JP5997930B2 - 水質測定装置及びろ過ユニット - Google Patents

Description

本発明は、河川や湖沼等の環境水や上下水道の各処理プロセスにおける処理水等の原水中に含まれる微生物を検出，計数する水質測定装置及びろ過ユニットに関する。

近年、クリプトスポリジウム等の原虫類，腸管出血性大腸菌Ｏ１５７やレジオネラ菌等の細菌，及びウィルス等の微生物による水系感染症の発生が大きな社会問題となっている。水系感染症の発生を防ぐためには、水処理プロセスにおいて微生物をモニタリングすることが重要である。このような背景から、特許出願人は、試料水中に含まれる微生物を膜ろ過によって濃縮し、洗浄液をろ過ユニットに通水することによって膜上に捕捉された微生物を回収し、回収した微生物に蛍光標識された抗体を結合し、蛍光検出器を用いて微生物を検出，計数する水質測定装置を提案している（特許文献１参照）。

特開２０１０−２３６８６１号公報

しかしながら、従来の水質測定装置では、微生物の標識（蛍光）強度が測定時の外部温度の影響で変化することによってＳＮ比が悪化し、微生物を精度高く検出，計数できないことがあった。また、従来の水質測定装置では、試料水を貯留する試料水タンクと洗浄液を貯留する洗浄水タンクとがろ過ユニットより低い位置に設置されている。このため、従来の水質測定装置によれば、ろ過時に必要な圧力が大きくなり、膜に掛かる圧力が変動しやすくなることで、微生物の回収率が変動しやすい。また、従来のろ過ユニットの構成によれば、ろ過膜を逆洗浄する際、逆洗浄時に発生する通常時とは逆方向の洗浄圧力によってろ過膜が損傷、変形することがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、微生物を精度高く検出，計数可能な水質測定装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、ろ過膜が損傷、変形することを抑制可能なろ過ユニットを提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る水質測定装置は、ろ過膜を用いて試料水中に含まれる微生物を回収するろ過部と、前記ろ過部によって回収された微生物に蛍光標識された抗体を結合させる蛍光標識部と、蛍光検出器を用いて蛍光強度を測定することによって前記微生物を検出、計数する測定部と、を備え、前記標識部と前記測定部は、温度制御装置によって常に同じ温度に制御されている。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るろ過ユニットは、試料水を供給する配管と、試料水から分離された懸濁液を空気圧によって回収するための加圧及び／又は吸気用の配管と、試料水を回収する配管とが接続される上部フローセルと、洗浄液を供給する配管と、排液を排出する配管とが接続される下部フローセルと、前記上部フローセルと前記下部フローセルとによって挟持された、前記試料水をろ過するろ過膜と、前記上部フローセルと前記ろ過膜との間に配設された、ろ過膜保護用のメッシュを有する封止部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る水質測定装置によれば、微生物を精度高く検出，計数することができる。また、本発明に係るろ過ユニットによれば、ろ過膜が損傷、変形することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である水質測定装置の内部構成を示す図である。 図２は、図１に示す標識／測定ユニットの内部構成を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態である水質測定装置の構成を示す機能ブロック図である。 図４は、図３に示すろ過ユニットの構成を示す分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である水質測定装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である水質測定装置の内部構成を示す図である。図２は、図１に示す標識／測定ユニット４の内部構成を示す図である。図３は、本発明の一実施形態である水質測定装置の構成を示す機能ブロック図である。図４は、図３に示すろ過ユニットの構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である水質測定装置１は、小容量試料濃縮部（１Ｌ，平膜ろ過）２，大容量試料濃縮部（１０Ｌ，セラミック膜ろ過）３，及び標識／測定部４を主な構成要素として備えている。図２に示すように、標識／測定部４は、標識部４ａと測定部４ｂとを備えている。小容量試料濃縮部２は、平膜を用いて試料水から微生物を分離及び濃縮するものである。小容量試料濃縮部２は、図３に示すように、試料水を貯留する小容量試料水タンク２１，洗浄液を貯留する洗浄液タンク２２，ろ過膜を備えるろ過ユニット２３，及び排液を貯留する排液タンク２４を備えている。

ろ過ユニット２３は、図４に示すように、試料水や洗浄液を攪拌する攪拌子２３０，膜保護と機密性を保つためのメッシュ２３１ａを有する平パッキン２３１，平膜２３２，サポート板２３３，径方向に形成された複数のスリット２３４ａを有する液量調整用部材２３４，及びＯリング２３５を上部フローセル２３６ａ及び下部フローセル２３６ｂによって挟持した構成となっている。上部フローセル２３６ａには、小容量試料水タンク２１内の試料水を供給する配管２３７ａと、試料水から分離された微生物を含む懸濁液を空気圧によって回収するための加圧及び／又は吸気用の配管２３７ｂと、試料水を回収する配管２３７ｃとが接続される。下部フローセル２３６ｂには、洗浄液タンク２２内の洗浄液を供給する配管２３７ｄと、排液タンク２４に排液を排出する配管２３７ｅが接続される。ろ過ユニット２３は、小容量試料水タンク２１内に貯留されている試料水から微生物を分離する。平膜２３２上に捕捉された微生物は、洗浄液タンク２２内に貯留されている洗浄液を用いて平膜２３２を逆洗浄することによって回収される。

攪拌子２３０と平膜２３２との間に介在する平パッキン２３１には、メッシュ２３１ａが張設されている。このような構成によれば、攪拌子２３０が平膜２３２に直接接触することを抑制できるので、逆洗浄の際に攪拌子２３０の攪拌強度を上げても攪拌子２３０との接触による平膜２３２の損傷を防ぐことが可能となり、平膜２３２上に捕捉された微生物の回収効率を上げることができる。また、逆洗浄時に発生する通常時とは逆方向の洗浄圧力によって平膜２３２が損傷、変形することを抑制し、システムの安全性を向上できる。また、メッシュ２３１ａは平パッキン２３１と一体に設けられているので、メッシュ２３１ａと平パッキン２３１とを別体で設けた場合と比較して、ろ過ユニット２３の組み付け作業が容易になる。

サポート板２３３とＯリング２３５との間に介在する液量調整用部材２３４は、サポート板２３３と下部フローセル２３６ｂとの間に形成される空間を小さくする。また、この液量調整用部材２３４は、複数のスリット２３４ａを介して洗浄液を供給することによって逆洗浄時に平膜２３２に供給される洗浄液の液量を一定に制御する。これにより、平膜２３２上に捕捉された微生物の回収率の再現性を向上させることができる。また、複数のスリット２３４ａは径方向に形成されているので、平膜２３２の全面に洗浄液が供給され、平膜２３２上に捕捉された微生物の回収効率を上げることができる。

なお、ろ過ユニット２３は、平膜２３２が水平面に対して傾きを有するように配置することが望ましい。ろ過ユニット２３を斜めに配置することにより、逆洗浄後、ろ過ユニット２３内の洗浄水を全量回収できるので、微生物の回収率及び回収率の再現性を向上させることができる。

大容量試料濃縮部３は、セラミック膜３１を用いて大容量試料水タンク３２内に貯留されている試料水を濃縮して、回収した試料水を小容量試料水タンク２１内に注入するものである。図示しない制御装置は、図示しない濁度計によって計測された試料水の濁度値に基づいて、小容量試料濃縮部２又は大容量試料濃縮部３のいずれかに試料水を注入する。例えば、試料水の濁度が２０度以上である場合、制御装置は、試料水（沈殿処理水、１０Ｌ）を大容量試料濃縮部３に注入する。大容量試料濃縮部３によって濁度が所定値以下に処理された試料水を小容量試料濃縮部２に注入することができる。一方、試料水の濁度が所定値（例えば２０度）未満である場合には、制御装置は、１Ｌの試料水を小容量試料濃縮部２に直接注入する。

標識部４ａは、標識抗体タンク４１内に貯留されている蛍光標識された抗体を原虫に結合させる標識装置４２を備えている。測定部４ｂは、蛍光検出器４３を用いて試料水中に含まれている微生物を検出，計数し、検出した微生物を回収タンク４４内に分取する。光学検出器４３は、光源４５，フローセル４６，及び検出器４７を備え、フローセル４６内を流れる試料水に例えば波長４８８ｎｍのレーザー光を照射し、蛍光強度と散乱光とを検出器４７で測定することによって、試料水中に含まれている微生物を検出，計数する。

このような構成を有する水質測定装置１では、標識部４ａと測定部４ｂとの温度が温度制御装置４９によって常に所定の温度に保たれている。このような構成によれば、蛍光強度が測定時の外部温度の影響で変化することによってＳＮ比が悪化することを抑制できるので、微生物を精度高く検出，計数することができる。また、このような構成を有する水質測定装置１では、試料水を貯留する小容量試料水タンク２１と洗浄液を貯留する洗浄水タンク２２とがろ過ユニット２３より高い位置に設置されている。このため、従来の原虫測定装置によれば、ろ過時に必要な圧力が大きくなり、膜に掛かる圧力が変動しやすくなることで、原虫の回収率が変動することを抑制できる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 水質測定装置
２ ろ過部
３ 試料濃縮部
４ 標識／測定部
４ａ 標識部
４ｂ 測定部
２１ 小容量試料水タンク
２２ 洗浄液タンク
２３ ろ過ユニット
２４ 排液タンク
３１ セラミック膜
３２ 大容量試料水タンク
４１ 標識抗体タンク
４２ 標識装置
４３ 光学検出器
４４ 回収タンク
４５ 光源
４６ フローセル
４７ 検出器
４９ 温度制御装置
２３０ 攪拌子
２３１ 平パッキン
２３１ａ メッシュ
２３２ 平膜
２３３ サポート板
２３４ 液量調整用部材
２３４ａ スリット
２３５ Ｏリング
２３６ａ 上部フローセル
２３６ｂ 下部フローセル
２３７ａ〜２３７ｅ 配管

Claims (7)

1. ろ過膜を用いて試料水中に含まれる微生物を濃縮、回収する小容量試料濃縮部と、
   前記小容量試料濃縮部によって回収された微生物に蛍光標識された抗体を結合させる蛍光標識部と、
   光学検出器を用いて蛍光強度を測定することによって前記微生物を検出、計数する測定部と、
   を備え、
   前記小容量試料濃縮部は、
   試料水を供給する配管と、試料水から分離された懸濁液を空気圧によって回収するための加圧及び／又は吸気用の配管と、試料水を回収する配管とが接続される上部フローセルと、
   洗浄液を供給する配管と、排液を排出する配管とが接続される下部フローセルと、
   前記上部フローセルと前記下部フローセルとによって挟持された、前記試料水をろ過する前記ろ過膜と、
   前記上部フローセルと前記ろ過膜との間に配設された、ろ過膜保護用のメッシュを有する封止部材と、
   前記下部フローセルと前記ろ過膜の間に配置された、ろ過膜支持用のサポート板と、
   前記上部フローセルと前記封止部材との間に配設されて、前記懸濁液を撹拌する撹拌子と、
   を備えるろ過ユニットを有する、水質測定装置。
2. ろ過膜を用いて試料水中に含まれる微生物を濃縮、回収する小容量試料濃縮部と、
   前記小容量試料濃縮部によって回収された微生物に蛍光標識された抗体を結合させる蛍光標識部と、
   光学検出器を用いて蛍光強度を測定することによって前記微生物を検出、計数する測定部と、
   を備え、
   前記小容量試料濃縮部は、
   試料水を供給する配管と、試料水から分離された懸濁液を空気圧によって回収するための加圧及び／又は吸気用の配管と、試料水を回収する配管とが接続される上部フローセルと、
   洗浄液を供給する配管と、排液を排出する配管とが接続される下部フローセルと、
   前記上部フローセルと前記下部フローセルとによって挟持された、前記試料水をろ過する前記ろ過膜と、
   前記上部フローセルと前記ろ過膜との間に配設された、ろ過膜保護用のメッシュを有する封止部材と、
   前記下部フローセルと前記ろ過膜の間に配置された、ろ過膜支持用のサポート板と、
   径方向に形成された複数のスリットを有し、前記ろ過膜と前記下部フローセルとの間に配設されて前記ろ過膜に供給される洗浄液の流量を調整する液量調整用部材と、
   を備えるろ過ユニットを有する、水質測定装置。
3. 前記標識部及び前記測定部を常に同じ温度に制御する温度制御装置を備える、請求項１又は請求項２に記載の水質測定装置。
4. 前記小容量試料濃縮部は、
   前記試料水を貯留する小容量試料水タンクと、
   前記ろ過膜を用いて前記試料水中に含まれる微生物を回収する前記ろ過ユニットと、
   前記ろ過膜を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液タンクと
   を備え、
   前記小容量試料水タンク及び前記洗浄液タンクは、前記ろ過ユニットよりも高い位置に配置されていること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水質測定装置。
5. 試料水を供給する配管と、試料水から分離された懸濁液を空気圧によって回収するための加圧及び／又は吸気用の配管と、試料水を回収する配管とが接続される上部フローセルと、
   洗浄液を供給する配管と、排液を排出する配管とが接続される下部フローセルと、
   前記上部フローセルと前記下部フローセルとによって挟持された、前記試料水をろ過するろ過膜と、
   前記上部フローセルと前記ろ過膜との間に配設された、ろ過膜保護用のメッシュを有する封止部材と、
   前記下部フローセルと前記ろ過膜の間に配置された、ろ過膜支持用のサポート板と、
   前記上部フローセルと前記封止部材との間に配設されて、前記懸濁液を撹拌する撹拌子と、
   を備えることを特徴とするろ過ユニット。
6. 試料水を供給する配管と、試料水から分離された懸濁液を空気圧によって回収するための加圧及び／又は吸気用の配管と、試料水を回収する配管とが接続される上部フローセルと、
   洗浄液を供給する配管と、排液を排出する配管とが接続される下部フローセルと、
   前記上部フローセルと前記下部フローセルとによって挟持された、前記試料水をろ過するろ過膜と、
   前記上部フローセルと前記ろ過膜との間に配設された、ろ過膜保護用のメッシュを有する封止部材と、
   前記下部フローセルと前記ろ過膜の間に配置された、ろ過膜支持用のサポート板と、
   径方向に形成された複数のスリットを有し、前記ろ過膜と前記下部フローセルとの間に配設されて前記ろ過膜に供給される洗浄液の流量を調整する液量調整用部材と、
   を備えることを特徴とするろ過ユニット。
7. 前記上部フローセル及び前記下部フローセルが、ろ過膜が水平方向に対して傾きを有するように配置されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のろ過ユニット。

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