JP3030955B2 - Bod測定装置 - Google Patents

Bod測定装置

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JP3030955B2
JP3030955B2 JP3205324A JP20532491A JP3030955B2 JP 3030955 B2 JP3030955 B2 JP 3030955B2 JP 3205324 A JP3205324 A JP 3205324A JP 20532491 A JP20532491 A JP 20532491A JP 3030955 B2 JP3030955 B2 JP 3030955B2
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water
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良春 田中
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寛 星川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工場,事業所等からの
排水および河川,湖沼等の環境水域の水中のBOD(生
物化学的酸素要求量)を測定する装置、特に懸濁性有機
物由来のBODを含有する試料水について、微生物セン
サを用い簡便で精度よく測定することができるBODの
測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】BODは、微生物によって酸化分解され
る排水中の有機物量を、微生物の消費する酸素量で示す
ものであり、水質管理項目として重要である。BOD
は、通常公定法である日本工業規格(JIS)法(JI
SK 0102:工場排水試験方法)により測定されて
いるが、近年、固定化微生物膜を応用したバイオセンサ
(微生物センサ)を用いたBODの測定法が、特公昭6
1−7258号公報に記載されている。
【0003】ところで、JIS法には次の点で問題があ
る。 (イ)測定結果を得るまでに5日間という長時間を要
し、排水処理等のプロセスの管理の上で、測定結果を速
やかに活かすことができない。 (ロ)例えば、試料の希釈率の測定、妨害の除去操作
(pH調整,毒物除去)、硝化の抑制、植種等,測定上
の操作が煩雑である。 (ハ)手分析であって自動計測ができない。
【0004】一方、微生物センサを用いた上記のBOD
の測定装置は、排水中のBODを約20〜40分程度で
測定することができ、有効なBOD測定法ではあるが、
固定化された微生物は、固定化微生物膜の細孔が0.2
2〜0.45μm程度の小さいものであるから、この細
孔を通過する溶解性有機物は直接資化することができる
が、細孔を通過できない懸濁性有機物については、資化
することができず、BODの測定精度の点で非常に問題
である。また、このBOD測定に用いられる微生物セン
サは、試料水のpHの変動や固定化微生物膜内の微生物
が、試料水中の溶解性有機物を資化したときに生成する
有機酸等により、固定化微生物膜内のpHが変化してセ
ンサ出力が変動し、これを防ぐために緩衝溶液を用い、
試料水を緩衝溶液と混合、希釈した後測定を行なうよう
にしている。したがって、連続的に試料水中のBODを
モニタリングする際には、緩衝溶液の消費量はが多くな
るので、測定装置の保守管理等の点から問題である。
【0005】これに対して本発明者らは、懸濁物質処理
装置により試料水中の懸濁物質を可溶化処理し、これま
での微生物センサ法では測定不可能であった懸濁性有機
物由来のBODを計測可能とし、緩衝溶液も節約される
実用的なBOD測定装置を、特開平2−31153号公
報により開示している。以下にその概要を述べる。
【0006】図5は上記の本発明者らが開示したBOD
測定装置の構成と、試料水の流れ方向を矢印で示した模
式図である。図5において、採水装置は排水を採取す
る源水ポンプ1aと、オーバーフローにより採水された
試料水の貯留槽1bと配管類からなる。懸濁物質処理装
置2は、採水ポンプ3により一定量採取された試料水中
の懸濁物質を破砕し、可溶化処理するものであり、超音
波ホモジナイザ等で構成される。測定装置は、恒温槽4
中に設けた微生物センサと、標準溶液槽6,希釈水槽
7,バルブ8,9,10,11,ポンプ12と配管とか
らなる給液装置と、緩衝溶液槽13,ポンプ14と配管
とからなる緩衝溶液循環装置15と、微生物センサ
出力信号の演算処理と本測定装置の運転を制御する演算
・制御回路16から構成される。緩衝溶液としては、
0.05〜0.1M,pH7.0のりん酸緩衝溶液を用
いる。標準溶液は、グルコース,グルタミン酸の混合溶
液を用い、微生物センサの検量線の作成に役立てる。
希釈水はBOD0mg/l の標準溶液で、経路の洗浄、試
料水の希釈のために測定の都度用いる。
【0007】図6は微生物センサの構成を示す模式断
面図である。図6において微生物センサは、固定化微
生物膜17を取り付けたフローセル18と溶存酸素検出
器19とにより構成してあり、図5に示す恒温槽4に収
納して測定温度に保つことができる。なお、試料水およ
び緩衝溶液も恒温槽4の内部で熱交換器20,21を通
過させることにより測定温度に保っている。微生物セン
は、固定化微生物膜17の中に固定化された微生物
によって、有機物が資化される際に消費される溶存酸素
の減少量を、溶存酸素検出器19により電流値信号とし
て出力する。この溶存酸素の減少量は、試料水中に溶存
する溶解性有機物の濃度に比例するので、出力信号電流
値から演算・制御回路16で演算され、溶解性BODの
値を求めることができる。
【0008】再び図5において、、微生物センサによ
るBOD測定は、試料水がフローセル18内に供給され
てから、5〜15分程度のあらかじめ設定した時間が経
過したときの出力信号の電流値について行なう。微生物
センサからの出力信号は、演算・制御回路16のA/
D変換器22でデジタル化されて演算装置23に送ら
れ、所定の演算式に従って検量線の式、試料水のBOD
値を演算し記録する。出力装置24からは、算出された
BOD値を出力し、もしくはあらかじめ設定した順序、
時間に従い、バルブ8,9,10,11の切り換えや、
採水ポンプ3,懸濁物質処理装置2の動作制御信号を出
力する。緩衝溶液は、微生物センサ内を図6に示した
ように、緩衝溶液入口27から流入して緩衝溶液出口2
8から流出し、常に4〜6ml/minで緩衝溶液循環装置
によって移送され、熱交換器21を通過して測定温度
に保たれて循環する。緩衝溶液には、前述の如く0.0
5〜0.1M,pH7.0のりん酸緩衝溶液を用い、ま
たこれに微量栄養分を添加したものも用いることができ
る。
【0009】最初に出力装置24の切り換え指令に従っ
て、希釈水槽7内の希釈水のみがバルブ10を経て、ポ
ンプ12により熱交換器20を通過して測定温度に保た
れて、液入口29から流入し微生物センサ内に送ら
れ、液出口30から系外に排出される。微生物センサ
の出力信号が安定した後、あらかじめ設定した順序に従
って、順次バルブ8,9,10を切り換えて、BOD標
準溶液により検量線を作成し、メモリ25にBOD演算
式を記憶させる。次に、微生物センサの校正時に、同
時に採水ポンプ3により採水し、懸濁物質処理装置2で
可溶化処理された試料水が、バルブ11を通してポンプ
12により熱交換器20を通過して測定温度に保たれ
て、微生物センサへ送られBOD値が測定される。微
生物センサの校正は1日に数回行なわれ、試料水のB
OD測定を一定時間の間隔で繰り返し行なうことができ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】最近の研究によれば、
溶解性の有機物であっても、分子量の大きい物質の場合
は、公定法であるJIS法のBOD5 値と比較して低い
値となり、例えば、澱粉はJIS法では、BOD5 値7
3.4mg/lであるのに対して、微生物センサによる測定
値は、2.9mg/lとなることが、日本水質汚濁研究会発
行の第22回水質汚濁学会講演集 p. 75-76 (s63年
3月)に渡辺らにより「BODセンサの諸特性」に記載
されている。しかも最近、微生物センサは、「微生物電
極による生物化学的酸素消費量計測器」としてJISに
制定(JIS K3602 1990年9月1日)され
たが、水質汚濁防止法では、懸濁性有機物と溶解性有機
物の両方を測定する必要があり、この規格により水質汚
濁防止法で定める水質の管理を行なうことを認めていな
い。
【0011】このような状況下にあって、微生物センサ
を用いた本発明者らの出願中のBOD測定装置は、多く
の利点を有するものであるが、なお次の点を解決しなけ
ればならない。それは、懸濁物質処理装置の超音波ホモ
ジナイザ等で、懸濁性有機物を物理的に破砕するだけで
は、なお不十分であり、溶解性有機物の中でも高分子量
の有機物も測定可能としなければならないからである。
【0012】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、懸濁性有機物由来のBODに加え
て,溶解性有機物のうちの高分子量のBODも低分子量
として、公定法のBOD5 値との相関性がよく、精度の
高いBOD測定装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のBOD測定装置
は、上記の課題を解決するために、前述した本発明者ら
が出願中の特開平2−31153号公報に記載のBOD
測定装置に用いている懸濁物質処理装置の代わりに、採
水した試料水をオゾンを用いて酸化処理する前処理装置
を装置系内に設けたものである。
【0014】
【作用】本発明のBOD測定装置は、上記のように構成
したために、前処理装置を通る排水等の試料水中の懸濁
物質をオゾン酸化により破砕して可溶化し、また、破
砕、可溶化された懸濁物質由来の有機物および高分子量
の溶存有機物をさらにオゾン酸化して、親水性で低分子
量の有機物に分解して、固定化微生物膜内の微生物が資
化しやすい性状に変化させることにより、懸濁性有機物
由来のBODに加えて,溶解性有機物のうちの高分子量
のものも測定可能となり、公定法のBOD5 値との相関
性がよく、測定精度も高い。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。図
1は本発明によるBOD測定装置の構成と試料水の流れ
系統を示す模式図であり、図5と共通部分に同一符号を
用いてある。本発明による図1の装置の基本的な構成は
図5と同じであり、異なる点は、図1では図5の懸濁物
質処理装置の代わりに、前処理装置2aを用いたこと
だけであるから、前処理装置2aに関すること以外は説
明を省略する。
【0016】その前処理装置2aの構成を図2に示す。
図2において、点線で囲った部分の前処理装置2aは、
採水ポンプ3(図1)により一定量採取された試料水を
反応管31に導入し、 酸素濃縮器32からの濃縮酸素
をオゾナイザ33によりオゾン化して、反応管31内に
送り込み試料水と反応させることにより、懸濁物質を溶
解性にし溶存有機物とともに低分子量とするものであ
る。反応管31で処理された試料水をバルブ34を通し
て、リザーバ35に一時貯留し、エアポンプ36を用い
て余剰のオゾンをパージして、試料水をバルブ11に送
る。懸濁物質はオゾンと反応させることにより可溶化さ
れ、溶解性有機物は化学的に高分子量の結合を切り、分
子量を小さくすることができる。
【0017】図3は本発明のBOD測定装置を用いて、
下水2次処理水について得られた測定結果を示す線図で
ある。図3に示した各特性線、BOD5 は公定法(JI
S)によるBOD測定値、BODS は本発明の装置によ
るBOD測定値、DOCは溶存有機態炭素濃度(mg−C/
l )、SSは懸濁物質濃度を表わす。図3において、前
処理装置2aにより、前処理(オゾン酸化処理)した試
料水中のSS濃度は減少し、これに伴い溶存有機物濃度
(BODS )は増加する。処理前後のBOD5 値は殆ど
変化していない。前処理なしの場合には、微生物センサ
の出力は小さく、BOD5 値の約12%程度の値しか得
ることができないが、本発明の装置を用いて、試料水を
前処理装置2aを20〜40分通すことにより、微生物
センサの出力(BODS )は増加し、BOD5 値の約8
7〜92%程度の値を得ることができる。このようにB
ODS 値の増加率は、SS濃度の減少やDOCの増加で
は説明し切れず、量的な変化だけではなく、溶解性有機
物の低分子量化や微生物の資化されやすい物質への変化
等、質的な変化も同時に進行していることを示すもので
ある。
【0018】図4は公定法(JIS)による測定値(B
OD5 )と本発明の装置による測定値(BODS )との
相関関係を示す線図である。図4から両者が良好な相関
性を持つことがわかる。
【0019】
【発明の効果】水質汚濁防止法では、懸濁性有機物と溶
解性有機物のBODの両方を測定することが要求されて
いるが、これに対応するためには、微生物センサを用い
たBOD測定装置の懸濁物質処理装置により、懸濁性有
機物を物理的に破砕するだけでは、なお不十分である。
これに対して本発明によれば、実施例で述べた如く、装
置系に懸濁物質処理装置の代わりに、試料水にオゾンを
吹き込む前処理装置を用いることにより、試料水中の懸
濁物質を可溶化処理するとともに、高分子量の溶存有機
物が低分子量に変わり、微生物センサの微生物に資化さ
れやすくすることができるので、懸濁性有機物由来のB
ODの計測とともに、これまで微生物センサでは、公定
法のBOD5 値より低く計測されていた溶存態の高分子
量の有機物も、BOD5 値と近似した値として測定さ
れ、公定法との相関性および測定精度が向上し、実用性
の高いBOD測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のBOD測定装置の構成を示す模式図
【図2】本発明のBOD測定装置に用いる前処理装置の
構成を示す模式図
【図3】本発明のBOD測定装置に於ける測定結果を示
す線図
【図4】公定法測定値と本発明の装置による測定値との
相関関係を示す線図
【図5】従来のBOD測定装置の構成を示す模式図
【図6】微生物センサの構成を示す模式断面図
【符号の説明】
1 採水装置 懸濁物質処理装置2a 前処理装置 4 恒温槽 微生物センサ 13 緩衝溶液槽 14 ポンプ15 緩衝溶液循環装置16 演算・制御回路 17 固定化微生物膜 18 フローセル 19 溶存酸素検出器 31 反応管 32 酸素濃縮器 33 オゾナイザ 35 リザーバ 36 エアポンプ
フロントページの続き (72)発明者 泉田 明男 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−123850(JP,A) 特開 平2−31153(JP,A) 特開 昭63−82353(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 33/18 105 G01N 27/416

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料水中の有機物を生物化学的に分解する
    微生物を保持した固定化微生物膜と試料水中の溶存酸素
    量を測定する溶存酸素検出器とを組み合わせた微生物セ
    ンサにより試料水中のBODを測定する装置において、
    試料水を採取し貯留する採水装置と、この試料水を導入
    しオゾンを用いて試料水を酸化処理する前処理装置と、
    微生物センサの固定化微生物膜の溶存酸素検出器側の面
    に常に緩衝溶液を循環させる緩衝溶液循環装置と、微生
    物センサの出力信号の演算処理と本測定装置の運転を制
    御する演算・制御回路とを備えることを特徴とするBO
    D測定装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のBOD測定装置において、
    前処理装置は濃縮酸素を収納する酸素濃縮器,この濃縮
    酸素をオゾン化するオゾナイザ,一定量の試料水を導入
    しオゾンと反応させる反応管,オゾン酸化された試料水
    を一時貯留するリザーバ,余剰のオゾンをパージする空
    気を供給するエアポンプを備えることを特徴とするBO
    D測定装置。
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JP4537788B2 (ja) * 2004-07-15 2010-09-08 株式会社東芝 有害物質検出方法および装置
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