JP4025862B2

JP4025862B2 - 好気的生分解度測定装置

Info

Publication number: JP4025862B2
Application number: JP14262296A
Authority: JP
Inventors: 豊常盤; 正巳松居
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: JPH09325144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物による有機物の分解の程度を測定し、これによって、環境の汚染の程度や廃棄物処理の処理状況、また、微生物の生分解の活性度を測定する好気的生分解度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、環境の汚染の程度や廃棄物処理の処理状況、また、微生物の生分解の活性度等の好気的生分解度の測定は、微生物が培養液中で活動することにより消費した酸素量を生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ値）として求め、このＢＯＤ値を指標として行っている。
【０００３】
ＢＯＤ計は、培養槽中において好気的微生物の呼吸によって消費した酸素の減少を検出し、消費された酸素を水の電気分解等の方法によって補給して培養液の酸素分圧を一定に保ち、培養中に補給された酸素量をポテンショメータ等を含むクーロメトリーなどの方法によって求める装置であり、図６は従来から知られているＢＯＤ計の概略構成図を示している。
【０００４】
図６において、ＢＯＤ計は恒温槽１０７内に培養槽１０１とマノメータ１０７を備え、微生物によって消費した酸素量を測定部１１０によって測定する。培養槽１０１内の試料１００中に存在する微生物は、培養槽１０１の気相中または試料中の酸素を使って呼吸を行い試料１００中の有機物質を水と二酸化炭素に分解する。放出された二酸化炭素を二酸化炭素吸収剤１０３が吸収すると、培養槽１０１中の圧力は低下する。マノメータ１０７は培養槽１０１内の圧力低下を検出して、リレー回路１１１を介してスイッチ１１２を閉じて定電流源１１３によって電解セル１０６を駆動し、酸素を発生して補給を行う。発生した酸素によって培養槽１０１内の圧力が高まると、電解セル１０６による酸素発生は停止する。培養中に補給した酸素量は、定電流源１１３からの電流量により求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の微生物が培養液中で活動することにより消費した酸素量から求めた生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ値）は、かならずしも微生物による有機物の分解の程度を表す好気的生分解度の良好な指標とならず、ＢＯＤ計は必ずしも正確な好気的生分解度測定装置ではないという問題点がある。
【０００６】
従来のＢＯＤ計では、培養液中の微生物の活動によって発生するガスは全て二酸化炭素であるとして吸収し、吸収したガスに対応した酸素を補給し、この酸素量によって測定を行っている。しかしながら、培養液中において微生物は有機物を分解して二酸化炭素を発生する以外に、二酸化硫黄，硫化水素，蟻酸や酢酸等の揮発性酸類などの有機物の分解に係わらないガス成分を発生しているため、ＢＯＤ値は、かならずしも微生物による有機物の分解の程度を表していない。
【０００７】
また、従来のＢＯＤ計は二酸化炭素吸収剤として顆粒状のカセイソーダからなるソーダライムを使用しているが、該ソーダライムは培養槽中の水分を吸収して、二酸化炭素の吸収能力が低下するという問題点もある。
【０００８】
そこで、本発明は従来の問題点を解決し、培養液中の微生物による有機物の分解の程度を表す好気的生分解度を正確に求めることができる好気的生分解度測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の好気的生分解度測定装置は、微生物による有機物の分解により発生する二酸化炭素を捕集液内に捕集する二酸化炭素捕集部と、捕集した二酸化炭素を分離する分離部と、分離した二酸化炭素を検出する二酸化炭素検出部と、捕集液を二酸化炭素捕集部へ供給する供給部と、二酸化炭素捕集部から分離部へ二酸化炭素を含む捕集液を送液する送液部とを備え、検出した二酸化炭素量に基づいて生分解度を測定することによって、微生物による有機物の分解の程度を表す好気的生分解度を正確に求める。
【００１０】
本発明の好気的生分解度測定装置は、微生物が有機物を分解して発生する二酸化炭素を捕集し、該二酸化炭素量を求めることによって生分解度を測定するものであり、これによって、有機物以外の分解により発生するガス成分の影響を除去して正確な微生物による有機物の分解の程度を求めることができる。また、従来のＢＯＤ計が使用する二酸化炭素吸収剤は二酸化炭素の除去を目的とするのに対して、本発明の好気的生分解度測定装置における捕集液は、発生した二酸化炭素量の測定を目的とし、分離部において捕集液から二酸化炭素を分離することによって二酸化炭素の濃縮を行って、微小量の測定を可能としている。また、本発明の好気的生分解度測定装置は、送液部によって捕集液を送液することにより、二酸化炭素の測定を自動で行うことができる。
【００１１】
本発明の好気的生分解度測定装置において、培養液中の微生物は有機物を分解して二酸化炭素を発生する。密閉された二酸化炭素捕集部内のアルカリ捕集液は、発生した二酸化炭素を良好に吸収する。送液部は、二酸化炭素捕集部内の二酸化炭素を吸収した捕集液を取り出して分離部に送液する。分離部は、送液された二酸化炭素を吸収した捕集液から二酸化炭素を分離し、二酸化炭素検出部は、分離した二酸化炭素を検出して二酸化炭素量を測定する。これによって、微生物が有機物を分解して発生した二酸化炭素を、直接測定することができる。
【００１２】
本発明の第１の実施態様において、二酸化炭素捕集部内の捕集液は、送液部によって外部の捕集液タンクから補給するものであり、ペレスターポンプによって、同量の捕集液を二酸化炭素捕集部内へ補給し分離部へ送液することができる。本発明の第２の実施態様において、分離部は中空糸膜を備え、これによって、捕集液中から二酸化炭素の気体を分離する。
【００１３】
本発明の第３の実施態様は、複数個の二酸化炭素捕集部を備え、分離部および二酸化炭素検出部に対して捕集液を切り換えて送液するものであり、これによって、複数個の試料の測定を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の第４の実施態様において、微生物が有機物を分解して発生する二酸化炭素の発生量を測定する構成とともに、微生物が培養液中で活動することにより消費した酸素量により求める生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ値）を測定する構成を備え、これによって、本発明により求める好気的生分解度と従来から知られる生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ値）との比較を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の装置の一構成例を説明するための図である。図１において、好気的生分解度測定装置は、微生物によって有機物を分解して発生した二酸化炭素を捕集液２３内に捕集する二酸化炭素捕集部１と、捕集液２３から二酸化炭素を分離する分離部５と、分離した二酸化炭素を検出するガスクロマトグラフ６等の二酸化炭素検出部と、少なくとも二酸化炭素捕集部１から分離部５へ捕集液を送液するペレスターポンプ４等の送液部とを備えている。
【００１６】
二酸化炭素捕集部１は、培養槽２１内に微生物と有機物を含む培養液２４を収め、攪拌子２５により攪拌が行われる。なお、攪拌子２５は、外部の図示しないスターラーによって駆動される。微生物は有機物を分解して二酸化炭素を発生し、培養槽２１内の気相部分に放出する。培養槽２１内に設けた捕集容器２２内には捕集液２３を貯められ、捕集液２３の表面は培養槽２１の気相側に露出している。捕集液２３は、例えば水酸化ナトリウム溶液や水酸化バリウム溶液等のアルカリ液であり、気相部分に放出された二酸化炭素はこの捕集液２３内に吸収され、良好に溶解する。
【００１７】
捕集液２３は、培養槽２１の外部に設けた捕集液タンク３からペレスターポンプ４を通して補給され、また、捕集容器２２からペレスターポンプ４を通して分離部５に取り出され送液される。図１中の矢印は、捕集液の移動方向を示している。分離部５は、中心部分に高分子膜等で形成される中空糸膜５２が通された分離容器５１により形成される。中空糸膜５２には捕集容器２２から送液された捕集液２３は通され、分離容器５１側には６方バルブ等からなるガスサンプラー５３を通してキャリヤーガスが供給されるとともに、ガスクロマトグラフ６と接続されている。捕集液２３中に溶解している二酸化炭素は、分離部５においてキャリヤーガス側に分離して移動する。これによって、キャリヤーガス内に二酸化炭素を選択的に取り出すことができる。なお、分離部５は、中空糸膜５２内にキャリヤーを供給し、分離容器側５１に捕集液２３を流す構成とすることもできる。捕集容器２２から分離部５への捕集液２３の送液はペレスターポンプ４により行うことができ、捕集液タンク３から捕集容器２２への送液と捕集容器２２から分離部５への送液を同一のペレスターポンプ４によって行うことにより、捕集液の供給と送出を同期して同量だけ行うことができる。
【００１８】
ガスサンプラー５３を介して分離部５にキャリヤーガスを供給し、二酸化炭素の分離したキャリヤーガスをガスクロマトグラフ６に送るには、ガスサンプラー５３中の破線で示す通路を使用して行うことができる。ガスサンプラー５３において、キャリヤーガスは図１中のｂに供給され、ｅを通って分離容器５１の導入口（図１中の下方部分）に送られる。導入されたキャリヤーガスは中空糸膜５２と接触して二酸化炭素を取込み、分離容器５１の導出口（図中の上方部分）から図１中のｆに戻される。その後、二酸化炭素を含んだキャリヤーガスはａを通ってガスクロマトグラフ６に送られ、二酸化炭素の測定が行われる。
【００１９】
なお、ガスサンプラー５３中の実線で示す通路を使用する場合には、バルブ５４を開いて、図中のｃ，ｆを介して分離部５にキャリヤーガスを通した後、図中のｅ，ｆを介して排出する。これによって、捕集液中から二酸化炭素を除去して捕集液の浄化を行うことができる。
【００２０】
図２は、図１に示す構成の好気的生分解度測定装置において、培養槽２１を大気中に開放し、捕集液２３によって大気中の約３５０ｐｐｍの二酸化炭素をガスクロマトグラフで測定した結果を、従来のＢＯＤ計を用いたガスクロマトグラフの測定結果と比較して示している。図２中において、Ｇ１は本発明の好気的生分解度測定装置による測定結果を示し、Ｇ２は従来のＢＯＤ計による測定結果を示している。また、各測定結果において、Ｐ１は空気によるピークを示し、Ｐ２は二酸化炭素によるピークを示している。図２の測定結果から、本発明の好気的生分解度測定によれば、従来の測定方法より感度の良い測定結果を得ることができる。
【００２１】
本発明の好気的生分解度測定装置は、図１に示す二酸化炭素捕集部を複数個設けた構成とすることによって、複数の試料の好気的生分解度測定に対応することができる。図３は複数個の二酸化炭素捕集部を備えた好気的生分解度測定装置の概略構成図である。図２において、第１二酸化炭素捕集部１１，第２二酸化炭素捕集部１２，〜第ｎ二酸化炭素捕集部１ｎのｎ個の二酸化炭素捕集部は、前記図１に示す二酸化炭素捕集部と同様の構成とすることができ、それぞれ第１ペレスターポンプ４１，第２ペレスターポンプ４２〜第ｎペレスターポンプ４ｎのｎ個のペレスターポンプによって捕集液タンク３から捕集液の供給を受けるとともに、二酸化炭素を吸収した捕集液を分離部５に送液し、ガスクロマトグラフ６により測定を行う。この構成では、ペレスターポンプによって捕集液を送液する二酸化炭素捕集部を選択することによって、ｎ個の二酸化炭素捕集部に対して分離部５の個数を１個とすることができる。
【００２２】
次に、本発明の好気的生分解度測定装置と、従来から知られるＢＯＤ計との組み合わせた構成について図４を用いて説明する。図中のＡは本発明の好気的生分解度測定装置による炭素ガス測定部であり、Ｂは従来から知られるＢＯＤ計の酸素要求量測定部であって、微生物が培養液中で活動することにより消費した酸素量により求める生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ値）を測定する構成である。
【００２３】
炭素ガス測定部Ａは、酸素要求量測定部Ｂ内に設けられた培養槽８１内に捕集液タンク３から捕集液を供給し、二酸化炭素を捕集した捕集液８３を取り出してガスクロマトグラフ６で二酸化炭素の測定を行う。一方、酸素要求量測定部Ｂは、捕集槽８１内で発生した二酸化炭素が捕集液８３内に吸収されるたことによる減圧をマノメータ８７で検出し、電解制御部８９によって電解槽８６を駆動して酸素を発生させ、培養槽８１内の減圧を補償する構成であり、電解制御部８９において酸素発生に要した電流を測定することによって酸素要求量を測定する。
【００２４】
図４に示す構成により、本発明の好気的生分解度測定装置によって、二酸化炭素量に基づいた生分解度の測定値と、従来の消費した酸素量により求める生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ値）との比較を行うことができる。
【００２５】
また、図５、前記図３と図４に示した構成例を組み合わせた構成を示し、複数個の培養槽８１を備えた炭素ガス測定部Ａと、該培養槽８１の気相と連結した電解槽８６およびマノメータ８７を備えた酸素要求量測定部Ｂとを備えるとともに、捕集液の送液を行うペレスターポンプ４１，４２，〜４ｎを備えた部分と、培養槽８１に捕集液を供給する捕集液タンク３，二酸化炭素を吸収した捕集液を取り出して二酸化炭素を分離する分離部５，分離した捕集液を廃液として溜める廃液タンク７，二酸化炭素の測定を行うガスクロマトグラフ６，ペレスターポンプ４や酸素要求量測定部Ｂの制御を行う制御部９，およびガスクロマトグラフ６で測定したデータ処理を行うデータ処理装置１０等を備えた部分とを含んでいる。
【００２６】
制御部９はペレスターポンプ４や酸素要求量測定部Ｂの制御を行ことにより、測定時期の制御や、測定を行う培養槽の選択を行うことができ、これによって、測定の自動化を行うことができる。
【００２７】
なお、複数個の培養槽の内の一つの培養槽内の試料を既知の溶液として、基準の培養槽として使用することもできる。本発明の実施の形態によれば、二酸化炭素量に基づいて求めた生分解度によって、河川や排水等の環境の汚染の程度や廃棄物処理の処理状況を測ることができ、また、微生物の生分解の活性度を測定することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、培養液中の微生物による有機物の分解の程度を表す好気的生分解度を正確に求めることができる好気的生分解度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の装置によるガスクロマトグラフの測定結果例である。
【図３】複数個の二酸化炭素捕集部を備えた好気的生分解度測定装置の概略構成図である。
【図４】好気的生分解度測定装置とＢＯＤ計との組み合わせた概略構成図である。
【図５】好気的生分解度測定装置とＢＯＤ計との組み合わせた概略構成図である。
【図６】従来から知られているＢＯＤ計の概略構成図である。
【符号の説明】
１，１１〜１ｎ…二酸化炭素捕集部、３…捕集液タンク、４，４１〜４ｎ…ペレスターポンプ、５…分離部、６…ガスクロマトグラフ、７…廃液タンク、９…制御部、１０…データ処理装置、２１，８１…培養槽、２２，８２…捕集容器、
２３、８３…捕集液、２４…培養液、２５，８５…攪拌子、５１…分離容器、
５２…中空糸膜、５３…ガスサンプラー、５４…バルブ、８４…マグネットスターラー、８６…電解槽、８７…マノメータ、８８…エアータンク、８９…電解制御部、Ａ…炭酸ガス測定部、Ｂ…酸素要求量測定部。

Claims

（ｉ）微生物による有機物の分解により発生する二酸化炭素を捕集液内に捕集する、密閉された二酸化炭素捕集部と、
（ ii ）捕集した二酸化炭素を分離する分離部と、
（ iii ）分離した二酸化炭素を検出する二酸化炭素検出部と、
（ iv ）捕集液を二酸化炭素捕集部へ供給する供給部と、
（ v ）二酸化炭素捕集部から分離部へ二酸化炭素を吸収した捕集液を送液する送液部と、
（ vi ）捕集液の供給と送液を同期して同量とする手段とを備え、
検出した二酸化炭素量に基づいて生分解度を測定することを特徴とする好気的生分解度測定装置。