JPS63115048A - 排水中のアンモニアの連続測定方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、固定化微生物を応用した排水中のアンモニア
及びアンモニウムイオン（以下、両者を含めて単にアン
モニアともいう）の連続測定方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

下排水中のアンモニア性窒素は、主として、し尿、生活
雑排水、工場排水等に由来するものであり、水の汚染指
標として重要である。

活性汚泥法等の好気性生物処理では、処理過程が進むと
有機性窒素であるたん白質またはその分解産物であるポ
リペプチド等が水中の微生物により分解されてアンモニ
ア性窒素を生成し、さらに溶存酸素が存在する状況では
アンモニア性窒素は硝化細菌の作用により酸化されて亜
硝酸性窒素を経て硝酸性窒素となる。したがって、アン
モニア性窒素の測定は処理効果の判定や操作条件の検討
等維持管理上の指針となる。また、閉鎖性水域の富栄養
化、稲作物の窒素過剰による弊害または水産物への影響
等を評価する上で測定の意義は極めて大きい（「下水試
験法」、（社）日本下水道協会用、１９８４）。

現在、アンモニアの測定法は、中和滴定法、インドフェ
ノール青吸光光度法、イオン電極法があるが、中和滴定
法は試料を加熱蒸溜するため測定に時間を要するという
欠点を有する。また、インドフェノール青吸光光度法は
、懸濁物質等が多く存在する場合、これが妨害となるの
で、その除去操作が必要となりかつ操作が繁雑となるた
め測定に時間を要するという欠点を有する。さらに、イ
オン電極法は、試料にアルカリ　（水酸化ナトリウム１
０％（ｗ／ｖ）　）溶液を添加してｐＨを１１以上とす
る必要があるため試料中から金属水酸化物等が析出して
隔膜に付着し、測定精度が低下すること、アンモニア以
外の揮発性アミンが測定の妨害となること等の欠点を有
していた。

最近、アンモニアのみを選択的に酸化して亜硝酸または
硝酸に酸化する微生物を固定化したアンモニア測定用微
生物センサが提案された（特開昭６０−５７５３７号）
。この微生物センサによる測定法は簡単な操作でかつ短
時間で測定できるという利点があるが、以下のような欠
点を有してい　。

た。ｆｉ＋連続的に測定を行った場合に、測定試料が妨
害物や汚濁物質を含まないアンモニアの標＄溶液の場合
でも、微生物センサの寿命は約２０日程度と短い。（２
）測定試料が下排出水等であって種々の有機物を含むも
のである場合には長期間使用すると微生物センサ内に亜
硝酸生成細菌以外の微生物（有機物を資化し酸素を消費
する微生物）が増殖し、センサのアンモニアに対する選
択性が低下して誤差を与える。（３）土壌または活性汚
泥中から分離し培養した微生物を用いる場合、亜硝酸生
成細菌の他に硝酸生成細菌が混在するために試料中の亜
硝酸性窒素に対しても微生物センサが応答するためセン
サのアンモニア選択性の点で問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、従来の固定化微生物を応用したアンモニア測
定方法の欠点を改良し、固定化微生物膜または固定化微
生物カラムの寿命の延長をはかりかつアンモニアに対す
る選択性の低下を防止しつつ排水中のアンモニアを連続
的ムこ精度よく測定する方法を提供することを目的とす
る。

〔発明の要点〕

本発明は、下排水中のアンモニア濃度を固定化微生物膜
を用いた微生物をセンサまたは固定化微生物カラムを応
用した分析計により連続的に測定するにあたり、固定化
微生物膜または固定化微生物カラムに使用する微生物が
亜硝酸生成細菌であ、　　りかつ固定化微生物膜または
固定化微生物カラムが従属栄養細菌の増殖を阻害する抗
生物質を含む無機液体培地により隔時的に洗浄されるこ
とを特徴とする排水中のアンモニア濃度の連続的測定方
法である。

本発明の固定化微生物を利用するアンモニア濃度の測定
方法の原理は、アンモニアを含有する試料水をアンモニ
アを選択的に亜硝酸に酸化する微生物系、即ち独立栄養
細菌である亜硝酸生成細菌と接触させることによって生
じる亜硝酸生成作用により生じる酸素分圧の変化を電気
化学的に感知させ、例えば試料中に含まれるアンモニア
濃度に対応して消費される酸素量を電流または電圧とし
て出力させることによってアンモニア濃度を間接的に定
量しようとするものでる。

本発明において固定化微生物膜またはカラムに固定化さ
れる微生物は亜硝酸生成細菌であって、代表的なものと
してニトロソモナス属、例えばニトロソモナス・ヨーロ
バニア（Ｎｊｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ　ｅｕ−ｒｏｐａｅ
ａ）　Ａ　Ｔ　ＣＣ２５９７８、ニトロソモナス・モノ
セラ（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ　ｍｏｎｏｃｅｌｌａ
）、ニトロソコンカス・ニトロサス（Ｎｉｔｒｏｓｏｃ
ｏｃｃｕｓ　ｎ１Ｌｒｏｓｕｓ）等がある。これら亜硝
酸生成細菌の膜またはカラムへの固定化は、周知の固定
化技術によって行うことができる。例えば、亜硝酸生成
ＨＩ菌を適当な栄養無機塩液体媒地に接種し、これを一
定の条件で培養し、この培養液を多孔性重合体膜、透析
膜等の膜を介して′ａ遇して菌体を該股上に捕捉し、ま
たは菌体を分離したりペースト状にして多孔質重合体膜
等で積層することによって固定化微生物膜とすることが
できる。このようにして作られた固定化微生物膜は周知
の酸素電極に装着されてアンモニア濃度測定用微生物セ
ンサが構成される。

このように構成された微生物センサは、下排水等の種々
の有機物を含む試料について長時間使用すると、固定化
微生物膜またはカラム内に亜硝酸生成細菌以外の微生物
（有機物を資化し酸素を消費するような従属栄養細菌）
が増殖して微生物センサのアンモニアに対する選択性が
低下する０本発明では、このような微生物センサの対ア
ンモニア選択性の低下を防止するため、亜硝酸生成細菌
が選択的に生育できるが、排水中の有機物を資化し酸素
を消費する従属栄養細菌の増殖を阻害する抗生物質を含
む無機液体培地により微生物センサを所定の時間間隔で
もって洗浄するものである。

これにより、亜硝酸生成細菌のみが生育し、雑石の生育
が阻害されるので長期間安定して精度よくアンモ５７２
９度の連続測定が可能となる。この目的のために用いら
れる抗生物質としては、例えばクロラムフェニコール等
があげられる。また、洗浄用の無機液体培地としては、
周知の栄養無機塩培地、例えば（ＮＨｎ）ＳＯ２）Ｎａ
ｚＨＰＯ４、ＫＨｚＰＯａ　、Ｎａ）ｌｃｏ、　、Ｍｇ
５Ｏａ　　・７Ｈ２Ｏ１Ｃａ　ＣＩＩ　ｔ　　・２　Ｈ
ｔ　０１ＦｅＳＯａ等を含有する培地が用いられる。

〔実施例〕

以下、本発明の微生物センサの構成、これを用いたアン
モニア濃度の連続測定について実施例により詳細に説明
する。

去施炭−土 この実施例は、固定化微生物膜を用いた場合のアンモニ
ア濃度の測定を例示する。

下記表１に示す組成の無機塩培地５０ｍ　ｊ！に亜硝酸
生成細菌（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ　ｅｕｒｏｐａｅ
ａ　Ａ　Ｔ・ｃ　Ｃ２５９７Ｂ）を１０＠個／　ｍ　／
含む液体培地５ｍｊ！を接種し、これを１００ｍ　Ｉｔ
の三角フラスコにて３０℃、１２０　ｒ　ｐｍにて回転
振盪培養を６日間行った。

表１　　培地の組成 次いで、この培養液を表１の培地５００ｒａ　Ｉｔに全
量投入し、６日間３０℃で通気攪拌培養を行った。この
培養液１０ｍ１を孔径０．４５μ鋼、膜厚１００μｍの
酢酸セルロース膜にて加圧濾過して菌体を該膜上に捕捉
した。次いで、この膜に厚さ７μ蒙、孔径０．１μｍの
ポリカーボネート膜を積層し、股間を接着して固定化微
生物膜を得た。この固定化微生物膜を酸素電極に装着し
て、第１図に示すようなアンモニア濃度連続測定装置を
構成した。

第１図に示す装置によって本発明の詳細な説明する。第
１図において、ｌは試料送液ポンプ、２は流路切換バル
ブ、３はエアポンプ、４は測定部、号はヒーター、６は
熱交換器、７は試料室、８は微生物センサ、９は送液ポ
ンプ、１０は切換バルブ、１１は緩衝液ボトル、１２は
標準溶液ボトル、１３は洗浄液ボトル、１４は演算部、
１５は表示部、１６は記録計、１７はメモリ、１８は流
路切換バルブである。まず、試料は、送液ポンプｌによ
り測定部４に空気とともに送られ（エアポンプ３により
供給される）、熱交換器６で３０℃となるよう加熱され
、試ギ４室７に右いて固定化微生物膜よりなる微生物セ
ンサ８と接した後、系外に排出される。このとき微生物
センサは試料中に含まれるアンモニア濃度に対応して消
費される酸素量を電流または電圧として出力する。この
出力から予め標準溶液により作製しておいた検量線を用
いて試料中のアンモニア濃度を算出することができる。

微生物センサ８の校正は、流路切換バルブ２および１０
を切り変え、標準溶ｅｉ、１２が送液ポンプ９により測
定部４に送られ、演算部１４にて所定の演算がなされ、
演算式がメモ１月７に記憶される。これをもとにして試
料中のアンモニア濃度を求め、表示（１５）、記録（１
６）する。

微生物センサ８の洗浄は、流路切換バルブ２および１０
を切り換え、送液ポンプ９にて洗浄液１３を試料室７に
送液することにより行われる。

微生物センサの校正、試料の測定、洗浄液による洗浄は
、予め設定された順序でもってバルブ、２．１Ｏ１１８
を切り換えることにより行われる。

第１図に記載の装置を用い、測定試料として標ｔ＄溶液
（アンモニア態窒素として１■／ｌ溶液）を用いてアン
モニア濃度の連続測定を行った。このときの微生物セン
サの安定性を経過日数に対する相対活性の変化として第
２図に示す。第２図において、１は下記の表２に示す組
成の洗浄液で洗浄した場合を、２はそのような洗浄をし
ない場合を示す。

表２　洗浄液の組成 第２図より明らかなように、表２の洗浄液により微生物
センサを洗浄することによって１ケ月以上にわたり安定
してアンモニア濃度の測定が可能であった。

ス１ｍ！ この実施例は、固定化微生物カラムを用いた場合のアン
モニア濃度の連続測定を例示する。

まず、実施例１に示した方法に従って、表１に示した組
成の無機塩培地を用いて亜硝酸生成細菌（Ｎｒｔｒｏｓ
ｏｅｂｏｎａｓ　ｅｕｒｏｐａｅａ　Ａ　Ｔ　ＣＣ２５
９７８７）を培養し、その培養液１１を７，０ＯＯｒρ
ｍで３０分間遠心分離して菌体を濃縮した。これを１０
０ＩＩＩの０，１Ｍリン酸緩衝液に分散させ、再度、７
．００Ｏｒｐｍで３０分間遠心分離した後、濃縮された
菌体を蒸溜水１０＋１１に分散させた。この分散液に３
％アルギン酸ナトリウム水熔ｔｆｆｔｌｏｍ１に溶解さ
せた。この溶液を５ｍＡ注射器に採取し、０．１ＭのＣ
ａｃ１２２ＷＩ液に滴下し、アルギン酸カルシウム固定
化微生物包括粒子ゲルを作った。このゲルを直径ｌＯ■
■、長さ５０−謹のガラス管に充填して固定化微生物カ
ラムとした。

このようにして作られた固定化微生物カラムを用いて第
３図に示すような計測装置を構成してアンモニア連続測
定装置とした。

第３図に示した装置が実施例Ｉの第１図に示したものと
異なる個所は、第１図の固定化微生物膜よりなる微生物
センサ８に代えて、上記のように作った固定化微生物カ
ラム２０を用い、これにより試料中のアンモニア濃度に
対応して消費された酸素の減少量を酸素電極２Ｉによっ
て測定している点・　である。他の要素等については、
第１図と同じ番号のものは同じ作用をする。よって、そ
の詳細は省略する。

しかして、第３図に示した装置による測定フローは、実
施例１の第１図に示した装置によるフローとほぼ同様で
あり、ただ異なるのは、固定化微生物カラム２０によっ
て試料中のアンモニア濃度に対応して消費される酸素の
減少量を酸素電極２１により測定してアンモニア濃度を
求める点である。

第３図に示した装置を用いて下水処理水中のアンモニア
濃度を連続的に測定した。このときの固定化微生物カラ
ムの安定性を経過日数に対する相対活性の変化として第
４図及び第５図に示す。第４図は、実施例１の表２に示
す組成の洗浄液を用いて固定化微生物カラムを洗浄した
場合を、第５図はそのような洗浄をしなかった場合の結
果であって、いずれも実線は標準溶液（アンモニア１ｍ
ｇ／ｌ）に対する相対出力の変化を、破線はグルコース
１００■／ｌ熔液に対する相対出力を示す。

固定化微生物カラムを洗浄液で洗浄した場合には１ケ月
近くも安定してアンモニア濃度の測定が可能であり、し
かも有機物による妨害はは止んど認められなかった（第
４図）。しかし、第５図に示すように、上記のような洗
浄をしない場合には約２０日程度で固定化微生物カラム
は劣化し、アンモニアに対する出力が低下し、さらにグ
ルコースに対する出力の増加が認められた。

以上の結果は、本発明に従う洗浄液によって、亜硝酸生
成細菌が選択的に生育するが、有機物（グルコース）を
資化し酸素を消費する他の微生物の増殖が抗生物質によ
り阻害されていることを間接的に示しているものと考え
られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、排水中のアンモニア濃度を固定化微生
物を応用して測定する場合に、本発明に従う抗生物質を
含む洗浄液で洗浄することにより亜硝酸生成細菌が選択
的に生成するが、雑菌の生育が阻害されるので、長期間
安定して精度よくアンモニア濃度の連続測定が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う固定化微生物膜を角いたアンモ
ニア濃度の連Ｖｔ測定方法を適用できる装置の一構成図
である。 第２図は、第１図の装置における洗浄液による洗浄の有
効性を示す図である。 第３図は、本発明に従う固定化微生物カラムを用いたア
ンモニア濃度の測定方法を適用できる装置の一構成図で
ある。 第４図は、第３図の装置における洗浄液による洗浄の有
効性を示す図である。 第５図は、第３図の装置において洗浄液による洗浄をし
ない場合の結果を示す図である。 ３・・・エアポンプ、　４・・・測定部、５・・・ヒー
ター、　６・・・熱交換器、　７・・・試料室、８・・
・微生物センサ、　１１・・・緩衝液ボトル、１２・・
・標準溶液ボトル、　１３・・・洗浄液ボトル、１４・
・・演算部、　１５・・・表示部、　１６・・・記録計
、１７・・・メモリ、　１９・・・フィルタ、　２０・
・・固定化微生物カラム、　２１・・・酸素電極 法ｌ目 箋２謂 雄遇Ｆ３数、　Ｂ 喜３目 ２グ 箋ｃｌ−フ 瑳龍ｒ３敢７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定化微生物膜または固定化微生物カラムを用いて
   排水中のアンモニア濃度を連続的に測定するにあたり、
   前記固定化微生物膜または固定化微生物カラムに固定化
   された微生物が亜硝酸生成細菌でありかつ固定化微生物
   膜または固定化微生物カラムが抗生物質を含む無機液体
   培地により隔時的に洗浄されることを特徴とする排水中
   のアンモニアの連続測定方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載のアンモニアの連続測定
   方法において、抗生物質が亜硝酸生成細菌を選択的に生
   育させるが、排水中の有機物を資化し酸素を消費するよ
   うな他の細菌の増殖を阻害するものであることを特徴と
   する排水中のアンモニアの連続測定方法。