JP2007135582A - Method and apparatus for detecting microorganism in ballast water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶に注入したバラスト水に対して水中の微生物(プランクトン、バクテリア等)を死滅させるための処理をした後のバラスト水中の残存微生物を検出するための方法および装置に関する。
また、バラスト水に対する死滅処理条件を決定するために処理前の海水中の微生物の数を検出するための方法および装置に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for detecting residual microorganisms in ballast water after treatment for killing the microorganisms (plankton, bacteria, etc.) in the water with respect to the ballast water injected into the ship.
The present invention also relates to a method and an apparatus for detecting the number of microorganisms in seawater before treatment in order to determine the killing treatment conditions for ballast water.
船舶は船内に大量のバラスト水を注入して航行するが、このバラスト水は貨物を搭載する際に海洋投棄される。このため、バラスト水を注入した船舶出港海域の水生生物が貨物搭載地の海域に拡散し、これらが異常繁殖して生態系が変化したり、海洋汚染を引き起こしたりする可能性がある。
このような事態を防止するために、国際海事機構(IMO(International Maritime Organization))によって、バラスト水及び沈殿物の排出規制及び管理に関する条約が採択されるに至っている。このバラスト水及び沈殿物の排出規制及び管理に関する条約においては、バラスト水中の生物の死滅処理を行って、バラスト水排出前には以下に示すバラスト水排出基準を満足していることを確認することが要請される。
(バラスト水排出基準)
・生きている生物(50μm以上)・・・・・・・10個体/m3以下
・生きている生物(10μm〜50μm以上)・・・ 10個体/ml以下
・大腸菌(約1μm)・・・・・・・・・・・ 250cfu/100ml以下
・腸球菌(約1μm)・・・・・・・・・・・ 100cfu/100ml以下
・コレラ菌(約1μm)・・・・・・・・・・・ 1cfu/100ml以下
Ships sail with a large amount of ballast water injected into the ship, and this ballast water is dumped into the ocean when cargo is loaded. For this reason, the aquatic organisms of the ship leaving the sea where the ballast water was injected may diffuse into the sea area of the cargo loading area, and these may abnormally propagate and change the ecosystem or cause marine pollution.
In order to prevent this situation, the International Maritime Organization (IMO) has adopted a convention on the regulation and management of ballast water and sediment. In this Convention on the Regulation and Management of Ballast Water and Precipitate Discharge, the organisms in the ballast water shall be killed and it shall be confirmed that the following ballast water discharge standards are satisfied before ballast water discharge. Is requested.
(Ballast water discharge standard)
-Living organisms (50 µm or more) ····· 10 individuals / m 3 or less · Living organisms (10 µm to 50 µm or more) ··· 10 individuals / ml or less · E. coli (about 1 µm) ...・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 250cfu / 100ml or less ・ Enterococci (about 1μm) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 100cfu / 100ml or less ・ V. cholerae (about 1μm) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ 1cfu / 100ml or less
ところで、プランクトンや細菌などの微生物の検出方法としては以下に示すようなものが知られている。
(1)プランクトンの計数
プランクトンの計数は、通常プランクトンネットで捕集・濃縮した後、顕微鏡観察で計数する方法が取られている。
また、自動計測装置としては、浮遊するプランクトンの画像を解析するオプティカルプランクトンカウンターやビジュアルプランクトンレコーダーが開発されているが、懸濁粒子とプランクトンの判別が困難であったり、粒子の重なりにより過小評価になったり、死骸を計数して過大評価になるという問題点がある。
By the way, the following methods are known as methods for detecting microorganisms such as plankton and bacteria.
(1) Counting plankton Plankton is usually counted by microscopic observation after collecting and concentrating with plankton nets.
In addition, optical plankton counters and visual plankton recorders that analyze floating plankton images have been developed as automatic measurement devices, but it is difficult to distinguish suspended particles from plankton, and it is underestimated due to particle overlap. There is a problem of becoming overestimated by counting dead bodies.
(2)微生物検出
微生物検査は、臨床検査や食品検査において、試料中の微生物を正確かつ迅速に検出することを目的に開発されてきた。微生物検査で一般的に行なわれているのは培養検査法であるが、時間短縮ならびに簡易化のために以下に示すような高感度な迅速検査法が開発されてきた。
ATP分解酵素液に浸漬した後乾燥したろ過膜で微生物を含む検体液をろ過し、その検体中に含まれている微生物をろ過膜上に捕捉し、その上から微生物中の発光成分を抽出するための液体抽出試薬と発光試薬を霧状に噴霧して発光させ、その発光点数を、計数測定装置を用いて測定する方法(特許文献1参照)。
試料に存在する目的微生物を特異的に捕捉する物質を結合した基板材を備え、該基板材上に捕捉された目的微生物を光学的に検出する装置からなる微生物の迅速検出装置(特許文献2参照)。
The specimen liquid containing microorganisms is filtered with a filter membrane that has been dipped in an ATP-degrading enzyme solution and then dried, the microorganisms contained in the specimen are captured on the filtration membrane, and the luminescent components in the microorganisms are extracted therefrom. A liquid extraction reagent and a luminescent reagent are sprayed in the form of a mist to emit light, and the number of light emission points is measured using a counting measurement device (see Patent Document 1).
A rapid microorganism detection apparatus comprising a substrate material to which a substance that specifically captures target microorganisms present in a sample is bound, and optically detecting target microorganisms captured on the substrate material (see Patent Document 2) ).
バラスト水の微生物検査では、プランクトンや細菌が混在するバラスト水試料に対して、50μm以上の主に動物プランクトン、10〜50μmの主に植物プランクトン、1μm程度の細菌という3段階の大きさの微生物に対して、それぞれ異なる許容残存数基準が適用される。
つまり、50μm以上のプランクトンの場合には1m3当りの個体数を問題とするのに対して、10〜50μmのプランクトンでは1ml当りの個体数を、細菌類では100ml当りのcfu数を問題としており、その基準となる水量が104〜106倍の差がある。
また、バラスト水の供給時に生物死滅処理を行う場合において、その処理条件を決定するために海水中の微生物数を検出する場合には短時間で検出する必要がある。
このように、バラスト水の微生物検査には上記のように、大きさの異なる複数種類の検出対象に対して異なる許容残存数基準が適用されること、および迅速処理が要求されること、という2つの大きな特殊性がある。
このような特殊性を有するバラスト水の微生物検査に対して前述した従来の検査方法または装置を適用した場合には以下のような問題がある。
In the ballast water microbiology test, the ballast water sample mixed with plankton and bacteria is divided into three levels of microbes: 50 μm or more, mainly zooplankton, 10-50 μm mainly phytoplankton, and 1 μm bacteria. On the other hand, different permissible remaining number criteria are applied.
In other words, in the case of plankton of 50 μm or more, the number of individuals per 1 m 3 is a problem, while in the plankton of 10 to 50 μm, the number of individuals per ml is the problem, and in bacteria, the number of cfu per 100 ml is a problem. The amount of water used as the standard is 10 4 to 10 6 times different.
In addition, in the case of performing a biological killing process when supplying ballast water, it is necessary to detect the number of microorganisms in seawater in a short time in order to determine the processing conditions.
As described above, in the microbiological examination of ballast water, as described above, different allowable remaining number standards are applied to a plurality of types of detection objects having different sizes, and rapid processing is required. There are two great specialities.
When the above-described conventional inspection method or apparatus is applied to the microbial inspection of ballast water having such special characteristics, there are the following problems.
プランクトンの計数に通常使われているプランクトンネットで捕集したプランクトンを顕微鏡観察で計数する方法は、目視観察を人手に頼るため熟練した技術を要する上、莫大な時間がかかる。したがって、細菌類の計数ができず、また迅速処理を要求されるバラスト水検査には適用できない。
また、微生物検査で一般的に行なわれているバクテリアの培養検査法は、検査に熟練を要する上に、培養時間を必要とするために、検体入手後検査結果が判明するまでに膨大な時間を必要とする。したがって、プランクトン計数方法と同様にバラスト水検査には適用できない。
The method of counting plankton collected by a plankton net, which is usually used for counting plankton, by microscopic observation requires a skillful technique and requires enormous time for relying on visual observation. Therefore, the bacteria cannot be counted and cannot be applied to a ballast water test that requires rapid processing.
In addition, the bacterial culture testing method commonly used for microbiological testing requires skill in testing and requires culture time, so it takes a lot of time to find the test results after obtaining the specimen. I need. Therefore, as with the plankton counting method, it cannot be applied to ballast water inspection.
また、特許文献1に開示された微生物の迅速検査法では、細菌の検出は行えるが、プランクトンの検出は細胞の大きさの違いや細胞膜の構造の違いから困難である。
また、特許文献2に開示された微生物の迅速検出装置を用いる臨床検査や食品検査の対象は主に病原性バクテリアであり、バラスト水規制対象であるプランクトンの迅速検査には適用が困難である。
以上のように、従来のいずれの方法でも、上記のような特殊性のあるバラスト水中の生物の検出を効果的に行うことができなかった。
In addition, although the microorganism rapid detection method disclosed in
Moreover, the object of the clinical test | inspection and the food test | inspection using the rapid detection apparatus of the microorganisms disclosed by
As described above, any of the conventional methods cannot effectively detect organisms in the ballast water having the above-mentioned special characteristics.
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、船舶に注水したバラスト水に対して水中の微生物を死滅させるための処理をした後のバラスト水中の生存微生物を効果的に検出することができる方法および装置を得ることを目的としている。
また、バラスト水に対する死滅処理条件を決定するために処理前の海水中の微生物の数を効果的に検出することができる方法および装置を得ることを目的としている。
The present invention has been made to solve such problems, and effectively detects living microorganisms in the ballast water after the treatment for killing the microorganisms in the water with respect to the ballast water poured into the ship. It is aimed to obtain a method and apparatus that can.
Another object of the present invention is to obtain a method and an apparatus capable of effectively detecting the number of microorganisms in seawater before treatment in order to determine the extinction treatment conditions for ballast water.
(1)本発明に係るバラスト水中の微生物検出方法は、生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水を目開きの異なる3種のフィルタを直列に配置してなるフィルタユニットに通水させる工程と、前記フィルタに捕集され生存している微生物の活性による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させる工程と、発色、発光および蛍光のうちいずれかを検出して画像解析によってバラスト水または海水中の微生物数を計数する工程とを備えたことを特徴とするものである。 (1) The method for detecting microorganisms in ballast water according to the present invention includes a filter unit in which three types of filters having different openings are arranged in series for ballast water that has undergone biological killing treatment or seawater that is poured into a ship as ballast water. A step of causing water to pass through, a step of generating any one of color development, luminescence, and fluorescence due to the activity of microorganisms collected and alive in the filter, and detecting any one of color development, luminescence, and fluorescence. And a step of counting the number of microorganisms in ballast water or seawater by analysis.
目開きの異なる3種のフィルタを直列に配置してなるフィルタユニットに通水して海水中の微生物を捕捉するようにしているので、段階的なサイズごとの微生物の捕捉を実現でき、その結果、サイズごとの基準で規制された許容残存基準を満たしているかどうかを迅速に測定できる。
また、フィルタに捕捉され生存している微生物の活性による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させ検出するようにしているので、生存している微生物を迅速に計数することができる。
Since the microorganisms in the seawater are captured by passing water through a filter unit in which three types of filters with different mesh openings are arranged in series, it is possible to capture microorganisms in stages. It is possible to quickly measure whether or not the allowable residual standard regulated by the standard for each size is satisfied.
Further, since any one of color development, luminescence, and fluorescence generated by the activity of the microorganisms that are captured and survived by the filter is generated and detected, the microorganisms that are alive can be counted quickly.
上記目開きの異なる3種のフィルタの目開きは、例えば通水の上流側から50μm、10μm、0.5μmとする。このような3種のフィルタの目開きとすることにより、50μm以上の大きさの主に動物プランクトン、10μm〜50μmの大きさの主に植物プランクトン、約1μmの大きさの細菌をそれぞれ捕集することができ、またバラスト水の許容残存数基準に合わせた適切な水量をそれぞれのフィルタに通水することができる。
生存している微生物による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させることは、詳しくは微生物の生体成分を染色し発色させること、微生物の生体成分を染色し蛍光を発生させること、微生物の生体成分との反応により蛍光を発生する色素で染色し蛍光を発生させること、微生物が保有する電子還元力により分解され蛍光を発生する色素で染色し蛍光を発生させることおよび微生物が保有するATP(アデノシン3リン酸)により発光する試薬を添加し発光させることのうちいずれかを行えばよく、対象とする微生物に適合した手法を選択する。
The openings of the three types of filters having different openings are 50 μm, 10 μm, and 0.5 μm from the upstream side of the water flow, for example. By using these three types of filter openings, mainly zooplankton with a size of 50 μm or more, mainly phytoplankton with a size of 10 μm to 50 μm, and bacteria with a size of about 1 μm are collected. In addition, an appropriate amount of water in accordance with the allowable remaining number standard of ballast water can be passed through each filter.
In particular, generating any one of coloration, luminescence, and fluorescence by living microorganisms means that the biological component of the microorganism is dyed and colored, the biological component of the microorganism is dyed to generate fluorescence, the living organism of the microorganism Staining with a dye that generates fluorescence by reaction with components to generate fluorescence, staining with a dye that generates fluorescence by being decomposed by the electron reducing power possessed by the microorganism, and generating fluorescence, and ATP (adenosine possessed by the microorganism) Any method of adding a reagent that emits light with (triphosphate) and causing it to emit light may be selected, and a method suitable for the target microorganism is selected.
(2)また、生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水をろ過して濃縮する工程と、濃縮されたバラスト水または海水を目開きが25〜100μmのフィルタに通水する工程と、前記濃縮工程でろ過されたバラスト水または海水、または生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水を目開きが50μmより小さくかつ異なる2種のフィルタに通水する工程と、前記目開きが25〜100μmのフィルタ及び目開きが50μmより小さくかつ異なる2種のフィルタに捕集され生存している微生物による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させる工程と、発色、発光および蛍光のうちいずれかを検出して画像解析によってバラスト水または海水中の微生物数を計数する工程と、を備えたものである。 (2) The process of filtering and concentrating the ballast water that has been subjected to biological killing treatment or seawater injected as ballast water into a ship, and passing the concentrated ballast water or seawater through a filter having an opening of 25 to 100 μm And the ballast water or seawater filtered in the concentration step, or the ballast water that has been subjected to biocidal treatment or the seawater injected into the vessel as ballast water, is passed through two different filters with a mesh opening smaller than 50 μm. And a step of generating any one of color development, luminescence, and fluorescence generated by living microorganisms collected in two different filters having a mesh opening of 25 to 100 μm and a mesh opening smaller than 50 μm. And detecting any one of color development, luminescence, and fluorescence, and counting the number of microorganisms in the ballast water or seawater by image analysis.
バラスト水中の微生物の許容残存数基準は、50μm以上のプランクトン、10〜50μmのプランクトン、1μm程度の細菌という3段階の大きさの微生物に対して、それぞれ異なる水量に対する許容残存数が定められており、50μm以上のプランクトンの場合には1m3当りの個体数を問題とするのに対して、10〜50μmのプランクトンでは1ml当りの個体数を、細菌類では100ml当りのcfu数を問題としている。
生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水をろ過して濃縮して、濃縮されたバラスト水または海水を目開きが25〜100μmのフィルタ、より好ましくは50μmのフィルタに通水し50μm以上のプランクトンを捕捉することにより、10〜50μmのプランクトンや細菌類の検出にくらべて大量の水を通水しなければならない50μm以上のプランクトンの検出を効率的に行うことができる。目開きが50μmより大きいフィルタを用いる場合には、フィルタを通過した50μm以上のプランクトンを目開きが50μmより小さくかつ異なる2種のフィルタにより捕捉するようにする。
The standard for the allowable number of remaining microorganisms in ballast water is that the number of allowable residual quantities for different amounts of water is determined for three-stage microorganisms: plankton of 50 μm or more, plankton of 10-50 μm, and bacteria of about 1 μm. In the case of plankton of 50 μm or more, the number of individuals per 1 m 3 is a problem, whereas in the case of plankton of 10 to 50 μm, the number of individuals per ml is the problem, and in bacteria, the number of cfu per 100 ml is a problem.
Ballast water that has been subjected to biocidal treatment or seawater injected into the ship as ballast water is filtered and concentrated, and the concentrated ballast water or seawater is passed through a filter having an opening of 25 to 100 μm, more preferably a filter of 50 μm. By capturing plankton of 50 μm or more in water, it is possible to efficiently detect plankton of 50 μm or more, which requires a large amount of water to flow, compared to detection of plankton of 10 to 50 μm or bacteria. When a filter having an opening larger than 50 μm is used, plankton of 50 μm or more having passed through the filter is captured by two different filters having an opening smaller than 50 μm.
(3)また、本発明に係るバラスト水中の微生物検出装置は、目開きの異なる3種のフィルタを直列に配置してなるフィルタユニットと、該フィルタユニットに対して目開きの大きいフィルタ側から所定量の生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水を流す手段と、各フィルタに対して当該フィルタごとに決められた所定量の水量が流されたときに当該フィルタを取り出すフィルタ取出し機構と、取り出されたフィルタに捕集され生存している微生物の活性による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させる手段と、発色、発光および蛍光のうちいずれかを検出して画像解析によって海水中の微生物数を計数する手段と、を備えたことを特徴とするものである。 (3) Further, the microorganism detecting apparatus for ballast water according to the present invention includes a filter unit in which three types of filters having different openings are arranged in series, and a filter unit having a large opening with respect to the filter unit. Means for flowing a fixed amount of biological killing water or seawater to be poured into a ship as ballast water, and taking out the filter when a predetermined amount of water determined for each filter is flowed to each filter Filter extraction mechanism, means for generating any one of color development, luminescence and fluorescence due to the activity of microorganisms collected and alive in the extracted filter, and detecting and detecting any one of color development, luminescence and fluorescence And means for counting the number of microorganisms in the seawater by analysis.
上記目開きの異なる3種のフィルタの目開きは、例えば通水の上流側から50μm、10μm、0.5μmとする。このような3種のフィルタの目開きとすることにより、50μm以上の大きさの主に動物プランクトン、10μm〜50μmの大きさの主に植物プランクトン、約1μmの大きさの細菌をそれぞれ捕集することができ、またバラスト水の許容残存数基準に合わせた適切な水量をそれぞれのフィルタに通水することができる。 The openings of the three types of filters having different openings are 50 μm, 10 μm, and 0.5 μm from the upstream side of the water flow, for example. By using these three types of filter openings, mainly zooplankton with a size of 50 μm or more, mainly phytoplankton with a size of 10 μm to 50 μm, and bacteria with a size of about 1 μm are collected. In addition, an appropriate amount of water in accordance with the allowable remaining number standard of ballast water can be passed through each filter.
(4)また、生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水をろ過して濃縮する手段と、濃縮されたバラスト水または海水を通水する目開きが25〜100μmのフィルタと、前記濃縮手段でろ過されたバラスト水または海水、または生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水を通水する目開きが50μmより小さくかつ異なる2種のフィルタと、各フィルタに対して当該フィルタごとに決められた所定量の水量が流されたときに当該フィルタを取り出すフィルタ取出し機構と、取り出されたフィルタに捕集され生存している微生物による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させる手段と、発色、発光および蛍光のうちいずれかを検出して画像解析によってバラスト水または海水中の微生物数を計数する手段と、を備えたことを特徴とするものである。 (4) In addition, means for filtering and concentrating the ballast water that has been subjected to biological killing treatment or seawater injected into the ship as ballast water, and a filter having an opening of 25 to 100 μm for passing the concentrated ballast water or seawater And two kinds of filters having a mesh opening smaller than 50 μm and different from each other, in which the ballast water or seawater filtered by the concentrating means, the ballast water subjected to biological killing treatment, or seawater poured into the ship as ballast water is passed through, A filter take-out mechanism that takes out the filter when a predetermined amount of water determined for each filter is passed to each filter, and coloration, luminescence, and fluorescence by microorganisms that are collected and live in the taken-out filter In the ballast water or seawater by image analysis by detecting any one of color generation, luminescence and fluorescence And a means for counting the number of microorganisms.
(5)また、上記(3)または(4)に記載のものにおいて、計数した微生物数を予め設定された基準値と比較して判定する判定手段を備えたことを特徴とするものである。 (5) Further, in the above (3) or (4), there is provided a judging means for judging by comparing the counted number of microorganisms with a preset reference value.
本発明においては、目開きの異なる3種のフィルタに通水して海水中の微生物を捕捉するようにしているので、段階的なサイズごとの微生物の捕捉を実現でき、その結果、サイズごとの基準で規制された許容残存基準を満たしているかどうかを迅速に測定できる。
また、フィルタに捕捉され生存している微生物の活性による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させ検出するようにしているので、生存している微生物を迅速に計数することができる。
In the present invention, since the microorganisms in the seawater are captured by passing the water through three types of filters having different openings, it is possible to capture microorganisms for each step size, and as a result, for each size. It is possible to quickly measure whether the acceptable residual standard regulated by the standard is satisfied.
Further, since any one of color development, luminescence, and fluorescence generated by the activity of the microorganisms that are captured and survived by the filter is generated and detected, the microorganisms that are alive can be counted quickly.
図1は本発明の一実施の形態に係るバラスト水中の微生物検出装置の説明図であり、バラスト水に対して生物死滅処理を行った後のバラスト水を対象試料としている。
本実施の形態に係るバラスト水中の微生物検出装置は、目開きが50μm、10μm、0.5μmの各フィルタ1,3,5を直列に配置してなるフィルタユニット7と、該フィルタユニット7に対して50μmのフィルタ側から所定量のバラスト水を流す送水手段9と、各フィルタ1,3,5に対して当該フィルタごとに決められた所定量の水量が流されたときに当該フィルタを取出すフィルタ取出し機構11と、取出されたフィルタに捕集され生存している微生物の活性による蛍光を発生させるために微生物を染色する染色手段13と、染色された微生物に蛍光を発生させるために光を照射する光照射手段15と、光照射によって発する蛍光を検出して画像解析する光検出・画像解析手段17と、光検出・画像解析手段17によって解析された結果を予め設定した許容残存数基準に照らして基準を満たしているかどうかを判断する判定手段19と、を備えている。以下、各構成をさらに詳細に説明する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a device for detecting microorganisms in ballast water according to an embodiment of the present invention. Ballast water after subjecting the ballast water to a biological killing process is used as a target sample.
The apparatus for detecting microorganisms in ballast water according to the present embodiment includes a
1.フィルタユニット
フィルタユニット7は目開きが50μm、10μm、0.5μmの各フィルタ1,3,5を直列に配置してなる。目開き50μmのフィルタ1は大きさが50μm以上の主として動物プランクトンを捕捉し、目開き10μmのフィルタ3は大きさが10μm 〜50μmの主として植物プランクトンを捕捉し、目開き0.5μmのフィルタ5は大きさが約1μmの主として細菌を捕捉する。
各フィルタは目開きが50μm、10μm、0.5μmの順でバラスト水の流れ方向上流側から配置されており、バラスト水に含まれる微生物のうち大きいものから順に捕捉されるようになっている。このように配置することで、目の細かいフィルタの目詰まりを防止でき、バラスト水及び沈殿物の排出規制及び管理に関する条約によって微生物の段階的なサイズごとの許容残存数基準により規制された微生物のサイズ毎の捕捉を効果的に実現できる。
1. Filter unit The
Each filter is arranged from the upstream side in the flow direction of the ballast water in the order of 50 μm, 10 μm, and 0.5 μm, and is captured in order from the largest of the microorganisms contained in the ballast water. By arranging in this way, clogging of fine filters can be prevented, and the number of microorganisms regulated by the criteria for the number of remaining microorganisms per stage size of microorganisms by the convention on the regulation and management of discharge of ballast water and sediment. Capturing by size can be effectively realized.
なお、前述したように、バラスト水及び沈殿物の排出規制及び管理に関する条約においては、50μm以上の微生物は1m3当りの個体数を基準とし、また10μm〜50μmの微生物は1ml当りの個体数を基準とし、さらに約1μmの細菌は100ml当りのcfuを基準としている。
このように、各フィルタで捕捉される微生物はその許容残存数基準となる水量が異なっているので、目開きが50μm、10μm、0.5μmというように下流側に行くにしたがってフィルタを通過する水量が少なくなるように調整するのが望ましい。
このようにフィルタを通過する水量を調整することで、通過水量の少ないフィルタを極端に早く取り出す必要がなくなる。
As mentioned above, in the Convention on the Control and Management of Ballast Water and Sediment, microorganisms of 50 μm or more are based on the number of individuals per 1 m 3 , and microorganisms of 10 μm to 50 μm are based on the number of individuals per 1 ml. As a standard, about 1 μm of bacteria is based on cfu per 100 ml.
In this way, since the amount of water used as the allowable remaining number standard is different for the microorganisms captured by each filter, the amount of water passing through the filter becomes smaller toward the downstream side, such as 50 μm, 10 μm, and 0.5 μm. It is desirable to adjust so that it may decrease.
By adjusting the amount of water passing through the filter in this way, it becomes unnecessary to take out a filter with a small amount of passing water extremely quickly.
なお、各フィルタとしては、微生物が捕捉できればよく、親水性ろ過膜(たとえば親水性ポリテトラフルオロエチレンなど)や疎水性ろ過膜(たとえばPVDF(ポリビニリデンフルオライド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PC(ポリカーボネート)、PP(ポリプロピレン)など)などが挙げられる。ろ過膜を枠体に固定したものや、補強ネットで固定したものも用いることができる。 Each filter only needs to be able to capture microorganisms, such as a hydrophilic filtration membrane (for example, hydrophilic polytetrafluoroethylene), a hydrophobic filtration membrane (for example, PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PC (polycarbonate), PP (polypropylene), etc.). What fixed the filtration membrane to the frame, and what was fixed with the reinforcement net | network can also be used.
2.送水手段
送水手段9はバラストタンク8に貯留されている生物死滅処理済みのバラスト水を汲み上げ、フィルタユニット7に所定の流量のバラスト水を送水するものであり、本例では送水ポンプによって実現されている。フィルタユニット7に送水する流量を計測する流量計、送水流量を調整する調整弁を設けることによりフィルタユニット7に送水する流量を調整し設定することができる。
また、バラストタンクに注水する前に、あるいはバラストタンクからバラスト水を汲み上げて生物死滅処理を行う生物死滅処理装置の下流側から生物死滅処理済みのバラスト水をフィルタユニット7に送水するようにしてもよい。
2. Water supply means The water supply means 9 pumps up the biocidal ballast water stored in the
Further, before the water is poured into the ballast tank, or the ballast water that has been subjected to the biological killing process is sent to the
3.フィルタ取出し機構
フィルタ取出し機構11は、フィルタユニット7の目開きが50μm、10μm、0.5μmの各フィルタ1,3,5のそれぞれに当該フィルタごとに決められた所定量のバラスト水が送水された時にフィルタ1,3,5をフィルタユニット7から取出し、染色を行う区画と微生物による蛍光を検出する区画に移動させるものである。フィルタ取出し機構11は、上記の機能を有する機構であれば形態を問わず、手動または自動いずれでもよい。
3. Filter take-out mechanism The filter take-out mechanism 11 is used when a predetermined amount of ballast water determined for each filter is sent to each of the
4.染色手段
染色手段13はフィルタに捕捉したバラスト水中の生存している微生物の活性による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させるために染色液によって微生物を染色する。
染色液による微生物の染色方法としては、フィルタに染色液を滴下してもよいし、超音波式噴霧器などで染色液をフィルタに噴霧してもよいし、染色液中にフィルタを浸漬してもよいし、あるいはろ紙や寒天に染色液を染み込ませた上にフィルタを載せてもよい。
4). Dyeing means The dyeing means 13 dyes microorganisms with a staining solution in order to generate any one of color development, luminescence and fluorescence due to the activity of the living microorganisms in the ballast water trapped in the filter.
As a method for staining microorganisms with a staining solution, the staining solution may be dropped on the filter, the staining solution may be sprayed on the filter with an ultrasonic sprayer, or the filter may be immersed in the staining solution. Alternatively, a filter may be placed on a filter paper or agar soaked with a staining solution.
生存している微生物の活性による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させることは、詳しくは微生物の生体成分を染色し発色させること、微生物の生体成分を染色し蛍光を発生させること、微生物の生体成分との反応により蛍光を発生する色素で染色し蛍光を発生させること、微生物が保有する電子還元力により分解され蛍光を発生する色素で染色し蛍光を発生させることおよび微生物が保有するATP(アデノシン3リン酸)により発光する試薬を添加し発光させることのうちいずれかを行う。対象とする微生物に適合した手法を選択し、対応する染色液を用いる。以下各手法と染色液について説明する。 Generating any one of color development, luminescence, and fluorescence due to the activity of living microorganisms can be described in detail by staining and coloring the biological component of the microorganism, generating fluorescence by staining the biological component of the microorganism, microorganism Staining with a dye that generates fluorescence by reaction with biological components of the substance to generate fluorescence, staining with a dye that generates fluorescence by being decomposed by the electron reducing power possessed by the microorganism, and generating fluorescence, and ATP possessed by the microorganism Either of adding a reagent that emits light with (adenosine triphosphate) and causing it to emit light is performed. Select a method suitable for the target microorganism and use the corresponding staining solution. Hereinafter, each method and the staining solution will be described.
1)微生物の生体成分を染色するもの
(1)可視光で検出する色素による染色
例えば、アミドブラック、ギムザなどの色素で染色し、染色された微生物を可視光にて検出する。
(2)蛍光色素による染色
例えば、アクリジンオレンジ、DAPI、ローダミンなどの蛍光色素で染色し、レーザの照射で発した蛍光を検出する。
このとき、細胞膜透過性の優れた蛍光色素(SYTO9など)で染色することにより、細胞膜の強固な生存している細胞のみに蛍光発色させ、同時に細胞膜透過性の劣る蛍光色素(PIなど)で染色することにより、生細胞と死細胞を染色し分けることもできる。
1) Dyeing of biological components of microorganisms
(1) Staining with a dye detected with visible light For example, dyeing with a dye such as amide black or Giemsa and detecting the stained microorganism with visible light.
(2) Staining with a fluorescent dye For example, a fluorescent dye such as acridine orange, DAPI, or rhodamine is used to detect fluorescence emitted by laser irradiation.
At this time, by staining with a fluorescent dye with excellent cell membrane permeability (SYTO9, etc.), only the viable cells with strong cell membranes are colored, and at the same time, stained with a fluorescent dye (PI, etc.) with poor cell membrane permeability. By doing so, live cells and dead cells can be stained and separated.
2)生きている(活性のある)微生物の生体成分の反応により蛍光または発光させるもの
(1)微生物が細胞内に保有するエステラーゼにより分解され蛍光を発する色素(たとえばFDA(Fluorescein diacetate)など)で染色する。エステラーゼ活性を有する生細胞のみがレーザ照射により緑色蛍光を発色する。
(2)微生物が細胞内に保有する電子還元力で分解され蛍光を発する色素(CTC(Cyanoditoyl tetrazolium chloride)など)で染色する。呼吸還元力を有する生細胞のみがレーザ照射により赤色蛍光を発色する。
(3)微生物が細胞内に保有する内ATP(アデノシン3リン酸)に発光試薬(たとえばルシフェリンとルシフェラーゼ)を添加することで生物発光させる。生きている生物のみを生物発光させることができる。
2) Fluorescent or luminescent by the reaction of living (active) microorganism biological components
(1) The microorganism is stained with a dye (such as FDA (Fluorescein diacetate)) that is decomposed by esterase contained in the cell and emits fluorescence. Only living cells having esterase activity develop green fluorescence upon laser irradiation.
(2) Staining with a dye (such as CTC (Cyanoditoyl tetrazolium chloride)) that is broken down by the electron-reducing power of the cells and emits fluorescence. Only living cells having respiratory reduction ability develop red fluorescence by laser irradiation.
(3) Bioluminescence is caused by adding a luminescent reagent (for example, luciferin and luciferase) to ATP (adenosine triphosphate) contained in the cells of the microorganism. Only living organisms can be bioluminescent.
なお、フィルタに捕捉された微生物と染色液との反応前に、適当な抽出剤を用いて微生物の生体成分を抽出することにより、検出感度を向上させることもできる。抽出剤としては、エタノール、界面活性剤、トリクロロ酢酸などが使用できる。 In addition, detection sensitivity can also be improved by extracting the biological component of microorganisms using a suitable extractant before reaction with the microorganisms capture | acquired by the filter, and a dyeing | staining liquid. As the extractant, ethanol, surfactant, trichloroacetic acid and the like can be used.
以上のようにバラスト水中の生存している微生物の染色には種々のものが考えられる。しかし、前述のように、バラスト水排出基準は、動物プランクトン、植物プランクトン、細菌を対象としており、大きさや生態が大きく異なるため、これまで細菌に適用されていた染色方法をそのまま適用することはできない。例えば、膜構造が強固で膜透過性の低い生存動物プランクトンの検出には植物プランクトンや細菌とは異なる染色方法が必要となる。
しかし、大きさや生態が異なる生物に対して各生物に対応した染色方法を複雑に組み合わせて用いることは煩雑である。
As described above, various dyes for living microorganisms in ballast water can be considered. However, as described above, the ballast water discharge standard is for zooplankton, phytoplankton, and bacteria, and because the size and ecology are greatly different, the staining method that has been applied to bacteria cannot be applied as it is. . For example, detection of a living zooplankton having a strong membrane structure and low membrane permeability requires a staining method different from phytoplankton and bacteria.
However, it is complicated to use a complex combination of staining methods corresponding to each organism for organisms of different sizes and ecology.
そこで、発明者は鋭意研究を重ね、大きさや生態が大きく異なる生物に対するバラスト水排出基準の判定にはエステラーゼ活性を利用した染色が最も好適であることを見出した。その理由は以下の通りである。
生物が生成する酵素エステラーゼに反応する染色剤は、生細胞内に取り込まれるとエステラーゼによって蛍光性物質に分解される。そして、その蛍光性物質は生細胞では膜構造が強固で透過性が低いので細胞膜から透過して外に流出することなく細胞内に保持され、レーザの照射により蛍光を検出できるのである。
以下、より具体的に説明する。
Therefore, the inventor has conducted extensive research and found that staining using esterase activity is the most suitable for determining the ballast water discharge standard for organisms having greatly different sizes and ecology. The reason is as follows.
A stain that reacts with an enzyme esterase produced by a living organism is decomposed into a fluorescent substance by esterase when it is taken into living cells. Since the fluorescent substance has a strong membrane structure and low permeability in living cells, it is retained in the cell without passing through the cell membrane and flowing out, and fluorescence can be detected by laser irradiation.
More specific description will be given below.
エステラーゼ活性の基質となる染色剤としてはFDA(Fluorescein
diacetate)が挙げられる。この染色剤を膜構造が強固で膜透過性の低い生存動物プランクトンの細胞内に取り込まれるようにするためには、染色剤のカルボキシル基のエステル化により膜透過性を向上させればよい。
膜透過性を向上させた染色剤は、細菌の細胞内はもとより、膜構造が強固な生細胞を有する動物プランクトンや植物プランクトンにも浸透する。したがって、生物の生死を問わず動物プランクトン、植物プランクトン、細菌の細胞内に浸透する。
そして、染色剤が生細胞に浸透した場合には、細胞内でエステラーゼによって蛍光性物質であるFluoresceinに分解される。生細胞は膜構造が強固なため透過性が低く、生じた蛍光性物質Fluoresceinは細胞外に流出せず、Fluoresceinの極性により生細胞内に蓄積される。
一方、死滅した細胞にもFDAが透過するが、エステラーゼ活性が失われている死滅細胞では蛍光性物質であるFluoresceinに分解されることはない。
したがって、FDA染色を生物に施して波長488nmの青色光で励起した場合、生細胞ではFluorescein由来の波長530nmの緑色蛍光を発し、死細胞では蛍光性物質が生成されず、かつ、染色剤のFDA自身は非蛍光性であるため蛍光発色が認められないため、生死判別が行なえる。
さらに、生細胞では前述したように、膜構造が強固なため透過性がなく生じた蛍光性物質Fluoresceinは生細胞内に蓄積されるので、蛍光検出の精度が高くなる。
なお、FDAの染色条件は10μM濃度溶液を用い、常温で2分間保持する処理で十分で、さらに濃度を下げることも可能である。
FDA (Fluorescein) is a staining agent that serves as a substrate for esterase activity.
diacetate). In order to incorporate this stain into the cells of a living zooplankton having a strong membrane structure and low membrane permeability, the membrane permeability may be improved by esterification of the carboxyl group of the stain.
The staining agent with improved membrane permeability penetrates not only into bacterial cells but also into zooplankton and phytoplankton having living cells with a strong membrane structure. Therefore, it penetrates into zooplankton, phytoplankton, and bacterial cells regardless of whether the organism is alive or dead.
When the staining agent penetrates into living cells, it is decomposed into fluorescent substance Fluorescein by esterase in the cells. Viable cells have a low membrane permeability due to their strong membrane structure, and the resulting fluorescent substance Fluorescein does not flow out of the cell, but accumulates in living cells due to the polarity of Fluorescein.
On the other hand, although FDA permeates through dead cells, dead cells that have lost esterase activity are not degraded to fluorescein, which is a fluorescent substance.
Therefore, when FDA staining is applied to a living organism and excited with blue light with a wavelength of 488 nm, live cells emit green fluorescence with a wavelength of 530 nm derived from Fluorescein, and dead cells do not produce a fluorescent substance, and the staining agent FDA Since it is non-fluorescent itself, it does not show fluorescent coloration, so it can be distinguished between life and death.
Further, as described above, in the living cells, the fluorescent substance Fluorescein generated without permeability due to the strong membrane structure is accumulated in the living cells, so that the accuracy of fluorescence detection is increased.
As the FDA staining condition, a 10 μM concentration solution and a treatment for 2 minutes at room temperature are sufficient, and the concentration can be further lowered.
FDA以外のエステラーゼ活性を測定する染色剤としては、カルセインAM、Carboxyfluoresceindiacetate(CFDA)、BCECF/AM、
CFSE、CytoRedなどが挙げられる。カルセインAM、CFDA、BCECF/AM、CFSE、CytoRedの蛍光特性は、励起波長/蛍光波長がそれぞれ490/515、495/520、590/526、496/516、535/590nmである。
Staining agents that measure esterase activity other than FDA include calcein AM, Carboxyfluoresceindiacetate (CFDA), BCECF / AM,
Examples include CFSE and CytoRed. The fluorescence characteristics of calcein AM, CFDA, BCECF / AM, CFSE, and CytoRed are excitation wavelengths / fluorescence wavelengths of 490/515, 495/520, 590/526, 496/516, and 535/590 nm, respectively.
細菌の生死判別に用いられている従来の染色剤では、動物プランクトンのように細胞膜の厚い生物には染色剤が膜を透過しないという問題点があったが、上記のように適した染色剤を選択することにより、動物プランクトンの生死判別が可能となる。さらに、動物プランクトンをフィルターで捕集して濃縮した試料とすることにより、高濃度の染色剤を少量使用して染色性を高めることができ、生死判別がより精度よく可能となる。また、染色剤の使用量を過大にせずに透過、染色することができる。 The conventional stains used for bacterial life and death have the problem that the stains do not permeate the organisms with thick cell membranes, such as zooplankton. By selecting, it is possible to determine whether the zooplankton is alive or dead. Furthermore, by using a sample obtained by collecting zooplankton with a filter and concentrating it, it is possible to use a small amount of a high-concentration dyeing agent to enhance the dyeability, and to make life / death discrimination more accurate. Moreover, it can permeate | transmit and dye | stain, without making the usage-amount of a coloring agent excessive.
次に細菌の染色に関して、従来方法では染色が困難であったことについて説明する。
微生物の染色において留意すべき点は、細菌の生活環それぞれのステージにおいて染色のされ方が異なる点である。通常の細菌の生活環は、対数増殖期、定常期、死滅期であり、対数増殖期と定常期にある細菌は染色されやすく、またエステラーゼ活性を有するため蛍光を発するが、死滅期の細胞は染色されない。したがって、このような通常の細菌は生死判別が比較的容易である。
Next, regarding the staining of bacteria, the fact that it was difficult to stain by the conventional method will be described.
What should be noted in the staining of microorganisms is that the dyeing method differs in each stage of the bacterial life cycle. The normal life cycle of bacteria is in the logarithmic growth phase, stationary phase, and death phase. Bacteria in the logarithmic growth phase and stationary phase are likely to be stained, and they have fluorescence due to their esterase activity. Not dyed. Therefore, such normal bacteria are relatively easy to distinguish between life and death.
一方、一部の細菌の生活環は対数増殖期、定常期、芽胞形成期、死滅期に分けられる。対数増殖期、定常期にある栄養型細胞は芽胞を形成しない細菌と同様に強く染色される。死滅期の細胞はエステラーゼ活性を失っているため染色されない。したがって、このような一部の細菌については、対数増殖期、定常期、死滅期にある場合には、生死判別が比較的容易である。問題は芽胞形成期にある細菌である。 On the other hand, the life cycle of some bacteria is divided into a logarithmic growth phase, stationary phase, spore formation phase, and death phase. Vegetative cells in the logarithmic growth phase and stationary phase are strongly stained, as are bacteria that do not form spores. Cells at death are not stained because they have lost esterase activity. Therefore, for some of these bacteria, life / death discrimination is relatively easy when they are in the logarithmic growth phase, stationary phase, or death phase. The problem is bacteria in the spore formation stage.
芽胞とは一部の細菌が形づくる極めて耐久性の高い細胞構造である。芽胞を作る能力を持った細菌が栄養や温度などの環境が悪い状態に置かれたりその細菌に対して毒性を示す化合物と接触したりすると、細菌細胞内部に休眠芽胞が形成される。発芽期の芽胞はエステラーゼ活性を有しFDA染色で緑色蛍光を発するが、休眠芽胞では染色剤が休眠芽胞に浸透しにくいため蛍光が弱い。
このため、従来の方法では、休眠芽胞に対する生死判定が困難であった。
A spore is a highly durable cell structure formed by some bacteria. When bacteria having the ability to form spores are placed in a poor environment such as nutrients and temperature, or when they come into contact with a compound that is toxic to the bacteria, dormant spores are formed inside the bacterial cells. The germinating spore has esterase activity and emits green fluorescence by FDA staining. However, in the dormant spore, the stain is difficult to penetrate into the dormant spore, and the fluorescence is weak.
For this reason, with the conventional method, it was difficult to determine whether a dormant spore is viable or dead.
そこで、このような休眠芽胞に対しても、前述した膜透過性の優れた染色剤を使用することにより、前述した動物性プランクトンの場合と同様に、生死判定が可能になる。なお、膜透過性の優れた染色剤を用いることに代えて、前処理で膜の透過性を増加させる、バラスト水殺菌処理でキャビテーションなどにより細胞膜の構造を緩くしてから染色する、ことなどによっても休眠芽胞細胞に対しても生死判別染色が可能になる。もっとも、膜透過性の優れた染色剤を用いることに加えてこのような処理を行うようにしてもよい。 Therefore, even for such dormant spores, the use of the above-described staining agent with excellent membrane permeability makes it possible to determine whether or not the animal is alive or dead as in the case of the zooplankton described above. In addition, instead of using a stain with excellent membrane permeability, the membrane permeability is increased by pretreatment, the cell membrane structure is loosened by cavitation in ballast water sterilization treatment, etc. Life-and-death discrimination staining is also possible for dormant spore cells. However, such treatment may be performed in addition to using a staining agent having excellent membrane permeability.
以上のように、膜透過性を向上させたエステラーゼ活性に反応する染色剤を用いることにより、動物プランクトン、植物プランクトン、細菌ともに生きている細胞を染色・検出することが可能である。従来の方法では、海水のように多種の微生物が異なる濃度で存在する場合、一つの染色方法で生きている生物を検出することは困難であったが、本染色方法によると、膜透過性に優れた染色剤の選定により、一種類の染色剤による染色で生死判別検出が可能になった。 As described above, by using a staining agent that reacts with esterase activity with improved membrane permeability, it is possible to stain and detect living cells of both zooplankton, phytoplankton, and bacteria. In the conventional method, when various microorganisms exist at different concentrations, such as seawater, it is difficult to detect living organisms with one staining method. By selecting an excellent stain, life / death discrimination can be detected by staining with a single stain.
5.光照射手段
光照射手段15は染色液を塗布したフィルタに蛍光を発生させるために光、例えばレーザ光を照射する。また励起光を照射して蛍光を発生させるための光を照射することもある。
もっとも、上記染色手段13の説明における2)(3)で述べたATP(アデノシン3リン酸)に発光試薬(たとえばルシフェリンとルシフェラーゼ)を添加する方法の場合には生物発光のため蛍光を発生させるための光の照射は必要ない。
5. Light Irradiation Unit The
However, in the case of the method of adding a luminescent reagent (for example, luciferin and luciferase) to ATP (adenosine triphosphate) described in 2) and 3) in the description of the staining means 13, in order to generate fluorescence for bioluminescence. No light irradiation is required.
6.光検出・画像解析手段
光検出・画像解析手段17は、フィルタ上の微生物による発色、発光または蛍光をCCDイメージセンサ等の撮像器18により撮像して、光学的に画像情報として検出し、画像解析して微生物数を計数する。
夾雑物が存在する場合は、画像解析の過程で微生物の大きさや形を識別し、それ以外の形状を持つ夾雑物を排除するようにする。
なお、画像解析手段17は既存の生物発光画像解析システムを用いることができる。
6). Photodetection / image analysis means The photodetection / image analysis means 17 captures color development, luminescence, or fluorescence caused by microorganisms on the filter with an
If impurities exist, the size and shape of the microorganism are identified in the image analysis process, and impurities having other shapes are excluded.
The image analysis means 17 can use an existing bioluminescence image analysis system.
7.判定手段
判定手段19は光検出・画像解析手段17によって解析された生存微生物の数と、予め設定された許容残存数基準値とを比較して、生存微生物数が基準値以下の場合には合格と判定し、生存微生物数が基準値よりも多い場合には不合格と判定する。そして、合格または不合格の場合にその旨を図示しない表示手段に表示する。表示手段としてはパーソナルコンピュータの画面に合格、不合格の文字で表示してもよいし、あるいは合格の場合には緑色のランプを点灯し、不合格の場合には赤色のランプを点灯させるようにしてもよい。
7). Determination means The determination means 19 compares the number of viable microorganisms analyzed by the light detection / image analysis means 17 with a preset allowable residual number reference value, and passes if the number of viable microorganisms is less than the reference value. When the number of surviving microorganisms is larger than the reference value, it is determined as rejected. And when it passes or fails, it is displayed on the display means which is not illustrated. As a display means, it may be displayed on the screen of the personal computer with characters of pass or fail, or a green lamp is turned on when it passes, and a red lamp is turned on when it fails. May be.
以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
まず、バラストタンク8に注水する海水に対して微生物の死滅処理を行う。死滅処理方法としては、殺菌剤を添加する方法、フィルタろ過と殺菌剤添加とキャビテーション処理を組合せる方法でもよい。
The operation of the present embodiment configured as described above will be described.
First, the microorganisms are killed with respect to the seawater poured into the
微生物の死滅処理を行った後バラストタンクに貯留されたバラスト水を、送水ポンプ9を稼動してフィルタユニット7に送水する。フィルタユニット7には前述したように目開きが50μm、10μm、0.5μmの3種類のフィルタが設置されており、これらに所定の水量が通水された時点でそれぞれのフィルタを取り出すようにする。
フィルタの取出しは、フィルタ取出し機構11によって行う。
フィルタ取出し機構11が手動の場合には、フィルタユニット7への送水量を確認して人力によって各フィルタを取り出す。
また、フィルタ取出し機構11が自動の場合には、各フィルタに所定の水量が通水された時点で各フィルタを自動的に取り出す。
The ballast water stored in the ballast tank after performing the killing process of the microorganisms is supplied to the
Filter removal is performed by the filter removal mechanism 11.
When the filter removal mechanism 11 is manual, the amount of water supplied to the
When the filter take-out mechanism 11 is automatic, each filter is automatically taken out when a predetermined amount of water is passed through each filter.
取り出されたフィルタに、例えば超音波式噴霧器などの染色手段13によって染色液を噴霧する。そして、染色液が噴霧されたフィルタを光検出・画像解析手段17の撮像器18の視野内に設置し、レーザ光線を照射して微生物の活性により蛍光を発生させ、蛍光を撮像して画像情報として取り込み、画像解析によって微生物数を計数する。
The dyed liquid is sprayed on the taken out filter by a staining means 13 such as an ultrasonic sprayer. Then, the filter sprayed with the staining solution is installed in the field of view of the
以上のように、本実施の形態においては、目開きが50μm、10μm、0.5μmのフィルタを直列に配置してなるフィルタユニット7を用いているので、バラスト水及び沈殿物の排出規制及び管理に関する条約で段階的なサイズごとの許容残存数基準により規制された微生物のサイズ毎の捕捉を実現でき、その結果、上記の条約で規制された許容残存数基準を満たしているかどうかを迅速に測定できる。
また、フィルタに捕捉された微生物からの発色、発光または蛍光をCCDイメージセンサ等で光学的に検出し、画像解析するようにしているので、生存している微生物を迅速に計数することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
Further, since color development, luminescence, or fluorescence from the microorganisms captured by the filter is optically detected and analyzed by a CCD image sensor or the like, the living microorganisms can be quickly counted.
なお、上記の実施の形態においては、微生物の死滅処理を行ったバラスト水を試料としてバラスト水中の残存微生物の検出を行う例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、微生物の死滅処理前の海水を試料として海水中に生存する微生物をそのサイズごとに測定する場合にも用いることができる。この場合には、海水中に生存する微生物のサイズごとの生存数に適合させて微生物死滅処理の方法や条件を最適なものに選択することが可能になる。 In the above-described embodiment, an example in which the remaining microorganisms in the ballast water are detected using the ballast water that has been subjected to the killing process of the microorganisms as a sample is shown, but the present invention is not limited to this, and the microorganisms It can also be used in the case where microorganisms that survive in seawater are measured for each size using seawater before killing as a sample. In this case, it is possible to select the optimum method and conditions for the microorganism killing process in accordance with the number of surviving microorganisms living in the seawater for each size.
採取海水と死滅処理後の海水を、目開きが50,10,0.5μmの3種類のフィルタを有するフィルタユニットに通水し、各フィルタ上に捕集された微生物にFDA溶液を添加して30℃で30分間染色し、励起光として460nm、蛍光のため530nmの波長光を照射し、発生した蛍光をCCDイメージセンサで画像情報として取り込み、微生物数を計数した。その結果を表1に示す。 Collected seawater and killed seawater are passed through a filter unit with three types of filters with openings of 50, 10, 0.5 μm, and FDA solution is added to the microorganisms collected on each filter. The sample was stained at 30 ° C. for 30 minutes, irradiated with light having a wavelength of 460 nm as excitation light and 530 nm for fluorescence. The generated fluorescence was captured as image information by a CCD image sensor, and the number of microorganisms was counted. The results are shown in Table 1.
表1に示されるように、処理前の海水と死滅処理後の海水中の微生物を短時間で検出できることを確認した。そして、死滅処理により、バラスト水排出基準を充足する程度にまで死滅処理されていることを確認できた。 As shown in Table 1, it was confirmed that microorganisms in seawater before treatment and in seawater after death treatment could be detected in a short time. And it has confirmed that it was killed by the killing process to such an extent that the ballast water discharge standard is satisfied.
図2はフィルタユニットとフィルタ取出し機構を具体化した一例の説明図であり、図2(a)が全体構成の説明図、図2(b)が図2(a)の矢視A―A断面図である。なお、図1に示したものと同一機能を有する部分の一部には同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 2 is an explanatory view of an example embodying a filter unit and a filter take-out mechanism. FIG. 2 (a) is an explanatory view of the entire configuration, and FIG. FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to a part of part which has the same function as what was shown in FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
図2に示した例では、一つのフィルタごとにフィルタ取出し機構71を設けたものであり、図2においては目開き50μmのフィルタ1についてのみ示しているが、他のフィルタ3、5(図1参照)についても同様の機構である。
フィルタ取出し機構71は、中心部に回転軸73を有し、該回転軸73を中心として回転可能に設置された円板75と、円板75をギア77を介して回転駆動するモータ79とを備え、円板75はフィルタ1が着脱可能に設置できる設置部を備えている。
In the example shown in FIG. 2, a filter take-out
The filter take-out
また、この例ではバラストタンク8(図1参照)のバラスト水を直接フィルタ1に送るのではなく、所定量のバラスト水をバラスト水補助タンク81に貯留し、バラスト水補助タンク81のバラスト水をフィルタ1に送水するようにしている。
バラスト水補助タンク81の下流側の送水ラインについて説明すると、バラスト水補助タンク81に接続された主送水管83に送水ポンプ85が設置され、送水ポンプ85の下流側に逆U字状のバイパス管87が接続され、このバイパス管87の途中にフィルタ1を着脱できるようにしている。つまり、円板75に設置されたフィルタ1と接合されるバイパス管87はその一部が上下動可能な移動管89になっており、移動管89を上下動することでフィルタ1とバイパス管87とを接続したり接続を切り離したりできるようになっている。
バイパス管87の両端部には入り側バルブ91と、出側バルブ93が設けられ、主送水管83におけるバイパス管87との2つの接続部の中間にもバルブ95が設けられている。
In this example, the ballast water in the ballast tank 8 (see FIG. 1) is not sent directly to the
The water supply line on the downstream side of the ballast water
An
上記のように構成された装置において、バイパス管87に送水を行う時は移動管89を押し上げることにより、フィルタ1とバイパス管87との隙間を閉じた状態にし、入り側バルブ91、出側バルブ93を開にしてフィルタ1に通水する。フィルタ1に所定量のバラスト水を通水した後、生存生物の検出を行なう際には、送水ポンプ85を停止し、入り側バルブ91を閉じる。この状態で移動管89を下げてバイパス管87とフィルタ1の接続を切り離す。そして、モータ79を駆動させ、染色試薬注入位置に移動する(図2(b)参照)。ここでは前述した染色が行われ、その後さらに回転板73を回転させて、撮像位置にて蛍光検出・画像解析が行われる。その後、さらにフィルタ交換位置まで回転板を回転させてフィルタ1を交換し、さらに回転板73を回転させてフィルタリング位置で必要に応じて生物の捕集を行う。
In the apparatus configured as described above, when water is supplied to the
[実施の形態2]
図3は本発明の他の実施の形態の説明図である。本実施の形態においては、目開きが50μmのフィルタ1に海水を送水するラインに海水をろ過して濃縮する濃縮装置21を設置し、この濃縮装置21によって海水を濃縮してからフィルタ1に送水するようにしたものである。
なお、フィルタ3、5の2本のフィルタはフィルタユニット8内に設置され、濃縮装置21を通過した海水が通水されるようになっている。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a concentrating
The two
濃縮装置21の形態としては種々のものを適用できる。
図4は濃縮装置21の一例として単筒式濃縮装置22の説明図である。この例に示される単筒式濃縮装置22は、円筒状の本体容器23と、本体容器内を2室に区切る目開きが50μmのプランクトンネット25と、を備えている。そして、プランクトンネット25によって区切られた容器本体内の内側が濃縮水室27となり、外側がろ過水室29となっている。
本体容器23の一端側には、検出対象となる生物死滅処理されたバラスト水または海水(以下、単に「検出対象水」という。)を濃縮水室27に流入させるための流入管31が接続され、流入管31には流入弁(V1)が設けられている。
さらに、流入管31に隣接して、洗浄水を濃縮室27に流入させるための洗浄水管33が本体容器23の一端側に接続され、洗浄水管33には洗浄弁(V5)が設けられている。
また、本体容器23の他端側には濃縮室27の濃縮水を取り出すための濃縮水取出し管35が接続され、濃縮水取出し管35には濃縮水取出し弁(V3)が設けられている。なお、濃縮水取出し管35はフィルタ1側に接続されている。
さらに、本体容器23の側面下部には流入管31から流入してプランクトンネット25でろ過されたろ過水を排出するための排水管37が接続され、排水管37には排水弁(V2)が設けられている。
また、本体容器23の側面上部にはプランクトンネット25を逆洗浄する洗浄水を流入させための洗浄水管39が接続され、洗浄水管39には洗浄弁(V4)が設けられている。
また、洗浄水管33と洗浄水管39には、洗浄効率を高めるための装置、例えばスプレーノズルを取り付けることが出来る。また洗浄水管39は、本体容器23内にリング状の配管を接続し、プランクトンネット25の全面を逆洗浄するようにすることも可能である。
Various forms of the concentrating
FIG. 4 is an explanatory diagram of a single cylinder
One end side of the
Further, a cleaning
The other end side of the
Further, a
Further, a
The cleaning
図5は図4に示した単筒式濃縮装置22の動作を説明する説明図である。図5に示されるように流入管31は容量が1m3の補助タンク96に接続され、補助タンク96にはバラストタンク8のバラスト水が流入できるようになっている。また。洗浄水管33には洗浄用清浄水タンク97が接続されている。また、排水管37の下流側には分岐管98が設けられ、この分岐管98に目開き10μmのフィルタ3、目開き0.5μmのフィルタ5が直列に設置されている。分岐管98にはフィルタ3の手前に開閉弁(V6)が設けられ、フィルタ5の手前に開閉弁(V7)が設けられ、さらに排水管37における分岐管98との接合部の下流側に開閉弁(V8)が設けられている。これら開閉弁(V6)(V7)(V8)の開度を調整することにより、フィルタ3、5に通水する水量を調整できるようになっている。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the single-
以下、図5に基づいて単筒式濃縮装置22の動作を説明する。先ず流入弁(V1)を開き、目開きが50μmのプランクトンネット内側の濃縮水室27に補助タンク96に貯留された検出対象水を流入させる。この時、排水弁(V2)は「開」、洗浄弁(V4およびV5)および濃縮水取り出し弁(V3)は「閉」、にしておく。また、開閉弁(V6)(V7)(V8)はフィルタ3、5に対して適量の通水ができる開度に調整しておく。
Hereinafter, the operation of the single
プランクトンネット内側に供給された検出対象水は、50μm以下の微生物および水がプランクトンネット外側のろ過水室29に移動し排水管37に流入し、その一部が分岐管98に流入し、その他はバラストタンク8へ戻される。
所定量の検出対象水を供給した後、洗浄弁(V4、V5)を「開」にして洗浄水管33、39から洗浄水を供給し、プランクトンネット25を洗浄してプランクトンネット25に付着した微生物を洗い落とす。これによって、濃縮室27には50μm以上の微生物が濃縮された濃縮水が残留する。その後、濃縮水取り出し弁(V3)を開け、濃縮水をフィルタ1側に排出し、フィルタ1で50μm以上の微生物を捕集する。一方、フィルタ3では10〜50μmの微生物を、フィルタ5では0.5〜10μmの微生物をそれぞれ捕集する。
その後の微生物の計数処理等については実施の形態1と同様に行う。
The detection target water supplied to the inside of the plankton net is that microorganisms and water of 50 μm or less move to the filtered
After supplying a predetermined amount of detection target water, the cleaning valves (V4, V5) are set to “open”, cleaning water is supplied from the cleaning
Subsequent counting of microorganisms and the like are performed in the same manner as in the first embodiment.
図6は濃縮装置21の他の例として二筒式濃縮装置41の説明図である。この例に示される二筒式濃縮装置41は、濃縮水室43を形成する円筒状の第1容器45と、ろ過水室47を形成する円筒状の第2容器49とを備えている。第1容器45と第2容器49はその側部で連通しており、連通部には目開きが50μmのプランクトンネット51が設置されている。
第1容器45の上端部には第1容器45内に検出対象水を流入させるための検出対象水流入管53aが接続され、検出対象水流入管53aには流入弁(V1-a)が設けられている。
また、第1容器45の下端部には第1容器45内の濃縮水を取り出すための濃縮水取出し管55aが接続され、濃縮水取出し管55aには濃縮水取出し弁(V4-a)が設けられている。
さらに、第1容器45の側面上部には排水管56aの一端が接続され、排水管56aには排水弁上(V2-a)が設置されている。排水管56aの他端側には排水ポンプ57が設けられ、フィルタユニット8側に接続されている。
また第1容器45の側面下部には排水管59aに一端が接続され、排水管59aの他端は排水管56aに接続されている。排水管59aには排水弁下(V3-a)が設けられている。
さらに、第1容器45の側面中部には洗浄水を供給する洗浄水管61aが接続され、洗浄水管61aには洗浄弁(V5-a)が設けられている。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a two-cylinder concentrator 41 as another example of the
A detection target water inflow pipe 53a for allowing the detection target water to flow into the
Further, a concentrated water take-out pipe 55a for taking out the concentrated water in the
Furthermore, one end of a drain pipe 56a is connected to the upper side of the
Further, one end of the
Further, a cleaning water pipe 61a for supplying cleaning water is connected to the center of the side surface of the
また、第2容器49には、第1容器45に設けられているのと同様の配管及び弁類が設けられており、図6中においてこれらの配管及び弁類には第1容器45側の配管及び弁類に対応する符号(番号が同じで添字bを付した符号)を付してある。
Further, the second container 49 is provided with the same piping and valves as those provided in the
以上のように構成された二筒式濃縮装置41の動作を説明する。
まず、第1容器45側の流入弁(V1-a)および第2容器49側の排水弁上(V2-b)を「開」にすると共に、他の弁類を「閉」にする。
この状態で検出対象水流入管53aから検出対象水を第1容器45側に供給する。第1容器45の濃縮水室43に供給された検出対象水は、50μm以下の微生物および水がプランクトンネット51を通じてろ過水室47に移動し、排水管56bから排出される。他方、50μm以上の微生物は濃縮水室43内に残留する。
必要により濃縮水室43およびろ過水室47の洗浄水弁(V5-aおよびV5-b)を開け、プランクトンネット51に付着した微生物を洗浄する。
所定流量の検出対象水を濃縮水室43に供給した後、ろ過水室47の排水弁下(V3-b)を開け、水を排出する。これにより濃縮水室43に50μm以上の微生物が濃縮された水が残留する。
濃縮水は濃縮水取出し弁(V4-a)を開き、取り出してフィルタ1側に供給する。
その後の微生物の計数処理等については実施の形態1と同様に行う。
The operation of the two-tube concentrator 41 configured as described above will be described.
First, the inflow valve (V1-a) on the
In this state, the detection target water is supplied from the detection target water inflow pipe 53a to the
If necessary, the washing water valves (V5-a and V5-b) of the concentrated water chamber 43 and the
After supplying the detection target water at a predetermined flow rate to the concentrated water chamber 43, the drain valve (V3-b) of the filtered
The concentrated water is taken out by opening the concentrated water take-off valve (V4-a) and supplied to the
Subsequent counting of microorganisms and the like are performed in the same manner as in the first embodiment.
以上のように、本実施の形態においては、目開きが50μmのフィルタ1に海水を送水するラインに海水をろ過して濃縮する濃縮装置21を設置し、この濃縮装置21によって海水を濃縮してからフィルタ1に送水するようにしたことにより、10〜50μmのプランクトンや細菌類の検出にくらべて大量の水を通水しなければならない50μm以上のプランクトンの検出を効率的に行うことができると共に大量の海水の通水によるフィルタ1の損傷を防止できる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、上記の実施の形態2の説明では、目開きが10,0.5μmの2種類のフィルタを有するフィルタユニット8に対して濃縮装置21を通過した検出対象水を通水する例を示したが、フィルタユニット8への通水する水は濃縮装置21を経由することは必須ではなく、別途検出対象水を直接フィルタユニット8へ通水するようにしてもよい。
In the description of the second embodiment, the example in which the detection target water that has passed through the
1 50μmフィルタ、3 10μmフィルタ、5 0.5μmフィルタ、7 フィルタユニット、9 送水手段、11 フィルタ取出し機構、13 染色手段、15 光照射手段、17 光検出・画像解析手段、19 判定手段、21 濃縮装置。 1 50 μm filter, 3 10 μm filter, 5 0.5 μm filter, 7 filter unit, 9 water supply means, 11 filter take-out mechanism, 13 dyeing means, 15 light irradiation means, 17 light detection / image analysis means, 19 judgment means, 21 concentrator .
Claims (5)
前記フィルタに捕集され生存している微生物による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させる工程と、
発色、発光および蛍光のうちいずれかを検出して画像解析によってバラスト水または海水中の微生物数を計数する工程と、を備えたことを特徴とするバラスト水中の微生物検出方法。 Passing the ballast water subjected to the biological killing process or seawater injected into the ship as ballast water through a filter unit in which three kinds of filters having different openings are arranged in series;
A step of generating any one of coloration, luminescence and fluorescence by microorganisms collected and alive in the filter;
A method for detecting microorganisms in ballast water, the method comprising: detecting any one of color development, luminescence, and fluorescence and counting the number of microorganisms in ballast water or seawater by image analysis.
濃縮されたバラスト水または海水を目開きが25〜100μmのフィルタに通水する工程と、
前記濃縮工程でろ過されたバラスト水または海水、または生物死滅処理を行ったバラスト水または船舶にバラスト水として注水する海水を目開きが50μmより小さくかつ異なる2種のフィルタに通水する工程と、
前記目開きが25〜100μmのフィルタ及び目開きが50μmより小さくかつ異なる2種のフィルタに捕集され生存している微生物による発色、発光および蛍光のうちいずれかを発生させる工程と、
発色、発光および蛍光のうちいずれかを検出して画像解析によってバラスト水または海水中の微生物数を計数する工程と、を備えたことを特徴とするバラスト水中の微生物検出方法。 Filtering and concentrating the ballast water that has been subjected to biocidal treatment or the seawater injected into the ship as ballast water; and
Passing the concentrated ballast water or seawater through a filter having an aperture of 25 to 100 μm;
Passing the ballast water or seawater filtered in the concentration step, or the ballast water subjected to biological killing treatment or seawater poured into the vessel as ballast water through two different filters having an opening smaller than 50 μm; and
A step of generating any one of coloring, luminescence and fluorescence by the living microorganisms collected in two different filters having a mesh opening of 25 to 100 μm and a mesh opening smaller than 50 μm;
A method for detecting microorganisms in ballast water, the method comprising: detecting any one of color development, luminescence, and fluorescence and counting the number of microorganisms in ballast water or seawater by image analysis.
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