CN101310818A - 净水处理的监视装置及监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能降低病原虫引起的感染、稳定供给安全饮用水的净水处理的监视装置及方法作为净水场的净水处理的水质监视、控制系统。在净水处理原水的净水处理的监视装置及方法中，设有用于计测原水中的病原虫个数浓度的病原虫计测系统，以及用于检测出原水中的病原虫的个数浓度在预先设定的个数浓度设定值以上的检测装置。

Description

净水处理的监视装置及监视方法

技术领域

本发明涉及在净水场的净水处理的水质监视及控制系统中能降低病原虫引起的感染、稳定供给安全饮用水的系统。

背景技术

净水处理广泛采用将凝集沉淀和砂过滤处理组合而进行的方法。

在快速过滤池中用化学试剂(凝集剂)使原水中的悬浮物质凝集沉淀后，使该沉淀处理水以较快的流速通过填充有过滤砂的砂过滤池的粒状层，主要通过向滤材的附着和在滤层中的筛分来除去浊质。即使在原水为低浊度的条件下，仅通过在快速过滤池过滤，不能期待充分除去胶体状态的悬浮物质，因此使用凝集剂进行前处理。

快速过滤池在净水处理工序中作为除浊的最终阶段而使用，要求能得到符合水质标准和非专利文献1的过滤水的净化功能、浊质的截留功能、对水质水量变化的缓冲功能、除去截留于过滤槽内的浊质的逆流清洗等的充分的清洗功能。

非专利文献1：厚生劳动省告示“自来水中的隐孢子虫(cryptosporidium)暂定对策方针”(2001年)

发明内容

过滤水工序管理的现状是以浊度作为指标而实行的。

基于非专利文献1的浊度管理，尽管成为判断凝集、沉淀、过滤各工序是否良好地发挥功能的指标，但作为直接评价隐孢子虫除去性能的指标不能说很充分。

另外，隐孢子虫是微生物，因此作为直接检测其存在的方法只有通过显微镜进行检查的方法，其测定约需4天。因此，在得到有问题的测定结果的时刻，已经过去4天，其间以有问题的水质状态供水、消耗，使该方法反映于每天的管理中是非常困难的。

因此，在可能因隐孢子虫引起污染的净水设备中，考虑到安全性，大多过量地注入凝集剂来进行日常管理，存在化学试剂消耗量、污泥产生量超过必要以上的课题。

本发明鉴于上述问题点，提供设有能在短时间内测定原水中的隐孢子虫等水系感染微生物的病原虫计测系统的净水处理的监视装置及方法。

为了达成上述目的，本发明提供一种对原水进行净水处理的净水处理的监视装置，其特征在于，所述净水处理的监视装置为具有检测到原水中的病原虫个数浓度在预先设定值以上而输出信号的功能的病原虫个数浓度计测系统，检测出在预先设定的个数浓度设定值以上时，能够通过控制净水工序的运转条件来维持净水水质(第1发明)。

本发明在其实施方式中，对于上述净水处理的监视装置来说，上述病原虫计测系统设有：

分离凝缩部，由过滤器构成；

抗体反应部，使清洗水从过滤器的过滤水侧逆流，将上述过滤器表面上捕集的含有病原虫的微粒作为包含微粒和隐孢子虫的试样液回收，供给与该回收试样液中的病原虫特异性结合的标记抗体，使病原虫与标记抗体反应结合；

检测部，检测与标记抗体结合的病原虫(第2发明)。

进而，当检测出在预先设定的个数浓度设定值以上时，使用微粒计测装置(例如微粒计数器)来强化监视，所述微粒计测装置对来自净水处理过滤工序的过滤水中的检测对象病原虫的大小以上的微粒进行连续计数(第3发明)。

另外，本发明在其实施方式中，对于上述净水处理的监视装置来说，上述预先设定的个数浓度设定值能够根据其净水设备的除去能力而任意设定(第4发明)。

其次，可将能够用孔径3μm以下的过滤器捕集的隐孢子虫作为监视对象(第5发明)。即，通过具有能够高频率地测定原水中的水系感染微生物、例如隐孢子虫的个数浓度的病原虫计测系统，把握原水中的隐孢子虫的个数浓度，在个数浓度成为比该净水场的原水的个数浓度常数设定值(通常设定为多于常数值一位以上的个数浓度)高的个数浓度时，使用微粒计数器等微粒计测装置，对来自过滤工序的过滤水中3μm以上的微粒进行连续计数，从而对过滤水中的隐孢子虫相当径3μm以上的微粒数进行连续监视，根据测定结果控制净水工序的运转条件，能够确保净水水质的安全性。由此，即使原水中的病原虫的个数浓度上升，成为个数浓度超过其净水设备的除去能力这样的水质状态时，也能确保净水的安全性。

在本发明中，在净水处理原水的净水处理的监视方法中，包括：采集净水处理前的原水，计测原水中的病原虫数，在该计测的原水中的病原虫个数浓度在预先设定值以上时输出信号，并根据该信号控制净水工序的运转条件(第6发明)。

其次，上述原水中的病原虫数的上述计测可以如下进行：在分离浓缩部过滤原水，回收通过分离浓缩部的过滤而捕集的含有病原虫的微粒，通过与检测对象病原虫特异性结合的荧光标记抗体使抗原抗体反应，通过荧光测定判断病原虫的存在(第7发明)。

进而，通过计测原水中的病原虫数，当原水中的病原虫个数浓度成为比该净水场的原水的个数浓度常数设定值高的个数浓度时，对净水处理过滤工序的过滤水中的检测对象病原虫的大小以上的微粒进行计数，根据该微粒测定结果，控制净水工序的运转条件，能维持净水水质(第8发明)。

在具有取原水并在混合池进行凝集处理、经絮凝物形成而在沉淀池分离浊度成分、以过滤工序得到过滤水的工序的净水处理中，根据计测出的原水中病原虫的个数浓度值而控制的净水工序的运转条件为以下操作中的至少任一项：控制取水量的操作、停止取水的操作、使凝集剂的注入率增加的控制操作、使絮凝物形成池的搅拌强度G值增加的控制操作、在过滤工序的逆清洗时将排出水不返回至原水而排出到下水道的操作、对通过过滤工序被浓缩的病原虫进行失活的操作、膜过滤除去病原虫并回流至原水的操作(第9发明)。

本发明的净水处理的监视装置及方法通过用于设有能在短时间高频率地计测以隐孢子虫等原虫为代表的细菌、病毒这样的水系感染微生物的系统的净水系统，能迅速应对以往几乎不能应对的耐氯性病原虫引起的原水污染，从而能够提高水质的安全性。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的净水处理的监视装置概要的概念图。

图2是表示本发明的实施例的病原虫计测系统概要的处理流程图。

图3是说明本发明的实施例的病原虫检测系统的实施方式的概念图。

符号说明

1 混合池

2 凝集剂罐

3 絮凝物形成池

4 沉淀池

5 过滤池

6 微粒计数器

7 失活处理装置

8 病原虫计测系统

9 原水

10原水供给泵

11试样调整剂

12试样调整剂供给泵

13储存槽

14水位指示器

15泵

16清洗水

17清洗水供给泵

18分离浓缩部

19泵

20荧光标记抗体

21荧光标记抗体供给泵

22抗体反应部

23流路切换阀

24泵

25鞘液(sheath fluid)

26鞘液供给泵

27检测部

28判定部

29试样保存部

30试样保存容器

31流路切换阀

具体实施方式

下面，边参照附图，边对本发明的净水处理的监视装置及其方法的实施方式进行说明。

首先，在图1中，对于本发明净水处理监视装置的整体构成图，示意地表示其实施方式。

在本实施方式中，原水供给至混合池1，同时送至病原虫计测系统8。

对于从河流等取水而得的自来水原水，在混合池1中从凝集剂罐2注入凝集剂，经絮凝物形成池3在沉淀池4分离浊度成分后，在过滤池5进行砂过滤处理。

病原虫计测系统8采集进入混合池1之前的原水，监视原水中的病原虫数。如果观察到原水中的病原虫的个数浓度超过利用凝集沉淀、砂过滤处理的除去性能时，根据其个数浓度，从病原虫计测系统8输出信号(图中虚线)，从而进行取水量的控制操作、或取水的停止操作、或者使凝集剂的注入率增加的控制操作、或者使絮凝物形成池的搅拌强度G值增加的控制操作、或者在逆清洗过滤池时排出的水不返回原水而向下水道排出、或者将通过过滤池被浓缩的病原虫进行失活(臭氧处理)、或运作进行除去(膜过滤)的失活处理装置7进行处理后回流至原水。

通常，本发明的病原虫计测系统8的测定值优选以1个/20L以下的值推移。若为该范围，则适当进行凝集沉淀、快速过滤的净水处理后的净水系统中隐孢子虫的除去率为3log左右，因而能够确保美国环境保护厅(USEPA)设为目标的年容许感染风险即10^-4以下。

根据净水设备的布局条件，有时流入来自上游区域的脏水处理场的排水、畜牧排水，或降雨时卷起的河床堆积物。通常的原水中包含的病原虫的个数浓度为数个/20L以下，但由于该情况，存在个数浓度增加至比通常时高出一位以上的10个～100个/20L的危险性。因此，用通常的净水方法可能无法除去至容许感染风险水平以下，存在超过容许感染风险浓度的病原虫混入净水中的危险性。

但是，在本发明的净水处理的监视装置及方法中，根据病原虫计测系统8的测定结果，当病原虫以超过净水能力的个数浓度流入时，能够在早期阶段抑制取水量。进而，通过提高通常使用的铝系凝集剂的注入率，且加入铁系凝集剂等措施，能够确保除去率，保证作为净水目标的年容许感染风险在10^-4以下。

此外，检测出原水中的病原虫的个数浓度为预先设定的个数浓度设定值以上时，再用微粒计数器6对来自过滤池的过滤水中3μm以上的包含病原虫的微粒进行连续计数。由此，根据测定结果，控制净水工序的运转条件(取水量的控制操作、取水的停止操作、使凝集剂注入率增加的控制操作、使絮凝物形成池的搅拌强度G值增加的控制操作、使逆清洗过滤池时的排出水向下水道排出的操作、将通过过滤池被浓缩的病原虫进行失活处理的操作、膜过滤除去病原虫后回流至原水的操作)，能确保净水水质的安全性。

下面，对采用本发明的净水处理的监视装置及方法中的病原虫计测系统8，特别是检测隐孢子虫的实施方式进行说明。

首先，在图2中，对于病原虫计测系统8，表示作为实施例的处理流程。

在本实施方式中，将导入净水处理之前分支取出的原水100供给至储存槽102，添加试样调整剂104。根据需要为了除去原水中比100μm大的垃圾，原水100在供给至储存槽102时，可以通过100μm网眼的过滤器等。

试样调整剂104可以列举作为容易使被后述过滤器捕集的病原虫剥离的浊质分散剂而发挥功能的表面活性剂、作为用于防止因原水中的黑腐酸等色度成分(溶解性有机物)引起的膜过滤性能下降的添加物质的盐酸。

作为表面活性剂可以使用SDS(十二烷基硫酸钠)等。

在储存槽102经调整的试样被送至由孔径2μm的过滤器构成的分离浓缩部106。在分离浓缩部106，使用孔径2μm的过滤器，通过过滤将含隐孢子虫的微粒浓缩。

通过在分离浓缩部106内使清洗水从过滤器的过滤水侧逆流，过滤器表面上捕集的包含隐孢子虫的微粒作为含有微粒和隐孢子虫的试样液而回收。

被分离浓缩部106分离浓缩的回收试样液被送至抗体反应部108。

在抗体反应部108，通过抗原抗体反应使与作为检测对象的隐孢子虫特异性结合的荧光标记抗体110和回收试样液中的检测对象隐孢子虫结合。这时，使用1种荧光标记抗体时可能会将与杂质非特异性结合的荧光标记抗体判定作为假阳性。因此，优选以下的方法：准备抗原识别部位不同的多个抗体，荧光波长不同的荧光物质分别与其结合而得到荧光标记抗体，以这样的荧光标记抗体多重标记隐孢子虫。由此，能够提高作为检测对象的隐孢子虫的检测精度。

抗体本身可以通过对于本领域技术人员来说公知的方法得到。抗体不管其种类是多克隆抗体还是单克隆抗体等，只要对检测对象病原虫具有特异性的即可使用。一般而言，单克隆抗体由于特异性优异因而是优选的。

接着，将以荧光标记抗体110标记的回收试样液送至检测部112。

检测部112设有用于测定荧光散射光强度的荧光散射光检测器。在检测部112，通过荧光散射光检测器测定结合了荧光标记抗体的作为检测对象的隐孢子虫的荧光散射光强度。测定数据被送至判定部114。

在检测部112，使用多个荧光标记抗体进行多重标记时，较好的是能够同时测定多个荧光波长的构成。

此外，通常作为检测对象的隐孢子虫仅在试样中存在极少量，因此可能通过1次计测无法检测出。因此，可以通过使其在检测部循环，反复测定，提高作为检测对象的隐孢子虫的检测灵敏度(图中116)。

图2的实施方式的病原虫计测系统设有试样保存部118。在试样保存部118，根据由检测部112检测出的测定数据，用判定部114判定是否保存所测定的试料。确认分取试样的再现性时，将保存的试样再次送到上述检测部112，进行隐孢子虫的检测(图中120)。

另一方面，检测出作为检测对象的病原虫时，将从检测部112排出的试样存放在保存容器中保存(图中122)。所保存的试样可以供给用于判定混入的隐孢子虫是否生存的试验和/或用于判定是否具有感染性的试验。不需要的试样作为排出液废弃(图中124)。

下面，作为采用本发明涉及的净水处理的监视装置及方法中的病原虫检测系统8，特别是检测隐孢子虫的实施方式，一边明确图3中各构成要素的功能，一边对图1中的病原虫检测系统8的构成进行说明。

在本实施方式中，用原水供给泵10将在导入净水处理前分支取出的原水9供给至储存槽13。接着，用试样调整剂供给泵12将试样调整剂11供给储存槽13，进行混合。试样调整剂可以列举作为容易使被后述过滤器捕集的隐孢子虫剥离的浊质分散剂而发挥功能的表面活性剂，或作为用于防止因原水中的黑腐酸等色度成分(溶解性有机物)引起的膜过滤性能下降的添加物质的盐酸。

在储存槽13内被调整后的试样接着经由泵15送入到分离浓缩部18。此时，用基于水位指示器14所测定的储存槽13内的水位来判断储存槽13内的试样液是否全部送入到分离浓缩部18。在分离浓缩部18中，使用孔径3μm的过滤器过滤试样，在过滤器表面上捕集、浓缩含隐孢子虫的比3μm大的微粒。

通过清洗水供给泵17将清洗水16供给到分离浓缩部18，从过滤器的过滤水侧使清洗水16逆流，从而使过滤器表面上捕集的含隐孢子虫的微粒作为包含微粒及隐孢子虫的试样液而回收。清洗水16优选使用将表面活性剂混合到纯水中，再将pH值调整为中性的清洗水。

所回收的试样液经由泵19供给抗体反应部22。

在抗体反应部22，通过荧光标记抗体供给泵21注入能特异性识别隐孢子虫的荧光标记抗体20，与试样混合。这时，使用一种荧光标记抗体时，可能会将与杂质非特异结合的荧光标记抗体判定作为假阳性。因此，准备抗原识别部位不同的多个抗体，荧光波长不同的荧光物质分别与其结合而得到荧光标记抗体，以这样的荧光标记抗体多重标记隐孢子虫，这样能够提高隐孢子虫的检测精度，因而是优选的。

多数市售品的抗体进行的抗原抗体反应在37℃下设为20～30分钟，在室温条件下设为1小时以上，为了更高频率地进行测定，优选采用以下的构造：混合试样和标记抗体后，将混合液转移到其他容器，以便能供给此后的试样。

进而，为了高频率地测定隐孢子虫，优选准备多个分离浓缩部18及抗体反应部22，通过切换阀等，将每个试样供给至不同的分离浓缩部及抗体反应部。

为了高效地进行抗原抗体反应，优选在抗体反应部22设置将试样温度保持在37℃的恒温器。抗原抗体反应结束后的试样通过泵24供给到检测部27，这时，通过鞘液供给泵26将鞘液25也供给到检测部27。

检测部27设有用于测定荧光散射光强度的荧光散射光检测器。通过检测部27测定结合了荧光标记抗体的隐孢子虫的荧光强度，将该测定数据送到判定部28。使用多个荧光标记抗体进行多重标记时，优选能够同时测定多个荧光波长的检测部。

根据由检测部27检测出的测定数据，在判定部28判定是否保存试样。进而，可以根据测定数据把握包含在原水中的隐孢子虫混入程度，对净水处理进行反馈控制。

检测部27进行的检测结束后，试样被送到试样保存部29。

在试样保存部29，检测出隐孢子虫时，将从检测部27排出的试样通过流路切换阀31存放在试样保存容器30保存。所保存的试样可以供给试验，以判定混入的隐孢子虫是否生存和/或判定是否具有感染性。保存的不需要的试样作为排出液排出。

为了提高检测精度，优选使试样通过从试样保存部29向流路切换阀23的循环流路，使其循环至检测部27，反复进行测定。

在本实施方式中，用泵24将试样送到检测部27进行测定后，通过流路切换阀31使试样循环，反复进行荧光测定。由此，将测定数据积分，提高个数浓度低的隐孢子虫的检测准确率。

此外，优选根据测定数据切换流路切换阀31，由此设定试样的循环及废弃。

按照本实施方式的病原虫检测系统，从来源于原水的隐孢子虫的分离浓缩到测定试样的调制能在1小时左右实现，全部测定时间可以在3小时以内，与以往检查方法比较，能在短时间内实现高频率检测。

Claims (9)

1.一种净水处理的监视装置，用于对原水进行净水处理，其特征在于，

所述净水处理的监视装置设有病原虫个数浓度计测系统，该病原虫个数浓度计测系统具有检测到原水中的病原虫个数浓度在预先设定值以上而输出信号的功能，

当检测出在所述预先设定的个数浓度设定值以上时，控制净水工序的运转条件，维持净水水质。

2.根据权利要求1所述的净水处理的监视装置，其特征在于，所述病原虫个数浓度计测系统设有：

分离浓缩部，由过滤器构成；

抗体反应部，供给与试样中的病原虫特异性结合的标记抗体，使病原虫与标记抗体反应结合，所述试样是回收所述过滤器表面上捕集的含有病原虫的微粒而得到的；

检测部，检测与标记抗体结合的病原虫。

3.根据权利要求1或2所述的净水处理的监视装置，其特征在于，进而设有能够计测微粒的微粒计测装置，

当原水中的病原虫的个数浓度成为比该净水场原水的个数浓度常数设定值高的个数浓度时，使用所述微粒计测装置，对净水处理过滤工序的过滤水中的检测对象病原虫的大小以上的微粒进行连续计数，根据测定结果，控制净水工序的运转条件，维持净水水质。

4.根据权利要求1或2所述的净水处理的监视装置，其特征在于，所述预先设定的个数浓度设定值能够根据其净水设备的除去能力而任意设定。

5.根据权利要求1或2所述的净水处理的监视装置，其特征在于，所述病原虫是隐孢子虫。

6.一种净水处理的监视方法，用于对原水进行净水处理，其特征在于，包括：

采集净水处理前的原水，

计测所述原水中的病原虫数，

当所述计测出的原水中的病原虫个数浓度在预先设定值以上时输出信号，

根据所述信号控制净水工序的运转条件，维持净水水质。

7.根据权利要求6所述的净水处理的监视方法，其特征在于，所述原水中的病原虫数的所述计测包括：

在分离浓缩部过滤原水，

回收通过分离浓缩部的过滤而捕集的含有病原虫的微粒，

通过与检测对象病原虫特异性结合的荧光标记抗体使抗原抗体反应，并通过荧光测定判断病原虫的存在。

8.根据权利要求6或7所述的净水处理的监视方法，其特征在于，

通过所述原水中的病原虫数的所述计测，当原水中的病原虫个数浓度成为比该净水场的原水的个数浓度常数设定值高的个数浓度时，对净水处理过滤工序的过滤水中的检测对象病原虫的大小以上的微粒进行计数，

根据所述微粒测定结果，控制净水工序的运转条件，维持净水水质。

9.根据权利要求6或7所述的净水处理的监视方法，其特征在于，

具有以下工序：取原水并在混合池进行凝集处理，经絮凝物形成而在沉淀池分离浊度成分，以过滤工序得到过滤水；

所述净水工序的运转条件为以下操作中的至少任一项：控制取水量的操作、停止取水的操作、使凝集剂的注入率增加的控制操作、使絮凝物形成池的搅拌强度G值增加的控制操作、在过滤工序的逆清洗时将排出水排出到下水道的操作、对通过过滤工序被浓缩的病原虫进行失活的操作、膜过滤除去病原虫并回流至原水的操作。

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