WO2022201889A1 - 採水方法、採水装置、及び採水システム - Google Patents

採水方法、採水装置、及び採水システム Download PDF

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WO2022201889A1 PCT/JP2022/004132 JP2022004132W WO2022201889A1 WO 2022201889 A1 WO2022201889 A1 WO 2022201889A1 JP 2022004132 W JP2022004132 W JP 2022004132W WO 2022201889 A1 WO2022201889 A1 WO 2022201889A1
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water
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microorganisms
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祐樹 宮内
朋之 田口
浩之 片山
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横河電機株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a water sampling method, a water sampling device, and a water sampling system.
  • Non-Patent Document 1 when a volume of liquid that cannot be sampled at once by typical water samplers including Bandung water samplers and Niskin water samplers is required, a water sampling tube is placed at a desired location.
  • a method of continuously sampling water by driving a suction pump after reaching the depth of water is described.
  • Non-Patent Document 2 describes a negative charge membrane method for recovering microorganisms from a liquid using a negative charge membrane.
  • Non-Patent Document 1 Water treatment systems need information about how well they can control a given microbiological load.
  • the focus is on how quickly the liquid can be sampled in a short period of time.
  • sufficient consideration was not given to sampling the liquid at the timing at which a liquid sample containing a predetermined microbiological load can be appropriately obtained without omission.
  • An object of the present disclosure is to provide a water sampling method, a water sampling device, and a water sampling system that can obtain a liquid sample containing a predetermined microbiological load at an appropriate timing.
  • a water sampling method comprises a detection step of detecting an index value related to the amount of microorganisms in a liquid flowing through a flow path; a determination step of determining whether or not the index value reaches the threshold value in the determination step, the liquid flowing through the flow path is passed through the water sampling flow path as a liquid sample used for measuring the microorganisms and a water sampling step of sampling water.
  • a water sampling method may include a water storage step of storing the liquid sampled in the water sampling step in a water storage tank. As a result, the liquid sampled through the water sampling channel can be stored for a predetermined period of time.
  • a water sampling method may include a recovery step of recovering the microorganisms contained in the liquid sampled in the water sampling step using a filter. This makes it possible to more easily evaluate the microbiological load in the subsequent measurement of microorganisms.
  • a water sampling method may include a concentration step of concentrating the microorganisms recovered by the filter in the recovery step to purify a concentrated liquid. This allows direct collection of an indicator of the microbiological load by the filter to concentrate the microorganisms. Therefore, even a liquid sample that is below the detection limit before concentration in the measurement of microorganisms in the latter stage can be evaluated as a liquid sample.
  • a water sampling device includes a sensor unit that detects an index value related to the amount of microorganisms in a liquid flowing through a flow path, and whether the index value detected by the sensor unit has reached a threshold value. and a calculation unit for determining whether or not the index value reaches the threshold value, the liquid flowing through the flow path is sampled as a liquid sample used for measuring the microorganism. and a control unit that controls the water flow path.
  • the water sampling device is capable of sampling liquid at a time that adequately yields a liquid sample containing a given microbiological load without leaking. Therefore, the water sampling device can contribute to appropriately grasping the water quality fluctuation of the liquid such that the index value reaches the threshold value. For example, when the calculation unit determines that the index value has reached the threshold value, the water sampling device collects the liquid as a liquid sample to be used for the measurement of microorganisms. Water treatment can be performed.
  • a water sampling system includes the water sampling device described above and the water sampling channel through which the liquid sampled as the liquid sample flows.
  • the water collection system is capable of withdrawing liquids at times to adequately obtain liquid samples containing a given microbiological load without leaking. Therefore, the water sampling system can contribute to appropriately grasping the water quality fluctuation of the liquid such that the index value reaches the threshold value. For example, when the calculation unit determines that the index value has reached the threshold value, the water sampling system collects the liquid as a liquid sample to be used for the measurement of microorganisms. Water treatment can be performed.
  • the water sampling system may include a water tank that stores the liquid sampled based on the control of the water sampling channel by the control unit.
  • the water sampling system can store the sampled liquid for a predetermined time based on the control of the water sampling channel by the control unit of the water sampling device.
  • the water sampling system may include a filter that recovers the microorganisms contained in the liquid sampled based on the control of the water sampling channel by the control unit. This makes it possible to more easily evaluate the microbiological load in the subsequent measurement of microorganisms.
  • a water sampling system may include a concentration device that concentrates the microorganisms collected by the filter to purify a concentrated liquid. This allows the water collection system to collect an indication of the microbiological load directly through the filter to concentrate the microorganisms. Therefore, the water sampling system can be used as a liquid sample that can be evaluated even if the liquid sample is below the detection limit before concentration in the subsequent measurement of microorganisms.
  • a water sampling method capable of obtaining a liquid sample containing a predetermined microbiological load at an appropriate timing.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a water sampling system according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the water sampling device of FIG. 1
  • FIG. 2 is a flow chart for explaining a water sampling method executed by the water sampling system of FIG. 1
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a first modified example of the water sampling system of FIG. 1
  • 5 is a flowchart for explaining a water sampling method executed by the water sampling system of FIG. 4
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second modification of the water sampling system of FIG. 1
  • 7 is a flowchart for explaining a water sampling method executed by the water sampling system of FIG. 6
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a water sampling system according to a second embodiment of the present disclosure
  • Non-Patent Document 1 when a large amount of sampled liquid cannot be stored in a water sampling container, the target virus or particles are adsorbed to a negatively charged membrane and collected, and the permeated liquid is sent to the site. Drainage is also mentioned.
  • Non-Patent Document 1 the following technology is also known as a technology related to liquid water sampling.
  • the Bandon water sampler and the Niskin water sampler are known as typical water samplers for sampling liquid.
  • a typical water sampler is attached to the end of a rope and submerged to a desired depth in bodies of water such as pools, oceans, and rivers.
  • a typical bottle closes with a messenger falling along a rope to the bottle.
  • a typical water sampler collects samples at specific times at the point or depth from which it is desired to collect liquid samples.
  • an automatic water sampling device capable of sampling several mL to 10 L of liquid at programmed timing is also known.
  • Such an autosampler is implemented as an automatic water sampler controlled by timer control or the like to grasp instantaneous water quality.
  • the auto sampler flows the liquid into the water quality analysis room through a pipe or hose connected to the water sampling target point, and periodically hourly, daily, weekly, monthly, etc. to collect water.
  • Non-Patent Document 1 water sampling is limited to a specific timing within several seconds to several tens of minutes. Therefore, the analyzable range of water quality of treated water or water area is limited to that at the time of water sampling.
  • the collected liquids are not representative samples suitable for the purpose of determining the quality of liquids containing the worst or greatest microbiological loads in the water treatment system.
  • River water and sewage, among others are susceptible to runoff loads from basins, including industrial and domestic effluents, and weather. Therefore, instantaneous water sampling, limited to the time of water sampling, is likely not realistically reflective of the water quality of the liquid containing the worst or greatest microbiological load.
  • the liquid sampled using conventional technology cannot be said to be a representative sample suitable for the purpose of managing the water quality of treated water in a water treatment system or understanding its control performance. Without the ability to collect liquid samples containing the worst or maximum microbiological load, quantitative information on the maximum load cannot be obtained, e.g. important information on the maximum load for the upper limit of the control performance of the water treatment system. It leaks. On the other hand, continuous water sampling over a long period of time or intermittent water sampling with high frequency imposes a heavy burden on the water sampler.
  • the following describes the water sampling device 10, the water sampling system 100, and the water sampling method that can solve these problems.
  • the water sampling device 10, the water sampling system 100, and the water sampling method described below are applicable to various fields and uses. For example, they can be used for water sampling to understand water quality control and treatment performance in water treatment infrastructure, including water purification plants, sewage treatment plants, water reclamation plants, desalination plants, and the like. At this time, fine particles, colloidal dispersions, microorganisms, and the like that are negatively charged and floating in the sampled liquid may be efficiently collected by the filter.
  • the water sampling device 10, the water sampling system 100, and the water sampling method can be used for water sampling for understanding the treatment performance of the water treatment system.
  • the water treatment system consists of a flocculation tank, sedimentation tank, sand filtration, microfiltration membrane, ultrafiltration membrane, reverse osmosis membrane, ozone contact tank, activated carbon filtration tank, UV irradiation tank, and chlorine agent, which constitute the water treatment infrastructure. Including the disinfection tank used.
  • the water sampling device 10, the water sampling system 100, and the water sampling method can be used to examine water quality such as fine particles, colloidal dispersions, and microorganisms in order to grasp the dynamics in environmental surveys such as rivers, oceans, and hydrophilic areas. It can be applied to the sampling of liquids used for
  • the water sampling device 10, water sampling system 100, and water sampling method can be used to test water quality, such as particulates, colloidal dispersions, and microbes, to understand the risk of microbial infection in cities encompassing water bodies and environmental infrastructure. It can be applied to sampling the liquid used.
  • the water sampling device 10, the water sampling system 100, and the water sampling method quantify the risk for the purpose of qualitative risk, safety grasp, quality control, etc. of liquids used for manufacturing beverages or processed foods. Also, in order to perform comparative verification with a threshold value that can be judged as safe, it can be applied to sampling of liquids used for water quality inspection of fine particles, colloidal dispersion systems, microorganisms, and the like.
  • the water sampling device 10, the water sampling system 100, and the water sampling method can be applied to liquid water sampling for use in quality control inspections such as the manufacture of pharmaceuticals.
  • microorganisms targeted for microbiological load include, for example, protozoa, bacteria, and viruses.
  • Protozoa includes, for example, Cryptosporidium and Giardia.
  • Baceria include, for example, Escherichia coli, Staphylococcus, Vibrio cholerae, Mycobacterium tuberculosis, Helicobacter pylori, and the like.
  • Virus includes, for example, norovirus, adenovirus, enteric virus, Pepper Mild Mottle Virus (PMMoV), and the like.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a water sampling system 100 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the configuration and functions of a water sampling system 100 according to the first embodiment will be mainly described with reference to FIG.
  • the solid arrows connecting each component indicate the flow of the liquid.
  • a dashed arrow starting from the water sampling device 10 indicates a signal flow.
  • the water sampling system 100 is a system used for sampling and storing liquid such as treated water in water treatment infrastructure as a liquid sample.
  • a liquid that is sampled as a liquid sample by the water sampling system 100 flows in one direction, for example, through a pipe that constitutes part of the water treatment infrastructure.
  • Piping may constitute a primary flow path in the water treatment infrastructure, or may constitute a bypass flow path branching off from the primary flow path.
  • the water sampling system 100 has a water sampling port 101 .
  • the water sampling port 101 includes, for example, a detachable valve that is attached to the side of the above-described piping that constitutes part of the water treatment infrastructure. A portion of the liquid that flows in one direction through such a pipe is sampled by the water sampling system 100 using the installation location of the valve in the pipe as a water sampling point.
  • the water sampling system 100 has a water sampling device 10 that controls the water sampling process in the water sampling system 100 .
  • the water sampling device 10 is arranged downstream of the water sampling port 101 .
  • the water sampling system 100 has a water storage tank 20 arranged downstream of the water sampling device 10 .
  • the water sampling system 100 has a water sampling channel 102a and a drainage channel 102b in which the liquid flow branches between the water sampling device 10 and the water tank 20 .
  • the water sampling system 100 has a channel 102c located between the water sampling port 101 and the branch point to the water sampling channel 102a and the drainage channel 102b.
  • the water sampling device 10 is arranged on the channel 102c.
  • the water sampling system 100 has a first solenoid valve 103a arranged between the water sampling device 10 and the water tank 20 in the water sampling channel 102a, and a second solenoid valve 103b arranged in the drainage channel 102b. .
  • the liquid that has flowed into the water sampling system 100 from the water sampling port 101 passes through the flow path 102c and then flows through the water sampling flow path 102a. and flows into the water tank 20 .
  • the water tank 20 is arranged at the end of the water sampling channel 102a opposite to the water sampling port 101, and stores the liquid flowing through the water sampling channel 102a.
  • the first solenoid valve 103a is closed and the second solenoid valve 103b is open, the liquid that has flowed into the water sampling system 100 from the water sampling port 101 passes through the channel 102c and then flows through the drainage channel 102b. to the drainpipe.
  • the pipes forming each channel may be designed such that the flow velocity of the liquid flowing through each channel is 1 m/sec or more.
  • the flow rate corresponding to a flow velocity of 1 m/sec is approximately 170 mL/sec (approximately 10 L/min).
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the water sampling device 10 of FIG.
  • the configuration and functions of the water sampling device 10 of FIG. 1 will be mainly described with reference to FIG.
  • the water sampling device 10 has a sensor section 11 , a calculation section 12 and a control section 13 .
  • the sensor unit 11 includes any sensor element, sensor module, or sensor device that detects an index value related to the amount of microorganisms in the liquid flowing through the channel.
  • the sensor unit 11 is arranged on the flow path 102c of FIG.
  • the sensor unit 11 outputs the detected index value to the calculation unit 12 as a detection signal.
  • index value includes, for example, flow site particles, turbidity, chromaticity, chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), total organic carbon (TOC), dissolved oxygen (DO), suspended solids (SS), chlorophyll concentration, total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), organic pollutant concentration (ultraviolet absorption analysis), adenosine triphosphate (ATP), and Including enzymatic activity.
  • the sensor unit 11 when the index value includes flow site particles, the sensor unit 11 includes a flow imaging device. For example, when the index value includes turbidity, the sensor unit 11 includes a turbidity sensor, an absorption sensor, and the like. For example, when the index value includes chromaticity, the sensor unit 11 includes a transmitted light chromaticity meter. For example, when the index value includes COD, the sensor section 11 includes a COD analyzer. For example, when the index value includes BOD, the sensor unit 11 includes a BOD measuring device, a biosensor type rapid BOD measuring device, and the like.
  • the sensor unit 11 when the index value includes TOC, the sensor unit 11 includes a TOC meter.
  • the sensor section 11 when the index value includes DO, the sensor section 11 includes an optical DO meter.
  • the sensor unit 11 when the index value includes SS, the sensor unit 11 includes a backscattered light type or transmitted light type SS sensor.
  • sensor unit 11 when the index value includes chlorophyll concentration, sensor unit 11 includes a fluorescent chlorophyll sensor.
  • the sensor unit 11 when the index value includes TN, the sensor unit 11 includes devices based on the UV method, hydrazine sulfate reduction method, copper-cadmium reduction method, and the like, automatic quantification devices, and the like.
  • the sensor unit 11 when the index value includes TP, the sensor unit 11 includes a device based on a heat concentration method, a solvent extraction method, etc., an automatic quantification device, and the like.
  • the sensor section 11 when the index value includes the concentration of organic contaminants (ultraviolet absorption analysis), the sensor section 11 includes a UV meter.
  • the sensor section 11 when the index value includes ATP, the sensor section 11 includes an ATP measuring device.
  • the sensor unit 11 includes an enzyme substrate fluorescence sensor, a colorimetric sensor, an optical sensor, and the like.
  • the calculation unit 12 determines whether the index value detected by the sensor unit 11 has reached the threshold.
  • the computing unit 12 includes any computing element or computing module capable of executing such determination processing.
  • the calculation unit 12 may set a different threshold for comparison with the index value detected by the sensor unit 11, for example, for each treatment facility of the water treatment infrastructure.
  • the correlation between the reference value of the index value obtained during system operation and the microbiological load may be calculated, and the index value with a high correlation may be selected as the threshold.
  • the average values of daily, daily, weekly, monthly, and seasonal fluctuations are calculated in advance from the index values obtained while the system is in operation, and the fluctuations from the average values are calculated.
  • a threshold may be set from the value.
  • Fluctuation values are obtained by calculating in advance the average value and standard deviation ⁇ of daily fluctuation, daily fluctuation, weekly fluctuation, monthly fluctuation, seasonal fluctuation, etc. from index values obtained during system operation, and calculating the average value from the standard deviation.
  • a confidence interval can be set, and a value exceeding the confidence interval can be regarded as having a significant difference and set as a threshold.
  • Fluctuation values are calculated in advance from the logarithm of index values obtained during system operation, including daily, daily, weekly, monthly, and seasonal fluctuations, as well as the standard deviation ⁇ .
  • a confidence interval of values can be set, and a value exceeding the confidence interval can be regarded as having a significant difference and set as a threshold.
  • the confidence interval can be set arbitrarily, but if a value deviating from 95% of the average value is regarded as an abnormal value, it is set based on the value obtained by adding 1.96 ⁇ to the average value. A confidence interval is set based on a value obtained by adding 2.33 ⁇ to the mean value when values deviating from 99% of the mean value are regarded as outliers.
  • the threshold may not be set as a confidence interval, but may be set based on empirical values showing high values due to environmental factors such as rainfall conditions.
  • the above fluctuation value may be incorporated into machine learning or the like so that the index value obtained during the operation of the system is always fed back to the threshold calculation.
  • the threshold may be based on the results obtained by multivariate analysis such as principal component regression analysis and classification of multiple index values, neural networks, and machine learning, etc., instead of the threshold for one index value. good. In this case also, data may always be fed back to the threshold calculation.
  • microbiological contamination such as viruses does not necessarily show a linear correlation with index values. From an optical point of view, very small viruses show a linear correlation with index values such as turbidity and TOC, except when microbiological contamination is relatively high when index values such as turbidity are high. Not expected. Even in such a case, based on the results of machine learning for multiple index values, it is possible to grasp trends including non-linearity specific to water sampling points such as land and water treatment systems. Since trends, including non-linearity, are site-specific, the water sampling device 10 may empirically adapt the water sampling method to that site while performing machine learning.
  • the threshold may be set using statistical methods for detecting outliers, including the Smirnov-Grubbs test for outliers and the use of interquartile ranges.
  • the control unit 13 includes one or more processors.
  • a "processor” is a general-purpose processor or a dedicated processor specialized for a particular process, but is not limited to these.
  • the control unit 13 is communicably connected to each component constituting the water sampling device 10 and controls the operation of the water sampling device 10 as a whole.
  • the control unit 13 samples the liquid used for the measurement of microorganisms. More specifically, the control unit 13 controls the water sampling channel 102a so that the liquid flowing through the channel 102c is sampled as a liquid sample used for measuring microorganisms.
  • the control unit 13 acquires an output signal related to the determination result from the calculation unit 12 .
  • the control unit 13 controls the water sampling channel 102 a so that the liquid used for measuring microorganisms flows through the water sampling channel 102 a and flows into the water storage tank 20 .
  • the two first solenoid valves 103a and second solenoid valves 103b are closed in advance.
  • the control unit 13 acquires from the calculation unit 12 an output signal related to the determination result that the calculation unit 12 has determined that the index value has not reached the threshold value, the control unit 13 outputs a control signal to open the second solenoid valve 103b. 103b.
  • the second solenoid valve 103b is opened while the first solenoid valve 103a remains closed.
  • the control unit 13 when the control unit 13 acquires from the calculation unit 12 an output signal relating to the determination result that the calculation unit 12 has determined that the index value has reached the threshold value, the control unit 13 opens the first solenoid valve 103a and opens the second solenoid valve 103a.
  • a control signal for closing the valve 103b is output to the first solenoid valve 103a and the second solenoid valve 103b.
  • the second electromagnetic valve 103b shifts from the open state to the closed state
  • the first electromagnetic valve 103a shifts from the closed state to the open state.
  • the water storage tank 20 stores the liquid sampled through the water sampling channel 102 a based on the control of the water sampling channel 102 a by the control unit 13 .
  • the water sampling device 10 may perform real-time constant monitoring or continuous monitoring with a measurement time of several minutes to several hours using the sensor unit 11 .
  • the calculation unit 12 of the water sampling device 10 may determine whether or not it is necessary to sample water into the liquid storage tank 20 based on the comparison between the index value and the threshold value through such continuous monitoring.
  • the water sampling device 10 may control the water sampling flow path 102a so that the water sampling amount in the range of several mL to 1000 L is achieved when it is determined that water sampling to the liquid storage tank 20 is necessary.
  • the sampled liquid is measured as a liquid sample by any measuring device that can measure the microorganisms contained in the liquid. More specifically, the sampled liquid can be used to detect microorganisms contained in the liquid and other qualitative or quantitative measurements.
  • Methods used for the detection of microorganisms and other qualitative or quantitative measurements include culture method, ATP measurement, catalase measurement, CO2 measurement, MALDI-TOF-MS identification method, qPCR, LAMP method, DNA base sequence analysis method, DNA microarray method, immunochromatography method, capillary electrophoresis, staining method, fluorescence method, enzymatic method, electrical impedance method, microcolony detection method and the like.
  • the above measuring device may carry out methods such as the labeled antibody method.
  • the measurement device may perform, for example, a fluorescence in situ hybridization (FISH) method that fluorometrically measures the expression of specific chromosomes or genes in tissues or cells using a fluorescent substance.
  • FISH fluorescence in situ hybridization
  • the measurement device is a fluorescence immunoassay (FIA) method that measures the antigen-antibody reaction using a fluorescent substance such as europium as a label, and measures the serum (antibody) reaction that is labeled with a fluorescent substance to pathogens that serve as antigens.
  • FISH fluorescence in situ hybridization
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the water sampling method executed by the water sampling system 100 of FIG. A water sampling method performed by the water sampling system 100 of FIG. 1 will be mainly described with reference to FIG.
  • the water sampling system 100 detects an index value related to the amount of microorganisms in the liquid flowing through the channel 102c.
  • step S101 the water sampling system 100 determines whether the index value detected in the detection step of step 100 has reached the threshold. When the water sampling system 100 determines that the index value has reached the threshold value, it executes the process of step S102. When the water sampling system 100 determines that the index value has not reached the threshold value, the process of step S100 is executed again.
  • step S102 when the water sampling system 100 determines that the index value has reached the threshold value in the determination step of step S101, the liquid flowing through the flow path 102c is passed through the water sampling flow path 102a as a liquid sample to be used for measuring microorganisms. Take water. More specifically, the water sampling device 10 of the water sampling system 100 controls the water sampling channel 102a so that the liquid flowing through the channel 102c is sampled as a liquid sample used for measuring microorganisms.
  • step S103 the water sampling system 100 stores the liquid sampled in the water sampling step of step S102 in the water tank 20.
  • a liquid sample containing a predetermined microbiological load can be obtained at an appropriate timing.
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 are capable of sampling liquid at timings that allow adequate and complete liquid samples containing a predetermined microbiological load to be obtained.
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 can contribute to appropriately grasping the water quality fluctuation of the liquid such that the index value reaches the threshold value.
  • the calculation unit 12 determines that the index value has reached the threshold value
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 collect liquid as a liquid sample used for measuring microorganisms so that the index value reaches the threshold value. Water sampling processing can be executed appropriately at the timing reached.
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 can properly collect liquid samples containing the worst or highest microbiological loads without omission.
  • the above-described water sampling method using the water sampling device 10 and the water sampling system 100 makes it possible to detect sudden fluctuations in the quality of liquid water and to detect the worst case.
  • the worst condition of water quality occurring at the time of water sampling is reflected in the liquid sample, making it possible not to miss the quality risk caused by the worst situation.
  • the water sampling device 10 and water sampling system 100 enable sampling of water at a point of flow to assess the qualitative risk posed by a worst case scenario.
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 can collect liquid as a representative sample that reflects the state of contamination of the target liquid.
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 can collect representative samples suitable for the purpose of managing the water quality of treated water in the water treatment system and understanding its control performance.
  • the water collection device 10 and water collection system 100 are capable of collecting liquid samples containing worst or maximum microbiological load and obtaining quantitative information of the maximum load.
  • the water sampling device 10 and the water sampling system 100 can acquire important information of the maximum load with respect to the upper limit of the control performance of the water treatment system without omission. As described above, it becomes easy to appropriately grasp the fluctuation of liquid water quality and the control performance of the water treatment system.
  • the water sampling person does not need to perform continuous water sampling for a long time or intermittent water sampling with high frequency. Automation of water sampling by the water sampling device 10 and the water sampling system 100 reduces the burden on the water sampling person regarding time constraints.
  • the water sampling system 100 Since the water sampling system 100 has the water storage tank 20, the water sampling system 100 can supply liquid sampled through the water sampling channel 102a based on the control of the water sampling channel 102a by the control unit 13 of the water sampling device 10. It is possible to accumulate over a predetermined period of time.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a first modified example of the water sampling system 100 of FIG.
  • the water sampling system 100 is described as storing the sampled liquid in the water tank 20, but it is not limited to this.
  • the water collection system 100 may sample indicators of microbiological load directly from the collected liquid.
  • the water sampling system 100 instead of or in addition to the water storage tank 20, samples water through the water sampling channel 102a based on the control of the water sampling channel 102a by the control unit 13 of the water sampling device 10. It may also have a filter 30 that collects microorganisms contained in the liquid that has been collected.
  • the filter 30 may include, for example, a negative charge film.
  • the water sampling system 100 may sample microorganisms by capturing complexes formed by microorganisms in the liquid and cations added to the liquid with a negatively charged membrane included in the filter 30. .
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the water sampling method executed by the water sampling system 100 of FIG.
  • the water sampling method performed by the water sampling system 100 of FIG. 4 will be mainly described with reference to FIG.
  • the water sampling system 100 detects an index value related to the amount of microorganisms in the liquid flowing through the channel 102c.
  • step S201 the water sampling system 100 determines whether the index value detected in the detection step of step 200 has reached the threshold. When determining that the index value has reached the threshold value, the water sampling system 100 executes the process of step S202. When the water sampling system 100 determines that the index value has not reached the threshold value, it executes the process of step S200 again.
  • step S202 when the water sampling system 100 determines that the index value has reached the threshold value in the determination step of step S201, the liquid flowing through the flow path 102c is passed through the water sampling flow path 102a as a liquid sample to be used for measuring microorganisms. Take water. More specifically, the water sampling device 10 of the water sampling system 100 controls the water sampling channel 102a so that the liquid flowing through the channel 102c is sampled as a liquid sample used for measuring microorganisms.
  • step S203 the water sampling system 100 uses the filter 30 to collect microorganisms contained in the liquid sampled in the water sampling step of step S202.
  • the above-described method of directly collecting the index of the microbiological load by the filter 30 makes it possible to more easily evaluate the microbiological load in the subsequent measurement of microorganisms.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a second modification of the water sampling system 100 of FIG.
  • the water collection system 100 may collect in a concentrated form the microorganisms indicative of the microbiological load collected by the filter 30 of FIG.
  • the water collection system 100 may have a concentrator 40 that includes a filter 30 .
  • the concentrator 40 may be configured based on any equipment including the filter 30 .
  • the concentration device 40 purifies the concentrated liquid by concentrating the microorganisms in the liquid flowing through the water sampling channel 102a, for example.
  • the concentrator 40 concentrates the microorganisms collected by the filter 30 to purify the concentrate.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the water sampling method executed by the water sampling system 100 of FIG.
  • the water sampling method performed by the water sampling system 100 of FIG. 6 will be mainly described with reference to FIG.
  • the water sampling system 100 detects an index value related to the amount of microorganisms in the liquid flowing through the channel 102c.
  • step S301 the water sampling system 100 determines whether the index value detected in the detection step of step 300 has reached the threshold. When determining that the index value has reached the threshold value, the water sampling system 100 executes the process of step S302. When the water sampling system 100 determines that the index value has not reached the threshold value, it executes the process of step S300 again.
  • step S302 when the water sampling system 100 determines that the index value has reached the threshold value in the determination step of step S301, the liquid flowing through the flow path 102c is passed through the water sampling flow path 102a as a liquid sample to be used for measuring microorganisms. Take water. More specifically, the water sampling device 10 of the water sampling system 100 controls the water sampling channel 102a so that the liquid flowing through the channel 102c is sampled as a liquid sample used for measuring microorganisms.
  • step S303 the water sampling system 100 uses the filter 30 to collect microorganisms contained in the liquid sampled in the water sampling step of step S302.
  • step S304 the water sampling system 100 concentrates the microorganisms recovered by the filter 30 in the recovery step of step S303 to purify the concentrate.
  • the water sampling system 100 can directly collect the microbiological load indicator by the filter 30 and concentrate the microorganisms. Therefore, the water sampling system 100 can be used as a liquid sample that can be evaluated even if the liquid sample is below the detection limit before concentration in the subsequent measurement of microorganisms.
  • the liquid that has flowed into the water sampling system 100 from the water sampling port 101 flows through the drainage channel 102b and is guided to the drainage pipe.
  • the water sampling system 100 may also have at least one of a water tank and a filter on the channel side where the second solenoid valve 103b is arranged.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a water sampling system 100 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the configuration and functions of the water sampling system 100 according to the second embodiment will be mainly described with reference to FIG.
  • the solid arrows connecting each component indicate the flow of the liquid.
  • a dashed arrow starting from the water sampling device 10 indicates a signal flow.
  • the sensor unit 11 is not arranged downstream of the water sampling port 101, but is located upstream of the water sampling port 101 in the water treatment process in the water treatment infrastructure. It differs from the first embodiment.
  • Other configurations, functions, effects, modifications, and the like are the same as those of the first embodiment, and the corresponding description also applies to the water sampling system 100 according to the second embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. Differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the sensor unit 11 may detect an index value related to the amount of microorganisms in the liquid flowing through the flow path upstream of the water treatment process in the water treatment infrastructure rather than the water sampling port 101 .
  • the sensor unit 11 may be directly provided at a water-flowing location of the water treatment infrastructure.
  • the detection points used in the detection steps by the water sampling system 100 may be located upstream of the water treatment process in the water treatment infrastructure.
  • a water sampling port 101 for sampling liquid as a liquid sample used for measuring microorganisms may be located at each step of the downstream water treatment process in the water treatment infrastructure.
  • the solenoid valve 103c is closed in advance.
  • the control unit 13 acquires from the calculation unit 12 an output signal related to the determination result that the calculation unit 12 has determined that the index value has not reached the threshold value
  • the control unit 13 maintains the closed state of the solenoid valve 103c.
  • the control unit 13 outputs a control signal to open the solenoid valve 103c. output to As a result, the solenoid valve 103c shifts from the closed state to the open state.
  • the water storage tank 20 stores the liquid sampled through the water sampling channel 102d based on the control of the water sampling channel 102d by the control unit 13 .
  • the present disclosure can also be implemented as a program describing the processing content for implementing each function of the water sampling system 100 described above, or as a storage medium recording the program. It should be understood that the scope of the present disclosure includes these as well.
  • the shape, arrangement, orientation, and number of each component described above are not limited to the contents shown in the above description and drawings.
  • the shape, arrangement, orientation, and number of each component may be arbitrarily configured as long as the function can be realized.
  • the water sampling system 100 may perform only one of the water sampling methods described in the first embodiment and the second embodiment, or may perform them in combination.
  • detection points by the sensor unit 11 may be installed at multiple locations according to applications such as water treatment infrastructure.
  • a water sampling method according to an embodiment of the present disclosure can be executed with water sampling points before and after each step of a water treatment process in a water treatment infrastructure.
  • the contamination status and removal status may be grasped based on the number of living and dead microorganisms.
  • the water sampling system 100 may have a pre-filter arranged upstream of the water tank 20 or the filter 30 .
  • Such pre-filters may include any filter that has a pore size larger than the microorganisms of interest and that does not cause adsorption of microorganisms.
  • the liquid sampling time may be variable in order to enable application to the above-mentioned various fields including tap water, food, drinking water, and the like.
  • the water sampling volume may be set according to the microbiological load.
  • the shape of the water sampling port used as the water sampling port 101 for water sampling may be variable, and a detachable water sampling port may be employed.
  • Water Sampling Device 11 Sensor Part 12 Calculation Part 13 Control Part 20 Water Tank 30 Filter 40 Concentrating Device 100 Water Sampling System 101 Water Sampling Port 102a Water Sampling Channel 102b Drainage Channel 102c Channel 102d Water Sampling Channel 103a First Solenoid Valve 103b 2 solenoid valve 103c solenoid valve

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Abstract

採水方法は、流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する検出ステップと、検出ステップにおいて検出された指標値が閾値に達したか否かを判定する判定ステップと、判定ステップにおいて指標値が閾値に達したと判定すると、流路（１０２ｃ）を流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水流路（１０２ａ）を介して採水する採水ステップと、を含む。

Description

採水方法、採水装置、及び採水システム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２１年３月２６日に日本国に特許出願された特願２０２１－０５４１８３号の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本開示は、採水方法、採水装置、及び採水システムに関する。
　例えば水処理インフラにおける処理水の水質を管理したり、海洋などの水域の水質を検査したりすることを目的とした液体の採水に関連する技術が知られている。例えば、非特許文献１には、バンドン採水器及びニスキン採水器などを含む典型的な採水器では一度に採水できない量の液体を必要とするときに、採水チューブを目的の場所又は水深まで到達させて、吸引ポンプの駆動により連続的に採水する方法が記載されている。例えば、非特許文献２には、陰電荷膜を用いて液体中から微生物を回収する陰電荷膜法が記載されている。
Inoue et al, "Spatial and temporal profiles of enteric viruses in the coastal waters of Tokyo Bay during and after a series of rainfall events", Science of The Total Environment, 2020年7月, Vol. 727, 138502 Katayama et al, "Development of a Virus Concentration Method and Its Application to Detection of Enterovirus and Norwalk Virus from Coastal Seawater", Applied and Environmental Microbiology, 2002年3月, Vol. 68, No. 3, p.1033-1039
　水処理システムでは、所定の微生物学的負荷に対してどれだけの制御性能が発揮可能であるかに関する情報が必要となる。しかしながら、例えば非特許文献１に記載の従来技術では、いかに素早く短時間に液体を採水するかに主眼が置かれている。非特許文献１及び２に記載の従来技術では、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に得ることができるタイミングで液体を採水することについては十分に考慮されていなかった。
　本開示は、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を適切なタイミングで得ることができる採水方法、採水装置、及び採水システムを提供することを目的とする。
　幾つかの実施形態に係る採水方法は、流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された前記指標値が閾値に達したか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記指標値が前記閾値に達したと判定すると、前記流路を流れる前記液体を前記微生物の測定に用いられる液体試料として採水流路を介して採水する採水ステップと、を含む。
　これにより、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を適切なタイミングで得ることができる。所定の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に得ることができるタイミングで液体を採水することが可能である。したがって、指標値が閾値に達するような液体の水質変動の適切な把握に寄与することができる。例えば、指標値が閾値に達したときに微生物の測定に用いられる液体試料として液体を採水することで、指標値が閾値に達したタイミングで適切に採水処理が実行可能である。
　一実施形態に係る採水方法は、前記採水ステップにおいて採水された前記液体を貯水槽に溜める貯水ステップを含んでもよい。これにより、採水流路を介して採水された液体を所定時間にわたり溜めることが可能となる。
　一実施形態に係る採水方法は、前記採水ステップにおいて採水された前記液体に含まれる前記微生物をフィルタにより回収する回収ステップを含んでもよい。これにより、後段の微生物の測定において、より簡便に微生物学的負荷を評価することが可能となる。
　一実施形態に係る採水方法は、前記回収ステップにおいて前記フィルタにより回収された前記微生物を濃縮して濃縮液を精製する濃縮ステップを含んでもよい。これにより、微生物学的負荷の指標をフィルタにより直接的に回収して微生物を濃縮することが可能となる。したがって、後段の微生物の測定において濃縮前では検出下限以下となるような液体試料であっても評価可能な液体試料とすることができる。
　幾つかの実施形態に係る採水装置は、流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出するセンサ部と、前記センサ部により検出された前記指標値が閾値に達したか否かを判定する演算部と、前記指標値が前記閾値に達したと前記演算部が判定すると、前記流路を流れる前記液体を前記微生物の測定に用いられる液体試料として採水するように採水流路を制御する制御部と、を備える。
　これにより、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を適切なタイミングで得ることができる。採水装置は、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に得ることができるタイミングで液体を採水可能である。したがって、採水装置は、指標値が閾値に達するような液体の水質変動の適切な把握に寄与することができる。例えば、採水装置は、指標値が閾値に達したと演算部が判定すると、微生物の測定に用いられる液体試料として液体を採水することで、指標値が閾値に達したタイミングで適切に採水処理を実行することができる。
　幾つかの実施形態に係る採水システムは、上記の採水装置と、前記液体試料として採水される前記液体が流れる前記採水流路と、を備える。
　これにより、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を適切なタイミングで得ることができる。採水システムは、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に得ることができるタイミングで液体を採水可能である。したがって、採水システムは、指標値が閾値に達するような液体の水質変動の適切な把握に寄与することができる。例えば、採水システムは、指標値が閾値に達したと演算部が判定すると、微生物の測定に用いられる液体試料として液体を採水することで、指標値が閾値に達したタイミングで適切に採水処理を実行することができる。
　一実施形態に係る採水システムは、前記制御部による前記採水流路の制御に基づいて採水された前記液体を溜める貯水槽を備えてもよい。これにより、採水システムは、採水装置の制御部による採水流路の制御に基づいて採水された液体を所定時間にわたり溜めることが可能となる。
　一実施形態に係る採水システムは、前記制御部による前記採水流路の制御に基づいて採水された前記液体に含まれる前記微生物を回収するフィルタを備えてもよい。これにより、後段の微生物の測定において、より簡便に微生物学的負荷を評価することが可能となる。
　一実施形態に係る採水システムは、前記フィルタにより回収された前記微生物を濃縮して濃縮液を精製する濃縮装置を備えてもよい。これにより、採水システムは、微生物学的負荷の指標をフィルタにより直接的に回収して微生物を濃縮することができる。したがって、採水システムは、後段の微生物の測定において濃縮前では検出下限以下となるような液体試料であっても評価可能な液体試料とすることができる。
　本開示によれば、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を適切なタイミングで得ることができる採水方法、採水装置、及び採水システムを提供することができる。
本開示の第１実施形態に係る採水システムの概略構成図である。 図１の採水装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図１の採水システムにより実行される採水方法を説明するためのフローチャートである。 図１の採水システムの第１変形例を示す概略構成図である。 図４の採水システムにより実行される採水方法を説明するためのフローチャートである。 図１の採水システムの第２変形例を示す概略構成図である。 図６の採水システムにより実行される採水方法を説明するためのフローチャートである。 本開示の第２実施形態に係る採水システムの概略構成図である。
　背景技術及び課題についてより詳細に説明する。
　例えば、非特許文献１では、採水された大量の液体を採水容器に保管することができない場合、目的のウイルス又は粒子などを陰電荷膜に吸着させて回収し、透過した液体を現場に排水することも記載されている。
　以上のような非特許文献１に記載の従来技術に加えて、液体の採水に関連する技術として例えば以下のものも知られている。
　例えば、液体を採水する典型的な採水器として、バンドン採水器及びニスキン採水器が知られている。このような典型的な採水器は、ロープの先端に取り付けられた状態で、プール、海洋、及び河川などの水域において目的の水深へ沈められる。典型的な採水器は、ロープに沿ってメッセンジャーが採水器まで落下することで蓋を閉じる。典型的な採水器は、液体試料を回収したい地点又は水深における特定のタイミングの試料を回収する。
　例えば、採水のためのオートサンプラの例として、プログラムされたタイミングで数ｍＬから１０Ｌの液体を採水可能な自動採水装置も知られている。このようなオートサンプラは、瞬間水質を把握するためにタイマー制御などで管理された自動採水器で実施されている。例えば、オートサンプラは、採水対象地点とつながった配管又はホースを介して、水質分析室に液体を流し、時間ごと、日ごと、週ごと、及び月ごとなどにおいて定期的に数ｍＬから数Ｌを採水する。
　水処理システムでは、例えば最悪又は最大の微生物学的負荷に対してどれだけの制御性能が発揮可能であるかに関する情報が必要となる。しかしながら、上記の従来技術のいずれにおいても、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に得ることができるタイミングで液体の採水を行うことについては十分に考慮されていなかった。
　例えば、非特許文献１に記載の従来技術では、採水は、特定のタイミングで数秒から数十分以内の時間に限定される。したがって、処理水又は水域の水質の解析可能範囲は、採水時点のものに限定される。採水した液体は、水処理システムで最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体の水質を把握する目的に適合した代表的なサンプルであるとはいえない。とりわけ、河川水及び下水などでは、工場排水及び家庭排水を含む流域からの流出負荷並びに天候の影響を受けやすい。したがって、採水時点に限定した瞬間的な採水では、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体の水質を実態的に反映していない可能性が高い。
　このような問題は、上述した典型的な採水器及びオートサンプラにも同様に当てはまる。典型的な採水器を用いた採水方法では、特定のタイミングで採水が行われ、当該採水時点での瞬間的なスナップショットとして液体試料を解析することができるに留まる。同様に、オートサンプラを用いた採水方法では、タイマーで設定された特定のタイミングで採水が行われ、当該採水時点での瞬間的なスナップショットとして液体試料を解析することができるに留まる。以上のような断続的な採水においても、微生物学的負荷の増減が適切にモニタリングできておらず、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体の水質を実態的に反映していない可能性が高い。
　したがって、従来技術を用いて採水した液体は、水処理システムにおける処理水の水質を管理したり、その制御性能を把握したりする目的に適合した代表的なサンプルであるとはいえない。最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体試料を回収できなければ、最大負荷の定量的な情報を取得することができず、例えば水処理システムの制御性能の上限に対する最大負荷の重要な情報が漏れてしまう。一方で、長時間の連続した採水又は高頻度の断続的な採水を実施すると、採水者への負担が重くなる。
　以下では、これらの問題を解決可能な採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法について説明する。
　以下で説明する採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法は、多様な分野及び用途に応用可能である。例えば、これらは、浄水場、下水処理場、水再生施設、及び海水淡水化施設などを含む水処理インフラにおいて水質管理及び処理性能を把握するための採水に用いることができる。このとき、採水した液体中で負電荷に帯電して浮遊する微粒子、コロイド分散系、及び微生物などがフィルタによって効率良く回収されてもよい。
　例えば、採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法は、水処理システムの処理性能を把握するための採水に用いることができる。水処理システムは、水処理インフラを構成する、凝集槽、沈殿槽、砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜、オゾン接触槽、活性炭ろ過槽、ＵＶ照射槽、及び塩素剤を用いた消毒槽などを含む。
　例えば、採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法は、河川、海洋、及び親水域などの環境調査における動態を把握するために、微粒子、コロイド分散系、及び微生物などの水質の検査に用いる液体の採水に応用可能である。
　例えば、採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法は、水域及び環境インフラを網羅する都市の微生物感染リスクを把握するために、微粒子、コロイド分散系、及び微生物などの水質の検査に用いる液体の採水に応用可能である。
　例えば、採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法は、飲料用又は加工食品の製造に使用される液体の質的リスク、安全把握、及び品質管理などを目的として、リスクを定量化したり、安全と判定できる閾値との比較検証を行ったりするために、微粒子、コロイド分散系、及び微生物などの水質の検査に用いる液体の採水に応用可能である。
　例えば、採水装置１０、採水システム１００、及び採水方法は、医薬品の製造などの品質管理検査に用いる液体の採水に応用可能である。
　本明細書において、微生物学的負荷の対象とする「微生物」は、例えば原虫、細菌、及びウイルスなどを含む。「原虫」は、例えばクリプトスポリジウム及びジアルジアなどを含む。「細菌」は、例えば大腸菌、ブドウ球菌、コレラ菌、結核菌、及びピロリ菌などを含む。「ウイルス」は、例えばノロウイルス、アデノウイルス、腸管系ウイルス、及びトウガラシ微斑ウイルス（Pepper Mild Mottle Virus：ＰＭＭｏＶ）などを含む。
　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本開示の第１実施形態に係る採水システム１００の概略構成図である。図１を参照しながら、第１実施形態に係る採水システム１００の構成及び機能について主に説明する。図１において、各構成要素を結合する実線矢印は、液体の流れを示す。採水装置１０を起点とする破線矢印は、信号の流れを示す。
　採水システム１００は、例えば水処理インフラにおける処理水などの液体を液体試料として採水及び保管するために用いられるシステムである。採水システム１００により液体試料として採水される液体は、例えば水処理インフラの一部を構成する配管を一方向に流れる。例えば、このような液体の水質は、時間によって変化するとする。配管は、水処理インフラにおいて主要な流路を構成してもよいし、主要な流路から分岐したバイパス流路を構成してもよい。
　採水システム１００は、採水口１０１を有する。採水口１０１は、例えば水処理インフラの一部を構成する上記の配管の側面に取り付けられる着脱式のバルブを含む。このような配管を一方向に流れる液体の一部は、配管におけるバルブの設置個所を採水点として採水システム１００により採水される。
　採水システム１００は、採水システム１００における採水プロセスを制御する採水装置１０を有する。採水装置１０は、採水口１０１の下流側に配置される。採水システム１００は、採水装置１０よりも下流側に配置される貯水槽２０を有する。採水システム１００は、採水装置１０と貯水槽２０との間で液体の流れが２つに分岐する採水流路１０２ａ及び排水流路１０２ｂを有する。採水システム１００は、採水流路１０２ａ及び排水流路１０２ｂへの分岐点と採水口１０１との間に位置する流路１０２ｃを有する。採水装置１０は、流路１０２ｃ上に配置される。採水システム１００は、採水流路１０２ａにおいて採水装置１０と貯水槽２０との間に配置される第１電磁弁１０３ａと、排水流路１０２ｂにおいて配置される第２電磁弁１０３ｂと、を有する。
　第１電磁弁１０３ａが開状態でかつ第２電磁弁１０３ｂが閉状態であるとき、採水口１０１から採水システム１００に流入した液体は、流路１０２ｃを通過した後、採水流路１０２ａを流れて貯水槽２０へと流入する。貯水槽２０は、採水流路１０２ａにおいて採水口１０１と反対側に位置する端部に配置され、採水流路１０２ａを流れてきた液体を溜める。第１電磁弁１０３ａが閉状態でかつ第２電磁弁１０３ｂが開状態であるとき、採水口１０１から採水システム１００に流入した液体は、流路１０２ｃを通過した後、排水流路１０２ｂを流れて排水管へと導かれる。
　図１のように採水口１０１から各流路を経由して液体が流れる場合、液体に含まれる濁質及び沈殿物などにより、各流路を構成する配管が閉塞される可能性がある。このような配管の閉塞を抑制するために、各流路を流れる液体の流速が１ｍ／ｓｅｃ以上となるように各流路を構成する配管が設計されてもよい。例えば、各流路を構成する配管の内径が１５ｍｍの場合、流速１ｍ／ｓｅｃに対応する流量は、約１７０ｍＬ／ｓｅｃ（約１０Ｌ／ｍｉｎ）である。
　図２は、図１の採水装置１０の概略構成を示す機能ブロック図である。図２を参照しながら、図１の採水装置１０の構成及び機能について主に説明する。採水装置１０は、センサ部１１、演算部１２、及び制御部１３を有する。
　センサ部１１は、流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する任意のセンサ素子、センサモジュール、又はセンサ装置を含む。例えば、センサ部１１は、図１の流路１０２ｃ上に配置され、採水口１０１から採水システム１００に流入した液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する。センサ部１１は、検出した指標値を検出信号として演算部１２に出力する。
　本明細書において、「指標値」は、例えばフローサイト粒子、濁度、色度、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、全有機炭素（ＴＯＣ）、溶存酸素量（ＤＯ）、浮遊物質（ＳＳ）、クロロフィル濃度、全窒素（Ｔ－Ｎ）、全リン（Ｔ－Ｐ）、有機性汚濁物質濃度（紫外吸収分析）、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）、及び酵素活性などを含む。
　例えば、指標値がフローサイト粒子を含むとき、センサ部１１はフローイメージング装置を含む。例えば、指標値が濁度を含むとき、センサ部１１は比濁センサ及び吸光センサなどを含む。例えば、指標値が色度を含むとき、センサ部１１は透過光方式の色度計を含む。例えば、指標値がＣＯＤを含むとき、センサ部１１はＣＯＤ分析計を含む。例えば、指標値がＢＯＤを含むとき、センサ部１１はＢＯＤ測定器及びバイオセンサ式迅速ＢＯＤ測定器などを含む。
　例えば、指標値がＴＯＣを含むとき、センサ部１１はＴＯＣ計を含む。例えば、指標値がＤＯを含むとき、センサ部１１は光学式のＤＯ計を含む。例えば、指標値がＳＳを含むとき、センサ部１１は後方散乱光方式又は透過光方式のＳＳセンサを含む。例えば、指標値がクロロフィル濃度を含むとき、センサ部１１は蛍光クロロフィルセンサを含む。例えば、指標値がＴ－Ｎを含むとき、センサ部１１は、ＵＶ法、硫酸ヒドラジン還元法、及び銅・カドミウム還元法などに基づく装置、並びに自動定量装置などを含む。
　例えば、指標値がＴ－Ｐを含むとき、センサ部１１は、加熱濃縮法及び溶媒抽出法などに基づく装置、並びに自動定量装置などを含む。例えば、指標値が有機性汚濁物質濃度（紫外吸収分析）を含むとき、センサ部１１はＵＶ計を含む。例えば、指標値がＡＴＰを含むとき、センサ部１１はＡＴＰ測定器を含む。例えば、指標値が酵素活性を含むとき、センサ部１１は酵素基質蛍光センサ、比色センサ、及び光センサなどを含む。
　演算部１２は、センサ部１１により検出された指標値が閾値に達したか否かを判定する。演算部１２は、このような判定処理を実行することが可能な任意の演算素子又は演算モジュールを含む。演算部１２は、センサ部１１により検出された指標値と比較するための閾値を、例えば水処理インフラの処理施設ごとに異なるように設定してもよい。
　例えば、既設の処理施設である場合、システムの稼働中に取得した指標値の参照値と微生物学的負荷との相関を算出し、相関が高い指標値が閾値として選択されてもよい。例えば、既設の処理施設である場合、システムの稼働中に取得した指標値から日内変動、日間変動、週間変動、月間変動、及び季節性変動などの平均値をあらかじめ算出し、平均値からの変動値から閾値が設定されてもよい。
　変動値は、システムの稼働中に取得した指標値から日内変動、日間変動、週間変動、月間変動、及び季節性変動などの平均値と標準偏差σとをあらかじめ算出し、標準偏差から平均値の信頼区間を設定し信頼区間を超える値を有意差有りとして閾値とすることができる。変動値は、システムの稼働中に取得した指標値の対数から日内変動、日間変動、週間変動、月間変動、及び季節性変動などの平均値と標準偏差σとをあらかじめ算出し、標準偏差から平均値の信頼区間を設定し信頼区間を超える値を有意差有りとして閾値とすることができる。
　信頼区間は、任意に設定可能であるが、平均値の９５％から外れる値を異常値とする場合、平均値に１．９６σを足した値に基づいて設定される。信頼区間は、平均値の９９％から外れる値を異常値とする場合、平均値に２．３３σを足した値に基づいて設定される。
　閾値は、信頼区間として設定せずに降雨状況などの環境要因で高値を示した経験値から設定されてもよい。上記の変動値は、システムの稼働中に取得した指標値を常に閾値算出にフィードバックするように機械学習などに組み込まれてもよい。閾値は、１つの指標値の閾値とはせずに、複数の指標値の主成分回帰分析及びクラシフィケーションなどの多変量解析、ニューラルネットワーク、並びに機械学習などによって得られた結果に基づいてもよい。この場合も閾値算出に常にデータがフィードバックされてもよい。
　ウイルスなどの微生物学的汚染は必ずしも指標値と線形的な相関を示さないことが想定される。濁度などの指標値が高い場合に微生物学的汚染が相対的に高い場合を除き、光学的な観点からも非常に小さいウイルスなどが濁度及びＴＯＣなどの指標値と線形的な相関を示さないことが想定される。このような場合であっても、複数の指標値に対する機械学習結果に基づいて、土地及び水処理システムなどの採水地点固有の非線形性を含めた傾向を把握することが可能となる。非線形性を含めた傾向が採水地点固有のものであるため、採水装置１０は、機械学習を実行しながら採水方法をその採水地点に経験的に適合させてもよい。
　その他にも、閾値は、外れ値を検定するスミルノフ・グラブス検定及び四分位範囲の利用などを含む外れ値検出の統計的手法を用いて設定されてもよい。
　制御部１３は、１つ以上のプロセッサを含む。一実施形態において「プロセッサ」は、汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサであるが、これらに限定されない。制御部１３は、採水装置１０を構成する各構成部と通信可能に接続され、採水装置１０全体の動作を制御する。制御部１３は、指標値が閾値に達したと演算部１２が判定すると、微生物の測定に用いられる液体を採水する。より具体的には、制御部１３は、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水するように採水流路１０２ａを制御する。
　より具体的には、制御部１３は、指標値が閾値に達したと演算部１２が判定すると、その判定結果に関する出力信号を演算部１２から取得する。制御部１３は、このような出力信号を演算部１２から取得すると、微生物の測定に用いられる液体が採水流路１０２ａを流れて貯水槽２０に流入するように採水流路１０２ａを制御する。
　例えば、図１を参照すると、２つの第１電磁弁１０３ａ及び第２電磁弁１０３ｂはあらかじめ閉状態である。制御部１３は、指標値が閾値に達していないと演算部１２が判定した判定結果に関する出力信号を演算部１２から取得すると、第２電磁弁１０３ｂを開状態にする制御信号を第２電磁弁１０３ｂに出力する。これにより、第１電磁弁１０３ａが閉状態のまま、第２電磁弁１０３ｂが開状態となる。制御部１３は、この状態で、指標値が閾値に達したと演算部１２が判定した判定結果に関する出力信号を演算部１２から取得すると、第１電磁弁１０３ａを開状態にし、かつ第２電磁弁１０３ｂを閉状態にする制御信号を第１電磁弁１０３ａ及び第２電磁弁１０３ｂに出力する。これにより、第２電磁弁１０３ｂが開状態から閉状態に移行し、第１電磁弁１０３ａは閉状態から開状態に移行する。このとき、貯水槽２０は、制御部１３による採水流路１０２ａの制御に基づいて採水流路１０２ａを介して採水された液体を溜める。
　採水装置１０は、リアルタイムによる常時モニタリング又は数分から数時間の測定時間による連続的な監視をセンサ部１１により実行してもよい。採水装置１０の演算部１２は、このような連続的な監視により、液体の貯水槽２０への採水の要否を指標値と閾値との比較に基づいて判断してもよい。採水装置１０は、液体の貯水槽２０への採水が必要と判定したときに、数ｍＬから１０００Ｌまでの範囲の採水量が達成されるように採水流路１０２ａを制御してもよい。
　採水された液体は、液体に含まれる微生物を測定可能な任意の測定装置によって液体試料として測定される。より具体的には、採水された液体は、液体に含まれる微生物の検出及びその他の定性的又は定量的な測定に用いることができる。微生物の検出及びその他の定性的又は定量的な測定に用いられる方法は、培養法、ＡＴＰ測定、カタラーゼ測定、ＣＯ２測定、ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ同定法、ｑＰＣＲ、ＬＡＭＰ法、ＤＮＡ塩基配列解析法、ＤＮＡマイクロアレイ法、イムノクロマト法、キャピラリー電気泳動、染色法、蛍光法、酵素法、電気インピーダンス法、及びマイクロコロニー検出法などを含む。
　上記の測定装置は、標識抗体法などの方法を実行してもよい。測定装置は、例えば、組織又は細胞内の特定の染色体又は遺伝子の発現を、蛍光物質を用いて蛍光測定する蛍光ｉｎ　ｓｉｔｕハイブリダイゼーション（ＦＩＳＨ）法を実行してもよい。この他にも、測定装置は、ユーロピウムなどの蛍光発光物質を標識として抗原抗体反応を測定する蛍光免疫測定（ＦＩＡ）法、抗原となる病原体などに蛍光物質をラベルした血清（抗体）反応を測定する間接蛍光抗体（ＩＦＡ）法、酵素免疫測定（ＥＬＩＳＡ）法、ラテックス凝集法、及び抗体価測定法などの方法を実行してもよい。
　図３は、図１の採水システム１００により実行される採水方法を説明するためのフローチャートである。図３を参照しながら、図１の採水システム１００により実行される採水方法について主に説明する。
　ステップＳ１００では、採水システム１００は、流路１０２ｃを流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する。
　ステップＳ１０１では、採水システム１００は、ステップ１００の検出ステップにおいて検出された指標値が閾値に達したか否かを判定する。採水システム１００は、指標値が閾値に達したと判定すると、ステップＳ１０２の処理を実行する。採水システム１００は、指標値が閾値に達していないと判定すると、ステップＳ１００の処理を再度実行する。
　ステップＳ１０２では、採水システム１００は、ステップＳ１０１の判定ステップにおいて指標値が閾値に達したと判定すると、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水流路１０２ａを介して採水する。より具体的には、採水システム１００の採水装置１０は、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水するように採水流路１０２ａを制御する。
　ステップＳ１０３では、採水システム１００は、ステップＳ１０２の採水ステップにおいて採水された液体を貯水槽２０に溜める。
　以上のような第１実施形態によれば、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を適切なタイミングで得ることができる。採水装置１０及び採水システム１００は、所定の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に得ることができるタイミングで液体を採水可能である。これにより、採水装置１０及び採水システム１００は、指標値が閾値に達するような液体の水質変動の適切な把握に寄与することができる。例えば、採水装置１０及び採水システム１００は、指標値が閾値に達したと演算部１２が判定すると、微生物の測定に用いられる液体試料として液体を採水することで、指標値が閾値に達したタイミングで適切に採水処理を実行することができる。
　したがって、採水装置１０及び採水システム１００は、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体試料を漏れなく適切に回収することができる。採水装置１０及び採水システム１００による上記のような採水方法によって、液体の水質に関する突発的な変動を検出したり、ワーストケースを検出したりすることも可能となる。採水時に発生した水質の最悪条件が液体試料に反映され、最悪の事態によってもたらされる質的リスクを逃さないことが可能となる。採水装置１０及び採水システム１００は、流水箇所における、最悪の事態によってもたらされる質的リスクを評価するための採水を可能とする。採水装置１０及び採水システム１００は、目的とする液体の汚染状況を反映した代表的サンプルとして液体を回収することができる。
　結果として、採水装置１０及び採水システム１００は、水処理システムにおける処理水の水質を管理したり、その制御性能を把握したりする目的に適合した代表的なサンプルを回収可能である。採水装置１０及び採水システム１００は、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む液体試料を回収でき、最大負荷の定量的な情報を取得可能である。例えば、採水装置１０及び採水システム１００は、水処理システムの制御性能の上限に対する最大負荷の重要な情報を漏れなく取得可能である。以上のように、液体の水質変動及び水処理システムの制御性能を適切に把握することが容易となる。
　加えて、採水装置１０及び採水システム１００によれば、採水者は、長時間の連続した採水又は高頻度の断続的な採水を実施する必要がない。採水装置１０及び採水システム１００による採水の自動化により採水者の時間的拘束に関する負荷が軽減される。
　採水システム１００が貯水槽２０を有することで、採水システム１００は、採水装置１０の制御部１３による採水流路１０２ａの制御に基づいて採水流路１０２ａを介して採水された液体を所定時間にわたり溜めることが可能となる。
　図４は、図１の採水システム１００の第１変形例を示す概略構成図である。図１では、採水システム１００は、採水された液体を貯水槽２０に溜めると説明したが、これに限定されない。採水システム１００は、採水された液体から微生物学的負荷の指標を直接サンプリングしてもよい。このような目的で、採水システム１００は、貯水槽２０に代えて、又は加えて、採水装置１０の制御部１３による採水流路１０２ａの制御に基づいて採水流路１０２ａを介して採水された液体に含まれる微生物を回収するフィルタ３０を有してもよい。
　フィルタ３０は例えば陰電荷膜を含んでもよい。採水システム１００は、液体中の微生物と液体中に添加された陽イオンとによって形成された複合体を、フィルタ３０に含まれる陰電荷膜で捕捉することで微生物のサンプリングを実行してもよい。
　図５は、図４の採水システム１００により実行される採水方法を説明するためのフローチャートである。図５を参照しながら、図４の採水システム１００により実行される採水方法について主に説明する。
　ステップＳ２００では、採水システム１００は、流路１０２ｃを流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する。
　ステップＳ２０１では、採水システム１００は、ステップ２００の検出ステップにおいて検出された指標値が閾値に達したか否かを判定する。採水システム１００は、指標値が閾値に達したと判定すると、ステップＳ２０２の処理を実行する。採水システム１００は、指標値が閾値に達していないと判定すると、ステップＳ２００の処理を再度実行する。
　ステップＳ２０２では、採水システム１００は、ステップＳ２０１の判定ステップにおいて指標値が閾値に達したと判定すると、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水流路１０２ａを介して採水する。より具体的には、採水システム１００の採水装置１０は、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水するように採水流路１０２ａを制御する。
　ステップＳ２０３では、採水システム１００は、ステップＳ２０２の採水ステップにおいて採水された液体に含まれる微生物をフィルタ３０により回収する。
　微生物学的負荷の指標をフィルタ３０により直接的に回収する以上のような方法により、後段の微生物の測定において、より簡便に微生物学的負荷を評価することが可能となる。
　図６は、図１の採水システム１００の第２変形例を示す概略構成図である。採水システム１００は、図４のフィルタ３０により回収された微生物学的負荷の指標となる微生物を濃縮した状態で回収してもよい。採水システム１００は、フィルタ３０を含む濃縮装置４０を有してもよい。
　濃縮装置４０は、フィルタ３０を含む任意の設備に基づいて構成されてもよい。濃縮装置４０は、例えば採水流路１０２ａを流れてきた液体中の微生物を濃縮して濃縮液を精製する。例えば、濃縮装置４０は、フィルタ３０により回収された微生物を濃縮して濃縮液を精製する。
　図７は、図６の採水システム１００により実行される採水方法を説明するためのフローチャートである。図７を参照しながら、図６の採水システム１００により実行される採水方法について主に説明する。
　ステップＳ３００では、採水システム１００は、流路１０２ｃを流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する。
　ステップＳ３０１では、採水システム１００は、ステップ３００の検出ステップにおいて検出された指標値が閾値に達したか否かを判定する。採水システム１００は、指標値が閾値に達したと判定すると、ステップＳ３０２の処理を実行する。採水システム１００は、指標値が閾値に達していないと判定すると、ステップＳ３００の処理を再度実行する。
　ステップＳ３０２では、採水システム１００は、ステップＳ３０１の判定ステップにおいて指標値が閾値に達したと判定すると、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水流路１０２ａを介して採水する。より具体的には、採水システム１００の採水装置１０は、流路１０２ｃを流れる液体を微生物の測定に用いられる液体試料として採水するように採水流路１０２ａを制御する。
　ステップＳ３０３では、採水システム１００は、ステップＳ３０２の採水ステップにおいて採水された液体に含まれる微生物をフィルタ３０により回収する。
　ステップＳ３０４では、採水システム１００は、ステップＳ３０３の回収ステップにおいてフィルタ３０により回収された微生物を濃縮して濃縮液を精製する。
　以上のように、採水システム１００は、微生物学的負荷の指標をフィルタ３０により直接的に回収して微生物を濃縮することができる。したがって、採水システム１００は、後段の微生物の測定において濃縮前では検出下限以下となるような液体試料であっても評価可能な液体試料とすることができる。
　上記第１実施形態では、指標値が閾値に達していないとき、採水口１０１から採水システム１００に流入した液体は、排水流路１０２ｂを流れて排水管へと導かれると説明したが、これに限定されない。採水システム１００は、第２電磁弁１０３ｂが配置されている流路側にも貯水槽及びフィルタの少なくとも一方を有してもよい。
　（第２実施形態）
　図８は、本開示の第２実施形態に係る採水システム１００の概略構成図である。図８を参照しながら、第２実施形態に係る採水システム１００の構成及び機能について主に説明する。図８において、各構成要素を結合する実線矢印は、液体の流れを示す。採水装置１０を起点とする破線矢印は、信号の流れを示す。
　第２実施形態に係る採水システム１００は、センサ部１１が採水口１０１よりも下流側に配置されるのではなく、採水口１０１よりも水処理インフラにおける水処理プロセスの上流に位置する点で第１実施形態と異なる。その他の構成、機能、効果、及び変形例などについては、第１実施形態と同様であり、対応する説明が第２実施形態に係る採水システム１００においても当てはまる。以下では、第１実施形態と同様の構成部については同一の符号を付し、その説明を省略する。第１実施形態と異なる点について主に説明する。
　センサ部１１は、採水口１０１よりも水処理インフラにおける水処理プロセスの上流で流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出してもよい。センサ部１１は、水処理インフラの流水箇所などに直接設けられてもよい。例えば、採水システム１００による検出ステップにおいて用いられる検出点は、水処理インフラにおける水処理プロセスの最上流に位置してもよい。一方で、水処理インフラにおける下流の水処理プロセスの各工程に、微生物の測定に用いられる液体試料として液体を採水するための採水口１０１が位置してもよい。
　例えば、図８を参照すると、電磁弁１０３ｃはあらかじめ閉状態である。制御部１３は、指標値が閾値に達していないと演算部１２が判定した判定結果に関する出力信号を演算部１２から取得すると、電磁弁１０３ｃの閉状態を維持する。制御部１３は、この状態で、指標値が閾値に達したと演算部１２が判定した判定結果に関する出力信号を演算部１２から取得すると、電磁弁１０３ｃを開状態にする制御信号を電磁弁１０３ｃに出力する。これにより、電磁弁１０３ｃは閉状態から開状態に移行する。このとき、貯水槽２０は、制御部１３による採水流路１０２ｄの制御に基づいて採水流路１０２ｄを介して採水された液体を溜める。
　本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び改変を行うことが可能であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
　例えば、本開示は、上述した採水システム１００の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得る。本開示の範囲には、これらも包含されると理解されたい。
　例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、及び個数は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、及び個数は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。
　例えば、採水システム１００は、上記第１実施形態及び第２実施形態において説明した採水方法のうちいずれか一方のみを実行してもよいし、互いに組み合わせて実行してもよい。
　本開示の一実施形態に係る採水方法では、水処理インフラなどのアプリケーションに応じて、センサ部１１による検出点が複数個所に設置されてもよい。本開示の一実施形態に係る採水方法は、水処理インフラにおける水処理プロセスの各工程の前後を採水点として実行可能である。
　例えば、上述した一実施形態に係る採水システム１００に基づいて、微生物の生死に関わらず、その存在個体数に基づいて汚染状況及び除去実態が把握されてもよい。
　例えば、上述した一実施形態に係る採水システム１００は、貯水槽２０又はフィルタ３０の上流側に配置されるプレフィルタを有してもよい。このようなプレフィルタは、対象とする微生物より孔径が大きく、微生物の吸着などが生じない任意のフィルタを含んでもよい。
　採水システム１００では、水道、食品、及び飲料水などを含む上記の様々な分野への応用を可能とするために、液体の採水時間は可変であってもよい。採水システム１００では、微生物学的負荷に応じて採水量が設定されてもよい。採水のための採水口１０１として用いられる採水ポートの形状は可変であってよく、着脱式の採水ポートが採用されてもよい。
　１０　　　採水装置
　１１　　　センサ部
　１２　　　演算部
　１３　　　制御部
　２０　　　貯水槽
　３０　　　フィルタ
　４０　　　濃縮装置
　１００　　採水システム
　１０１　　採水口
　１０２ａ　採水流路
　１０２ｂ　排水流路
　１０２ｃ　流路
　１０２ｄ　採水流路
　１０３ａ　第１電磁弁
　１０３ｂ　第２電磁弁
　１０３ｃ　電磁弁

Claims (9)

  1. 　流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出する検出ステップと、
    　前記検出ステップにおいて検出された前記指標値が閾値に達したか否かを判定する判定ステップと、
    　前記判定ステップにおいて前記指標値が前記閾値に達したと判定すると、前記流路を流れる前記液体を前記微生物の測定に用いられる液体試料として採水流路を介して採水する採水ステップと、
    　を含む、
    　採水方法。
  2. 　前記採水ステップにおいて採水された前記液体を貯水槽に溜める貯水ステップを含む、
    　請求項１に記載の採水方法。
  3. 　前記採水ステップにおいて採水された前記液体に含まれる前記微生物をフィルタにより回収する回収ステップを含む、
    　請求項１又は２に記載の採水方法。
  4. 　前記回収ステップにおいて前記フィルタにより回収された前記微生物を濃縮して濃縮液を精製する濃縮ステップを含む、
    　請求項３に記載の採水方法。
  5. 　流路を流れる液体中の微生物の量に関連する指標値を検出するセンサ部と、
    　前記センサ部により検出された前記指標値が閾値に達したか否かを判定する演算部と、
    　前記指標値が前記閾値に達したと前記演算部が判定すると、前記流路を流れる前記液体を前記微生物の測定に用いられる液体試料として採水するように採水流路を制御する制御部と、
    　を備える、
    　採水装置。
  6. 　請求項５に記載の採水装置と、
    　前記液体試料として採水される前記液体が流れる前記採水流路と、
    　を備える、
    　採水システム。
  7. 　前記制御部による前記採水流路の制御に基づいて採水された前記液体を溜める貯水槽を備える、
    　請求項６に記載の採水システム。
  8. 　前記制御部による前記採水流路の制御に基づいて採水された前記液体に含まれる前記微生物を回収するフィルタを備える、
    　請求項６又は７に記載の採水システム。
  9. 　前記フィルタにより回収された前記微生物を濃縮して濃縮液を精製する濃縮装置を備える、
    　請求項８に記載の採水システム。
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