JP2007298309A - 水質検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ系、Ｂ系水質検査部の一方で、水質異常が検出されたとき、他方を使用した２系統で水質を検査して、誤検出に伴う誤報発生を防止し、検査精度を飛躍的に向上させる。
【解決手段】Ａ系水質検査部４、またはＢ系水質検査部５のいずれか一方で、河川水の水質を検査しつつ、他方の洗浄を行い、水質を検査を行っている方で、水質異常が見つかったとき、他方でも河川水の水質を検査する。これらＡ系水質検査部４とＢ系水質検査部５の両方で、水質異常が検出されたとき、水質異常と判定する。
【選択図】図１

Description

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、バイオセンサを用いて検知する水質検査システムに関する。

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。

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り、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阻害を受け、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。

したがって、浄水場および下水処理場等において、上記各種の有害物質が混入したとき、これを迅速かつ感度良く検出する装置が望まれていた。

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設置され、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。

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、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、その装置自体が大掛かりで、魚類の飼育や管理面において必要経費が大きい等の問題がある。

そこで水質検査システムが開発されている。一例として、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ものがある。そのバイオセンサ型水質監視装置では、図３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、河川の流入や、浄水場への流入水、下水処理場への流入水など）を河川水供給ポンプ１０２により導入管１０３を介して、散気水槽１０４に供給する。散気水槽１０４に送られた被検水には、気体供給器１０５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の状態で、電磁弁１０６を介し、被検水供給ポンプ１０７により被検水導入管１０８に送出される。さらに、薬液供給ポンプ１１４により、鉄液パック１１１から電磁弁１１２、薬液導入管１１３を介して硫酸第一鉄含有溶液が供給され、被検水導入管１０８で被検水と混合される。この混合液は、気体供給器１０５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１０８から測定槽１１５内に流入される。

測定槽１１５は温度調整器１１６によって温度調整される。測定槽１１５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１０５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１１７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１１６によって測定槽１１５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１１５内には、酸素を利用して硫酸第一鉄を硫酸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１１８が取付けられた酸素電極１１７が設けられている。さらに、酸素電極１１７からの電気出力が取り出され、その電気出力を変換演算器１１９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１１８に保持される鉄バクテリアは、例えば、Thiobacillusferrooxidansである。測定槽１１５を通った被検水は排出管１２０を介して排出される。

この化学的挙動の化学反応式は、
４ＦｅＳＯ_４＋０_２＋２Ｈ_２ＳＯ_４→２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３＋２Ｈ_２０
のようになり、２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３は水中で電離し、Ｆｅ^３＋イオンが生成される。このＦｅ^３＋イオンがさらに水（Ｈ_２０）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１１８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、Gallionella ferruginea、Leptospirillum ferrOoxidans、Leptothrix、Sphaerotilus等が適していることが確認されている。

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１１５は温度調整器１１６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１１６は、そういう意味で設けられているものである。

図３の水質検査システム１０１では、鉄酸化細菌をプローブとして取付けた酸素電極１１７に被検水と鉄液の混合液を被検水供給ポンプ１０７および薬液供給ポンプ１１４によって送液し、この送液時における酸素電極１１７からの電気出力を監視するものである。その場合、被検水中の水溶性の有害物質が混入した場合、その有害物質が微生物膜１１８上の鉄酸化細菌の呼吸活性を低下させる。その結果、鉄酸化細菌に消費されなかった酸素が微生物膜１１８を透過するため、酸素電極１１７に到達する酸素量が増加する。その結果、酸素電極１１７が出力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判断する。

このような水質検査システム１０１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、鉄液中の硫酸第一鉄の一部が硫酸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、異常水質検出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、図３に示す水質検査システム１０１には、被検水と硫酸第一鉄含有溶液の混合液が送液される被検水導入管１０８に、酸性溶液パック１０９から電磁弁１１０、薬液供給ポンプ１１４および薬液導入管１０８を介して酸性溶液を供給し、被検水導入管１０８や測定槽１１５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「酸洗浄」を行なうことができるようにしている。
特開２００５−２４９６６４号公報

ところで、このような水質検査システム１０１では、一度『水質異常』の警報がされると、例えば浄水場ではテロ対策処置等の緊急体制が敷かれ、取水停止かそれに相当する臨時処置がとられる。しかし、その『水質異常』警報が誤警報となった場合、装置を設置している施設に多大な迷惑が掛かるだけでなく、取水停止により、施設内設備の稼動が一時的にストップし、損害が発生する。それゆえ『水質異常』警報に対する信頼性が要求される。

その反面、水質検査システム１０１の被検水は、河川水等の濁質や有機物を含む汚れた水を取り扱うことがほとんどであり、かつ、センサ部の鉄バクテリアを保持する微生物膜１１８に供給する栄養源（硫酸第一鉄）の消費量をできるだけ少なくしてランニングコストを抑える必要もあり、微少の流量を取り扱う装置にならざるを得ない。そのため、装置内の送液配管径も小さくなり、配管閉塞を誘発する因子が多い。

その他にも配管内のエア溜まり、配管の折れ、ポンプや電磁弁の故障、メンテナンス後の配管の接続間違い、断水など、装置トラブルの潜在的な因子を多く抱えている。

これら種々のトラブルが単独で、あるいは複数が影響を及ぼして、鉄酸化細菌の栄養源（硫酸第一鉄）が供給されない場合、応答上は鉄酸化細菌が有害物質によりダメージを受けて栄養源が消費できない場合と同じ反応を示すために、装置は『水質異常』と誤認して警報を発報する。

技術的には硫酸第一鉄の流量を常に監視すれば誤警報を未然に防ぐことは可能であるが、その流量が微少であるため、流量計は精密で高価になり、装置の製造コストが高くなる。また、検出部に導入する被検水のｐＨを監視する方法では、ｐＨ計の導入だけでなく、その定期的なメンテナンスも必要となる。そして、それらの機器の故障自体が装置トラブルの新たな因子になりかねない。

本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、２系統、設けられた水質検出部の１つで、水質異常が検出されたとき、他の水質検出部を使用させて、水質をさらに検査させて、誤報などが発生しないようにさせ、検査精度を飛躍的に向上させることができる水質検査システムを提供することを目的としている。

また、請求項２では、３系統以上、設けられた各水質検出部のいずれか１つで、水質異常が検出されたとき、水質検出部の故障などが発生したと判定させ、各水質検出部の２つ以上で、水質異常が検出されたとき、水質異常と判定させて、誤報などが発生しないようにさせ、検査精度を飛躍的に向上させることができる水質検査システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、先端に微生物膜が保持され、前記微生物膜を透過する酸素量を測定する溶存酸素電極と、測定された酸素量に基づいて、検出対象となる水中の有害物質の混入を検出する２系統に２重化された検出部と、を備え、２４時間連続監視を行なえるように、前記検出部間で測定工程と洗浄工程を切り換えるように制御された水質検査システムにおいて、測定工程中である一方の検出部が『水質異常』と判定したとき、洗浄工程中である他方の検出部を測定工程に切り換え、２系統で測定工程を実行して『水質異常』の判定を行なうように制御する制御手段を備えたことを特徴としている。

また、請求項２では、先端に微生物膜が保持され、前記微生物膜を透過する酸素量を測定する溶存酸素電極と、測定された酸素量に基づいて、検出対象となる水中の有害物質の混入を検出する３系統以上に多重化された検出部と、を備え、２４時間連続監視を行なえるように、前記検出部間で測定工程と洗浄工程を切り換えるように制御された水質検査システムにおいて、少なくとも２系統が同時に測定工程になるように制御して水質検査を常に二重化させる制御手段を備えたことを特徴としている。

本発明による水質検査システムによれば、２系統、設けられた水質検出部の１つで、水質異常が検出されたとき、他の水質検出部を使用して、水質をさらに検査することにより、誤検出等に起因する誤報発生を防止でき、検査精度を飛躍的に向上させることができる。

《第１実施形態》
図１は本発明による水質検査システムの第１実施形態を示す概略構成図である。

この図に示す水質検査システム１ａは、水質検査対象となる河川水などの被検水を取り込んで酸素を注入する被検水導入部２ａと、硫酸第一鉄含有溶液、洗浄液（酸性溶液）を貯留する薬液／洗浄液供給部３と、薬液／洗浄液供給部３ａから供給される硫酸第一鉄含有溶液を使用して、被検水導入部２ａから供給される被検水の水質を検査するＡ系水質検査部４と、薬液／洗浄液供給部３ａから供給される硫酸第一鉄含有溶液を使用して、被検水導入部２ａから供給される被検水の水質を検査するＢ系水質検査部５とを備えている。そして、Ａ系水質検査部４、またはＢ系水質検査部５のいずれか一方で被検水の水質を検査しつつ、他方で洗浄を行い、水質異常が見つかったとき、他方でも被検水の水質検査を実行し、これらＡ系、Ｂ系水質検査部４、５の両方で、水質異常が検出されたとき、水質異常と判定する。

被検水導入部２ａは、河川水を取り込む河川水供給ポンプ６と、河川水供給ポンプ６によって取り込まれた河川水を被検水として貯留する散気水槽７と、散気水槽７内の被検水に酸素を含む気体を送り込んで溶存酸素濃度を飽和させる気体供給器８と、散気水槽７内の被検水を取り込み、Ａ系水質検査部４、Ｂ系水質検査部５に各々、導く２つの電磁弁９とを備えている。

また、薬液／洗浄液供給部３ａは、硫酸第一鉄含有溶液を貯留する２つの鉄液パック１０と、各鉄液パック１０から硫酸第一鉄含有溶液を各々、取り込みＡ系、Ｂ系水質検査部４、５に各々、導く２つの電磁弁１１と、洗浄液となる酸性溶液を貯留する酸性溶液パック１２と、酸性溶液パック１２から酸性溶液を取り込み、Ａ系、Ｂ系水質検査部４、５に各々、導く２つの電磁弁１３とを備えている。

Ａ系水質検査部４は、被検水導入部２ａから被検水を取り込む被検水供給ポンプ１４と、被検水供給ポンプ１４によって取り込まれた被検水を貯留する測定槽１５と、薬液／洗浄液供給部３ａから硫酸第一鉄含有溶液、または酸性溶液を取り込み、測定槽１５に送り込む薬液供給ポンプ１６と、測定槽１５の温度を一定に保持させる温度調節器１７と、測定槽１５内に配置され、被検水中の硫酸第一鉄を取り込み、硫酸第二鉄にする微生物膜１８と、測定槽１５内に配置され、微生物膜１８を透過した酸素の濃度に応じた電流を出力する酸素電極１９と、酸素電極１９から出力される電流を増幅した後、演算を行い被検水の水質が異常かどうかを判定する変換演算器２０とを備えている。

Ｂ系水質検査部５は、Ａ系水質検査部と同様に、被検水導入部２ａから被検水を取り込む被検水供給ポンプ１４と、被検水供給ポンプ１４によって取り込まれた被検水を貯留する測定槽１５と、薬液／洗浄液供給部３ａから硫酸第一鉄含有溶液、または酸性溶液を取り込み、測定槽１５に送り込む薬液供給ポンプ１６と、測定槽１５の温度を一定に保持させる温度調節器１７と、測定槽１５内に配置され、被検水中の硫酸第一鉄を取り込み、硫酸第二鉄にする微生物膜１８と、測定槽１５内に配置され、微生物膜１８を透過した酸素濃度に応じた電流を出力する酸素電極１９と、酸素電極１９から出力される電流を増幅した後、演算を行い被検水の水質が異常かどうかを判定する変換演算器２０とを備えている。

次に、図１に示す概略構成図を参照しながら、水質検査システム１ａの動作を説明する。

まず、通常の水質検査時には、Ａ系水質検査部４、またはＢ系水質検査部５のいずれか一方で水質検査が行われ、他方で洗浄が行われる。

この際、Ａ系水質検査部４側が水質検査側に指定され、Ｂ系水質検査部５側が洗浄側に指定されていれば、被検水導入部２ａから供給される被検水がＡ系水質検査部４の測定槽１５に導かれるとともに、薬液／洗浄液供給部３ａから供給される硫酸第一鉄含有溶液がＡ系水質検査部４の測定槽１５に導かれて、被検水と混合され、変換演算器２０によって、被検水の水質が異常であるかどうかが判定される。また、薬液／洗浄液供給部３ａから供給される酸性溶液がＢ系水質検査部５の測定槽１５に導かれて、微生物膜１８などが洗浄され、廃液が排水される。

そして、一定時間が経過する毎に、Ａ系水質検査部４が水質検査側→洗浄側→水質検査側に切り替えられるとともに、Ｂ系水質検査部５が洗浄側→水質検査側→洗浄側に切り替えられ、２４時間体制で、被検水の水質が検査される。

このような検査態勢で、Ａ系、Ｂ系水質検査部４、５のいずれか一方で水質の異常が見つかったとき、例えばＡ系水質検査部４で、水質の異常が見つかったとき、Ｂ系水質検査部５が水質検査側に切り替えられて、水質の検査が行われる。

そして、これらＡ系水質検査部４とＢ系水質検査部５の両方で、水質異常が検出されたとき、水質異常と判定され、取水制限などの処置が行われる。

このように、第１実施形態では、Ａ系水質検査部４、またはＢ系水質検査部５のいずれか一方で、河川水の水質を検査しながら、他方の洗浄を行い、水質を検査を行っている系統で、水質異常が見つかったとき、他方の系統でも河川水の水質を検査し、これらＡ系、Ｂ系水質検査部４、５の両方で、水質異常が検出されたとき、水質異常と判定するようにしている。このため、正確な水質検査が可能となり、これによって誤検出に伴う誤報などが発生するのを防止でき、検査精度を飛躍的に向上させることができる。

《第２実施形態》
図２は本発明による水質検査システムの第２実施形態を示す概略構成図である。なお、この図に示す各部のうち、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。

この図に示す水質検査システム１ｂでは、図１に示す水質検査システム１ａに加えて、薬液／洗浄液供給部３ｂから供給される硫酸第一鉄含有溶液を使用して被検水導入部２ｂから供給される被検水の水質を検査するＣ系水質検査部２５を設け、Ａ系、Ｂ系、Ｃ系のいずれか１つを洗浄しつつ、残りの２つで水質の検査を実行し、２系統で同時に水質異常が判定された場合にのみ、水質異常を発報し、いずれか１つの系統のみで、水質異常が判定された場合には、装置故障という別の警報を発報するようにしたことである。

Ｃ系水質検査部２５は、Ａ系、Ｂ系水質検査部４、５と同様に、被検水導入部２ｂから被検水を取り込む被検水供給ポンプ１４と、被検水供給ポンプ１４によって取り込まれた被検水を貯留する測定槽１５と、薬液／洗浄液供給部３ｂから硫酸第一鉄含有溶液、または酸性溶液を取り込み、測定槽１５に送り込む薬液供給ポンプ１６と、測定槽１５の温度を一定に保持させる温度調節器１７と、測定槽１５内に配置され、被検水中の硫酸第一鉄を取り込み、硫酸第二鉄にする微生物膜１８と、測定槽１５内に配置され、微生物膜１８を透過した酸素の濃度に応じた電流を出力する酸素電極１９と、酸素電極１９から出力される電流を増幅した後、演算を行い被検水の水質が異常かどうかを判定する変換演算器２０とを備えている。そして、このＣ系統水質検査部２５が水質検査側に指定されているとき、被検水導入部２ｂから供給される被検水を測定槽１５に導くとともに、薬液／洗浄液供給部３ｂから供給される硫酸第一鉄含有溶液を測定槽１５に導いて、被検水と混合しつつ、酸素電極１９から出力される電流変換演算器２０に出力して水質の良否を判定させる。また、Ｃ系統水質検査部２５が洗浄側に指定されているときには、薬液／洗浄液供給部３ｂから供給される酸性溶液を測定槽１５に導いて、微生物膜１８などを洗浄し、その廃液を排水する。

このように、第２実施形態では、Ａ系、Ｂ系、Ｃ系のいずれか１つを洗浄しつつ、残りの２つで水質の検査を行ない、２つ系統で、同時に水質異常と判定された場合のみ、水質異常を発報し、１系統でのみ、水質異常の判定した場合には、装置故障という別の警報を発報するようにしている。このため、Ａ系、Ｂ系、Ｃ系水質検出部４、５、２５の故障などに起因する誤報の発生を防止でき、検査精度をより一層、向上させることができる。

本発明による水質検査システムの第１実施形態を示す概略構成図。 本発明による水質検査システムの第２実施形態を示す概略構成図。 従来から知られている水質検査システムの一例を示す概略構成図。

符号の説明

１ａ、１ｂ：水質検査システム
２ａ、２ｂ：被検水導入部
３ａ、３ｂ：薬液／洗浄液供給部
４：Ａ系水質検査部
５：Ｂ系水質検査部
６：河川水供給ポンプ
７：散気水槽
８：気体供給器
９：電磁弁
１０：鉄液パック
１１：電磁弁
１２：酸性溶液パック
１３：電磁弁
１４：被検水供給ポンプ
１５：測定槽
１６：薬液供給ポンプ
１７：温度調節器
１８：微生物膜
１９：酸素電極
２０：変換演算器
２５：Ｃ系水質検査部

Claims (2)

1. 先端に微生物膜が保持され、前記微生物膜を透過する酸素量を測定する溶存酸素電極と、測定された酸素量に基づいて、検出対象となる水中の有害物質の混入を検出する２系統に２重化された検出部と、を備え、
   ２４時間連続監視を行なえるように、前記検出部間で測定工程と洗浄工程を切り換えるように制御された水質検査システムにおいて、
   測定工程中である一方の検出部が『水質異常』と判定したとき、洗浄工程中である他方の検出部を測定工程に切り換え、２系統で測定工程を実行して『水質異常』の判定を行なうように制御する制御手段、
   を備えたことを特徴とする水質検査システム。
2. 先端に微生物膜が保持され、前記微生物膜を透過する酸素量を測定する溶存酸素電極と、測定された酸素量に基づいて、検出対象となる水中の有害物質の混入を検出する３系統以上に多重化された検出部と、を備え、
   ２４時間連続監視を行なえるように、前記検出部間で測定工程と洗浄工程を切り換えるように制御された水質検査システムにおいて、
   少なくとも２系統が同時に測定工程になるように制御して水質検査を常に二重化させる制御手段、
   を備えたことを特徴とする水質検査システム。

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