JP2011224005A - 硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置の提供。
【解決手段】硫酸化微生物及び硫酸粒子の担持された反応槽１００に空気および水試料を注入すると、硫酸化微生物が硫酸粒子を酸化させて変換された硫酸の量をｐＨ測定部２００および電気伝導度（ＥＣ）測定部３００により分析して毒性を探知する生態毒性探知装置であり、反応槽への空気及び水試料の注入時に発生する気泡からｐＨおよび電気伝導度（ＥＣ）の測定値が影響を受けないようにし、水試料のｐＨによって硫酸化微生物の活性が阻害されることを防いで正確な測定結果が得られるようにすると共に、多数の反応槽を配設して連続して毒性を探知する硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置に係り、さらに詳しくは、正確な毒性探知結果が得られる硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置に関する。

水の毒性物質による汚染有無を探知するための様々な方法が知られている。

これらの中で、例えば、下記の特許文献１には、本願出願人によって既に出願された「硫酸粒子を用いた水中毒性探知装置」が開示されている。

図１は、同公報に開示された水中毒性探知装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、水中毒性探知装置１は、水試料が流入及び流出し、硫酸化微生物および硫酸粒子が満たされる微生物反応槽２と、微生物反応槽２の流入口寄りに配設される第１測定部４と、微生物反応槽２に組み込まれる第２測定部５と、を備える。水中毒性探知装置１は、第１測定部４および第２測定部５において測定された電気伝導度（ＥＣ）およびｐＨ値と基準値とを比較して水試料の毒性有無を判断する。

すなわち、同装置は、硫酸化微生物の活性度を電気伝導度およびｐＨにより測定して水の毒性有無を判断及び測定する方法及び装置に関する。

ここで、電気伝導度は水中に溶けている総塩及び総イオンの量を予測することができるが、同公報に開示された水中毒性探知装置には、硫酸化微生物の硫酸粒子の酸化による硫酸塩イオンの変化しか存在しないため、電気伝導度（ＥＣ）の変化は硫酸塩イオン濃度の変化であるといえる。

既に商用化している電気伝導度の測定原理は、２つの金属（電極）を所定の距離だけ離して位置させ、イオン成分が存在する水中に入れて所定の電圧をかけて生成される電流を測定して電気伝導度を測定することである。

ところが、同公報に開示された従来の水中毒性探知装置１は、第２測定部５の電気伝導度測定部およびｐＨ測定部が微生物反応槽２の内部に担持されたままで配設されるため、微生物反応槽２の下部域から供給される水試料と空気の曝気によって発生された空気滴とが接触し、これにより、ｐＨ、ＥＣ測定値の揺れが発生する。

特に、電気伝導度測定部の場合、２つの電極の間に空気滴が入り込むと、データ値が瞬時に流動して正確な実験値が得られ難いという不都合がある。

また、反応槽内部の硫酸化微生物は独立栄養微生物であって、二酸化炭素を炭素源として用い、窒素、リン、カリウムなどおよび微量の栄養物質を必要とする。このため、二酸化炭素および栄養物質がほとんどない極めて清浄な浄水の毒性を探知しようとする場合には実用性がないという欠点があった。

さらに、水試料のｐＨが極めて高くてアルカリ度が高い場合には、低いｐＨを好む硫酸化微生物の活性が低下して正確な実験データを得ることが困難であった。そこで、別途に水試料のｐＨを調節可能な手段が求められている。

さらに、反応槽の内部が毒性物質によって硫酸化微生物の活性がなくなる場合、水試料のさらなる毒性探知を連続的に行うことができない。すなわち、硫酸粒子を交替しなければならず、活性を取り戻すのに約２−１４日の時間がかかる。硫酸化微生物の活性を取り戻す間に水試料の毒性探知が行えないといった時間的な制約がある。

大韓民国特許公報第２００９−２８１３８号公報 大韓民国特許公報第２００９−１０８３０６号公報

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定部が微生物反応槽の内部において空気の曝気による気泡の影響を受けないことから、正確な実験結果が得られる硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、極めて清浄な水、極めて汚れた水、またはｐＨが極めて高い水試料であっても正確な実験結果が得られる硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を提供することである。

さらに、本発明のさらに他の目的は、１つの反応槽の内部の硫酸化微生物が活性を失った場合でも連続して使用可能な他の反応槽をさらに備えて毒性探知を連続して行うことのできる硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置は、硫酸化微生物が担持され、硫酸粒子および酸素が前記硫酸化微生物によって硫酸化塩イオン化される反応槽本体と、前記反応槽本体に水試料が流入する流入口と、前記反応槽本体に空気が供給される空気供給口と、を有する微生物反応槽と、前記反応槽本体への空気の供給による空気滴の影響を受けないようにしつつ前記反応槽本体内部の硫酸塩イオンの生成された水試料が流入するように反応槽本体と連通される独立空間部に配設されて前記硫酸塩イオンの生成された水試料のｐＨ及び電気伝導度（ＥＣ）を測定する測定部と、前記測定部において測定された電気伝導度（ＥＣ）及びｐＨ値と基準値とを比較して前記水試料の毒性有無を判断する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置において、前記ｐＨ及び電気伝導度（ＥＣ）測定部が配設される独立空間部は、前記反応槽本体の外面に一体に形成される測定槽によって造成され、前記測定槽付き反応槽本体には水試料が通過する通過孔が形成される。

また、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置において、前記ｐＨ及び電気伝導度（ＥＣ）測定部が配設される独立空間部は、前記反応槽本体と分離され、連結管によって前記反応槽本体と連結されて、前記反応槽本体において硫酸塩イオンが生成された水試料が前記連結管を介して流入する測定槽によって造成される。

さらに、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置において、前記ｐＨ及び電気伝導度（ＥＣ）測定部が配設される独立空間部は、前記反応槽本体の内面の周縁に係合されて内部空間を上下に仕切る遮蔽板によって反応槽本体の上部域に造成され、前記遮蔽板の一方の側の周縁には水試料が通過する開放部が形成される。

一方、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置は、前記微生物反応槽の流入口の一方の側に配設されて前記微生物反応槽に供給される水試料に酸性物質を供給して前記水試料のｐＨを基準範囲に調節するｐＨ調節槽をさらに備える。

また、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置は、前記微生物反応槽の一方の側に配設され、活性を有する硫酸化微生物が存在する少なくとも一つの補助微生物反応槽をさらに備え、河川の毒性物質によって前記微生物反応槽の硫酸化微生物の活性がない場合に、前記水試料を前記補助微生物反応槽に供給して前記水試料の毒性を判断する。

さらに、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置において、前記補助微生物反応槽は、前記微生物反応槽を用いて水試料の毒性を判断する間に最少量の水および最少量の空気のみを供給して運転し、微生物活性があるかどうかは電気伝導度を測定してモニターリングする。

さらに、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置は、前記微生物反応槽の一方の側に配設されて水試料および希釈された水試料を前記微生物反応槽と互いに交互に供給されて水試料の毒性有無を判断する補助微生物反応槽をさらに備える。

本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置は、微生物反応槽において硫酸塩イオンが生成された水試料の電気伝導度およびｐＨを測定する測定部が微生物反応槽への空気および水試料の供給時に発生する空気滴による影響を受けなくなる。これにより、より安定的で且つ信頼性ある実験結果が得られる。

また、水試料のｐＨが高いか、あるいは、アルカリ度が高い場合、ｐＨ調節部において硫酸化微生物が生存可能な適切なｐＨ範囲に水試料を調節した後に微生物反応槽に供給する。これにより、水試料のｐＨによる硫酸化微生物の活性阻害を低減して正確な毒性有無を判断することができる。

さらに、微生物反応槽を補助する補助微生物反応槽を備えて、微生物反応槽の内部の硫酸化微生物の活性が阻害されたときに交替して使用したり、硫酸化微生物を即座で補充して使用したりして、実験を連続して行うことができる。

従来の技術による硫酸化微生物を用いた毒性探知装置の概略構成図。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置の概略構成図。 本発明の第１の実施形態に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を構成する微生物反応槽および測定部を分解して示す分解斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を構成する微生物反応槽および測定部を結合して示す結合斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を構成する微生物反応槽および測定部を示す斜視図。 図５に示す測定槽の水平断面図。 本発明の第２の実施形態に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を構成する微生物反応槽および測定部を示す斜視図。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を用いて実際の河川水の毒性を探知した実験結果を示すグラフ。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を用いて実際の河川水の毒性を探知した実験結果を示すグラフ。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を用いて実際の河川水の毒性を探知した実験結果を示すグラフ。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を用いて実際の河川水の毒性を探知した実験結果を示すグラフ。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を用いて実際の河川水の毒性を探知した実験結果を示すグラフ。 本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置を用いて実際の河川水の毒性を探知した実験結果を示すグラフ。 人工河川水の製造に用いられるミネラル組成表。

以下、図面に基づき、本発明を詳述する。

図２は、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置全体の概略構成図である。

同図に示すように、本発明に係る硫酸化微生物を用いた毒性探知装置１０は、硫酸化微生物が担持され、硫酸化微生物が酸素および硫酸粒子をそれぞれ電子受容体及び電子供与体として活用して硫酸塩イオン化反応が起こる微生物反応槽１００と、微生物反応槽１００において硫酸塩イオンが生成された水試料のｐＨおよび電気伝導度（ＥＣ）を測定する測定部３００と、水試料を供給する原水供給部４００と、原水供給部４００と微生物反応槽１００の流入口１２０との間に介装されて水試料のｐＨを調節するｐＨ調節槽５００と、測定部３００の測定結果に基づいて水試料の毒性有無を判断する制御部６００と、を備える。

このとき、測定部３００において測定された結果に基づいて制御部６００において水試料の毒性有無を判断する方法には様々な方法が適用される。例えば、微生物反応槽１００に流入する水試料のｐＨおよび電気伝導度（ＥＣ）値と、測定部３００において測定されたｐＨおよび電気伝導度（ＥＣ）値とを比較して毒性有無を判断してもよく、毒性のない人工河川水の場合、所定の時間中のＥＣ変化値（ＥＣ１２ｈｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌ）と、測定部３００において測定された水試料の所定の時間中のＥＣ変化値（ＥＣ_１２ｈｆｏｒｓａｍｐｌｅ）とを比較して毒性有無を判断してもよい。

微生物反応槽１００には内部に硫酸粒子および活性状態の硫酸化微生物が担持されて硫酸化塩イオンが生成される。微生物反応槽１００は、水試料および硫酸化微生物が担持される反応槽本体１１０と、反応槽本体１１０の下部域に結合され、反応槽本体１１０の内部に水試料を流入させる流入口１２０と、反応槽本体１１０の上部域に結合され、反応槽本体１１０の内部の試料を排出する流出口１４０と、反応槽本体１１０の内部に空気を供給する空気供給口１３０と、を備える。

ここで、水試料としては、河川水、廃水、浄水など様々な水が使用可能である。

反応槽本体１１０に存在する硫酸化微生物は硫酸粒子の表面に付着して生長し、硫酸粒子は所定の速度にて酸化しつつ硫酸塩イオンが生成される。水試料に毒性がない場合、硫酸化微生物の活性による硫酸粒子の酸化によって硫酸塩イオンの濃度が増加することとなる。これに対し、水試料の毒性が強い場合、硫酸化微生物の活性が低下して硫酸粒子を酸化させることができないため、所定の時間が経過しても硫酸塩イオンの濃度変化がほとんどなくなる。微生物反応槽１００は、このような原理を用いて、水試料の毒性有無を判断するバイオセンサーの役割を果たす。

測定部３００は、反応槽本体１１０の内部において硫酸化微生物の活性による硫酸粒子の酸化によって硫酸塩イオンが生成された水試料のｐＨおよび電気伝導度を測定するｐＨ測定部３２０と、ＥＣ測定部３３０と、これらのｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０が配設される設置空間部と、を備える。ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０は長さを有する電極状に配設される。

本発明においては、測定部３００を構成するｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０が、水試料および空気の供給によって引き起こされる空気滴の影響を全く受けないように、反応槽本体１１０から画成される独立した設置空間部に配設される。

ここで、独立空間部および反応槽本体１１０は、反応槽本体１１０において硫酸塩イオンが生成された水試料が独立空間部に流入できるように互いに連通されている。

本発明においては、独立空間部と反応槽本体１１０との連通構造に対して独立空間部を反応槽本体１１０の外部に反応槽本体１１０と一体に形成する（第１の実施形態）か、反応槽本体１１０の外部に反応槽本体１１０から画成する（第２の実施形態）か、または、反応槽本体１１０の内部に形成する（第３の実施形態）構造を提供する。

以下、独立空間部を含む測定部３００を各実施形態別に分けて順番に説明する。

第１の実施形態に係る測定部３００は、図３および図４に示すように、独立空間部を形成する測定槽３１０が反応槽本体１１０の外側に一体に設けられて水試料と空気の曝気による空気滴の影響を受けないようにする。

測定槽３１０は反応槽本体１１０の上部域の外面に一体に設けられ、測定槽３１０付き反応槽本体１１０には水試料が通過可能な通過孔３１１が形成されて反応槽本体１１０から測定槽３１０に水試料が流入する。通過孔３１１を介して水試料が満たされた測定槽３１０の内部にｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０が収容されて水試料の物性を測定する。

このように、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０は、流入口１２０および空気供給口１３０を介した水試料と空気の曝気による空気滴の進行方向から外れて配設されるため、水試料と空気が流動しつつ発生する空気滴がｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０と接触して衝撃を加える危険性を未然に防ぐことができる。これにより、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０は、より正確な測定データを得ることができる。

一方、第２の実施形態に係る測定部３００は、図５に示すように、独立空間部を形成する測定槽３１０および反応槽本体１１０が互いに分離されて連結管１６０によって互いに連結される。

測定槽３１０は反応槽本体１１０と互いに分離されているが、連結管１６０を介して連結されているため、反応槽本体１０において硫酸塩イオンが生成された水試料の供給を受けることができる。

連結管１６０は、微生物反応槽１００の流出口１４０および測定槽３１０の流入口３４０にそれぞれ連結される。このとき、反応槽本体１１０において硫酸塩イオンが生成された水試料が自然乳化によって測定槽３１０に自然に供給されるように測定槽３１０の流入口３４０は反応槽本体１１０の流出口１４０よりも下方に位置する。

また、測定槽３１０の上部には測定槽３１０を覆う蓋体３６０が設けられ、この蓋体３６０にはｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０が挿通して測定槽３１０の内部に挿設可能に２本の貫通管３７０がそれぞれ形成される。なお、測定槽３１０には流入口３４０に臨む面に測定槽３１０の内部に流入した水試料が排出される流出口３５０が設けられる。

このように、本発明は、微生物反応槽１００において硫酸塩イオンが生成された水試料のｐＨおよび電気伝導度を測定するｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０を微生物反応槽１００から画成することにより、微生物反応槽１００において空気の曝気による空気滴がｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０と接触して衝撃を加える危険性を完全に遮断することができる。これにより、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０は、より正確な測定結果を得ることができるというメリットがある。

また、微生物反応槽１００から測定槽３１０への水試料の供給がポンプなどの別途のさらなる動力装置なしに自然乳化により行われることにより、装置の全体的な構造を簡素化させて相対的に狭い空間に設置することが可能であり、装置の設備コストを節減することができるというメリットがある。

一方、測定槽３１０は微生物反応槽１００のように硫酸化微生物および硫酸粒子を収容したり、空気の曝気も必要としたりしないため、微生物反応槽１００に比べてその容量を最少化させる必要があるが、この場合、その容量が小さ過ぎると測定槽に流入する水試料が適正の滞留時間よりも早く排出される短絡流が発生して電気伝導度（ＥＣ）値が出現されないことがある。また、水試料が微生物反応槽１００から測定槽３１０へと所定の高さからの自重による落下により供給されるため、測定槽３１０の流入口３４０に大きな流れが発生して過流が発生することがあるが、これは、ｐＨ及びＥＣ測定部３２０３３０に悪影響を及ぼして精度良い測定を妨げる原因となる。

このために、本発明においては、図５及び図６に示すように、測定槽３１０の流入口３４０寄りの内部に、測定槽３１０に流入する水試料の流速を低減すると共に大きな流れを抑制するように、測定槽３１０の底面から所定の高さを有する板状の第１隔壁３８０を立設している。

このとき、第１隔壁３８０は測定槽３１０の内壁から所定の距離だけ離れて設けられるが、その一方の側面は測定槽３１０の内壁と密設され、その他方の側面は流入する水試料が回り込むように、すなわち、Ｕターンの流れを誘導できるようにして、第１隔壁３８０の長手方向の全体に開放されている。

本発明は、測定槽３１０の流入口３４０寄りに水試料の大きな流れを抑制すると共に流速を低減する第１隔壁３８０を立設することにより、測定槽３１０の内部における水試料の適正な滞留時間を維持することができて、短絡流が発生しないと共に、過流の発生が防がれてより精度良い測定値が得られる。

また、本発明は、測定槽３１０の流出口３５０寄りの内部にも、水試料が流出口３５０側に回り出るように第１隔壁３８０と対応する第２隔壁３９０を配設している。

このとき、第２隔壁３９０には、水試料が測定槽３１０の流入口３４０から流出口３５０への流れが全体的にＳ字状を有するように第１隔壁３１０の開放部とは逆方向に開放部が形成される。

このように、本発明は、測定槽３１０の流入口３４０および流出口３５０寄りにそれぞれ水試料のＵターンの流れを誘導する第１及び第２隔壁３８０、３９０を立設し、各隔壁３８０、３９０の開放部が互いに逆方向に形成されていることから、測定槽の内部において流動する水試料が全体的にＳ字状の流れを有し、その結果、相対的に少ない容量でも水試料の滞留時間を延ばすことができると共に、その混合が十分に行われてＥＣ測定部３３０は、誤差のない正確な電気伝導度値を測定することが可能となる。

以上述べたように、本発明に係る測定部３００は、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０が空気及び水試料と接触されることを未然に遮断するように構造が改善されるので、従来空気及び水試料との接触により引き起こされていた測定部の揺れによるデータの不正確さを著しく改善して安定的で且つ信頼性あるデータを得ることができる。

一方、図７は、本発明の第３の実施形態に係る測定部３００の構成を示す斜視図である。上述した本発明の第１及び第２の実施形態に係る測定部３００は、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０を有する測定槽３１０が反応槽本体１１０の外側に配設されるのに対し、本発明の第３の実施形態に係る測定部３００はｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０が反応槽本体１１０の内部に配設される。

但し、反応槽本体１１０の内部に配設された遮蔽板１５０が水試料と空気の供給路を遮断しておくことで、水試料と空気が流動してｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０に衝撃を加える危険性を未然に防ぐことができる。

遮蔽板１５０は、反応槽本体１１０の内部に水平に配設されて反応槽本体１１０を上下の２つの空間に仕切る。遮蔽板１５０は、下部域から上部域へと供給される水試料と空気の供給路を遮断して空気滴がｐＨ測定部３２０及びＥＣ測定部３３０と直接的に接触することを防ぐ。

ここで、遮蔽板１５０は、反応槽本体１１０の水平断面積よりも小さく形成される。これにより、遮蔽板１５０および反応槽本体１１０には互いに接触しない空間である開放部１５１が形成される。ここで、開放部１５１は、空気の曝気が行われる反応槽本体の下部域から、遮蔽板によって反応槽本体の下部域とは独立した空間として画成される上部域への水試料の流入路を提供する。

このとき、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０は、遮蔽板によって流入口１２０および空気供給口１３０を介した水試料と空気の曝気による空気滴の進行方向に対して遮断されて、水試料と空気が流動しつつ発生する空気滴がｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０と接触して衝撃を加える危険性を未然に防ぐことができる。これにより、ｐＨ測定部３２０およびＥＣ測定部３３０は、より正確な測定データを得ることができる。

原水供給部４００は水試料を内部に収容し、第１供給管４１０を介して水試料を微生物反応槽１００に供給する。第１供給管４１０の管路上には第１供給ポンプ４１１が配設されて水試料を流入口１２０側に供給する。

ｐＨ調節槽５００は、原水供給部４００と微生物反応槽１００との間に介装されて水試料のｐＨを調節する。ｐＨ調節槽５００は、原水供給部４００から供給される水試料のｐＨを探知してｐＨを基準範囲内に調節する。ここで、ｐＨの基準範囲は、硫酸化微生物の生存に適していると言われる３〜５である。

ｐＨ調節槽５００は、硫酸、塩酸、リン酸などの酸性物質を第１供給管４１０に供給したりアルカリ物質を供給したりして、水試料をｐＨの調節された状態で反応槽本体１１０に供給する。これにより、ｐＨが極めて高いか、あるいは、アルカリ度が極めて高い廃水であっても微生物反応槽の毒性探知が可能となる。

一方、図示はしないが、原水供給部４００に供給される水試料に栄養元素を供給する栄養元素供給槽（図示せず）をさらに備えていてもよい。栄養元素供給槽（図示せず）は第１供給管４１０の管路上に配設されて微生物が成長するのに必要な炭素源および必須栄養素を供給する。栄養元素供給槽（図示せず）は、水試料が極めて清浄な浄水である場合、微生物の成長に必要な少量のビカーボネート（ＮａＨＣＯ_３）、窒素、リン、ミネラルなどを供給して浄水の毒性を探知できるようにする。

ここで、通常の河川水の場合には、栄養元素供給槽（図示せず）が人為的に炭素源及び必須栄養素を供給しなくても、少量の炭素源及び必須栄養素を含んでいるため、正確な実験結果を得ることができる。

制御部６００は、測定部３００において測定された電気伝導度（ＥＣ）及びｐＨ値が基準範囲以下であるかどうかを判断し、基準範囲以下である場合に警報を発する。

また、制御部６００は、微生物反応槽１００に流入する水試料のｐＨ値を受け取ってｐＨ調節槽５００から第１供給管４１０へと供給される酸性物質の量を制御する。

河川水の毒性が高いときにはＥＣ値が急減するため、コントロールなしに１つの反応槽だけでも河川水の毒性有無を容易に判断することができる。しかしながら、河川水の毒性が極めて低いときには、所定の流出ＥＣが出るため、毒性が低いか、それとも毒性がないかなど毒性有無を判断することが容易ではない。このため、無毒性の水と比較して毒性有無を判断しなければならない
。

このために、微生物反応槽１００を２以上配設し、第１微生物反応槽には０．５〜２時間をかけて河川水を注入し、第２微生物反応槽にはコントロールとして１０〜１００倍に希釈された河川水を注入する。０．５〜２時間が経過後に、河川水を注入した第１微生物反応槽には希釈された原水を注入し、第２微生物反応槽には河川水を注入する。このように交互に所定時間おきに河川水を注入し続ける。なお、微生物反応槽の流入ＥＣと流出ＥＣとの間の差分をモニターリングして毒性有無を判断する。

ここで、本発明の好適な実施形態に係る微生物毒性探知装置１０は、補助微生物反応槽１００ａが１つ配設されると示してあるが、２以上の補助微生物反応槽１００ａが配設されてもよい。

一方、本発明に係る微生物毒性探知装置１０は、微生物反応槽１００と一緒に補助微生物反応槽１００ａを備える。補助微生物反応槽１００ａは、微生物反応槽１００の内部の硫酸化微生物が毒性物質によって活性を失った場合に交替して使用したり、微生物反応槽１００の内部に活性を有する硫酸化微生物により覆われている硫酸粒子を補給したりし、実験が連続して行われるようにする。

補助微生物反応槽１００ａは微生物反応槽１００の一方の側に配設され、補助原水供給部４００ａの第２供給管４２０と連結されて水試料の供給を受ける。このとき、第２供給管４２０の管路上にはｐＨ調節槽５００および栄養元素供給槽（図示せず）が連結されて水試料のｐＨを調節したり、炭素源及び必須栄養素を供給したりする。

また、補助微生物反応槽（図示せず）の第２供給管４２０には希釈槽７００が結合される。希釈槽７００は内部に人工河川水を貯溜し、第２供給管４２０を介して供給される水試料に人工河川水を供給して希釈された水試料が補助微生物反応槽１００ａに供給されるようにする。

補助微生物反応槽１００ａは、毒性探知のために微生物反応槽１００が使われるときには硫酸化微生物が生存可能な環境を維持して、何時でも交替して使用されるか、あるいは、活性を有する硫酸化微生物が供給できるようにする。補助微生物反応槽は、所定状態の硫酸化微生物が付着した硫酸粒子を微生物反応槽１００が毒性物質の流入によって活性を失ったときに微生物反応槽１００に供給して微生物付着時間を短縮して短時間内に運転できるようにする。

このために、補助微生物反応槽１００ａは、空気の流入を極力抑え、人工河川水及び水試料河川水を１０〜１００：１の割合にて希釈した希釈試料の供給を受ける。なお、水理学滞留時間（ＨＲＴ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）を延ばして硫の消耗を防ぎつつも硫酸粒子および硫酸化微生物が長時間生存できるようにする。

以下、このような構成を有する本発明に係る微生物毒性探知装置１０の実際の実験例を挙げることで、微生物毒性探知装置１０の使用過程及び効果を説明する。

このために、実際の河川水を微生物反応槽１００に流入させてＥＣの変化により生態毒性を評価した。微生物反応槽１００には粒径２〜４ｍｍの硫酸粒子５０ｍＬを満たし、空気を空気供給孔１３０を介して下端から注入し、測定しようとする水試料を上向き流ＨＲＴ（水理学的滞留時間）３０分にて連続して注入し、短い滞留時間の運転も可能である。

実際の河川水の毒性を把握するために、無毒性の人工河川水を供給していて、所定の時間が経過後に実際の河川水を供給するような方式により実験が行われた。実際の河川水のＥＣ値がやや高いため、人工河川水に少量のＫＣｌ、ＭｇＳＯ_４を入れて河川水のＥＣと一致するように調節した。

このとき、河川水のｐＨが基準範囲である３〜５を超える場合、ｐＨ調節部５００は酸性物質またはアルカリ物質を供給して河川水のｐＨを調節する。

図８は、人工河川水および汚染度の高い河川水１の流入による流出水のＥＣ変化（ＨＲＴ：３０分、硫酸粒子：２〜４ｍｍ、温度：３０℃、空気流量：１５０〜２５０ｍＬ／分）を示すグラフである。実際に汚染度が高い河川水（ｓｔｒｅａｍ
ｗａｔｅｒ １）１０Ｌを採水して微生物毒性探知装置１０に適用するとき、７時間までは人工河川水（ｓｙｎｔｈｙａｔｉｃ ｓｔｒｅａｍ ｗａｔｅｒ）を流入させ、７時間後に実際の河川水を入れてＨＲＴ３０分にて運転したところ、３時間でＥＣ値の３分の２が減っていた。

図９は、人工河川水および２倍に希釈された河川水１の流入による流出水のＥＣ変化（ＨＲＴ：３０分、硫酸粒子：２〜４ｍｍ、温度：３０℃、空気流量：１５０〜２５０ｍＬ／分）を示すグラフである。同図は、河川水１を微生物反応槽１００に流入させたところ、ＥＣ値の減少が抑えられることを示している。

図１０は、人工河川水および１００倍に希釈された河川水１の流入による流出水のＥＣ変化（ＨＲＴ：３０分、硫酸粒子：２〜４ｍｍ、温度：３０℃、空気流量：１５０〜２５０ｍＬ／分）の実験結果を示している。同図に示すように、実際の河川水を１００倍に希釈した場合には人工河川水の流出ＥＣと一致していることが分かる。これは、河川水の毒性の度合いが希釈によって減少したことに起因する。実際の河川水の水質を分析したところ、毒性物質として、亜硝酸性窒素０．５ｍｇ／Ｌ、ノルマルヘキサン２．６ｍｇ／Ｌ、ジクロロメタン６５ｐｐｂが測定された。

図１１は、人工河川水および無汚染河川水２の流入による流出水のＥＣ変化（ＨＲＴ：３０分、硫酸粒子：２〜４ｍｍ、温度：３０℃、空気流量：１５０〜２５０ｍＬ／分）を示すグラフであり、図１２は、人工河川水および無汚染河川水３の流入による流出水のＥＣ変化（ＨＲＴ：３０分、硫酸粒子：２〜４ｍｍ、温度：３０℃、空気流量：１５０〜２５０ｍＬ／分）を示すグラフである。同図に示すように、無毒性河川水２および河川水３はＥＣの変化はほとんどなかった。これは、河川水２および河川水３には硫酸化微生物に影響する毒性物質がほとんどないためであると推察される。

一方、河川水の毒性が高いときにはＥＣ値が急減するため、河川水の毒性有無が判断し易い。しかしながら、河川水の毒性が極めて低いときには毒性有無を判断することが困難であるため、無毒性の水と比較して毒性の有無を判断する。

このために、微生物反応槽１００を２以上配設し、微生物反応槽１には０．５〜２時間をかけて河川水を注入し、微生物反応槽２には１０〜１００倍に希釈された河川水を注入する。０．５〜２時間が経過後に河川水を注入した微生物反応槽１には希釈された原水を注入し、微生物反応槽２には河川水を注入する。このような方式により交互に所定時間おきに河川水を注入し続ける。なお、測定部３００において測定された電気伝導度（ＥＣ）値をモニターリングして毒性有無を判断する。

図１３は、６価クロム２、０００ｐｐｂを流入水として注入したときの流出ｐＨおよびＥＣ変化（ＨＲＴ＝３０分、流入ｐＨ＝７．０、ＥＣ＝０．１４ｍＳ／ｃｍ）を毒性の高い河川水、毒性の低い河川水、無毒性の河川水別に示すグラフである。なお、制御部６００は、微生物反応槽１Ｒ１および微生物反応槽２Ｒ２の流入ＥＣと流出ＥＣとの間の差分をモニターリングして毒性有無を判断する。

一方、図１４は、人工河川水の製造に用いられるミネラルの組成表である。

以上述べたように、本発明に係る微生物毒性探知装置は、測定部を微生物反応槽とは独立した空間に配設して、空気および水試料の供給時に発生する空気滴による影響を未然に防止する。これにより、より安定的で且つ信頼性ある実験結果が得られる。

また、水試料のｐＨが高いか、あるいは、アルカリ度が高い場合、酸調節部は酸性物質またはアルカリ物質を予め供給して硫酸化微生物が生存可能な適正のｐＨ範囲に水試料のｐＨを調節した後に微生物反応槽に供給する。これにより、水試料のｐＨによる硫酸化微生物の活性度の影響が低減されて正確な毒性有無を判断することができる。

さらに、微生物反応槽を補助する補助微生物反応槽を備えて、微生物反応槽の内部の硫酸化微生物の活性が阻害されたときに交替して使用したり、硫酸化微生物を即座で補給して使用することができて実験を連続して行うことができる。

以上述べたように、本発明に係る硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明が属する技術分野における通常の知識を持った者であれば、これより様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということは理解できるであろう。

１０：微生物毒性探知装置
１００：微生物反応槽
１１０：反応槽本体
１２０：流入口
１３０：空気供給口
１４０：流出口
１５０：遮蔽板
１５１：開放部
１６０：連結管
３００：測定部
３１０：測定槽
３１１：通過孔
３２０：ｐＨ測定部
３３０：ＥＣ測定部
３４０：流入口
３５０：流出口
３６０：蓋体
３７０：貫通管
３８０：第１隔壁
３９０：第２隔壁
４００：原水供給部
４１０：第１供給管
４１１：第１供給ポンプ
４２０：第２供給管
４２１：第２供給ポンプ
５００：ｐＨ調節槽
６００：制御部
７００：希釈槽

Claims (13)

1. 硫酸化微生物が担持され、硫酸粒子および酸素が前記硫酸化微生物によって硫酸化塩イオン化される反応槽本体と、前記反応槽本体に水試料が流入する流入口と、前記反応槽本体に空気が供給される空気供給口と、を有する微生物反応槽と、
   前記反応槽本体への空気の供給による空気滴の影響を受けないようにしつつ前記反応槽本体内部の硫酸塩イオンの生成された水試料が流入するように反応槽本体と連通される独立空間部に配設されて前記硫酸塩イオンの生成された水試料のｐＨ及び電気伝導度（ＥＣ）を測定する測定部と、
   前記測定部において測定された電気伝導度（ＥＣ）及びｐＨ値と基準値とを比較して前記水試料の毒性有無を判断する制御部と、
   を備えることを特徴とする硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
2. 前記独立空間部は前記反応槽本体の外面に一体に形成される測定槽によって造成され、前記測定槽付き反応槽本体には水試料が通過する通過孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
3. 前記独立空間部は、前記反応槽本体と分離され、連結管によって前記反応槽本体と連結されて、前記反応槽本体において硫酸塩イオンが生成された水試料が前記連結管を介して流入する測定槽によって造成されることを特徴とする請求項１に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
4. 前記連結管は、前記微生物反応槽から水試料が流出する流出口および前記連結管を介して前記測定槽に水試料が流入する流入口にそれぞれ連結されるが、前記測定槽の流入口は前記微生物反応槽の流出口よりも下方に位置して前記微生物反応槽において硫酸塩イオンが生成された水試料が自然乳化によって前記測定槽に流入可能となることを特徴とする請求項３に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
5. 前記測定槽の内部には測定槽の流入口寄りに一方の側面が開放された第１隔壁が立設されて、前記測定槽の流入口に流入する水試料のＵターンの流れを誘導して短絡流および過流の発生を防ぐことを特徴とする請求項４に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
6. 前記測定槽には測定槽の流入口に臨む面に流出口が形成され、測定槽の内部には測定槽の流出口寄りに前記第１隔壁の開放部とは逆方向に開放された第２隔壁がさらに立設されることを特徴とする請求項５に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
7. 前記測定槽の上部には測定槽を覆う蓋体が配設され、前記蓋体には前記ｐＨ測定部及びＥＣ測定部が挿通して測定槽の内部に挿設可能に所定の長さだけ突き出た貫通管が配設されることを特徴とする請求項４に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
8. 前記独立空間部は、前記反応槽本体の内面の周縁に係合されて内部空間を上下に仕切る遮蔽板によって反応槽本体の上部域に造成され、前記遮蔽板の一方の側の周縁には水試料が通過する開放部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
9. 前記微生物反応槽の流入口の一方の側に配設されて前記微生物反応槽に供給される水試料に酸性物質を供給して前記水試料のｐＨを基準範囲に調節するｐＨ調節槽をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
10. 前記微生物反応槽の流入口の一方の側に配設されて前記微生物反応槽に供給される水試料に栄養元素を供給して硫酸化微生物が活性を維持できるようにする栄養元素供給槽をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
11. 前記微生物反応槽の一方の側に配設され、活性を有する硫酸化微生物が存在する少なくとも一つの補助微生物反応槽をさらに備え、
    前記微生物反応槽の硫酸化微生物の活性がない場合、前記水試料を前記補助微生物反応槽に供給するか、または、微生物の担持された硫酸粒子を取り出して他の微生物反応槽に使用できるようにして前記水試料の毒性を判断することを特徴とする請求項９に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
12. 前記補助微生物反応槽は、前記微生物反応槽を用いて水試料の毒性を判断する間に最少量の水および最少量の空気のみを供給して運転されることを特徴とする請求項１１に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。
13. 前記微生物反応槽の一方の側に配設されて水試料および希釈された水試料を前記微生物反応槽と互いに交互に供給されて水試料の毒性有無を判断する補助微生物反応槽をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の硫酸化微生物を用いた生態毒性探知装置。