JP5857430B2

JP5857430B2 - 水系への薬注制御方法

Info

Publication number: JP5857430B2
Application number: JP2011079518A
Authority: JP
Inventors: 若子佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012213685A

Description

本発明は、水系へのスライムコントロール剤の薬注を制御する方法に関する。

冷却水系、ガス処理用スクラバー水系、紙パルプ製造工程水系、膜分離システム水系などにおいて薬注を適切に行うには、水系のスライム発生状況を検知する必要がある。

スライム量を光学的手法によりモニタリングして薬注制御する方法として、特許文献１（特開２００４−１１３９８１）には、循環水系の流路の一部となる筒状の測定室と水の流れと直角方向に測定室をはさんで発光部および受光部を配置し、受光部からの電気信号を測定データとして演算処理してスライム防止剤添加手段を制御することが記載されている。

この特許文献１の方法では、スライムが水系において増加する傾向なのか、減少する傾向なのかは長期の経時的データで判断しなくてはならない。また、付着物が生物か非生物かを区別できないため、薬注精度が劣る。

特許文献２（特表２００３−５１９３９０）には、菌の代謝を測定する方法を利用したモニタリング法として蛍光染料の添加によって、産業用水システムにおける浮遊性及び付着性微生物個体群をモニタリングする方法が記載されている。

この方法では、反応前の蛍光物質と反応後の蛍光物質の測定、そしてその比率の演算を実施している。そのため、現場には高価な蛍光測定装置、演算装置の設置、および、それらへ系内の循環水を取り入れる流路、廃液を流す流路、蛍光物質の流入させる流路、ポンプ、供給する蛍光物質を入れるタンクなどの設備が必要である。これらは多大な初期投資、維持投資、場所の確保を必要とする。

特開２００４−１１３９８１特表２００３−５１９３９０

本発明は、簡易な設備、方法によって水系のスライム傾向を的確に判断して適切な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薬注制御方法を提供することを目的とする。

請求項１の薬注制御方法は、水系にスライムコントロール剤を添加するスライムコントロール剤の薬注制御方法において、付着物の呼吸活性を測定し、付着物の生物量あたりの呼吸活性を算出し、この付着物の生物量あたりの呼吸活性が所定範囲内となるように薬注することを特徴とするものである。

請求項２の水系への薬注制御方法は、請求項１において、呼吸活性はデヒドロゲナーゼ活性であることを特徴とするものである。

付着微生物の場合、増殖した菌体のうちの一部が残留して微生物層を形成する。そのため、付着微生物の増減は増殖の有無が支配因子と考えることができる。

デヒドロゲナーゼの反応は電子転移反応、水素化物イオンＨ−転移反応、水素転移反応に分けられる。多種類の酵素が知られており、代謝中間体の酸化・還元、呼吸・発酵、膜電位の維持、能動輸送に関するものもある。呼吸は微生物増殖に欠かせないことから、この呼吸活性が微生物増殖の判断指標として有効である。

本発明者は、種々研究を重ねた結果、水系に付着した付着物の生物量あたりの呼吸活性が増加すると、その後生物量が増加し、逆に付着物の生物量あたりの呼吸活性が低下すると、その後生物量が減少することを見出した。

本発明は、かかる知見に基づき、付着物の生物量あたりの呼吸活性が所定範囲となるように薬注することにより、水系の生物量を所定量以下とするものである。

本発明によれば、水系で実際にスライムの増減が始まる前にスライムコントロール剤の薬注量を制御することにより、例えば次の1)〜3)の効果を得ることができる。
1) スライムを抑制したい系においては、殺菌剤・抑制剤の、過剰注入、過少注入を避けることができる。
2) スライムを増やしたい系においては、基質の過剰添加、過少添加を避けることができる。
3) スライムを抑制したい系においては、スライムを薄い状態に維持することで、殺菌剤・抑制剤を効率よく作用させることができる。

本発明では、現地にモニター用の装置を持ち込むことなく、スライムコントロールの良し悪しを簡易かつ迅速に判断することができる。

実験例１の結果を示すグラフである。実験例２の結果を示すグラフである。実施例１の結果を示すグラフである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明は、生物量当りのデヒドロゲナーゼ活性などの呼吸活性を測定し、この呼吸活性が所定範囲となるようにスライムコントロール剤の薬注制御を行う。

デヒドロゲナーゼ活性は呼吸代謝にかかわる酵素である。スライムの増加には増殖が必要であるが、増殖に先だって、増殖に必要な物質の生産、エネルギーの貯えが必要と考えられ、それを供給する呼吸代謝系が活発になると考えられる。このような理由から、増殖前にデヒドロゲナーゼ活性の上昇が起こると考えられる。

また、流水中のスライムは、常に剪断力により剥ぎとられる環境にある。増殖が抑制されると剥ぎとられる分の補給がなされず、スライムは減少すると考えられる。このような理由から、生物量当たりの呼吸活性がスライム減少の前兆となっていると考えられる。

なお、上記の所定範囲の上限値は、デヒドロゲナーゼ活性がこの値よりも低いときには該水系における生物繁殖量が減少し、高いときには生物繁殖量が増加する境界値であることが好ましい。下限値は、ゼロであってもよいが、過剰薬注のおそれがあるので、ゼロでないことが好ましい。上限値、下限値は水系の水質及び薬剤の種類に依拠するので、現場及び薬剤毎に実験的に定める。

本発明方法が対象とする水系としては、冷却水系、ガス処理用のスクラバーの水系（特にスクラバーの用水を循環使用する場合に好適である。）、紙パルプ製造工程水系、膜分離装置への通水系などが例示されるが、これらに限定されない。スライムコントロール剤としては、特に限定されることなく、各種のものを用いることができる。

［生物量あたりのデヒドロゲナーゼ活性測定手順］
本発明で採用するのに好適な生物量あたりのデヒドロゲナーゼ活性測定手順について次に説明する。

（１）スライムのサンプリング
シリンジ（２０ｍＬ）で冷却水ピット壁面のスライムを吸い取り、滅菌済みのチューブ（５０ｍＬ遠沈管など）にサンプリングする。サンプル量は５０ｍＬ程度採取する。肉眼でスライムが見い出せるレベル量あれば定量できる。

（２） 2-p-iodophenyl-3-p-nitorophenyl-5-tetrazolium chlorideとの反応（INT染色）
1) あらかじめ、超純水で０．２％ 2-p-iodophenyl-3-p-nitorophenyl-5-tetrazolium chloride溶液(以下ＩＮＴ溶液)を作成し、滅菌済みの容器にポアサイズ０．２μｍで濾過する。４℃保存。
2) あらかじめ、ＰＹ培地（ポリペプトン１０ｇ、酵母エキス１０ｇ、ＮａＣｌ５ｇを１Ｌの純水中に含むｐＨ７．０±０．２の培地）を作成する。
3) ＩＮＴ溶液１／１０ｖｏｌ．（最終濃度約０．０２％,滅菌メスピペットで採取）、ＰＹ培地１／１００ｖｏｌ．（最終濃度１／１００ＰＹ、滅菌メスピペットで採取）混合液を超純水で作成し、滅菌済みの容器（１００ｍＬポリ瓶、５０ｍｌ遠沈管、滅菌済みガラスフラスコなど）にポアサイズ０．２μｍで濾過する（濾過滅菌操作）。この液をＩＮＴ染色液と呼ぶ。作成量は１サンプルあたり５ｍＬ程度＋１０ｍＬで算出する。当日作成、使用後廃棄。
4) スライム懸濁液の蛋白濃度を測定する。
5) 濾過器にポアサイズ０．４５μｍ φ２５ｍｍニトロセルロースフィルターを設置する。
6) 濾過量が蛋白量２００ｍｇ〜４００ｍｇになるように、スライム懸濁液量を算出し、１０ｍｌ滅菌ピペットでサンプルを濾過器に供する。サンプルはよく攪拌しさらにピペッティングで攪拌する。できるだけ均一になるようにスライム懸濁液を採取し、吸引濾過する。ブランクとして滅菌水を用いる。−コントロールとしては同量のスライム懸濁液を濾過し、ＩＮＴ染色部分を除いてサンプルと同様の操作を行い抽出に供する。＋コントロールとしてはP.putida A660nm ０．１の液を蛋白量として約２００ｍｇ供する。
7) 滅菌水１０ｍｌを添加し、濾過する。（洗浄）
8) ＩＮＴ染色液５ｍＬ添加。約１ｍＬ程度濾過して、フィルター上の菌に確実に接触させる。
9) ３７℃、１時間、暗所静置
10) 濾過したフィルターを濾紙などの上において乾燥させ、反応停止させる。軽い重石をおいて、フィルターが丸まらないようにする。
11) フォルマザンの抽出と吸光度測定をおこなう。
・フィルターをエッペンドルフチューブに入れる。
・１ｍＬのクロロフォルムを添加し、約１時間攪拌する。
・光路１ｃｍセルで４９０ｎｍ吸光度を測定する。

（３）蛋白質濃度の定量
蛋白質濃度の定量は、Folin-Ciocaltenのフェノール試薬による測定に基づいて行う。

（４）値算出
INT Formazan吸光度をDehydrogenase Activityに換算
活性の単位：一単位（１ｕｎｉｔ１Ｕ）は１分間に１μｍｏｌの基質、または１μ当量の結合に作用する酵素量。この反応はＩＮＴが脱水素酵素（Deｈydrogenase）によって還元され当量のINT Formazanが形成されると考えられることから、１μｍｏｌ／ｍｉｎのINT Forumazan生成を１Ｕとする。酵素活性の単位にはＵとｋａｔがあるが、今回は一般に多用されているUnitを用いる。

抽出液量から抽出されたINT Formazan モル数を算出し、反応時間で除算すると活性が算出される。
Dehydrogenase Activity［Ｕ］＝ミリモル濃度［ｍｍｏｌ／Ｌ］×μモル換算［１０００μｍｏｌ／ｍｍｏｌ］×抽出液量［Ｌ］／反応時間［ｍｉｎ］
＝(０．０４４×４９０ｎｍ吸光度−０．０００４)×１０００×（１／１０００）／６０
＊ミリモル濃度［ｍｍｏｌ／Ｌ］＝０．０４４×４９０ｎｍ吸光度−０．０００４
＊抽出液量１ｍｌ
＊反応時間６０ｍｉｎ

Dehydrogenase Activityから求める生物量当たりのデヒドロゲナーゼ活性は活性を分析に用いた蛋白量で除算した値を１０００００倍したものとする。
生物量当たりのデヒドロゲナーゼ活性＝Dehydrogenase Activity［Ｕ］／蛋白量［ｍｇ］ × １０００００

生物量当りのデヒドロゲナーゼ活性測定方法の別方法としては、たとえば活性を生物量で割る際に、タンパク質以外の量（たとえばＤＮＡなど）を用いる方法がある。また、デヒドロゲナーゼ活性測定をＩＮＴ以外の試薬（電子受容により発色、発光する試薬）で行うこともできる。また、呼吸活性をデヒドロゲナーゼ活性で求めているがそれ以外の方法（たとえば微生物燃料電池の電位）を用いることもできる。

［実験例１］
生物量当りのデヒドロゲナーゼ活性と蛋白量との経時変化について測定した。即ち、サンプルはＰＹ培地１／１００を含む残留塩素を除いた水道水を一過性でアクリルカラムに流し、その中に設置したスライドグラス上に生育した自然界由来の付着菌を滅菌水５ｍｌを用いてスクレイパーではぎとった菌懸濁液であり、下記の方法に従って蛋白量と生物量当りのデヒドロゲナーゼ活性とを測定した。結果を図１に示す。図１の通り、デヒドロゲナーゼ活性が増加するとその後蛋白量が増加し、デヒドロゲナーゼ活性が減少すると、その後蛋白量が減少する。両者の増減のタイムラグは約５０時間程度である。

実験方法は次の通りである。
i) サンプル２ｍＬ（１．７ｍＬ）をニトロセルロースフィルター（ポアサイズ０．４５μｍ φ２５ｍｍ）で濾過する。
１０ｍＬの滅菌水を濾過(洗浄)する。
ii) ０．０２％ＩＮＴ溶液（１／１００ＰＹ培地含む）アプライする。
iii) ３７℃に１ｈ静置した後、吸引濾過により溶液除去し、乾燥後、１ｍＬクロロフォルム抽出（１ｈ）を行い、４９０ｎｍ吸光度測定を行う。

［実験例２］
殺菌剤を添加することによる蛋白量及び生物量当たりのデヒドロゲナーゼ活性の低下を確認するための実験を行った。サンプルは、実験例１と同様の方法で、スライドグラス上に付着菌を生育させ、その後スライムコントロール剤（結合型塩素）濃度が一定に保たれるように添加し、スライドグラス上の菌を実験例１と同じ方法ではぎとった菌懸濁液である。蛋白量及びデヒドロゲナーゼ活性測定を行った。

結果を図２に示す。図２の通り、スライムコントロール剤の添加により、デヒドロゲナーゼ活性が急激に低下し、薬注後はほぼ一定の低い値となる。蛋白量は、薬注後、徐々に低下し、薬注後、約１５０時間でほぼゼロとなる。

［実施例１］
冷却水系に対して本方法を適用し、熱交換器のＬＴＤ（ＬｅａｖｉｎｇＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）及び生物量当たりのデヒドロゲナーゼ活性の変動を測定した。スライムコントロール剤としては栗田工業（株）製タワークリンＮＴ６５２を用いた。７月１３日からＬＴＤと生物量当たりのデヒドロゲナーゼ活性の測定を開始した。その経時的変動を図３に示す。
ＬＴＤ（熱交換器の出口側における、被冷却水と冷却水との温度差）は、熱交換器に付着したスライム量にほぼ比例するので、ＬＴＤはスライム付着量の指標値になる。９月１５日まではＬＴＤが上昇した時、薬品濃度を上げ、低下した時、薬注の低下又は濃度低下を実施した。同時にデヒドロゲナーゼ活性値を測定しＬＴＤの変動との関連を検討した。その結果、ＬＴＤの低下に先立ってデヒドロゲナーゼ活性は低下し、ＬＴＤの上昇に先立って活性が上昇していた。

９月１５日以降、生物量当たりのデヒドロゲナーゼ活性が６００Ｕ／ｍｇ×１０^５を超えた場合に薬注濃度増加を行い、４００Ｕ／ｍｇ×１０^５よりも小さくなった場合には薬注濃度を下げるように薬注制御を行った。その結果を図３に示す。

図３の通り、生物量当りのデヒドロゲナーゼ活性を所定範囲とすることにより、ＬＴＤを約３℃前後の範囲にすることができる。

この結果から、本発明方法により過剰・過少なスライムコントロール剤注入をすることなく良好なスライムコントロールがなされたと考えられる。

Claims

水系にスライムコントロール剤を添加するスライムコントロール剤の薬注制御方法において、
付着物の呼吸活性を測定し、付着物の生物量あたりの呼吸活性を算出し、
この付着物の生物量あたりの呼吸活性が所定範囲内となるように薬注することを特徴とする薬注制御方法。
請求項１において、呼吸活性はデヒドロゲナーゼ活性であることを特徴とする薬注制御方法。