JPH11242025A

JPH11242025A - Ｂｏｄ自動測定装置

Info

Publication number: JPH11242025A
Application number: JP4303098A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sato; 茂雄佐藤; Norimasa Yoshino; 徳正吉野
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で熟練を要せずに試料水の生物学
的酸素要求量（ＢＯＤ）を自動測定をする。【解決手段】培養瓶１２に入れる酸素センサとして蛍
光酸素センサチップ１３を用いライトガイド１４を設け
る。培養部１０の上部にＸ−Ｙ移動装置２１を設け、光
−電変換器２３のライトガイド２２を各瓶１２のライト
ガイド１４上を移動させ、各センサチップからの酸素濃
度（ＤＯ）情報としての受光し光電変換する。この電気
信号を情報処理装置からなる変換部３に取り入れてＤＯ
を演算し、更にＢＯＤを演算する。ＤＯの測定は試料の
培養前と後に行う。蛍光酸素センサは培養瓶中の酸素を
消費しないので、酸素消費による誤差が生じない。この
ため瓶を小さくできる。また、光を媒体とした信号授受
のため、１つの変換器２３で複数のセンサチップ信号を
簡単な構造で高信頼性をもって切り替え測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】下排水処理施設の放流水や河
川、湖沼の有機物汚濁の指標の１つである、生物学的酸
素要求量（ＢＯＤ）を、水質試験室等において自動的に
測定するＢＯＤ自動測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＢＯＤの測定は、下水試験方法に
準拠し分析されている。分析の基本的な手順は、試料の
採取→前処理→培養前溶存酸素（ＤＯ）の測定→５日間
の培養→培養後のＤＯの測定→ＢＯＤの算出となってお
り、また、この手順中のＤＯの測定方法には「ウィンク
ラーアジ化ナトリウム変法」と「隔膜電極法」の２方法
がある。ＤＯの測定方法において「ウィンクラーアジ化
ナトリウム変法」よりも「隔膜電極法」での測定の方が
容易であるため、現在、多くの水質試験施設では、「隔
膜電極法」を用いてＤＯを測定しＢＯＤの分析を行って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来ＢＯＤの測定
は５日間の培養期間があるため、資料の採取からＢＯＤ
の算出まで５日間を要する。一方、近年、労働者の余暇
時間の増大の要求に応じて労働時間を削減する傾向が強
まり、週休５日制が普及してきている。ＢＯＤ等の水質
試験を行う人々にも週休５日制が適用されてきている。
反面、下排水処理施設における放流水のＢＯＤは、その
時の処理の良否を判定する重要な指標であるため、毎日
測定することが望まれている。

【０００４】ここで、１週間のＢＯＤ測定を考えてみる
と、例えば土曜日と日曜日が休みである場合、当然土曜
日と日曜日は試料の採水ができない。また、月曜日と火
曜日に採水した試料は、それぞれ土曜日と日曜日が培養
後のＤＯ測定の日に当たるため、測定ができない。従っ
て、１週間に土曜日から火曜日の連続した４日間がＢＯ
Ｄの測定ができないことになる。これには、ＢＯＤの測
定には、ある程度の熟練を必要とし、誰にでもできるも
のでないと言うことも関係している。

【０００５】現在、下排水処理施設では微生物による有
機物処理を応用した活性汚泥処理法が最も使用されてい
る。微生物処理は、一旦処理状態が悪化すると処理状態
を良好な状態に戻すために、多くの労力と時間を必要と
する。４日間のＢＯＤの欠測は、日々の処理状態の確認
義務を果せないばかりでなく、下排水処理の運転管理に
も影響する。

【０００６】また、隔膜電極法を用いたＢＯＤの測定作
業についても、一つ一つの培養瓶に対してＤＯの測定が
必要なため、試料の検体数が多くなると膨大な時間を要
することになる。

【０００７】上記の問題を解決するために、ＢＯＤの自
動測定装置の開発が望まれている。ＢＯＤの自動測定装
置は隔膜電極式の酸素計をＤＯの測定手段として、下水
試験方法の全工程またはその一部をロボット化すれば可
能である。ここで、自動化の最も重要となる行程は、
「培養前ＤＯの測定→５日間の培養→培養後のＤＯの測
定」の行程である。

【０００８】ポーラログラフ式やガルバニ電池式の隔膜
式電極でこの行程を自動化する場合、一つの培養瓶の試
料に対して一組の酸素計（多くの場合電極と変換器で一
組の酸素計が構成されている）を使用して構成すれば、
現在の技術をもってすれば比較的容易に開発することが
できる。また、複数の培養瓶の試料に対して、同数の電
極をセットし、多点入力のできる変換器を用いた多点計
測のＢＯＤ自動測定装置を構成することができる。

【０００９】しかしながら、多点計測の酸素計を用いて
も、電極の数は検体数と同数必要となる。ポーラログラ
フ式やガルバニ電池式の電極は電気化学反応を原理とし
ているため一本の電極の価格が比較的高価である。ま
た、電極と変換器の信号の授受は電気信号であるため多
点計測変換器と電極間を電線を用いて接続することにな
る。従って、この場合装置は高価となり、また信号線が
入り乱れて、保守等も考慮すると扱いずらい構造になっ
てしまう。（注：以上の方法では、１本の培養瓶に１本
の電極をセットして培養前のＤＯ測定から、培養後のＤ
Ｏ測定まで５日間電極を培養瓶にセットしたままで測定
する構成をイメージしている。）また、一組の酸素計（１本の電極と１台の変換器）で多
数の培養瓶試料を対象とした構成も考えられる。たとえ
ば、複数の培養瓶を並べておき、位置制御等の技術を応
用して電極を次々に移動し、培養前にそれぞれの培養瓶
試料のＤＯを測定し、５日間後に再度ＤＯを測定する方
法である。この方法は、一見、実現可能と思えるが、培
養瓶は、培養期間中、空気の入らない状態で密閉してお
く必要がある。機械制御で電極を培養瓶から抜き差し
し、かつ、空気の入らないように密栓する仕組みを構成
するには、高度の機械制御技術を必要とし、結局は高価
な装置になってしまう。

【００１０】この発明は、上記課題を鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、下水試験方法に準拠
したＢＯＤ測定を熟練を要せずに自動測定しうる構造が
簡単なＢＯＤ自動測定装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明のＢＯＤ自動測
定装置は、それぞれ蛍光酸素センサチップとこのセンサ
チップからの光を送出するライトガイドを有する複数の
培養瓶と、少なくとも１本の受光用ライトガイドを有す
る光−電変換器が搭載され、前記複数の送光用ライトガ
イドと順次光の授受が可能に受光用ライトガイドを移動
させるライトガイド移動装置と、前記光−電気変換器か
らの電気信号を取り入れてＤＯ値およびＢＯＤ値を演算
する情報処理装置とを有し、前記複数の培養瓶の培養期
間前後のＤＯ値を受光用ライトガイドを移動して測定
し、ＢＯＤ値を演算算出することを特徴とするものであ
る。

【００１２】この測定装置は、培養瓶の栓を自動的にセ
ットする装置を備えたものとすることができる。また、
一定数の培養瓶を１つのパレットに収め、ＤＯ測定終了
後パレットを入れ替えることにより、測定検体数を増大
させることができる。このパレットの入れ替えは自動差
し替え装置を用いて行うことができる。また、測定装置
を恒温槽と一体化することができる。

【００１３】培養瓶は、先端にセンサチップを取着した
ライトガイドを栓として用いることができる。また、瓶
の内面にセンサチップを取着し、その対向する外面にラ
イトガイドを取着したものとすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】近年、気体、液体の酸素濃度セン
サとして「蛍光酸素センサ」が開発されている。このセ
ンサは、入射した光によって励起される蛍光の発光量が
周囲の酸素濃度によって減衰する消光現象が発生する機
能性材料からなる膜（センサチップ）を利用し、蛍光強
度の減衰を測定することにより、周囲の酸素濃度を計る
ものである。

【００１５】測定は、図５に示すように、被測定物質と
センサチップの酸素に関する平衡状態を持ち、このとき
の光量を受光してセンサチップ中の酸素濃度に関する情
報を得る。

【００１６】この発明は、上記蛍光酸素センサチップを
使用する。

【００１７】図１に実施の形態にかかるＢＯＤ自動測定
装置の構成例を示す。

【００１８】図１において、ＢＯＤ自動測定装置１はＤ
Ｏ測定部２とこのＢＯＤ変換部３からなり、測定部２は
培養部１０とライトガイド移動装置２０からなる。

【００１９】培養部１０は試料を培養する複数の培養瓶
１２を備え、各培養瓶１２は、下端に蛍光酸素センサチ
ップ１３が取着されたライトガイド１４を有し、内部に
は外部回転磁気により回動し試料を撹拌する撹拌子１６
が入れられている。

【００２０】ライトガイド移動装置２０は、培養部１０
の上部に設けられたＸ−Ｙ移動装置２１とこれに搭載さ
れた受光用ライトガイド２２を有する光−電変換器２３
からなる。

【００２１】ＢＯＤ変換部３は情報処理装置からなり、
光−電変換器２３からの電気量を取り入れてＤＯ値を演
算し、更にこのＤＯ値をＢＯＤ値に変換する演算を行い
出力する機能と、ラベリング機能及び記憶機能を有す
る。

【００２２】上記ＢＯＤ自動測定装置の動作，機能等に
ついて説明する。培養部１０の培養瓶１２はＸ−Ｙ方向
に並べられており、各瓶のセンサチップ１３はそれぞれ
試料の酸素濃度情報としての光をライトガイド１４に出
力する。

【００２３】Ｘ−Ｙ移動装置２１はライトガイド２２が
各瓶のライトガイド１４の真上を通るように光−電変換
器２３を移動させ、光−電変換器２３はライトガイド２
２が順次対向するライトガイド１４からの光信号を電気
信号に変換する。

【００２４】変換部３はこの変換された酸素濃度情報で
ある電気信号を取り入れてＤＯ値を演算し、更にＢＯＤ
値を演算する。

【００２５】培養瓶１２の栓であるライトガイド１４は
そのまま抜かずに５日間の培養の後上記同様にして、培
養後のＤＯを測定し、ＢＯＤを得る。

【００２６】上記ＤＯ測定時、センサチップ１３と光−
電変換器２３の信号の授受はライトガイド１４，２２を
利用した光信号の授受であるため、電線を要する電気信
号に比較して接触不良がなく、変換器側ライトガイドも
１本ですむため信号の授受が簡単な装置で確実に行え
る。

【００２７】また、蛍光酸素センサチップは、ポーラロ
グラフ式やガンバニ電池式の電極と異なり、原理上ＤＯ
測定によって培養瓶中の酸素を消費しないので、例え
ば、５日間培養瓶に入れぱなしにしても、センサチップ
の酸素消費による誤差を生じない。従って、培養容器
（瓶）を小さくすることができる。また、容量を小さく
すること、センサチップが酸素を消費しないことから、
撹拌（撹拌子１６）を不要とすることができる。

【００２８】この装置で、瓶の栓の取り外しは作業員が
行ってもよいし、それを自動化してもよい。自動化する
場合、作業員は試料を満たした培養瓶を指定の位置にセ
ットするだけでよい。また、培養瓶にセンサチップ付栓
（ライトガイド）をセットする前に、センサチップごと
のスパン校正が必要であるが、栓のセットを自動化する
ことによって、各センサチップの校正（空気中ででき
る）とナンバリングが容易に、かつ確実にできる。

【００２９】この装置は培養温度（２０℃）に保つ必要
がある。近年水質試験室等全体を培養温度に保つことが
できる施設があるが、そのような施設でないところで使
用する場合は、図２に示すようにＢＯＤ自動測定装置１
を恒温槽４に測定部２を入れた恒温槽一体型に構成し、
試料を培養する。

【００３０】また、複数の培養瓶１２は、図３のように
一つのパレット１１にセットし、パレット毎に差し替え
て、培養前或は培養後のＤＯ測定を行うことができる。
この場合、小型の測定装置で多数の検体の測定が可能と
なる。

【００３１】パレット１１にナンバリングしておけば、
変換部３のコンピュータによりそれぞれのデータを記憶
し整理することができる。また、多少大型になるが、パ
レット１１を自動的に入れ替える装置を付加することも
できる。

【００３２】また、１つのパレットに別の日の試料をセ
ットし、判断整理してＢＯＤを出力することも容易であ
る。

【００３３】上記図１では、ライトガイド１４が瓶１２
の栓を兼ねており、センサチップ１３がライトガイド１
４の下端に直接密着したものとなっているが、図４
（イ），（ロ）に示すように、瓶１２の肩部又は胴部の
内面にセンサチップ１３を貼着し、このセンサチップと
対向する瓶外側にライトガイド１４を貼着することがで
きる。

【００３４】なお、図４（ロ）のように瓶の胴部にライ
トガイド１４を設けた場合、ライトガイドをＬ字状に立
ち上げたものとしない限り、Ｘ−Ｙ移動装置２１（図
１）の配置を変えることになるが、図３のように瓶をＸ
−Ｙ方向に並べたパレット１１の使用ができなくなる。

【００３５】

【発明の効果】この発明は、上述のとおり構成されてい
るので、以下に記載する効果を奏する。

【００３６】（１）下水試験方法に準拠したＢＯＤ測定
が、熟練を必要とせずに自動測定できるため、分析者の
作業負担を大幅に軽減できる。

【００３７】（２）ＢＯＤを自動測定できること、ま
た、測定に熟練を必要としないため、週休２日制を取り
入れても、欠測日をなくすことができる。分析者が休み
の日でも、一連の簡単な操作で誰でも測定ができる。

【００３８】（３）ＤＯの測定に安価で酸素を消費しな
い蛍光式酸素センサチップを利用したので、センサチッ
プを培養期間中、培養器中に入れておくことができるた
め、構造が簡単で安価なＢＯＤ自動測定装置が得られ
る。

【００３９】（４）光を媒体とした信号授受であるため
に、１つの変換器で複数のセンサチップの信号を簡単な
構造でかつ高信頼性をもって切り替え測定ができるた
め、安価で、信頼性の高いＢＯＤ自動測定装置が得られ
る。

【００４０】（５）ＤＯの測定に酸素を消費しない蛍光
式酸素センサチップを利用したので、培養容器の容量を
小さくでき、装置の小型化が図れる。

【００４１】（６）一定数の培養瓶がセットできるパレ
ットを用意し、装置本体に差し替えて測定することによ
り、測定できる検体数を大幅に増大できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態にかかるＢＯＤ自動測定装置を示す
構成図。

【図２】恒温槽一体型とした場合のＢＯＤ自動測定装置
を示す斜視図。

【図３】ＢＯＤ自動測定装置の培養瓶パレット入れ替え
機能説明図。

【図４】培養瓶のセンサチップ取付位置例を示す培養瓶
構造説明図。

【図５】蛍光式酸素センサの原理を説明する模式図。

【符号の説明】

１…ＢＯＤ自動測定装置２…ＤＯ測定部３…ＢＯＤ変換部４…恒温槽１０…培養部１１…パレット１２…培養瓶１３…センサチップ１４…ライトガイド１５…栓１６…撹拌子２０…ライトガイド移動装置２１…Ｘ−Ｙ移動装置２２…ライトガイド２３…光−電変換器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ蛍光酸素センサチップとこのセ
ンサチップからの光を送出するライトガイドを有する複
数の培養瓶と、少なくとも１本の受光用ライトガイドを有する光−電変
換器が搭載され、前記複数の培養瓶のライトガイドと順
次光の授受が可能に受光用ライトガイドを移動させるラ
イトガイド移動装置と、前記光−電気変換器からの電気信号を取り入れてＤＯ値
およびＢＯＤ値を演算する情報処理装置とを有し、前記複数の培養瓶の培養期間前後のＤＯ値を受光用ライ
トガイドを移動して測定し、ＢＯＤ値を演算算出するこ
とを特徴とするＢＯＤ自動測定装置。
【請求項２】請求項１において、前記培養瓶の栓を自動的にセットする機能を備えたこと
を特徴とするＢＯＤ自動測定装置。
【請求項３】請求項１または２において、一定数の培養瓶を１つのパレットに収め、ＤＯ測定終了
後パレットを入れ替えることにより、測定検体本数を大
幅に増大したことを特徴とするＢＯＤ自動測定装置。
【請求項４】請求項３において、前記パレットを自動的に差し替える機能を有することを
特徴とするＢＯＤ自動測定装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１つにおい
て、前記ＢＯＤ自動測定装置を恒温槽と一体化したことを特
徴とするＢＯＤ自動測定装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１つにおい
て、前記培養瓶は、先端にセンサチップが取着されたライト
ガイドを栓としたことを特徴とするＢＯＤ自動測定装
置。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれか１つにおい
て、前記培養瓶は、内面にセンサチップが取着され、その対
向する外側面にライトガイドが取着されていることを特
徴とするＢＯＤ自動測定装置。