JP5129463B2 - 水質異常検出法 - Google Patents
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なお、バイオアッセイとは酵素や抗体等の生体機能性材料や微生物、細胞等生体そのものを利用し、水中に含まれる種々の化学物質の生体への毒性を判定する手法である。
また、浄水処理施設においては、汚染物質の除去作業、処理水の経時的水質調査による給水再開のための安全確認を行う必要があり、多大な労力と時間を必要とする。
上水道施設では上記事故に対応するため、魚類挙動監視装置や微生物呼吸活性監視センサのようなバイオアッセイ応用水質計測器による自動連続水質監視が始まっており、取水施設に上記水質計測器を設置し、水質異常時には取水停止の自動制御を行い、水処理施設の被害を最小限にする手法が有用と考えられている。
センサとは、硝化細菌バイオセンサといった微生物バイオセンサの他、魚類や藻類といった生物、あるいは、酵素や抗体といった生体機能性材料を用いたバイオアッセイ応用水質計測器を含む概念である。
まず、校正液(電磁弁12dを介して供給される緩衝溶液)と純水を流したときのセンサ出力値A(単位mV)を酸素消費率0%とし、校正を行う。
これは、固定化微生物膜1内の微生物は基質を与えないと活動できず、溶存酸素が消費されないという点を利用している。この操作では、電磁弁12a、12c、12eを閉じて、酸洗浄水、試料水、フィード溶液の送液を止めてから、電磁弁12b、12dを開けて、有害物質及び基質を含まない緩衝溶液(校正液)と純水とを、それぞれ定流量ポンプ11により送液し、硝化細菌バイオセンサ6の安定化した上記センサ出力値Aを得る。このセンサ出力値Aは制御部9に記憶されてゼロ点校正値となる。このセンサ出力値Aは水中の溶存酸素濃度に対応した値であり、上記したように酸素消費量(%)はこのとき0%である。
酸素消費率(%)=(1−B/A)×100 (1)
例えば、Aが4mV、Bが0.4mVである場合、酸素消費率は(1−0.4/4)×100=90%となる。
呼吸阻害率(%)=(1−Y/X)×100 (3)
例えば、Xが90%、Yが81%である場合、呼吸阻害率は(1−81/90)×100=10%となる。図3に以上のように説明したセンサ出力の推移の例を示す。
「校正モード」104において、センサ保護閾値およびセンサ2次保護閾値に相当するセンサ出力値を設定する(図中106)。その後、「測定モード」108へ移行する。「測定モード」108では、酸素消費率の推移を常時監視する。
なお、「水質異常モード」122へ移行しないまま、上記有効時間を経過した場合は、有害物質以外の外乱と判定し、「測定モード」108に復帰する。
また、有害物質の毒性が高く、呼吸阻害率10%以上を10分以上検知する前に酸素消費率50%以下となった場合(ステップ126)は、その時点で「水質異常モード」122へ移行する。
毒性が比較的低い場合に相当する。純水を継続して通水し、呼吸阻害率が10%未満になった時点で(ステップ140で判断)、「異常終了判定モード」142へ移行し、試料水の通水を再開する(ステップ144)。なお、モード移行後の呼吸阻害率は、「異常判定モード」112で設定した酸素消費率の基準値をリセットし、「異常終了判定モード」142移行直前の酸素消費率を基準値として再設定して計算する。モード142移行後15分間、酸素消費率を監視し(ステップ146、148)、呼吸阻害率10%未満であった場合、警報を解除し(ステップ150)、「測定モード」108へ復帰する。モード移行後15分間維持できなかった場合は、警報を維持し(ステップ152)、異常判定モード112に戻る。再度、呼吸阻害率10%以上を検知した場合は「水質異常モード」122への移行判定を行う。
なお、所定時間(例えば60分)を経過しても呼吸阻害率が10%以上の場合(ステップ140、154)は、「活性低下」の表示を行い(ステップ156)、強制的に「異常終了判定モード」142へ移行する。
毒性が比較的高い場合に相当する。純水を継続して通水し、酸素消費率が50%以上になった時点(ステップ160で判断)で「異常終了判定モード」142へ移行し、試料水の通水を再開する(ステップ144)。モード142移行後15分間、酸素消費率を監視し(ステップ146、148)、呼吸阻害率10%未満であった場合、警報を解除し(ステップ150)、「測定モード」108へ復帰する。モード移行後15分間維持できなかった場合は、警報を維持し(ステップ152)、異常判定モード112に戻る。再度、呼吸阻害率10%以上を検知した場合は「水質異常モード」122への移行判定を行う。
なお、所定時間(例えば60分)を経過しても酸素消費率が50%未満の場合(ステップ160、162)は、「活性低下大」の表示を行い(ステップ164)、強制的に「異常終了判定モード」142へ移行する。
毒性が極めて高い場合に相当する。純水を継続して通水し、酸素消費率が30%以上になった時点(ステップ168で判断)で「異常終了判定モード」142へ移行し、試料水の通水を再開する(ステップ144)。モード142移行後15分間、酸素消費率を監視し(ステップ146、148)、呼吸阻害率10%未満であった場合、警報を解除し(ステップ150)、「測定モード」108へ復帰する。モード移行後15分間維持できなかった場合は、警報を維持し(ステップ152)、異常判定モード112に戻る。再度、呼吸阻害率10%以上を検知した場合は「水質異常モード」122への移行判定を行う。
なお、所定時間(例えば60分)を経過しても酸素消費率が30%未満の場合(ステップ168、170)は、「活性異常」の表示を行い(ステップ172)、警報を出力して測定を中断し(ステップ174)、保守(微生物膜交換)ガイダンスを行う(ステップ176)。
図6に従来の下水処理施設に、このような硝化細菌バイオセンサを設置した、有害物質流入回避制御システムを示す。
下水処理ミニプラント[最初沈殿池50L(HRT約4時間)、反応槽100L(HRT約8時間)、最終沈殿池50L(HRT約4時間)、貯留槽50L(4時間分の流入下水貯留可能)]2系列(HRT:水理学的滞留時間)のうち1系列(実施例)に硝化細菌バイオセンサ31、前処理装置32及び有害物質流入回避システム制御装置33を設置した。他方の系列は非制御の参照例とした。なお、実施例において、下水を貯留槽へ回避することに伴い、反応槽への流入が停止することによる処理阻害を防止するため、回避時間の上限を3時間とした。また、有害物質として毒性の高いシアンを選定し、流入下水中の濃度が2.2mg/Lとなるように流入水への混入量を調整し、2時間連続でシアンを通水させた。この時の反応槽内のシアン濃度は約0.3mg/Lであり、反応槽の硝化速度が約50%低下する濃度であった。
(1)「水質異常モード」(シアン通水開始16分後)
試料水がセンサに到達すると同時に、酸素消費率が急激に低下し、50%以下となったため、「水質異常モード」へ移行し、水質異常警報を出力し、試料水に替えて純水通水を開始した。水質異常警報は有害物質流入回避システム制御装置33に伝送され、左記装置は最初沈殿池23から貯留槽27への流路切替制御を行い、流入下水の貯留を開始した。
「水質異常モード」移行15分後の酸素消費率は80%であったことから、「活性チェックモード」へ移行した。
(3)「異常終了判定モード」(シアン通水開始34分後)
「活性チェックモード」移行3分後に呼吸阻害率10%未満となったことから、「異常終了判定モード」へ移行し、純水に替えて試料水通水を再開した。
「異常終了判定モード」移行12分後に、再び酸素消費率が急激に低下し、50%以下となったため、異常警報を維持したまま「水質異常モード」へ移行し、試料水に替えて純水通水を開始した。
(5)「センサ保護モードA」(シアン通水開始61分後)
「水質異常モード」移行15分後の酸素消費率は36%であったことから、「センサ保護モードA」へ移行した。
「センサ保護モードA」移行4分後に酸素消費率が50%以上となったことから、「異常終了判定モード」へ移行し、純水に替えて試料水通水を再開した。
(7)「水質異常モード」(シアン通水開始77分後)
「異常終了判定モード」移行12分後に、再び酸素消費率が急激に低下し、50%以下となったため、異常警報を維持したまま「水質異常モード」へ移行し、試料水に替えて純水通水を開始した。
「水質異常モード」移行15分後の酸素消費率は42%であったことから、「センサ保護モードA」へ移行した。
(9)「異常終了判定モード」(シアン通水開始96分後)
「センサ保護モードA」移行4分後に酸素消費率が50%以上となったことから、「異常終了判定モード」へ移行し、純水に替えて試料水通水を再開した。
「異常終了判定モード」移行12分後に、再び酸素消費率が急激に低下し、50%以下となったため、異常警報を維持したまま「水質異常モード」へ移行し、試料水に替えて純水通水を開始した。
(11)「センサ保護モードA」(シアン通水終了3分後)
「水質異常モード」移行15分後の酸素消費率は37%であったことから、「センサ保護モードA」へ移行した。
「センサ保護モードA」移行6分後に酸素消費率が50%以上となったことから、「異常終了判定モード」へ移行し、純水に替えて試料水通水を再開した。
(13)「測定モード」(シアン通水終了24分後)
「異常終了判定モード」移行15分間、呼吸阻害率10%未満であったため、警報を解除し、「測定モード」へ復帰した。水質異常警報解除に伴い、有害物質流入回避システム制御装置33は貯留槽27から最初沈殿池23への流路切替制御を行い、流入下水の貯留を終了した。
2 溶存酸素電極
3 リード線
4 フローセル
5 試料流路
6 バイオセンサ
7 恒温槽
8 熱交換器
9 制御部
10 エアポンプ
11 定流量ポンプ
12 電磁弁
22 沈砂池
23 最初沈殿池
24 反応槽
25 最終沈殿池
26 塩素混和池
27 貯留槽
31 硝化細菌バイオセンサ
32 前処理装置
33 有害物質流入回避制御装置
Claims (2)
- 有害物質の混入を自動連続監視するバイオアッセイ応用水質計測器で、有害物質混入時にセンサを保護するために、複数のセンサ保護閾値を含む判断パラメータを設定し、有害物質の毒性強度を該センサ保護閾値により判定して、有害物質流入時の試料水の、間欠通水制御をその毒性強度に応じて行い、有害物質との接触時間を短縮することにより、センサに用いる生物材料の過度な活性低下を防止することを特徴とする記載のバイオアッセイ応用水質計測器の水質異常検出法。
- 校正モードで上記有害物質に関する上記複数のセンサ保護閾値を含む上記判断パラメータを設定し、
センサ異常閾値を超えた時点で異常判定モードに移行する判断を行う測定モードを実行し、
上記異常判定モードで設定時間以上異常状態を検知したときに水質異常モードに移行すると共に試料水の通水を止め、
水質異常モードで上記センサ保護閾値を用いた比較操作を実行することにより、有害物質の毒性強度を2以上に区分し、
該区分に応じてセンサの状態を表示し、
かつ設定された時間経過後に検出されるセンサの状態に応じて上記センサへの試料水の通水を復帰するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のバイオアッセイ応用水質計測器の水質異常検出法。
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