JPH0510921A - 毒物検知装置とこれを用いた水質監視システム - Google Patents
毒物検知装置とこれを用いた水質監視システムInfo
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- JPH0510921A JPH0510921A JP2406437A JP40643790A JPH0510921A JP H0510921 A JPH0510921 A JP H0510921A JP 2406437 A JP2406437 A JP 2406437A JP 40643790 A JP40643790 A JP 40643790A JP H0510921 A JPH0510921 A JP H0510921A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
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- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】迅速かつ簡便に水中の毒物を検知することが可
能な毒物検知装置とこれを用いた水質監視システムを提
供する。 【構成】独立栄養細菌である亜硝酸生成細菌を固定化し
た固定化微生物膜と溶存酸素電極を組み合わせた微生物
センサを用い、センサ出力を安定させるためにこの微生
物センサに、亜硝酸生成細菌の基質となるアンモニア態
窒素および微量栄養成分を所定濃度となるように添加し
た緩衝溶液を供給し、これによって得られる一定のセン
サ出力が、測定試料水中の毒物の混入の有無、毒物の濃
度レベル、毒性レベル等により変動するのを検知し、測
定試料水中の毒物の混入の有無を判定する。さらにこの
毒物検知装置を用いた水質監視システムは、毒物検知装
置の出力信号により採水装置を駆動し連続的に試料水を
採取し、化学的手法による成分分析計を稼働させること
により、毒性物質の特定と発生源の推定を行なう。
能な毒物検知装置とこれを用いた水質監視システムを提
供する。 【構成】独立栄養細菌である亜硝酸生成細菌を固定化し
た固定化微生物膜と溶存酸素電極を組み合わせた微生物
センサを用い、センサ出力を安定させるためにこの微生
物センサに、亜硝酸生成細菌の基質となるアンモニア態
窒素および微量栄養成分を所定濃度となるように添加し
た緩衝溶液を供給し、これによって得られる一定のセン
サ出力が、測定試料水中の毒物の混入の有無、毒物の濃
度レベル、毒性レベル等により変動するのを検知し、測
定試料水中の毒物の混入の有無を判定する。さらにこの
毒物検知装置を用いた水質監視システムは、毒物検知装
置の出力信号により採水装置を駆動し連続的に試料水を
採取し、化学的手法による成分分析計を稼働させること
により、毒性物質の特定と発生源の推定を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は下排水処理プロセスの流
入水、河川水などの環境水および浄水場に流入する導水
の安全性を確認するために、微生物センサを用いて水中
の毒物を検知する毒物検知装置とこの装置を用いた水質
監視システムに関する。
入水、河川水などの環境水および浄水場に流入する導水
の安全性を確認するために、微生物センサを用いて水中
の毒物を検知する毒物検知装置とこの装置を用いた水質
監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】フェノール, シアン, 砒素, 重金属など
の毒物が、不測の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、下水処理プロセスにおいて
中心的な役割を果たす活性汚泥微生物 (以下単に活性汚
泥とも記す) が大きな阻害を受ける。
の毒物が、不測の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、下水処理プロセスにおいて
中心的な役割を果たす活性汚泥微生物 (以下単に活性汚
泥とも記す) が大きな阻害を受ける。
【０００３】毒物の濃度が高い場合には活性汚泥の活性
が低下し、処理能力の回復までに多大の時間を必要とす
る。毒物の混入した下水の流入をあらかじめ検知するこ
とができれば、活性汚泥処理を行なう前段の最初沈殿槽
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
した時点もしくは流入前の時点で毒物の存在をチェック
することが可能な装置が要望されている。
が低下し、処理能力の回復までに多大の時間を必要とす
る。毒物の混入した下水の流入をあらかじめ検知するこ
とができれば、活性汚泥処理を行なう前段の最初沈殿槽
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
した時点もしくは流入前の時点で毒物の存在をチェック
することが可能な装置が要望されている。
【０００４】また、毒物の排出を規制する手段として、
特定の化学物質の排水中の濃度を規制する方法はある
が、現在までに開発されている測定法では、必ずしも全
ての毒物が測定できるわけではなく、この方法では全て
の公共用水域の水質保全を図るためには不十分である。
毒性物質の測定には、例えばシアンについては比色法や
イオン電極法, 重金属類については原子吸光法, 農薬類
についてはＧＣ−ＭＳ法などがあるが、多種類にわたる
毒性物質を化学的に連続測定を行なうことは、技術的に
もまた経済的にも困難である。
特定の化学物質の排水中の濃度を規制する方法はある
が、現在までに開発されている測定法では、必ずしも全
ての毒物が測定できるわけではなく、この方法では全て
の公共用水域の水質保全を図るためには不十分である。
毒性物質の測定には、例えばシアンについては比色法や
イオン電極法, 重金属類については原子吸光法, 農薬類
についてはＧＣ−ＭＳ法などがあるが、多種類にわたる
毒性物質を化学的に連続測定を行なうことは、技術的に
もまた経済的にも困難である。
【０００５】一方、上水の場合には、流入水を規制する
手段として、生物学的な毒性試験方法が考えられてい
る。それは、検査対象となる水を満たしたプールに１０
〜２０匹の魚を放し飼いし、一定時間を経過した後の魚
の反応や致死率から、毒物の有無または毒性の度合いを
割り出すものである。しかし、この方法は魚の行動や健
康状態から水質の異常の有無を察知するという曖昧で定
量化しにくい面があり、魚の行動に影響する因子も考慮
して判断しなければならず、オペレータの経験に負う所
が大きく早期の検出は困難である。
手段として、生物学的な毒性試験方法が考えられてい
る。それは、検査対象となる水を満たしたプールに１０
〜２０匹の魚を放し飼いし、一定時間を経過した後の魚
の反応や致死率から、毒物の有無または毒性の度合いを
割り出すものである。しかし、この方法は魚の行動や健
康状態から水質の異常の有無を察知するという曖昧で定
量化しにくい面があり、魚の行動に影響する因子も考慮
して判断しなければならず、オペレータの経験に負う所
が大きく早期の検出は困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上の方法では、結
果が判明するまでに時間がかかり、毒物の流入に対して
迅速に対応することができない。検知できる濃度レベ
ル (検出限界) が高い、即ち低濃度の毒物を検知するこ
とができないなどの実用上の問題がある。
果が判明するまでに時間がかかり、毒物の流入に対して
迅速に対応することができない。検知できる濃度レベ
ル (検出限界) が高い、即ち低濃度の毒物を検知するこ
とができないなどの実用上の問題がある。
【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は迅速かつ簡便に水中の毒物を検知する
ことが可能な毒物検知装置とこれを用いた水質監視シス
テムを提供することにある。
あり、その目的は迅速かつ簡便に水中の毒物を検知する
ことが可能な毒物検知装置とこれを用いた水質監視シス
テムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の毒物検知装置は、a.亜硝酸生成細菌を固
定した固定化微生物膜を保持しこの固定化微生物膜の各
々の面に接する二つの液流路を設けたフローセルと、固
定化微生物膜の一方の面にガス透過膜を介して接触させ
た溶存酸素電極とを組み合わせた微生物センサ,b.固定
化微生物膜の一方の面に亜硝酸生成細菌の基質となるア
ンモニア態窒素を所定の濃度で含む緩衝溶液を循環させ
る循環系統,c.試料水と微生物センサ校正用の標準溶液
と洗浄水とを切り替え、試料水と標準溶液との溶存酸素
量を飽和させて固定化微生物膜の他方の面に送液する送
液系統,d.前記微生物センサの出力信号を演算処理し運
転を制御する演算・制御回路を備えたものであり、この
毒物検知装置を用いた水質監視システムは、毒物検知装
置に接続されその出力信号を受けて試料水を連続的に採
取する採水装置, この採水装置に採取された試料水を定
量分析する化学分析装置, この化学分析装置からの信号
を受けて毒物発生源を推定する毒物流出地域判定装置を
備えたものである。
めに、本発明の毒物検知装置は、a.亜硝酸生成細菌を固
定した固定化微生物膜を保持しこの固定化微生物膜の各
々の面に接する二つの液流路を設けたフローセルと、固
定化微生物膜の一方の面にガス透過膜を介して接触させ
た溶存酸素電極とを組み合わせた微生物センサ,b.固定
化微生物膜の一方の面に亜硝酸生成細菌の基質となるア
ンモニア態窒素を所定の濃度で含む緩衝溶液を循環させ
る循環系統,c.試料水と微生物センサ校正用の標準溶液
と洗浄水とを切り替え、試料水と標準溶液との溶存酸素
量を飽和させて固定化微生物膜の他方の面に送液する送
液系統,d.前記微生物センサの出力信号を演算処理し運
転を制御する演算・制御回路を備えたものであり、この
毒物検知装置を用いた水質監視システムは、毒物検知装
置に接続されその出力信号を受けて試料水を連続的に採
取する採水装置, この採水装置に採取された試料水を定
量分析する化学分析装置, この化学分析装置からの信号
を受けて毒物発生源を推定する毒物流出地域判定装置を
備えたものである。
【０００９】
【作用】本発明の毒物検知装置は、独立栄養細菌である
亜硝酸生成細菌を固定化した固定化微生物膜と溶存酸素
電極を組み合わせた微生物センサを用い、センサ出力を
安定させるためにこの微生物センサに、亜硝酸生成細菌
の基質となるアンモニア態窒素および微量栄養成分を所
定濃度となるように添加した緩衝溶液を供給し、これに
よって得られる一定のセンサ出力が、測定試料水中の毒
物の混入の有無、毒物の濃度レベル、毒性レベル等によ
り変動するのを検知し、測定試料水中の毒物の混入の有
無を判定することができる。さらにこの毒物検知装置を
用いた水質監視システムは、毒物検知装置の出力信号に
より採水装置を駆動し連続的に試料水を採取し、化学的
手法による成分分析計を稼働させることにより、毒性物
質の特定と発生源の推定を行なうことができる。
亜硝酸生成細菌を固定化した固定化微生物膜と溶存酸素
電極を組み合わせた微生物センサを用い、センサ出力を
安定させるためにこの微生物センサに、亜硝酸生成細菌
の基質となるアンモニア態窒素および微量栄養成分を所
定濃度となるように添加した緩衝溶液を供給し、これに
よって得られる一定のセンサ出力が、測定試料水中の毒
物の混入の有無、毒物の濃度レベル、毒性レベル等によ
り変動するのを検知し、測定試料水中の毒物の混入の有
無を判定することができる。さらにこの毒物検知装置を
用いた水質監視システムは、毒物検知装置の出力信号に
より採水装置を駆動し連続的に試料水を採取し、化学的
手法による成分分析計を稼働させることにより、毒性物
質の特定と発生源の推定を行なうことができる。
【００１０】
【実施例】本発明者らはこの発明を行なうに当たり、は
じめに種々の微生物について検討を加えたが、亜硝酸生
成細菌と硝酸生成細菌について、「薬剤感受性試験」に
よって毒物に対する細菌の感受性の程度を調べた。この
試験は、ブイヨン培地で毒物の２倍希釈系列を作り、こ
れに被検菌を接種し一定時間培養後、増殖阻止を示した
毒物の最小濃度を求める。この値がＭＩＣ〔Minimum In
hibitory Concentration: 最小 (増殖) 阻止濃度〕であ
り、ＭＩＣが低い程被検菌はその毒物に対して感受性が
高く、逆にＭＩＣが高い程感受性が低い。また、毒物の
ない対照と同程度の増殖を示した最高濃度をＭＡＣ〔Ma
ximum growth Allowance Concentration: 最高 (増殖)
許容濃度〕という。したがって、ＭＡＣはＭＩＣより一
段低い毒物濃度になる。
じめに種々の微生物について検討を加えたが、亜硝酸生
成細菌と硝酸生成細菌について、「薬剤感受性試験」に
よって毒物に対する細菌の感受性の程度を調べた。この
試験は、ブイヨン培地で毒物の２倍希釈系列を作り、こ
れに被検菌を接種し一定時間培養後、増殖阻止を示した
毒物の最小濃度を求める。この値がＭＩＣ〔Minimum In
hibitory Concentration: 最小 (増殖) 阻止濃度〕であ
り、ＭＩＣが低い程被検菌はその毒物に対して感受性が
高く、逆にＭＩＣが高い程感受性が低い。また、毒物の
ない対照と同程度の増殖を示した最高濃度をＭＡＣ〔Ma
ximum growth Allowance Concentration: 最高 (増殖)
許容濃度〕という。したがって、ＭＡＣはＭＩＣより一
段低い毒物濃度になる。
【００１１】亜硝酸生成細菌, 硝酸生成細菌について、
毒物である有機塩素化合物の２，５−ＤＣＡ（２，５−
Di Chloro Aniline), クロロホルム, Ｏ−クロロフェノ
ール(Ｏ−ＣＰ),四塩化炭素を使用し、横軸に各物質の
濃度（mg／ｌ）、縦軸にＭＰＮ (Most Probable Numbe
r: 微生物の最確数) をとり、各々の物質の毒性を調べ
た結果を図１（ａ),（ｂ),（ｃ),（ｄ）の特性線図に示
す。また、この結果からＭＩＣ値, ＭＡＣ値の範囲を求
めると表１のようになる。
毒物である有機塩素化合物の２，５−ＤＣＡ（２，５−
Di Chloro Aniline), クロロホルム, Ｏ−クロロフェノ
ール(Ｏ−ＣＰ),四塩化炭素を使用し、横軸に各物質の
濃度（mg／ｌ）、縦軸にＭＰＮ (Most Probable Numbe
r: 微生物の最確数) をとり、各々の物質の毒性を調べ
た結果を図１（ａ),（ｂ),（ｃ),（ｄ）の特性線図に示
す。また、この結果からＭＩＣ値, ＭＡＣ値の範囲を求
めると表１のようになる。
【００１２】
【表１】
【００１３】これらの実験結果から、どの毒物について
も亜硝酸生成細菌の方が硝酸生成細菌より毒性に対する
感受性が高いことがわかる。本発明は以上のようにし
て、亜硝酸生成細菌を用いるのが目的に適うとの結論を
得、毒物検知装置を構成したものである。
も亜硝酸生成細菌の方が硝酸生成細菌より毒性に対する
感受性が高いことがわかる。本発明は以上のようにし
て、亜硝酸生成細菌を用いるのが目的に適うとの結論を
得、毒物検知装置を構成したものである。
【００１４】次に本発明の毒物検知装置について、図２
および図３を併用参照して説明する。図２は本発明の毒
物検知装置の構成図、図３は図２の毒物検知装置に組み
込む微生物センサの断面図である。
および図３を併用参照して説明する。図２は本発明の毒
物検知装置の構成図、図３は図２の毒物検知装置に組み
込む微生物センサの断面図である。
【００１５】図２および図３に示す微生物センサ２は、
亜硝酸生成細菌を多孔膜に固定化した固定化微生物膜４
を保持し、この固定化微生物膜４の一方の面４ａと他方
の面４ｂの各々の面に接する二つの液流路６および８を
設け、液流路６には緩衝溶液入口６ａおよび出口６ｂ
を、液流路８には試料水入口８ａおよび出口８ｂを設け
たフローセル１０と、試料水中の溶存酸素量を測定する
溶存酸素電極１２とを組み合わせて構成してある。この
溶存酸素電極１２は、固定化微生物膜４の一方の面4aに
弗素樹脂のガス透過膜１４を介して、その白金カソード
１２ａが接触する。またこのガス透過膜１４は、溶存酸
素電極１２の本体１２ｂにＯリング１６により固定され
る。
亜硝酸生成細菌を多孔膜に固定化した固定化微生物膜４
を保持し、この固定化微生物膜４の一方の面４ａと他方
の面４ｂの各々の面に接する二つの液流路６および８を
設け、液流路６には緩衝溶液入口６ａおよび出口６ｂ
を、液流路８には試料水入口８ａおよび出口８ｂを設け
たフローセル１０と、試料水中の溶存酸素量を測定する
溶存酸素電極１２とを組み合わせて構成してある。この
溶存酸素電極１２は、固定化微生物膜４の一方の面4aに
弗素樹脂のガス透過膜１４を介して、その白金カソード
１２ａが接触する。またこのガス透過膜１４は、溶存酸
素電極１２の本体１２ｂにＯリング１６により固定され
る。
【００１６】図２に示す本発明の毒物検知装置１は、点
線で囲って示した恒温槽２０内に設置された図２の微生
物センサ２の固定化微生物膜４の一方の面４ａに、亜硝
酸生成細菌の基質となるアンモニア態窒素を所定の濃度
で含む緩衝溶液１８をポンプ２２により送液し、恒温槽
２０内の熱交換器２４を経てフローセル１０の緩衝溶液
入口６ａ, 液流路６, 出口６ｂを経て循環される循環系
統５４を有する。一方、測定対象の試料水２６と、微生
物センサ２校正用の標準溶液２８と洗浄水３０とを各々
のバルブ２６ａ，２８ａ，３０ａにより切り替え、ポン
プ３２によって送液し、試料水２６と標準溶液２８と
は、エアポンプ３４によって溶存酸素量が飽和されて、
恒温槽２０内の熱交換器３６を経てフローセル１０の試
料水入口８ａ, 液流路８, 出口８ｂを経て、固定化微生
物膜４の他方の面４ｂに送液する送液系統３８を構成す
る。微生物センサ２の溶存酸素電極１２からの出力信号
は、溶存酸素電極１２から引き出される信号線４０を経
て、計測部４２, 制御部４４, 演算部４６, 表示器４
８, 記録計５０からなる演算・制御回路５２に入り、出
力信号が演算処理されて微生物センサ２による検知結果
が表示, 記録され、毒物検知装置１の運転を制御する。
線で囲って示した恒温槽２０内に設置された図２の微生
物センサ２の固定化微生物膜４の一方の面４ａに、亜硝
酸生成細菌の基質となるアンモニア態窒素を所定の濃度
で含む緩衝溶液１８をポンプ２２により送液し、恒温槽
２０内の熱交換器２４を経てフローセル１０の緩衝溶液
入口６ａ, 液流路６, 出口６ｂを経て循環される循環系
統５４を有する。一方、測定対象の試料水２６と、微生
物センサ２校正用の標準溶液２８と洗浄水３０とを各々
のバルブ２６ａ，２８ａ，３０ａにより切り替え、ポン
プ３２によって送液し、試料水２６と標準溶液２８と
は、エアポンプ３４によって溶存酸素量が飽和されて、
恒温槽２０内の熱交換器３６を経てフローセル１０の試
料水入口８ａ, 液流路８, 出口８ｂを経て、固定化微生
物膜４の他方の面４ｂに送液する送液系統３８を構成す
る。微生物センサ２の溶存酸素電極１２からの出力信号
は、溶存酸素電極１２から引き出される信号線４０を経
て、計測部４２, 制御部４４, 演算部４６, 表示器４
８, 記録計５０からなる演算・制御回路５２に入り、出
力信号が演算処理されて微生物センサ２による検知結果
が表示, 記録され、毒物検知装置１の運転を制御する。
【００１７】次に毒物検知装置１の運転について説明す
る。循環系統５４を運転し緩衝溶液１８を循環させ、最
初に標準溶液２８によって微生物センサ２の校正を行な
う。ここで緩衝溶液１８は、pH８．０の燐酸緩衝溶液に
亜硝酸生成細菌の生育の栄養素となる例えば塩化カルシ
ウム (CaCl2 ),硫酸マグネシウム (MgSO4 ) などの物質
を含み、亜硝酸生成細菌の基質となるアンモニア態窒素
を２．０mg／ｌの濃度となるように添加した溶液であ
り、標準溶液２８はＯ−クロロフェノール (Ｏ−ＣＰ)
などを一定の濃度で含んだ溶液である。
る。循環系統５４を運転し緩衝溶液１８を循環させ、最
初に標準溶液２８によって微生物センサ２の校正を行な
う。ここで緩衝溶液１８は、pH８．０の燐酸緩衝溶液に
亜硝酸生成細菌の生育の栄養素となる例えば塩化カルシ
ウム (CaCl2 ),硫酸マグネシウム (MgSO4 ) などの物質
を含み、亜硝酸生成細菌の基質となるアンモニア態窒素
を２．０mg／ｌの濃度となるように添加した溶液であ
り、標準溶液２８はＯ−クロロフェノール (Ｏ−ＣＰ)
などを一定の濃度で含んだ溶液である。
【００１８】ポンプ２２により循環系統５４を運転する
と、緩衝溶液１８は恒温槽２０内の熱交換器２４でほぼ
３０℃に加温された後、微生物センサ２の固定化微生物
膜４の一方の面４ａに接した後排出され、再び前記の順
序で循環される。バルブ２６ａおよび３０ａを閉じパル
ブ２８ａを開いて、ポンプ３２, エアポンプ３４により
送液系統３８を運転すると、標準溶液２８は溶存酸素量
が飽和されて、恒温槽２０内の熱交換器３６でほぼ３０
℃に加温された後、微生物センサ２固定化微生物膜４の
他方の面４ｂに接し、系外に排出される。微生物センサ
２は、標準溶液２８の成分濃度に応じて亜硝酸生成細菌
の活性が阻害され、呼吸量が減少しセンサ出力電流が増
加して、標準溶液２８の成分濃度に対応したセンサ出力
電流が示されるから、これによって微生物センサ２を校
正する。
と、緩衝溶液１８は恒温槽２０内の熱交換器２４でほぼ
３０℃に加温された後、微生物センサ２の固定化微生物
膜４の一方の面４ａに接した後排出され、再び前記の順
序で循環される。バルブ２６ａおよび３０ａを閉じパル
ブ２８ａを開いて、ポンプ３２, エアポンプ３４により
送液系統３８を運転すると、標準溶液２８は溶存酸素量
が飽和されて、恒温槽２０内の熱交換器３６でほぼ３０
℃に加温された後、微生物センサ２固定化微生物膜４の
他方の面４ｂに接し、系外に排出される。微生物センサ
２は、標準溶液２８の成分濃度に応じて亜硝酸生成細菌
の活性が阻害され、呼吸量が減少しセンサ出力電流が増
加して、標準溶液２８の成分濃度に対応したセンサ出力
電流が示されるから、これによって微生物センサ２を校
正する。
【００１９】試料水２６の水質を計測するときは、前記
と同様に循環系統５４を運転して、緩衝溶液１８を循環
させておき、バルブ２８ａおよび３０ａを閉じバルブ２
６ａを開いて、ポンプ３２, エアポンプ３４により送液
系統３８を運転すると、試料水２６は溶存酸素量が飽和
されて、恒温槽２０内の熱交換器３６でほぼ３０℃に加
温された後、微生物センサ２の固定化微生物膜４の他方
の面４ｂに接し、系外に排出される。測定終了後はバル
ブ２６ａを閉じ、バルブ３０ａを開き、洗浄水３０をポ
ンプ３２で送液して洗浄する。
と同様に循環系統５４を運転して、緩衝溶液１８を循環
させておき、バルブ２８ａおよび３０ａを閉じバルブ２
６ａを開いて、ポンプ３２, エアポンプ３４により送液
系統３８を運転すると、試料水２６は溶存酸素量が飽和
されて、恒温槽２０内の熱交換器３６でほぼ３０℃に加
温された後、微生物センサ２の固定化微生物膜４の他方
の面４ｂに接し、系外に排出される。測定終了後はバル
ブ２６ａを閉じ、バルブ３０ａを開き、洗浄水３０をポ
ンプ３２で送液して洗浄する。
【００２０】以下に亜硝酸生成細菌を用いた微生物セン
サ２の測定原理について述べる。図４は微生物センサ２
の測定原理を説明するための模式図である。図４におい
てセンサ部２ａは、毒性物質を識別することのできる固
定化微生物膜４と溶存酸素電極１２からなり、固定化微
生物膜４は水中のアンモニアを選択的に資化して亜硝酸
に変換する亜硝酸生成細菌を、厚さ２００μｍのニトロ
セルローズ膜４ｃにサンドイッチして固定化している。
試料水２６の流れを一点鎖線の矢印、緩衝溶液１８の流
れを点線の矢印で示す。緩衝溶液１８の中のＮＨ4 + は
溶存酸素とともにニトロセルローズ膜４ｃを透過してく
る。このとき、亜硝酸生成細菌によって、ＮＨ4 + →Ｎ
Ｏ2 - の変換が起きる。一定濃度のＮＨ4 + を供給する
と、この濃度と当量の溶存酸素が消費されるので、この
溶存酸素減少量を溶存酸素電極１２で測定することによ
り、一定レベルの出力を得ることができる。
サ２の測定原理について述べる。図４は微生物センサ２
の測定原理を説明するための模式図である。図４におい
てセンサ部２ａは、毒性物質を識別することのできる固
定化微生物膜４と溶存酸素電極１２からなり、固定化微
生物膜４は水中のアンモニアを選択的に資化して亜硝酸
に変換する亜硝酸生成細菌を、厚さ２００μｍのニトロ
セルローズ膜４ｃにサンドイッチして固定化している。
試料水２６の流れを一点鎖線の矢印、緩衝溶液１８の流
れを点線の矢印で示す。緩衝溶液１８の中のＮＨ4 + は
溶存酸素とともにニトロセルローズ膜４ｃを透過してく
る。このとき、亜硝酸生成細菌によって、ＮＨ4 + →Ｎ
Ｏ2 - の変換が起きる。一定濃度のＮＨ4 + を供給する
と、この濃度と当量の溶存酸素が消費されるので、この
溶存酸素減少量を溶存酸素電極１２で測定することによ
り、一定レベルの出力を得ることができる。
【００２１】図５は横軸に時間, 縦軸にセンサ出力電流
をとって本発明の毒物検知装置１の測定例を示した線図
である。試料水26中に毒性物質が混入していない (０pp
m)場合、緩衝溶液１８中のアンモニア態窒素を、固定化
微生物膜４内の亜硝酸生成細菌が緩衝溶液１８中の溶存
酸素を消費しながら資化するので、溶存酸素電極１２の
センサ出力電流は、緩衝溶液１８中に添加してアンモニ
ア態窒素の濃度に対応した一定値となる。これは図５に
おいて、横軸の時間の（イ）（ロ）間、（ニ）（ホ）
間、（ト）より長い時間の各々におけるセンサ出力電流
＝０．１μＡに相当するものである。なお、緩衝溶液１
８は、循環される途中に解放空間で空気中の酸素が吸収
され、特にエアレーションしなくても微生物センサ２で
消費されて溶存酸素量が回復される。
をとって本発明の毒物検知装置１の測定例を示した線図
である。試料水26中に毒性物質が混入していない (０pp
m)場合、緩衝溶液１８中のアンモニア態窒素を、固定化
微生物膜４内の亜硝酸生成細菌が緩衝溶液１８中の溶存
酸素を消費しながら資化するので、溶存酸素電極１２の
センサ出力電流は、緩衝溶液１８中に添加してアンモニ
ア態窒素の濃度に対応した一定値となる。これは図５に
おいて、横軸の時間の（イ）（ロ）間、（ニ）（ホ）
間、（ト）より長い時間の各々におけるセンサ出力電流
＝０．１μＡに相当するものである。なお、緩衝溶液１
８は、循環される途中に解放空間で空気中の酸素が吸収
され、特にエアレーションしなくても微生物センサ２で
消費されて溶存酸素量が回復される。
【００２２】試料水26中に毒性物質とされる有機塩素化
合物の一つであるＯ−クロロフェノール (Ｏ−ＣＰ) を
０．５ppm,１．０ppm となるように添加し、本発明の毒
物検知装置１で測定すると、図５に示すように、時間
（ロ）でＯ−ＣＰを０．５ppm添加、時間（ハ）で０ppm
と、Ｏ−ＣＰの濃度を変化させたとき、Ｏ−ＣＰの濃
度に対応して、亜硝酸生成細菌の活性が阻害され、細菌
の酸素呼吸量が減少し、固定化微生物膜４近傍の溶存酸
素濃度のレベルが、Ｏ−ＣＰが０ppm のときよりも増加
し、センサ出力電流が図５に示すように増加する。この
応答は可逆的であり、Ｏ−ＣＰのない０ppm の試料水に
戻すと、センサ出力電流は元の０．１μＡに復帰する。
合物の一つであるＯ−クロロフェノール (Ｏ−ＣＰ) を
０．５ppm,１．０ppm となるように添加し、本発明の毒
物検知装置１で測定すると、図５に示すように、時間
（ロ）でＯ−ＣＰを０．５ppm添加、時間（ハ）で０ppm
と、Ｏ−ＣＰの濃度を変化させたとき、Ｏ−ＣＰの濃
度に対応して、亜硝酸生成細菌の活性が阻害され、細菌
の酸素呼吸量が減少し、固定化微生物膜４近傍の溶存酸
素濃度のレベルが、Ｏ−ＣＰが０ppm のときよりも増加
し、センサ出力電流が図５に示すように増加する。この
応答は可逆的であり、Ｏ−ＣＰのない０ppm の試料水に
戻すと、センサ出力電流は元の０．１μＡに復帰する。
【００２３】図６は横軸にＯ−ＣＰ濃度、縦軸に（１）
式で定義されるセンサ相対出力差をとって、両者の関係
をプロットして示した線図である。 センサ相対出力差：Ｄ＝１− (ＡC −ＡO ) ／ＡO ─（１） 但し、ＡO ：Ｏ−ＣＰ濃度０ppm のときのセンサ出力電流 ＡC ：Ｏ−ＣＰ濃度Ｃppm のときのセンサ出力電流
式で定義されるセンサ相対出力差をとって、両者の関係
をプロットして示した線図である。 センサ相対出力差：Ｄ＝１− (ＡC −ＡO ) ／ＡO ─（１） 但し、ＡO ：Ｏ−ＣＰ濃度０ppm のときのセンサ出力電流 ＡC ：Ｏ−ＣＰ濃度Ｃppm のときのセンサ出力電流
【００２４】図５, 図６に示す関係から、緩衝溶液１８
中にアンモニア態窒素が過剰に含まれていれば、試料水
２６中のアンモニア態窒素に無関係にＯ−ＣＰ濃度に依
存したセンサ出力電流が得られ、毒性物質の濃度, 毒性
レベルの推定が可能となる。
中にアンモニア態窒素が過剰に含まれていれば、試料水
２６中のアンモニア態窒素に無関係にＯ−ＣＰ濃度に依
存したセンサ出力電流が得られ、毒性物質の濃度, 毒性
レベルの推定が可能となる。
【００２５】表２は各種毒性物質の検出限界濃度と応答
時間を示すが、低濃度でも検知し、その応答時間も１０
〜１５分程度であり、非常に早く検知できることがわか
る。表２中の検出可能濃度はセンサの出力低下が５％以
上のときとしている。
時間を示すが、低濃度でも検知し、その応答時間も１０
〜１５分程度であり、非常に早く検知できることがわか
る。表２中の検出可能濃度はセンサの出力低下が５％以
上のときとしている。
【００２６】
【表2 】
【００２７】これまでは、毒物検知装置１について述べ
てきたが、例えば工場などの排水の水質規制を迅速に行
なうために、この毒物検知装置１を用いた水質監視シス
テムが必要である。
てきたが、例えば工場などの排水の水質規制を迅速に行
なうために、この毒物検知装置１を用いた水質監視シス
テムが必要である。
【００２８】図７はその水質監視システムの構成と水路
系統を示す模式図であり、図２と共通部分を同一符号で
表わしてある。図７において、毒物検知装置１の演算・
制御回路５２に接続された採水装置６０は、演算・制御
回路５２からの信号により稼働し、ポンプ６２を用いて
毒物検知装置１とは別に試料水２６を採取して、順次複
数個の試料水容器６４に一旦収容した後分析装置６６に
送り、ここで試料水２６を分析し毒性物質の特定を行な
う。この分析装置６６に接続される毒物流出地域判定装
置６８は、対象となる集水流域の工場などの毒物の流出
の可能性のある施設について、その毒物の成分などをあ
らかじめ記憶させてあり、分析装置６６の測定結果を受
けて、毒物の発生源と考えられる地域や施設を推定し、
画面上に表示する装置である。このような水質監視シス
テムを活用することにより、上水や下水の処理プロセス
において、排水の流入前に毒性物質についての対策を立
てることが可能となる。
系統を示す模式図であり、図２と共通部分を同一符号で
表わしてある。図７において、毒物検知装置１の演算・
制御回路５２に接続された採水装置６０は、演算・制御
回路５２からの信号により稼働し、ポンプ６２を用いて
毒物検知装置１とは別に試料水２６を採取して、順次複
数個の試料水容器６４に一旦収容した後分析装置６６に
送り、ここで試料水２６を分析し毒性物質の特定を行な
う。この分析装置６６に接続される毒物流出地域判定装
置６８は、対象となる集水流域の工場などの毒物の流出
の可能性のある施設について、その毒物の成分などをあ
らかじめ記憶させてあり、分析装置６６の測定結果を受
けて、毒物の発生源と考えられる地域や施設を推定し、
画面上に表示する装置である。このような水質監視シス
テムを活用することにより、上水や下水の処理プロセス
において、排水の流入前に毒性物質についての対策を立
てることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の毒物検知装置は、以上述べてき
たように、毒物に対して敏感な独立栄養細菌である亜硝
酸生成細菌を固定化した固定化微生物膜と溶存酸素電極
を組み合わせた微生物センサを用い、この固定化微生物
膜の一方の面に緩衝溶液の循環系統と、他方の面に試料
水と標準溶液とを切り替える送液系統と、微生物センサ
出力の演算・制御回路を備えるように構成したため、試
料水中に毒性物質が混入したとき、この毒性物質により
微生物センサの亜硝酸生成細菌のアンモニア酸化活性が
低下し、これにより微生物センサ出力が増加して試料水
中に混入した毒物の存在を、短時間で迅速かつ高感度に
検知することが可能となり、例えば下水処理では活性汚
泥微生物の活性を低下させまたは死滅させる有機塩素化
合物の複数種の毒物が試料水中に混入したとき、これを
検知するのに有効である。また上水における魚の飼育に
よる毒物検知手段よりも維持管理が極めて容易である。
たように、毒物に対して敏感な独立栄養細菌である亜硝
酸生成細菌を固定化した固定化微生物膜と溶存酸素電極
を組み合わせた微生物センサを用い、この固定化微生物
膜の一方の面に緩衝溶液の循環系統と、他方の面に試料
水と標準溶液とを切り替える送液系統と、微生物センサ
出力の演算・制御回路を備えるように構成したため、試
料水中に毒性物質が混入したとき、この毒性物質により
微生物センサの亜硝酸生成細菌のアンモニア酸化活性が
低下し、これにより微生物センサ出力が増加して試料水
中に混入した毒物の存在を、短時間で迅速かつ高感度に
検知することが可能となり、例えば下水処理では活性汚
泥微生物の活性を低下させまたは死滅させる有機塩素化
合物の複数種の毒物が試料水中に混入したとき、これを
検知するのに有効である。また上水における魚の飼育に
よる毒物検知手段よりも維持管理が極めて容易である。
【００３０】さらに、この毒物検知装置を利用した水質
監視システムは、連続モニタリングができ短時間に毒物
検知が可能であることは勿論、最終的には毒物を特定し
毒物流出地域がわかるので、工場などの排水の水質取締
りを早期に行なうことや、毒物に対する事前対策にも有
効である。
監視システムは、連続モニタリングができ短時間に毒物
検知が可能であることは勿論、最終的には毒物を特定し
毒物流出地域がわかるので、工場などの排水の水質取締
りを早期に行なうことや、毒物に対する事前対策にも有
効である。
【図１】（ａ）〜（ｄ）は亜硝酸生成細菌と硝酸生成細
菌について、毒性物質濃度とＭＰＮとの関係を示す線図
菌について、毒性物質濃度とＭＰＮとの関係を示す線図
【図２】本発明の毒物検知装置の構成と水路系統を示す
模式図
模式図
【図３】本発明の毒物検知装置に組み込む微生物センサ
の模式断面図
の模式断面図
【図４】本発明の毒物検知装置に組み込む微生物センサ
の測定原理を説明するための模式図
の測定原理を説明するための模式図
【図５】本発明の毒物検知装置の測定例を示す時間−セ
ンサ出力電流線図
ンサ出力電流線図
【図６】Ｏ−ＣＰ濃度とセンサ相対出力差との関係を示
す線図
す線図
【図７】本発明の水質監視システムの構成と水路系統を
示す模式図
示す模式図
１ 毒物検知装置
２ 微生物センサ
２ａ センサ部
４ 固定化微生物膜
４ａ 一方の面
４ｂ 他方の面
４ｃ ニトロセルローズ膜
６ 液流路
８ 液流路
６ａ 緩衝溶液入口
６ｂ 緩衝溶液出口
８ａ 試料水入口
８ｂ 試料水出口
１０ フローセル
１２ 溶存酸素電極
１２ａ 白金カソード
１２ｂ 溶存酸素電極の本体
１４ ガス透過膜
１６ Ｏリング
１８ 緩衝溶液
２０ 恒温槽
２２ ポンプ
３２ ポンプ
６２ ポンプ
２４ 熱交換器
３６ 熱交換器
２６ 試料水
２８ 標準溶液
３０ 洗浄水
２６ａ バルブ
２８ａ バルブ
３０ａ バルブ
３４ エアポンプ
３８ 送液系統
４０ 信号線
４２ 計測部
４４ 制御部
４６ 演算部
４８ 表示器
５０ 記録計
５２ 演算・制御回路
５４ 循環系統
６０ 採水装置
６４ 試料水容器
６６ 分析装置
６８ 毒物流出地域判定装置
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
7235−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 27/30 ３５５
(72)発明者 田中 良春
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
(72)発明者 飯竹 隆司
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
(72)発明者 星川 寛
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】a.亜硝酸生成細菌を固定した固定化微生物
膜を保持しこの固定化微生物膜の各々の面に接する二つ
の液流路を設けたフローセルと、前記固定化微生物膜の
一方の面にガス透過膜を介して接触させた溶存酸素電極
とを組み合わせた微生物センサ, b.前記固定化微生物膜の前記一方の面に前記亜硝酸生成
細菌の基質となるアンモニア態窒素を所定の濃度で含む
緩衝溶液を循環させる循環系統, c.試料水と前記微生物センサ校正用の標準溶液と洗浄水
とを切り替え、前記試料水と前記標準溶液との溶存酸素
量を飽和させて前記固定化微生物膜の他方の面に送液す
る送液系統, d.前記微生物センサの出力信号を演算処理し運転を制御
する演算・制御回路を備えたことを特徴とする毒物検知
装置。 - 【請求項２】請求項１記載の毒物検知装置, この毒物検
知装置の出力信号を受けて試料水を連続的に採取する採
水装置, この採水装置に採取された試料水を定量分析す
る化学分析装置, この化学分析装置からの信号を受けて
毒物発生源を推定する毒物流出地域判定装置を備えたこ
とを特徴とする水質監視システム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406437A JPH0785072B2 (ja) | 1990-02-05 | 1990-12-26 | 毒物検知装置とこれを用いた水質監視システム |
| US07/649,863 US5160604A (en) | 1990-02-05 | 1991-02-05 | Toxic substance-detecting system with fixed microorganism membrane for water quality-monitoring |
| DE69127643T DE69127643T2 (de) | 1990-02-05 | 1991-02-05 | Verfahren und Anlage zur Schadstoffindikation und Anlage zur Prüfung der Wasserqualität |
| EP91101534A EP0441327B1 (en) | 1990-02-05 | 1991-02-05 | Toxic substance-detecting device and water quality-monitoring system employing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-25654 | 1990-02-05 | ||
| JP2565490 | 1990-02-05 | ||
| JP2406437A JPH0785072B2 (ja) | 1990-02-05 | 1990-12-26 | 毒物検知装置とこれを用いた水質監視システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510921A true JPH0510921A (ja) | 1993-01-19 |
| JPH0785072B2 JPH0785072B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=26363299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2406437A Expired - Lifetime JPH0785072B2 (ja) | 1990-02-05 | 1990-12-26 | 毒物検知装置とこれを用いた水質監視システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5160604A (ja) |
| EP (1) | EP0441327B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0785072B2 (ja) |
| DE (1) | DE69127643T2 (ja) |
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