阀 

6 泵 

7 试样水及基质溶液供给管线 

8 生物传感器 

9 流动池 

10 反应槽 

11 溶解氧电极 

12 固定夹具

13 微生物膜 

14 排液排出管线 

15 基质溶液保管容器 

16 基质溶液供给管线 

17 阀 

18 泵 

19 洗涤液保管容器 

20 洗涤液输出管线 

21 阀 

22 泵 

23 活性调整用基质溶液保管容器 

24 活性调整用基质溶液供给管线 

25 阀 

26 定流量泵 

26A 流量可变泵 

27 输出转换部 

28 供给量控制机构 

29 第2活性调整用基质溶液保管容器 

30 第2活性调整用基质溶液供给管线 

31 阀 

32 泵 

M1-M4 特性曲线 

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的各实施方式进行说明。但是，对与图7的以往装置相同的结构要素附加相同符号并省略重复的说明。 

图1是表示本发明第1实施方式的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。图1与图7的不同点是，增加了活性调整用基质溶液保管容器23，其中蓄留的活性调整用基质溶液通过安装了阀25和作为活性调整用基质溶液供给机构的泵26(定流量泵)的活性调整 用基质溶液供给管线24，被送至试样水及基质溶液供给管线7。另外，由溶解氧电极11检测的电流信号通过输出转换部27被输出至供给量控制机构28，该供给量控制机构28控制着阀25和泵26。 

在这里，对于如上所述设置成除了基质溶液保管容器15以外，另外增加活性调整用基质溶液保管容器23的结构的理由进行说明。如上所述，为了回避对有害物质的检测灵敏度下降的现象，需要将作为微生物膜13整体的活性保持为一定的水平，需要适当设定营养液中的基质浓度。 

即，当试样水的水质条件对生物传感器的微生物来说是易于增殖的环境时，可通过限制基质的供给量等方法来降低该基质在与微生物的反应槽内的浓度。其结果，可以抑制微生物的过度增殖，并可以防止对有害物质的检测灵敏度下降。相反，当试样水的水质条件对生物传感器的微生物来说是不适合生存的环境时，可通过增加基质的供给量等方法来增加该基质在与微生物的反应槽内的浓度。其结果，可以提高微生物的活性，有助于生物传感器输出的稳定化。 

另外，基质成分中含有不会给微生物的呼吸活性带来直接影响的化学物质。为了使微生物增殖而需要供给全部的基质，也可以针对全部成分进行基质成分的供给量的调整。另一方面，用于即刻提高生物传感器的活性的有效方法是仅仅经常供给呼吸代谢所需的成分。例如，把铁氧化细菌T.ferrooxidans用作生物传感器用微生物时的基质成分记载于图8的图表中，为了获得基质成分呼吸活性所需的基质成分是硫酸亚铁。对于除此之外的成分，虽然对于维持长期的呼吸活性来说是所必须的，但是如果仅仅是为了进行有害物质混入的监控，可以仅加入能够使呼吸代谢活化的硫酸亚铁。 

但是，使呼吸代谢活化的基质成分的浓度如果变化较大，则生物传感器的输出变得不稳定，难以稳定地监控水质。因此，作为用于调节供给量的基质成分，可通过选择不参与呼吸代谢的成分，并控制该成分的供给量等方法，来调整该成分在与微生物的反应槽内的浓度。用该方法，可以获得经常稳定的呼吸活性，而且可以控制微生物的增殖趋势，可以有效地进行生物传感器的性能维持、稳定使用。

本实施方式中，作为不参与上述呼吸代谢的成分，选择使用图8的图表中记载的磷酸氢二钾(K₂HPO₄)，使该磷酸氢二钾作为活性调整用基质溶液蓄留在活性调整用基质溶液保管容器23中。然后，控制磷酸氢二钾对生物传感器8的供给量，调整反应槽10中与微生物即铁氧化细菌T.ferrooxidans反应的磷酸氢二钾的浓度。由此，对于铁氧化细菌T.ferrooxidans来说可以获得经常充分的活性，另外，可以控制长期的个体数的变化。 

但是，磷酸氢二钾中含有的磷酸离子(PO₄ ^3-)和硫酸亚铁中含有的亚铁离子(Fe²⁺)易于结合，结合时，形成难溶于水的磷酸铁。此时，可以通过调整pH来设定成磷酸铁溶解的状态，但是由于温度的上升等的影响，有可能在配管等中一点点地产生析出。此时，由于析出物的影响，有可能产生阀的堵塞、密封不良、泵的送液不良等坏影响。但是，如果设法在将磷酸离子和亚铁离子分离的状态下进行保管，用分开的管线进行供给，则可以降低析出物的产生，可以稳定地进行送液。因此本实施方式中，如上所述地设置成除了基质溶液保管容器15以外，还另外增加了蓄留有磷酸氢二钾的活性调整用基质溶液保管容器23的结构。 

下面，对本实施方式中的蓄留在基质溶液保管容器15中的基质溶液进行说明。本发明的发明者等为了确定蓄留在该基质溶液保管容器15中的基质溶液的基质成分进行了实验，因此对其进行说明。 

图2是记载了该实验中使用的三种基质溶液A，B，C的各成分的图表。基质溶液A与图8的图表中所示的培养基组成具有相同的成分，基质溶液B是在基质溶液A的成分中仅除去了磷酸氢二钾(K₂HPO₄)，基质溶液C是使该磷酸氢二钾(K₂HPO₄)的重量为基质溶液A的重量的十分之一。而且，除了磷酸氢二钾以外的其它成分的重量在基质溶液A，B，C的任何一种中都相同。另外，通过供给硫酸亚铁中含有的亚铁离子(Fe²⁺)，可以使铁氧化细菌T.ferrooxidans活化时的pH值如图2的图表中所示那样适合地为3或3左右的值。 

图3是表示使用图2的图表中所示的三种基质溶液A，B，C并连续地运转时的生物传感器8的电流值的变化状态的特性图。其中，将相 对于试样水100[ml]混合4[ml]各基质溶液而获得的三种混合水供给至反应槽10。在时刻t1—t2期间、和时刻t3—t4期间输出硫酸等洗涤液并进行洗涤，但是由于在该期间没有供给铁离子，所以电流值呈矩形形状增加，作为微生物的铁氧化细菌T.ferrooxidans的活性下降明显。 

由于在基质溶液A，B，C的任何一种中含有的铁离子的浓度都相同，所以在时刻t1以前的初期，微生物的活性程度大致相同。然后，在时刻t1—t2的第1次洗涤期间，微生物的活性大幅度地下降，在洗涤结束后的时刻t2以后，由于再次供给铁离子，所以微生物的活性恢复。此时的恢复时的活性水平是，除去了磷酸氢二钾的基质溶液B是最低水平(电流值的水平最高)，含磷酸氢二钾最多的基质溶液A是最高水平，磷酸氢二钾的量为基质溶液A的十分之一的基质溶液C是A，B的中间水平。但是，基质溶液A在时刻t2—t3期间仍然存在电流值减少的趋势，并且微生物的活性水平是稍微不稳定的状态。 

在时刻t3-t4期间进行第二次洗涤时，与前次洗涤相同，微生物的活性大幅度地下降，而且在开始供给铁离子的时刻t4以后，微生物的活性恢复。此时的时刻t4以后的恢复时的水平是，对于基质溶液A，C来说，是与时刻t3的水平大致相同，但是对于基质溶液B来说，由于洗涤导致微生物受到损伤，所以比时刻t3的水平有所增加。由于洗涤而使微生物所受到的这种损伤在每次洗涤操作中都反复发生，结果在基质溶液B的情况下微生物数逐渐减少。 

因此，作为蓄留在基质溶液保管容器15中的基质溶液，基质溶液B可以说是不适合的。而且，基质溶液A在时刻t2—t3期间，微生物的活性不稳定，相反基质溶液C是大致稳定。从这些结果可知，基质溶液C是最适合的，本实施方式是将该基质溶液C蓄留在基质溶液保管容器15中。 

从图3中所示的基质溶液A，B，C的各电流值的变化状态可知，要想控制作为微生物的铁氧化细菌T.ferrooxidans的增殖趋势，可以调整基质溶液中几个基质成分中的磷酸氢二钾的浓度。即，当微生物膜13的活性过剩时，如果降低磷酸氢二钾的浓度以抑制微生物的增殖，相反，当微生物膜13的活性变差时，如果提高磷酸氢二钾的浓度以促进 微生物的增殖，则可以将微生物膜13中的微生物数保持为恒定水平。选择磷酸氢二钾作为蓄留在活性调整用基质溶液保管容器23中的活性调整用基质溶液，实际就是取决于这种理由。 

下面，对如上所述构成的图1的操作进行说明。操作者在打开阀5并起动泵6的同时，打开阀17并起动泵18。由此将蓄留在空气扩散水槽2中的试样水3和蓄留在基质溶液保管容器15中的基质溶液(图2的图表中的基质溶液C)的混合水经由试样水及基质溶液供给管线7供给至生物传感器8。 

然后，在反应槽10中，保持在微生物膜13中的微生物与混合水反应，对应于混合水中的溶解氧量的电流信号由溶解氧电极11通过输出转换部27被输出至供给量控制机构28。供给量控制机构28根据该输入的电流信号控制阀25和定流量泵26，将蓄留在活性调整用基质溶液保管容器23中的活性调整用基质溶液向试样水及基质溶液供给管线7输出。由此，可以适当控制作为活性调整用基质的磷酸氢二钾(K₂HPO₄)的浓度，使微生物膜13所保持的微生物数稳定化。 

图4是针对此时的活性调整用基质的浓度控制的说明图，(a)是涉及生物传感器8的电流值变化的特性图，(b)是表示来自保管容器23的活性调整用基质的供给时机的时间图，(c)是涉及活性调整用基质的浓度变化的特性图。 

初期，如图4(a)中所示，来自溶解氧电极11的检测电流值是稍微超过目标电流值的程度。因此，从活性调整用基质溶液保管容器23输出至试样水及基质溶液供给管线7的活性调整用基质溶液的量也不需要太多。因此，供给量控制机构28如图4(b)中所示，在时刻t1，t2，t3，t4的断续时间仅短时间供给活性调整用基质溶液。此时的混合水中的活性调整用基质的浓度如图4(c)中所示，并不太高。 

然后，如图4(a)中所示，检测电流值成为低于目标电流值的状态。该状态下不需要由活性调整用基质溶液保管容器23供给活性调整用基质溶液。因此，如图4(b)中所示，在时刻t4进行最后的溶液供给后，暂时不进行供给。而且，在不进行该供给的期间，理所当然图4(c)的活性调整用基质的浓度大致为0。

再过一会儿，图4(a)中的检测电流值再次成为超过目标电流值的状态，供给量控制机构28在时刻t5再次开始短时间供给活性调整用基质溶液，在时刻t6进行稍微长的供给。但是，尽管如此由于检测电流值的水平继续上升，所以使供给量控制机构28在时刻t7—t8的长时间内连续进行供给。由此，如图4(a)中所示，检测电流值的上升趋势停止，接下来缓慢地下降。因此，供给量控制机构28在时刻t8停止连续供给后，在时刻t9仅进行不太长时间的供给。此时的活性调整用基质的浓度如图4(c)中所示，成为高水平。 

这样，在图1的结构中，由于与基质溶液保管容器15分开另外设置活性调整用基质溶液保管容器23，所以可以使微生物膜13的微生物数很容易地保持为一定水平。即，在图7的以往结构中，是通过控制来自基质溶液保管容器15的基质溶液的供给量来进行微生物数的调整，但是这样一来，由于使微生物的呼吸代谢直接活化的硫酸亚铁的量变化较大，所以生物传感器8的检测灵敏度不稳定。与此相反，在图1的结构中，由于来自基质溶液保管容器15的基质溶液的供给量恒定，并且控制了含有不参与微生物的呼吸代谢的基质成分的活性调整用基质溶液的供给量，所以微生物膜13的微生物数易于恒定化。而且，由于该活性调整用基质溶液与基质溶液保管容器15的溶液分开保管在活性调整用基质溶液保管容器23中，所以可以减少析出物等的产生，进行稳定的送液。 

图5是表示本发明第2实施方式的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。图5与图1的不同点是，将作为活性调整用基质溶液供给机构的定流量泵26替换为流量可变泵26A。即，在图1的结构中，是通过利用定流量泵26改变活性调整用基质溶液的供给时间的长短来适当控制磷酸氢二钾的浓度，而在图5的结构中，是通过改变流量可变泵26A的转速即流量来适当控制磷酸氢二钾的浓度。因此，根据该实施方式，可以更加迅速而且适当地进行微生物膜13所保持的微生物数的调整。 

图6是表示本发明第3实施方式的生物传感器型异常水质监控装置的结构的说明图。图6与图1的不同点是，增加了第2活性调整用 基质溶液保管容器29，蓄留在其中的活性调整用基质溶液通过安装有阀31和泵32(定流量泵)的第2活性调整用基质溶液供给管线30，被送至试样水及基质溶液供给管线7。另外，符号23，24的结构要素是与图1或图5相同的要素，为了易于理解与上述要素29，30的区别，表示为“第1…”。蓄留在该第2活性调整用基质溶液保管容器29中的第2活性调整用基质溶液的浓度比蓄留在第1活性调整用基质溶液保管容器23中的第1活性调整用基质溶液的浓度还低。 

而且，供给量控制机构28根据从溶解氧电极11通过输出转换部27输入的电流信号来控制阀25，31和泵26，32，当微生物的活性降低的程度较小时，则从第2活性调整用基质溶液保管容器29将低浓度的第2活性调整用基质溶液供给至生物传感器8，另一方面，当微生物的活性降低的程度为通常的情况或明显时，则从第1活性调整用基质溶液保管容器23将第1活性调整用基质溶液供给至生物传感器8。因此，根据该实施方式，可以更加细致而且准确地进行型微生物膜13所保持的微生物数的调整。

Claims (6)

1.生物传感器型异常水质监控装置，其具备生物传感器和基质溶液保管容器，所述生物传感器引入成为微生物营养源的含有多种基质成分的基质溶液和试样水的混合水，并具有微生物膜和溶解氧电极，所述微生物膜上保持有将所述混合水中含有的溶解氧消耗的所述微生物，所述溶解氧电极用于输出对应于所述溶解氧的消耗量的电流信号；所述基质溶液保管容器将所述微生物的生长所需的基质成分以恒定的供给量供给至所述生物传感器的所述微生物膜；当所述电流信号超出异常设定水平时就判断为水质异常，

其特征在于，所述生物传感器型异常水质监控装置具备活性调整用基质溶液保管容器和活性调整用基质溶液供给机构，其中所述活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有含有不参与所述微生物的呼吸代谢的基质成分、并用于使所述微生物活化的活性调整用基质溶液；所述活性调整用基质溶液供给机构是根据所述电流信号的输出，当所述溶解氧的消耗量下降到一定量以下而判断所述微生物的活性下降时，将所述活性调整用基质溶液从保管容器供给至所述生物传感器；

选择不参与呼吸代谢的成分作为用于调节供给量的基质成分，通过控制不参与呼吸代谢的基质成分的供给量，从而调整使呼吸代谢活性化的基质成分的浓度。

2.根据权利要求1记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，所述活性调整用基质溶液供给机构是定流量泵，并且可以根据所述微生物的活性下降的程度来改变该定流量泵的工作时间。

3.根据权利要求1记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，所述活性调整用基质溶液供给机构是流量可变泵，并且可以根据所述微生物的活性下降的程度来改变该流量可变泵的流量。

4.根据权利要求1记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，所述活性调整用基质溶液保管容器分为第1活性调整用基质溶液保管容器和第2活性调整用基质溶液保管容器，其中所述第1活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有不参与所述微生物的呼吸代谢的基质成分的浓度为第1浓度的第1活性调整用基质溶液，所述第2活性调整用基质溶液保管容器中蓄留有不参与所述微生物的呼吸代谢的基质成分的浓度为低于所述第1浓度的第2浓度的第2活性调整用基质溶液；

并且所述活性调整用基质溶液供给机构在所述微生物的活性下降小时，将所述蓄留的第2活性调整用基质溶液供给至所述生物传感器，在所述微生物的活性下降为通常情况或明显时，将所述蓄留的第1活性调整用基质溶液供给至所述生物传感器。

5.根据权利要求1-4中任一项记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，所述微生物是铁氧化细菌，不参与所述微生物的呼吸代谢的基质成分是磷酸氢二钾即K₂HPO₄。

6.根据权利要求1-4中任一项记载的生物传感器型异常水质监控装置，其特征在于，其具备洗涤液保管容器和洗涤液输出机构，其中所述洗涤液保管容器中蓄留有用于洗涤所述混合水和所述活性调整用基质溶液的供给管线的洗涤液，所述洗涤液输出机构用于在洗涤时将所述蓄留的洗涤液向所述供给管线输出。

Images