JP5003553B2 - スライムのモニタリング方法、コントロール方法及びコントロール装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ、冷却水系などの水系のスライムをモニタリングするためのスライムモニターを用いた水系におけるスライムのモニタリング方法及びコントロール方法並びにコントロール装置に関する。

水系のスライムをモニタリングする従来技術としては、下記特許文献１〜４がある。

特許文献１（特表２００３−５１９３９０）では、蛍光色素（レザズリンなど）の添加によって産業用水システムの浮遊菌、付着微生物個体群をモニタリングする。

この方法では、水系に対し検出対象となる蛍光物質を添加する必要がある。また、検出には蛍光光度計が必要であり、これは高価である。さらに、菌の代謝により生じた新たな蛍光物質を測定し、その比率を計算する工程を要する。さらに、産業用水中に含まれる蛍光測定のノイズとなる物質起源の信号を取り除く工程が必要である。

特許文献２（特開平０５−２１５７４５）では、水系の溶存酸素レベルをプローブで測定し、この溶存酸素レベルの低下から工業用水中のファウリングをモニターする。

この方法では、測定部分に連続的に酸素を供給する必要があるため、嫌気的環境のスライムの測定はできない。また、酸素を連続的に供給する工程は、スライムが存在する環境を人工的に変化させており、対象とする環境を反映していない可能性がある。

特許文献３（特表２００５−５２３４５０）は、付着物量の経時測定方法として微量天秤を用いる方法であり、特許文献４（特開平８−１１７５１０）はホットフィルムを用いる方法である。これらの方法では付着物が生物によるものかどうか区別ができない。
特表２００３−５１９３９０ 特開平０５−２１５７４５ 特表２００５−５２３４５０ 特開平８−１１７５１０

上記の通り、従来のスライムモニタリング装置及び方法は、装置構成が複雑であったり、測定精度が低かったりするという短所があった。

本発明は、このような問題点を克服し、比較的簡易な構成で精度よくスライムをモニタリングすることができるスライムモニターを用いたスライムのモニタリング方法及びコントロール方法並びにコントロール装置を提供することを目的とする。

本発明のスライムのモニタリング方法は、プロトン透過性を有した非導電性の隔膜と、該隔膜の一方の面に設けられた、被検液が接触する第１の導電体と、該隔膜の他方の面に設けられた、酸素含有ガスが接触する第２の導電体とを備えてなるスライムモニターを用いて前記第１の導電体と第２の導電体との間の電位差または電流を測定し、その測定値に基づいて水系におけるスライムの生育の有無又はスライム付着量をモニタリングするものである。

本発明のスライムコントロール方法は、プロトン透過性を有した非導電性の隔膜と、該隔膜の一方の面に設けられた、被検液が接触する第１の導電体と、該隔膜の他方の面に設けられた、酸素含有ガスが接触する第２の導電体とを備えてなるスライムモニターを用いて前記第１の導電体と第２の導電体との間の電位差または電流を測定し、その測定値に基づいて水系に対するスライムコントロール剤の添加量を制御するものである。
本発明のスライムコントロール装置は、プロトン透過性を有した非導電性の隔膜と、該隔膜の一方の面に設けられた、被検液が接触する第１の導電体と、該隔膜の他方の面に設けられた、酸素含有ガスが接触する第２の導電体とを備えてなるスライムモニター、該スライムモニターの前記第１の導電体と第２の導電体との間の電位差または電流を測定する電流測定手段、及び該電流測定手段の測定値に基づいて水系に対するスライムコントロール剤の添加量を制御するスライムコントロール剤添加量制御手段、を備えてなるものである。

本発明のスライムモニターは、微生物発電装置と同様の構成を有したものであり、被検液と接触した第１の導電体にスライムが付着すると、該第１の導電体が微生物発電装置の負極として機能する。また、酸素含有ガスと接触する第２の導電体が正極として機能する。

この第１の導電体では、付着した有機物を微生物が以下の式にしたがって分解し、電子（ｅ⁻）とプロトン（Ｈ^＋）が生成する。
（有機物）＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻

第１の導電体と、酸素含有ガスが接触する第２の導電体とを電気配線で接続すると、上記反応で生成した電子はこの電気配線を通って正極へ到達し、非導電性隔膜を通過して第２の導電体に到達したプロトンとともに、下記の反応式にしたがって水が生成する。このときの発生電圧は理論的には１．１Ｖとなる。
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ

上記電気配線中に抵抗を挿入すると、抵抗値に応じた電流が流れると共に、抵抗と電流との積に相当する電位差（電圧降下）が抵抗の両端間に生じる。

なお、プロトン透過性隔膜の一側に微粒子担持（負極）を配置し、有機物を微生物によって嫌気的に分解させると共に、他側に正極を配置して電子受容反応を行わせると、正極と負極との間に電位差が生じることは周知である（例えば特開２０００−１３３３２６）。

第１の導電体における微生物による有機物の分解量に比例してこの電流及び電位差が大きくなる。この単位時間当りの有機物の分解量は、第１の導電体へのスライムの付着量に比例するため、本発明のスライムモニターによって、経時的な電流又は電位差を測定することにより水系におけるスライムの発生傾向を精度よくモニタリングすることができる。

そして、この水系のスライムのモニタリング結果に基づいて、水系に対するスライムコントロール剤の薬注を過不足なく的確に制御することができる。

本発明は、前記特許文献１によるスライムモニタリング方法に対して次の優位性を有する。
(1) 特殊な蛍光物質の添加を必要としないため、その環境において対象微生物が利用する栄養源を基質としたときの代謝活性を測定することができる。
(2) 前記特許文献１の蛍光物質の生成は不可逆反応であり、スライムのデハイドロキナーゼ活性の変化を分単位でとらえることは困難であるのに対し、本発明では付着面でスライムの活性を測定しているため、活性の変化をとらえることができ、レスポンスが良好である。
(3) 前記特許文献１では、スライムにより生成した蛍光物質は保有水により希釈されるため、感度が悪いが、本発明では導電体上で発生した電子を直接測定するので、感度が良好である。
(4) 測定のための試薬添加が不要である。
(5) 光学系の検出器を必要としない。
(6) 用水中に存在する光学系に影響を与える物質の影響を受けない。
(7) 複雑な計算を要しないため、システムが簡易である。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。

第１図は実施の形態に係るスライムモニターの断面斜視図、第２図はこのスライムモニターの断面図である。

このスライムモニター１は、それぞれフランジ２ａ，３ａを有した短い円筒形のホルダ２，３を用いてプロトン透過性を有した非導電性の隔膜４を保持し、この隔膜４の一方の面に密着するように第１の導電体１１を配置し、隔膜４の他方の面に密着するように第２の導電体１２を配置したものである。なお、ホルダ２，３は、アクリル等の非導電性合成樹脂よりなるものであり、フランジ２ａ，３ａを対峙させて同軸状に配置され、フランジ２ａ，３ａ間で隔膜４を挟持している。

ホルダ２，３の直径は、例えば５〜１００ｍｍ程度とされるが、これに限定されない。

導電体１１，１２間は、リード線１３，１５と抵抗１４とによって電気的に接続されている。リード線１３，１５は、導電体１１，１２中に差し込まれることにより導電体１１，１２と導通している。

リード線１３，１５及び抵抗１４に流れる電流を測定するように電流計１６が設けられていると共に、抵抗１４の両端間の電位差を測定するように電圧計１７が設けられている。なお、電流計１６と電圧計１７の一方のみが設けられてもよい。

このスライムモニター１の第１の導電体１１を水系の水に接触させ、第２の導電体１２を空気（又は酸素濃度が一定の酸素含有ガス）と接触させることにより、導電体１１にスライム（微生物を含んだ粘着性物質）が生成、付着し、導電体１１，１２間に電位差が発生するようになる。

この電位差は、導電体１１に付着した微生物の量及び水系の有機物濃度に依存する。

水系が有機物を多く含むなどスライムを生成させ易い状況にあるほど、微生物の代謝活動が活発となり、導電体１１，１２間の電位差が大きくなる。従って、この電位差から水系のスライム増加傾向を検知する（モニタリングする）ことができる。

なお、上記電位差が大きいほど、導電体１１，１２間に流れる電流も多くなることから、この電流を検出することによっても水系のスライム増加傾向を検知することができる。

この検知データ（電圧又は電流）に基づいて、水系に対するスライムコントロール剤の添加量を制御することにより、過不足なく、的確にスライムコントロール剤の薬注制御を行うことができる。なお、薬注量を制御するには、例えば薬注ポンプの吐出量を制御すればよいが、これに限定されない。

スライムコントロール剤を添加することにより、導電体１１，１２間の電位差が低下するほど、スライムコントロール剤の添加効果が大きいことになる。

この水系としては、ボイラ水系、循環冷却水系、紙パルプ水系、純水製造などの用水系、ガス処理のスクラバー用水系などが例示される。スライムコントロール剤は微生物の活動を抑制する作用を有するものであり、例えば、ＭＢＴ（メチレンビスチオシアネート）、ＤＢＮＰＡ（２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド）、ＤＢＮＥ（２，２−ジブロモ−２−ニトロエタノール）、ＢＢＡＢ（ビス−１，４−ブロモアセトキシ−２−ブテン）、ＭＩＴ（５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン）、ジチオール（４，５−ジクロロ−１，２−ジチオラン−３−オン）、ＣＦＩＰＮ（５−クロロ−２，４，６−トリフルオロイソフタロニトリル）、ＨＢＤＳ（ヘキサブロモジメチルスルホン）、ＴＣＳ（３，３，４，４−テトラクロロテトラヒドロチオフェン−１，１−ジオキシド）、ＢＮＰ（２−ブロモ−２−ニトロプロパン−１，３−ジオール）、ＢＩＴ（ベンゾイソチアゾリン−３−オン）、ＧＡ（グルタールアルデヒド）などを用いることができるが、これに限定されるものではない。

なお、第１の導電体１１に対し予め微生物を植種しておいてもよい。この植種用微生物としては、例えば下水等の有機物含有水を処理する生物処理槽から得られる活性汚泥、下水の最初沈殿池からの流出水に含まれる微生物、嫌気性消化汚泥等などから採取した汚泥又はその培養物を用いることができる。

次に、上記隔膜４及び導電体１１，１２の好適な材料について説明する。

隔膜４としては、プロトン透過性を有した非導電性の合成樹脂膜が好適であり、例えばカチオン交換膜、アニオン交換膜、バイポーラ膜、精密濾過膜、逆浸透膜などが好適であるが、スライムモニターの感度を高めるために、プロトンの移動の容易さからカチオン交換膜が特に好適である。プロトンを透過させ易くするために、隔膜は厚さが１０μｍ〜１ｍｍ程度の薄いものが好ましい。

第１の導電体は、多くの微生物を保持できるよう、表面積が大きく空隙が多く形成され通水性を有する、且つ生物に対する毒性のない素材よりなる多孔体が好ましい。具体的には、導電体のシートや導電体をフェルト状、クロス状、ペーパー状、ハニカム状、格子状その他の多孔性シートにした多孔性導電体（例えばグラファイトフェルト、発泡チタン、発泡ステンレス等）が挙げられる。

第１の導電体は、厚さが０．０３〜４０ｍｍ、特に０．１〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。

第２の導電体としては、第１の導電体と同様のものを用いることができるが、高感度とするためには、導電性材料で構成された多孔質基材に触媒を坦持させたものが好ましく、例えばグラファイトフェルトやカーボンペーパーを基材として白金等を坦持させたものが好適である。高感度を必要としない場合には、安価なグラファイトをそのまま（つまり、白金を担持させずに）使用してもよい。また、白金以外の安価な触媒、例えば、コバルト、ニッケル、マンガン等を使用しても良い。第２の導電体は、空気との接触効率を高めるためにフッ素樹脂を焼き付けること等によって疎水化してもよい。

実施例１
直径（内径）６０ｍｍで長さ２０ｍｍのアクリル製のホルダ２と、直径（内径）６０ｍｍで長さ１０ｍｍのアクリル製のホルダ３と、厚さ２１０μｍのカチオン交換膜４と、厚さ３ｍｍ、直径６０ｍｍで目付量（単位面積当たりの質量）が５１０ｇ／ｍ^２のグラファイトフェルトよりなる第１の導電体１１と、厚さ３ｍｍ、直径６０ｍｍで目付量５１０ｇ／ｍ^２のグラファイトフェルトをポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で疎水化し、白金担持活性炭（アルドリッチ製、Ｐｔ１０％）を０．５ｍｇ−Ｐｔ／ｃｍ^２担持させた第２の導電体１２とを用いて第１図に示すスライムモニターを製作した。

なお、ＰＴＦＥによる疎水化処理は、グラファイトフェルトにＰＴＦＥ微粒子のキシレン分散液を塗布した後、４００℃で熱処理して焼き付けることによって行った。

導電体１１，１２にリード線１３，１５としてそれぞれ線径０．１２ｍｍのステンレス製ワイヤを深さ２ｍｍだけ差し込み、導電性ペーストで固定したうえで抵抗１４を介して接続し、電圧計１７を抵抗１４と並列に接続した。電流計は設けなかった。

このスライムモニター１の第１の導電体１１を後述の培地に浸漬すると共に、第２の導電体１２を大気に晒し、電位の発生状況を観察した。また、別途、同成分の培地にスライムコントロール剤を添加して電位の発生状況を観察する試験を行った。
この試験の詳細及び結果は次の通りである。

［試験１］
ポリペプトンと酵母エキスそれぞれ０．１ｇ、ＮａＣｌ ０．０５ｇを含む中性の培地に、pseudomonas putidaを６６０ｎｍ吸光度０．０５になるよう懸濁し、上記装置の第１の導電体１１を浸漬し、室温で静置したところ安定した電位が生じた（第３図の１（丸付き符号。以下、同様。）。

［試験２］
別途、同成分の培地にスライムコントロール剤（有効成分濃度 有機臭素系スライムコントロール剤２１４ｍｇ／Ｌ、有機窒素硫黄系スライムコントロール剤１５ｍｇ／Ｌ）を添加した。試験１の装置を一旦培地から取り出し、グラファイトフェルトよりなる第１の導電体１１に浸み込んだ培地を軽く絞り、該第１の導電体をこのスライムコントロール剤入りの培地に浸漬した（第３図の２）。すると、数秒後電位は低下し、低下した電位が維持された（第３図の３）。

［試験３］
スライムコントロール剤を含まない新しい培地を用意し、試験２の装置を一旦培地から取り出して、グラファイトフェルトよりなる第１の導電体１１に浸み込んだ培地を軽く絞ったのち、該第１の導電体をこの新しい培地に浸漬した（第３図の４）。すると、１時間２０分後から電位が上昇を開始し、３時間後にプラトーになった（第３図の５）。

［試験４］
再度、試験２と同様のスライムコントロール剤濃度を含む新しい培地を用意した。試験３の装置を一旦培地から取り出し、グラファイトフェルトよりなる第１の導電体１１に浸み込んだ培地を軽く絞り、該第１の導電体をこの新しい培地に浸漬すると電位が低下した（第３図の６）。

この試験から次の事項が明らかとなった。
（１） 微生物の有機物分解によって導電体１１，１２に電位差が生じ、その速度に比例して電位差が大きくなる。
（２） 同一培養条件で経時的に測定した場合は、スライムの生育をモニターの電圧又は電流から推定することができる。
（３） 同一培養条件で、一定体積の測定値を比較した場合はスライムの量をモニターの電圧又は電流から推定することができる。
（４） 培養条件を変化させて、経時的に測定した場合は、モニターの電圧又は電流から培養条件の適・不適を判断することができる。
（５） 同一培養条件で、スライムコントロール剤を添加した場合には、その濃度が有効かどうかを判断することができる。
（６） モニターの電圧又は電流の大小に基づいて、スライムコントロール剤の供給を的確に制御することができる。

実施の形態に係るスライムモニターの断面斜視図である。 実施の形態に係るスライムモニターの断面図である。 試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１ スライムモニター
２，３ ホルダ
２ａ，３ａ フランジ
４ 隔膜
１１ 第１の導電体
１２ 第２の導電体

Claims (6)

1. プロトン透過性を有した非導電性の隔膜と、
   該隔膜の一方の面に設けられた、被検液が接触する第１の導電体と、
   該隔膜の他方の面に設けられた、酸素含有ガスが接触する第２の導電体と
   を備えてなるスライムモニターを用いて前記第１の導電体と第２の導電体との間の電位差または電流を測定し、その測定値に基づいて水系におけるスライムの生育の有無又はスライム付着量をモニタリングするスライムのモニタリング方法。
2. 請求項１において、前記スライムモニターの前記第２の導電体は、還元触媒を担持していることを特徴とするスライムモニタリング方法。
3. 請求項１又は２において、前記スライムモニターの前記第１の導電体と前記第２の導電体との間が、抵抗を含む電気配線によって接続されていることを特徴とするスライムモニタリング方法。
4. 請求項３において、前記スライムモニターは、該抵抗の両端間の電位差または配線を流れる電流を測定する手段を備えたことを特徴とするスライムモニタリング方法。
5. プロトン透過性を有した非導電性の隔膜と、
   該隔膜の一方の面に設けられた、被検液が接触する第１の導電体と、
   該隔膜の他方の面に設けられた、酸素含有ガスが接触する第２の導電体と
   を備えてなるスライムモニターを用いて前記第１の導電体と第２の導電体との間の電位差または電流を測定し、その測定値に基づいて水系に対するスライムコントロール剤の添加量を制御するスライムコントロール方法。
6. プロトン透過性を有した非導電性の隔膜と、
   該隔膜の一方の面に設けられた、被検液が接触する第１の導電体と、
   該隔膜の他方の面に設けられた、酸素含有ガスが接触する第２の導電体と
   を備えてなるスライムモニター、
   該スライムモニターの前記第１の導電体と第２の導電体との間の電位差または電流を測定する電流測定手段、及び
   該電流測定手段の測定値に基づいて水系に対するスライムコントロール剤の添加量を制御するスライムコントロール剤添加量制御手段、
   を備えてなるスライムコントロール装置。

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