JPH02190763A - 水中の毒性物質の検知方法および検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は微生物センサを用いて水中の毒性物質を検知
する方法および装置に関するもので、排水処理のプロセ
スモニタや河川水等の水質監視を目的とする用途に利用
される方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

フェノール、シアン、ひ素１重金属などの生物の生育阻
害をひき起こす物質（毒性物質、以下単に毒物とも記す
）が、突発的な事故により工場の排水などに混入し、下
水処理場に流入した場合、下水処理の中心である活性汚
泥微生物（以下単に活性汚泥とも記す）が大きな阻害を
受ける。

毒物の濃度が高い場合には、活性汚泥は死滅し、排水の
処理が全く行われなくなり、また死滅するほど高くない
場合でも活性汚泥の活性が低下し、処理能力の回復まで
に多大な時間を必要とする。

毒物の混入した下水の流入がある場合、事前にこれを検
知できれば、活性汚泥処理を行う前段の最初沈澱槽で中
和処理を施すことにより、毒物の及ぼす影響を大幅に軽
減することができる。このため排水が処理場へ流入した
時点あるいは流入前の時点で毒物の存在をチエツクでき
る方法および装置が要望されていたが、これまで利用で
きるものがなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の毒性物質の存在を調べる一般的な検査方法は、検
査対象となる水を満たしたプールに１０〜２０匹の魚を
放し飼い、一定時間が経過した後の魚の反応や致死率か
ら毒性物質の有無や毒性の度合いを割り出していた。し
かしこの方法では結果が判明するまでに４日以上必要と
し、毒物の流入に対し迅速に対応することができない。

本発明は上記の問題を解決し、簡便かつ迅速に水中の毒
物を検知する方法および装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題を解決するために、本発明は、１）試料水中
の物質を生物化学的に分解する微生物を保持した固定化
微生物膜と試料水中の溶存酸素量を測定する溶存酸素検
出器とを組合わせた微生物センサにより、この微生物セ
ンサの動作を安定させる緩衝溶液を常に供給しながら試
料水中の物質の存在を検知する検知方法において、前記
試料水とほぼ同等の成分を含む所定濃度の標準溶液に対
する微生物センサの出力と、所定濃度の前記標準溶液と
一定の混合比で希釈した試料水に対する前記微生物セン
サの出力との比較により、試料水中の毒性物質を検知す
る検知方法とする。

２）前記記載の検知方法に使用される検知装置において
、少なくとも一般細菌を固定化した微生物センサと、該
微生物センサにそれぞれ試料水と標準溶液と緩衝溶液と
を供給する送液系統と、前記微生物センサの出力信号の
演算処理と検知装置の運転を制御する演算・制御回路と
を備える検知装置とする。

〔作用〕

この発明は１種類または複数のｌ！ｌＩｓの微生物セン
サを用い、各センサの標準溶液に対するそれぞれの微生
物センサの呼吸速度と、標準溶液で一定の混合比で希釈
した試料水に対する各微生物センサの呼吸速度との差異
を比較し、毒性物質の流入を検知することにより上記の
目的が達成される。

作用の詳細な原理を以下に述べる。

微生物センサに固定された微生物は、試料水中に毒性物
質が存在すると活性が低下し、極端に毒性が強い場合に
は死滅する。毒性物質が試料水中に存在する場合、微生
物は活性の低下を起こしそれに伴い基質の資化速度ある
いは呼吸速度が低下し、その結果微生物センサの出力が
低下する。

標準溶液により作成した微生物センサの検量線の傾きと
、試料水中に標準溶液を添加して作成した微生物センサ
の傾きとは、試料水中に毒性物質が存在しない場合には
一致し、毒性物質が存在する場合には標準溶液により求
めた検量線の傾きの値よりも小さな値となり、極端に毒
性が強い場合にはゼロとなる。したがって両者の傾きの
値を比較すれば毒性物質の存在が判明し、その差異から
毒性レベルを推定することができる。

また従属栄養細菌である一般細菌と独立栄養細菌とでは
毒性物質に対する感受性が異なるので、毒性物質の毒性
レベルをこれらの微生物を応用した微生物センサの組合
わせにより検知することが可能となる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図ないし第４図の図面によって説
明する。これらの第１図は、本発明の第１の実施例の検
知装置の構成を示すフロー図、第２図は横軸にＢＯＤ濃
度（ｍｇ／Ａ）を縦軸に微生物センサ出力電流差（ｐ＾
）をとって示した第１の実施例の検知装置による測定結
果を示すグラフである。

試料水１中の物質を生物化学的に分解する微生物として
活性汚泥微生物をアセチルセルローズ製の多孔膜に固定
化してフローセルに取付けた固定化微生物膜と、試料水
１中の溶存酸素量を測定する溶存酸素検出器とを組合わ
せて微生物センサ２が構成されている。この微生物セン
サ２によって試料水１中の物質、とくに排水処理をする
活性汚泥などの微生物に対する毒性物質の存在を検知す
る。第１図に示す検知装置は、前記の試料水１と、複数
個の容器中に貯留されバルブ３．４．５によって切換え
て使用される前記試料水１とほぼ同等の成分を含む標準
溶液６と、容器中に貯留された前記微生物センサ２の動
作を安定させる緩衝溶液７とをそれぞれポンプ８，９．
１０によって、前記の微生物センサ２に供給する送液系
統１１を備え、また前記の微生物センサ２の出力信号の
演算処理と検知装置の運転を制御する演算・制御回路１
２を備えている。また、前記の微生物センサ２は、一定
の温度に槓節された恒温槽１３内に設置されて一定の温
度に保持される。前記の送液系統１１からのおのおのの
液１，６．７は、エアポンプ１４によって空気が送り込
まれ、これらの液中の溶存酸素を常に飽和状態に保つ。

前記の恒温槽１３内に設置された熱交換器１５を介して
液は一定の温度に保持されて微生物センサ２に供給され
、計測後系外に排水工６として排出される。

前記のようにして、本発明の第１の実施例の検知装置は
、微生物センサ２を備え、送液系統１１と演算・制御回
路１２を備えて構成されているが、次にこの検知装置を
使用して行う本発明の水中の毒性物質の検知方法につい
て説明する。

（イ）送液系統１１のうち、まず緩衝溶液７をポンプ１
０によつて送液し、エアポンプ１４によって溶存酸素を
飽和させ、熱交換器１５を介して一定温度に保持して微
生物センサ２に供給する。微生物センサ２を通過した後
は排水１６として系外に排出されるが、図示を省略した
管路によって容器に戻し、これを再循環するようにして
もよい、この緩衝溶液７は微生物センサ２の動作を安定
させるために常に供給される。

（ロ）次にポンプ９とバルブ３とを動作させて、所望の
ＢＯＤ濃度（ｍｇ／ｌ）とした標準溶液６ａを緩衝溶液
７と一定の混合比で希釈して微生物センサ２へ送る。微
生物センサ２の出力信号の電流は、標準溶液６ａの濃度
に従って変化し、濃度が増加するに従って電流は減少す
る。

（ハ）同様に、バルブ４．５を順次にＢＯＤ濃度の異な
る標１！溶液６ｂ、６ｃに切り換えて測定を行うと、演
算・制御回路１２の表示部１２ｐに表示される結果から
第２図に示す検量線Ａが得られる。

（ニ）次に、ポンプ８を作動させて試料水１が予め設定
された一定の混合比で標準溶液６と緩衝溶液７とにより
希釈されて供給され、微生物センサ２へ送液される。予
め定められた順にバルブ４．５を順次切り換えると、微
生物センサ２の出力は試料水１中の毒性物質の混入の有
無、毒性レベルによって変化し、第２図の直′ｆＪＡＢ
、破線Ｃ，Ｄに示すような結果が得られる。すなわち直
￥ＩＢは試料水１中に活性汚泥微生物の阻害となる毒性
物質を含まない場合で、試料水１中のＢＯＤ成分の量だ
け検量線Ａより大きなセンサ出力が得られ、直線へと次
の（１）式で表わされる直ＩＢの一次回帰式の傾きａは
等しい値となる。

ｙ　＝　ａ　ｘ　＋　ｂ　　　　−−（１１ここで、ｙ
：微生物センサ出力電流差 Ｘ：標準溶液のＢＯＤ濃度 破線Ｃ，Ｄは毒性物質のひとつであるフェノールを、試
料水ｌ中にそれぞれ１　ｍｇ／　ｊｌ　、　ＬｏＩＩｇ
／　ｉｔとなるように添加したときに得られた結果を示
したもので、フェノール濃度が１ａ＋ｇ／ｊ！では１頃
きＡと比較し、微生物センサ内の微生物が阻害を受け、
若干率さな値となり、フェノール濃度１０ｍｇ／　ｊ！
以上では完全に阻害作用を受け、傾きａは０に近い値と
なる。

以上のようにして、排水中の毒性物質の有無毒性レベル
を検知することが可能となる。

第３図は、前記の第１図に相当する本発明の第２の実施
例の検知装置の構成を示すフロー図、第４図は前記の第
２図と同様に示した第２の実施例の検知装置による測定
結果を示すグラフである。

微生物センサとして一般細菌である活性汚泥微生物を固
定化したＢ　、ＯＤ測定用の微生物センサ２ａと、独立
栄養細菌である硝化細菌を固定化したアンモニア計測用
の微生物センサ２ｂとによる２系列の検釦装置を組合わ
せた装置構成で、同じ機能の要素には添字付きの同一符
号を付けている。測定動作は第１の実施例と同様にして
行い、それぞれ異なる濃度の標準溶液６（６ｄないし６
１）に対するセンサ出力と、前記の異なる濃度の標準溶
液６にさらに一定量の試料水ｌを添加したときのセンサ
出力の差を比較するようになっている。

第４図において、１Ｍ）はＢＯＤ計測用の微生物センサ
２ａによる測定結果Ｈｔ、Ｆ＋、Ｇ＋を示すグラフ、（
ｂｌはアンモニア計測用の微生物センサ２ｂによる測定
結果Ｅオ＋Ｆ！＋Ｇ１を示すグラフである。（ａ）にお
ける直線Ｉｔ、はＢＯＤ計測用の微生物センサ２ａの検
量線、（ｂｌにおける直＆Ｈｚはアンモニア計測用の微
生物センサ２ｂの検量線を示している。試料水中に重金
属イオン（Ｃｕ”″）を毒性物質の例として添加したと
きの添加量１ａｇ／ｊと１０ｍｇ／　ｊに対する応答例
が破線Ｆ＋、Ｆｘおよび一点鎖線Ｇｌ、Ｇ！である。す
なわち、Ｃｕ”濃度としてｌ　ｍｇ／　１添加時、一般
細菌よりも独立硝化細菌の方が敏感に阻害を受は島いた
め破線Ｆ８の傾きは、直線Ｅ、の傾きよりも小さな値と
なるが、直［＋と破線Ｆ１の傾きの値は一致していた０
次にＣｕ”ｌＯ＊ｇ／　ｌとなるように試料水に添加し
て測定を行うと明らかに両者共にセンサに阻害が認めら
れた。

毒性物質が抗生物質である場合、この応答パターンは逆
になり、まず先に一般細菌よりなるＢＯＤ計測用の微生
物センサ２ａの出力が低下し、毒性物質が高濃度になる
に従って、アンモニア計測用の微生物センサ２ｂの出力
の低下が認められる。これは独立栄養細菌である硝化細
菌が有機物を資化する機能を持たないためである。した
がって性質の異なる微生物を利用した微生物センサ２ａ
、２ｂを組合わせた本装置により、毒性物質の性状、毒
性のレベルおよび毒性物質の有無の確認を簡便かつ迅速
に行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料水中の毒性物質を簡便かつ迅速に
検知できる試料水中の毒性物質の検知方法および検知装
置が得られる。

また複数種の微生物センサによる複数系列の検知装置の
組合わせにより毒性物質の有無、毒性のレベル、毒性物
質の性状等の把握が可能である。

本発明により、排水処理施設または河川水等の監視施設
においては毒性物質の流入に対し、従来よりも迅速な対
応が可能となり、特に排水処理施設の場合処理の効率を
低下させることなく常に一定の処理能力で運転できる効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の検知装置の構成を示す
フロー図、第２図は横軸にＢＯＤ濃度（ｔｇ／ｊりを縦
軸に微生物センサ出力電流差（ｐ＾）をとって示した第
１の実施例の検知装置による測定結果を示すグラフ、第
３図は本発明の第２の実施例の検知装置の構成を示すフ
ロー図、第４図は第２の実施例の検知装置による測定結
果を示すグラフで（ａｌはＢＯＤ計測用の微生物センサ
による測定結果を、（ｂ）はアンモニア計測用の微生物
センサによる測定結果を示すグラフである。 ｌ：試料水、２：微生物センサ、６：標準溶液、７：緩
衝溶液、１１：送液系統、１２：演算・制御回路、１３
：恒温槽、１４：エアポンプ、１５：熱交換器、１６：
排水。 代ＪＩ人有理士　山　口　　巌 しＨｕｔｉｔ奪鎚 羊 国 第 ？ 菖

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）試料水中の物質を生物化学的に分解する微生物を保
   持した固定化微生物膜と試料水中の溶存酸素量を測定す
   る溶存酸素検出器とを組合わせた微生物センサにより、
   この微生物センサの動作を安定させる緩衝溶液を常に供
   給しながら試料水中の物質の存在を検知する検知方法に
   おいて、前記試料水とほぼ同等の成分を含む所定濃度の
   標準溶液に対する微生物センサの出力と、所定濃度の前
   記標準溶液と一定の混合比で希釈した試料水に対する前
   記微生物センサの出力との比較により、試料水中の毒性
   物質を検知することを特徴とする水中の毒性物質の検知
   方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の検知方法に使用される
   検知装置において、少なくとも一般細菌を固定化した微
   生物センサと、該微生物センサに試料水と標準溶液と緩
   衝溶液とを供給する送液系統と、前記微生物センサの出
   力信号の演算処理と検知装置の運転を制御する演算・制
   御回路とを備えることを特徴とする水中の毒性物質の検
   知装置。