JP2010271192A

JP2010271192A - 水中の有害物質の検知方法

Info

Publication number: JP2010271192A
Application number: JP2009123427A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Kato; 敏朗加藤; Osamu Miki; 理三木; Kimio Ito; 公夫伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP5347711B2

Abstract

【課題】水中の有害物質を簡便かつ確実に検知するため方法を提供することを目的とする。
【解決手段】有害物質の混入の有無を検出したい検液と、好気呼吸する微生物を含んだ植種液とを混合して試料水とし、且つ、前記試料水には前記微生物の栄養分が含まれており、前記微生物の呼吸により前記試料水中の溶存酸素濃度が減少して所定値以下となったところで、前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させ、その後、再び、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となったところで、再度、酸素を一次的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返して、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観察し、その経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知する。
【選択図】図９

Description

本発明は、上下水道、工業用水、工業排水、水処理プロセスの各工程水、河川水、湖沼水等を対象として、水中の微生物の呼吸活性に対する阻害性に基づいて水中の有害物質を検知する方法に関する。

河川・湖沼などの水道水源の保全、および、上下水道、工業用・排水、廃棄物処分場排水などの用・排水の水質管理を目的とした水質監視においては、週毎、月毎などで定期的に採水試料の化学分析が実施されている。しかしながら、生物学的な排水処理プロセスや水環境において問題となる有害物質は多種多様であり、個々の化学物質を網羅的に分析することには技術的及び／又は時間的な限界があるため、化学分析によらない総括的な生体毒性を評価するための生物検定法（以下、バイオアッセイという）が検討され、魚類の致死効果、ミジンコの遊泳阻害効果、藻類の生長阻害効果、発光細菌の発光阻害効果、大腸菌を用いたＤＮＡ損傷効果（ｕｍｕ試験）などを指標とした排水水質監視のバイオアッセイが実用化されている。

一方、発酵等の工業プロセスの管理や医学における臨床検査などの分野においては、核酸、アミノ酸、脂質などの特定の化学成分の分析を目的として様々なバイオセンサーが開発されており、最近では、このようなバイオセンサーの環境計測への適用が検討されている。例えば、生物化学的酸素要求量（ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＯｘｙｇｅｎＤｅｍａｎｄ：ＢＯＤ）を対象とした、又は、重金属、シアン、リン酸、硝酸、硫酸、アンモニア、界面活性剤などの特定の成分を対象とした、微生物センサーや酵素センサーなどのバイオセンサーが提案されている。

また、以下の特許文献１や特許文献２では、水質の総括的な有害性の評価を目的としたバイオセンサーとしては、環境変化に対する感受性が高い硝化細菌などの微生物を保持した固定化微生物膜を用いて、その呼吸阻害性に基づいて有害性を評価する方法が記載されている。

さらに、以下の特許文献３には、活性汚泥に対する種々の廃水の毒性を、活性汚泥に標準基質を添加し、その際の最大呼吸速度（１次測定）を求め、その後、更に検液を添加して内生呼吸に達したことを測定した後（２次測定）、再度、標準基質を添加して、その際の最大呼吸速度を求めて（３次測定）、１次測定時と３次測定時の最大呼吸速度の対比から、検液の毒性を評価する方法が記載されている。

特開平１１−１５３５７４公報特開２００１−１６５８９３公報特開平１０−１５１４８１公報

特許文献１や特許文献２のような、微生物の呼吸活性の阻害性に基づいて有害物質の混入を検知する方法として実用化されている、微生物を保持した固定化微生物膜方式のバイオセンサーは、生物体の増殖や死滅などによって微生物群の生理状態が刻一刻と変化するため、維持管理が難しいという課題がある。また、毒性の強い検液に曝されると微生物の活性が回復不能となり、その都度、膜を交換しなければならないため、コスト高である。

また、特許文献３のような最大呼吸速度の差だけで有害物質の毒性を判断する方法では、有害物質の量が少ない場合に、明確には差異が判らない場合があった。

従って、本発明は、水処理プロセスの安定操業や自然水域の保全などに資する、用・排水や河川・湖沼水に混入した有害物質を簡便かつ確実に検知するため方法を提供することを目的とし、特に、従来のバイオセンサーのように固定化微生物膜を使用することなく、水中の有害物質を簡便かつ確実に検知する方法を提供することを目的とする。

水中に生育する微生物は呼吸によって水中の溶存酸素を消費するため、水中の溶存酸素を連続的に計測すれば、そこに存在する微生物の呼吸活性の程度を判断できる。一方、有害物質が混入すると微生物の諸反応が阻害され、呼吸活性が低下する結果として水中の溶存酸素濃度の減少速度（酸素消費速度）が低下する。

本発明者等は、この原理に基づいて水中の有害物質の検知方法を検討したが、微生物を含んだ試験水中に有害物質が多量に混入している場合には、微生物の呼吸活性が著しく急激に低下して酸素消費速度が極端に小さくなることから比較的容易に有害物質の存在を検知できるが、有害物質が比較的少量しか混入していない場合は、微生物の呼吸活性が低下するものの、その程度が比較的小さいため、単に酸素消費速度を観察しただけでは有害物質の有無を判定することが難しいことが判った。

また、水中の酸素濃度の値によっては、微生物の呼吸活性が酸素消費速度への支配的影響因子にはならず、酸素の供給や酸素の水への溶解が、酸素消費の律速となる場合があり、単に酸素消費速度の経時変化を観察しただけでは、微生物の呼吸活性に基づく有害物質の検知を安定的に行うことが難しいことが判った。

そこで、更に鋭意検討した結果、試料水中に酸素を一時的に供給して溶存酸素濃度を上昇させ、その後、微生物の呼吸により試料水中の溶存酸素濃度を低下させる工程を繰り返して行い、その繰り返し毎における溶存酸素濃度の経時変化を観察することで、その経時変化の状態から、有害物質の有無を、有害物質が比較的少量な場合においても、安定的に検知することができることを見出して、発明を為すに至った。

すなわち、
（１）有害物質の混入の有無を検出したい検液と、好気呼吸する微生物を含んだ植種液とを混合して試料水とし、且つ、前記試料水には前記微生物の栄養分が含まれており、前記微生物の呼吸により前記試料水中の溶存酸素濃度が減少して所定値以下となったところで、前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させ、その後、再び、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となったところで、再度、酸素を一次的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返して、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観察し、その経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知することを特徴とする水中の有害物質の検知方法。

（２）前記溶存酸素濃度の所定値が、１〜５ｍｇ／Ｌの範囲内の一定値であることを特徴とする、（１）に記載の検知方法。

（３）前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返す際に、前記上昇後の最大溶存酸素濃度が、毎回、前記溶存酸素濃度の所定値よりも０．５ｍｇ／Ｌ以上高い所定値となるように、前記酸素の一時的供給量を制御することを特徴とする、（２）に記載の検知方法。

（４）前記繰り返して一時的に供給する酸素の供給手段が、エアーポンプの一時的な稼動による前記試料水中への空気の供給によるものであることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の検知方法。

（５）前記試料水のｐＨを計測し、前記ｐＨが一定値に保持されるように、酸またはアルカリを添加することを特徴とする、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の検知方法。

（６）前記試料水の温度を一定に保持することを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の検知方法。

（７）前記溶存酸素濃度の経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知する手段が、前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を上昇させた後から、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となるまでの時間間隔が、前記繰り返しの度に、長くなることにより、有害物質が前記検液中に存在すると判断することを特徴とする、（１）〜（６）のいずれか１項に記載の検知方法。

（８）前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観測するとともに、別途、前記微生物に有害な物質を含まない標準水を比較検液として、前記比較検液と好気呼吸する微生物を含んだ植種液とを混合して比較試料水とし、且つ、前記比較試料水には前記微生物の栄養分が含まれており、前記微生物の呼吸により前記比較試料水中の溶存酸素濃度が減少して前記所定値以下となったところで、前記比較試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させ、その後、再び、前記微生物の呼吸により前記比較試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となったところで、再度、酸素を一次的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返して、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観察し、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化と前記比較試料水中の溶存酸素濃度の経時変化とを比較し、両者の経時変化の状態の違いから有害物質の混入の有無を判定することを特徴とする、（１）〜（７）のいずれか１項に記載の検知方法。

（９）前記溶存酸素濃度の経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知する手段が、前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を上昇させた後から、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となるまでの間の平均酸素消費速度を算出し、且つ、前記比較試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を上昇させた後から、前記微生物の呼吸により前記比較試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となるまでの間の平均酸素消費速度を算出し、前記算出した試料水における平均酸素消費速度と、前記算出した比較試料水における平均酸素消費速度とを、前記繰り返し毎に比較して、前記試料水における平均酸素消費速度が、前記比較試料水における平均酸素消費速度よりも小さくなることで、有害物質が前記検液中に存在すると判断することを特徴とする、（８）に記載の検知方法。

本発明に係る水中の有害物質検知方法を、水処理工程の前段で行って、流入水の監視に適用することによって、水処理工程における活性汚泥への有害な影響を及ぼす成分の混入を速やかに検知でき、水処理を的確に運転管理することができる。

また、有害物質検知の所望の目的に応じた微生物を含んだ植種液を選定することができ、さらに、選定した植種液に応じて、最適な成分を含んだ標準液を設定することができるため、極めて汎用性が高く、多くの有害物質に対して適用可能である。

検液に混入した有害物質の毒性が低い場合、従来は検知できない、もしくは検知までに日単位等の長時間を要するが、本発明によれば分単位から時間単位程度の短時間で検知できる。

本発明の呼吸活性測定装置の基本構成を模式的に示した概念図である。酸素消費速度に及ぼすｐＨの影響例を示す図である。酸素消費速度に対する温度の影響例を示す図である。温度管理手段をさらに付加した本発明の装置の概念図である。溶存酸素濃度の経時変化の典型例を示す図である。溶存酸素濃度の経時変化から計算される呼吸活性の経時変化の典型例を示す図である。エアーポンプから反応槽への通気量の経時変化の典型例を示す図である。実施例１における比較試料水を検査した際の溶存酸素濃度の経時変化を示す図である。実施例１における試料水を検査した際の溶存酸素濃度の経時変化を示す図である。実施例１における呼吸活性の経時変化を示す図である。実施例２−１における試料水のｐＨの経時変化を示す図である。実施例２−１における試料水の溶存酸素濃度の経時変化を示す図である。実施例２−２における試料水の溶存酸素濃度の経時変化を示す図である。実施例２−２における試料水のｐＨの経時変化を示す図である。

本発明において、「試料水」とは溶存酸素濃度の計測に供する「検液」と「植種液」を混合した水試料を指し、「植種液」とは所定の微生物を含んだ液を指し、「検液」とは有害物質の混入の有無を判定したい液を指す。また、「比較試料水」とは有害物質を含まず、「試料水」と溶存酸素濃度の変化を比較するための、「標準水（比較検液）」と「植種液」とを混合した水試料を指す。また、「試料水」および「比較試料水」には、所定の微生物の呼吸活動に必要な栄養分を十分に含んでいる必要があり、検液中や標準水中や植種液中に含まれている栄養分で足りない場合は、別途、更に試料水に栄養分を添加して、微生物の呼吸活動に十分な栄養分を確保する。

また、本発明で有害物質の有無を検知する対象となる水は、上下水道、工業用水、工業排水、水処理プロセスの各工程水、河川水、湖沼水、海水等が含まれる。

試料水の溶存酸素濃度の変化を計測する装置（以下、呼吸活性測定装置という）としては、例えば図１に示すような装置を用いることができる。すなわち、試料水を入れる反応槽１は、酸素供給手段としてエアーポンプ３に連結した散気管４を備え、試料水の計測手段として溶存酸素計２およびｐＨ計１０を備え、反応槽内の試料水の撹拌手段として、例えばマグネティックスターラー６に連動した撹拌子５を備えている。反応槽１は、大気に接している液面から酸素供給を抑えるためエアーポンプ３から槽内に供給された空気を排出するための排気口１４を備えた半密閉式容器を用いることができる。また、エアーポンプ３から槽内に空気を供給するタイミングと同期して排気口１４を開弁するように電磁弁を設置した密閉式容器を用いてもよい。

溶存酸素計２の計測値をデータ処理装置７で連続的に記録する。さらに、試料水中の溶存酸素濃度が予め設定した所定の数値以下となった場合にエアーポンプ３を動作させて、反応槽内にエアーを供給し、前記所定の数値超となったらエアーポンプ３を止める制御を行う。

この所定の数値超となってエアーポンプ３を止める制御は、試料水中の溶存酸素濃度が予め設定した、前記所定の数値より高い、別の所定の数値を上回った場合にエアーポンプ３を停止させて、試料水中の溶存酸素濃度を一定濃度範囲となるように制御することが好ましい。隔膜式の溶存酸素電極を用いた場合、一般に応答速度の時間差のため所定濃度となったこと検知してエアーの供給を停止したとしても実際の溶存酸素濃度は計測値以上に高まっていることになり、結果として設定値に対して、例えば＋１ｍｇ／Ｌ程度以上の溶存酸素濃度になる。したがって、溶存酸素濃度の設定範囲は、上限値と下限値の２点制御としてもよいが、下限値のみの１点制御でもよい。

微生物濃度が一定の場合、溶存酸素濃度の設定下限値は、低すぎると微生物汚泥フロック内部への酸素輸送効率が低下するため酸素の供給が反応の律速となり、また、高すぎると酸素の水への溶解効率が反応の律速となり、微生物の活性を正確に定量できない。従って、溶存酸素濃度の設定範囲は、１から５ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましく、より好適には２から３ｍｇ／Ｌの範囲が望ましい。一方、溶存酸素濃度の設定範囲の上限値は下限値に対して０．５ｍｇ／Ｌ以上であれば溶存酸素濃度の低下を正確に計測することができるが、前記した溶存酸素電極の応答速度の時間差のために上限値を設定しなくてもよい。但し、エアーポンプ３を連続的に稼動させると溶存酸素濃度の低下を観察できないため、上限値を設定しない場合、ポンプ３の稼動は下限値を上回るまでの一時的な稼動とすればよい。

試料水中の微生物濃度は、植種液の添加量で調節することができる。試料水中の微生物濃度が高すぎると溶存酸素濃度の低下が著しくなるため、頻繁にエアーポンプ３が作動し、溶存酸素濃度の減少速度が正確に判定できない。また、酸素消費量が酸素供給量を上回ってしまい、酸素消費を計測できないため、最適な微生物濃度を設定しなければならない。最適な微生物濃度を設定するには、標準液と植種液を混合した試料水について試験を行い、溶存酸素濃度の時間変化が１〜１００ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ／ｈとなる標準液と植種液との混合比もしくは標準液への植種液の添加率を採用することが好ましい。

また、酸素供給手段として酸素ボンベからの酸素ガスを供給する方法を採用すれば、酸素の溶解効率が高まるため、曝気時間の短縮や供給酸素量の増加などの利点がある。

試料水のｐＨは図２に示すように呼吸活性に影響を及ぼすことから、有害物質の混入を正確に検知するためにｐＨをほぼ一定に保った条件下で測定することが望ましい。最適なｐＨ条件は、検査に用いる植種液に含まれる微生物によって異なるが、例えば硝化細菌ではｐＨ７から８が好ましく、鉄酸化細菌ではｐＨ１〜４が好ましい。前記特許文献２においてはｐＨ条件をほぼ一定に保つ方法として検液に予めｐＨ緩衝溶液を添加する方法が記載されているが、ｐＨ緩衝溶液を添加したとしてもなおｐＨ変化が生じることがあり、ｐＨ変化の影響を回避するために、試料水のｐＨを計測する手段を付与すること、および／または、試料水のｐＨを所定の範囲内に調節する手段を付与することが肝要である。反応進行に伴い試料水のｐＨが予め設定した数値の範囲を逸脱した場合にそれを検知してｐＨを調整するための手段として、ｐＨ調整剤タンク１２に貯留したｐＨ調整剤をｐＨ計に連動して作動するｐＨ調整剤ポンプ１１によって反応槽１へ注入することができる。なお、ｐＨ調整剤は酸性化もしくはアルカリ性化の目的に応じて選定すればよく、例えば酸性化の目的には塩酸、硫酸などの無機酸もしくはその希釈水溶液を、また、アルカリ性化の目的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ水溶液を用いることができる。これに対して酢酸やクエン酸などの有機酸は生物分解性があり、さらに呼吸活性を増進する恐れがあるため用いることはできない。さらに、ｐＨ計１０の計測値をデータ処理装置７で連続的に記録すれば、試験作業の省力化や計測データの詳細な解析が可能となる。

さらに、生物反応は温度の影響を受けやすく、例えば図３に示すように温度が高まると微生物の呼吸にともなう酸素消費速度が高まる。一般に反応温度が１０℃高まると生物反応の速度は２倍になるといわれている。したがって、測定結果の再現性の確保や信頼性の向上のために、試料水の温度調節手段として、例えば図４に示すような恒温水槽８と温調器９によって反応槽１の温度を調節することが望ましい。また、必要に応じて温度の計測値をデータ処理装置７で連続的に記録してもよい。

有害物質の混入を検知したい検液に代わって、植種液に含まれる微生物に適した栄養分を含む標準水を比較検液として、微生物を含んだ植種液を混合した比較試料水について溶存酸素濃度の変化を計測する対照区を設け、試験区と対照区との計測結果を比較することで、有害物質の混入を検知したい検液中の有害物質の混入を容易に判定することができる。

試験区と対照区の計測は、ひとつの呼吸活性測定装置を用いて順序を問わず順次実施してもよいが、前記呼吸活性測定装置を２式以上準備すれば、同時期に検査することができる。なお、呼吸活性装置を２式以上準備する場合であってもデータ処理装置７は１台のみで統合的にデータを管理してもよい。

溶存酸素濃度の経時変化は、試験水中の微生物の呼吸作用による低減と、溶存酸素濃度の所定の設定値を下回った際の酸素供給手段動作による増加との繰り返しパターンを示す。したがって、試験区と対照区の溶存酸素濃度の変化幅、すなわち溶存酸素濃度の下限値と上限値の差がほぼ等しい場合、前記繰り返しパターンの出現頻度もしくはその時間間隔もしくは酸素供給手段動作の頻度もしくはその時間間隔から呼吸活性の高低を判断できる。具体的には、溶存酸素濃度経時変化グラフの山間隔、谷間隔、ないしは溶存酸素濃度が低下する期間の傾きなどで判断できる。例えば、図５では試験区と対照区の溶存酸素の上限値と下限値の差がともに３ｍｇ／Ｌであり、対照区では溶存酸素濃度の変化の繰り返しパターン、ないしは上限値の出現間隔（山間隔）、ないしは下限値の出現間隔（谷間隔）が６分周期で観察されたのに対して、試験区のそれらは１１分周期であったことから、試験区は対照区に比べて呼吸活性が低いと考えられ、試験水中に有害物質の混入のあると判断できる。また、図5において溶存酸素が減少している期間における傾き（酸素消費速度）を計算して表示すると図６のようになり、対照区では３６ｍｇ／Ｌ／ｈであったのに対し、試験区では１８ｍｇ／Ｌ／ｈであったことから試験区は対照区に比べて呼吸活性が低いと考えられ、試験水中に有害物質の混入のあると判断できる。また、図５において溶存酸素濃度が上昇した期間は、酸素供給手段が動作している期間を示しており、図７に示すように酸素供給手段からの通気量を観察すれば、対照区における動作間隔は５分であるのに対して、試験区のそれは１０分と長くなっていたことから、試験区は対照区に比べて呼吸活性が低いと考えられ、試験水中に有害物質の混入のあると判断できる。

試料水中に有害物質の混入があると、溶存酸素濃度の低減が緩和もしくは停止するため、試験区および対照区におけるそれぞれの溶存酸素濃度の経時変化を比較した際に、試験区における前記繰り返しパターンもしくは酸素供給手段動作の頻度が対照区における前記繰り返しパターンもしくは酸素供給手段動作の頻度に比べて低い場合に、有害物質の混入を検知したい検液中に有害物質の混入があることが疑われると判断できる。なお、検液中に混入している有害物質が、用いた植種液中の微生物に対して重篤な毒性作用がある場合には、試験区における溶存酸素濃度の低減が完全に停止するため、対照区の結果と比較するまでもなく、試験区の結果のみから検液中の有害物質の混入を検知できる場合もあるが、対照区を設けて比較することにより、試験区における有害物質の混入の影響がより明瞭になるため、試験区単独で判定する場合に比べて、有害物質の混入をより迅速に判定できる。

また、溶存酸素濃度の変化量から一定時間あたりの酸素消費量、すなわち酸素消費速度を計算すれば、有害物質の混入の有無や微生物の呼吸活性に及ぼす影響の程度を定量的に判断できる。すなわち、試験区で得られた酸素消費速度が、対照区で得られた酸素消費速度よりも小さな値を示した場合に検液への有害物質の混入が疑われると判断できる。

植種液は酸素を消費する活性を有している微生物を含んでいれば特に限定はないが、好気性従属栄養性細菌、通性嫌気性従属栄養性細菌、硝化細菌（アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌）、鉄酸化細菌、硫黄酸化細菌を単独もしくは混合で用いることができる。嫌気性の従属栄養性細菌や硫酸還元菌などは水中の溶存酸素の消費がない、あるいは、溶存酸素の存在が生育に対して阻害的であるので適していない。あるいは、活性汚泥処理等の生物処理施設にあっては該施設の活性汚泥を植種液として用いれば、該施設への受入れ可能性を検定したい検液の評価や該施設の現状の処理性能診断により有効に活用することができる。

植種液の添加は、前記した試験区および対照区ともに、予め微生物植種液を検液もしくは標準液に混合した後に反応槽１へ注ぎ入れてもよいが、温度、ｐＨ等の検査条件を整えるために、まず検液もしくは標準液を反応槽１に注ぎ入れ、温度、ｐＨ等の検査条件が整えた後に植種液を添加することが望ましい。

ところで、対照区に用いる標準液は、用いる植種液に含まれる微生物の種類に適した成分を含有するものであればよく、例えば、従属栄養性細菌の場合は酢酸、クエン酸、グルコース、メタノール、フェノールなどの有機物質を含んだ標準液を用いることができ、硝化細菌の場合はアンモニウム塩、亜硝酸塩などの窒素成分を含んだ標準液を用いればよい。また、鉄酸化細菌の場合は二価鉄を含んだ標準液を用いればよく、硫黄酸化細菌の場合はチオ硫酸塩やチオシアン塩などの硫黄成分を含んだ標準液を用いればよい。

なお、有害物質の混入の有無を検知に要する試験時間は、溶存酸素濃度の変化を確認できる時間であれば特に限定はないが、試験時間が長時間にわたった場合、試験水中の栄養源が枯渇し、その結果として微生物の呼吸活性が低下することがあり、有害物質の混入の影響と誤判断する可能性があることから、１０分から３時間の範囲とすることが好ましい。また、試験液中の微生物量の多寡が微生物の呼吸活性の程度に相関するため、１０分から３時間の範囲で溶存酸素濃度の変化を確認できるように植種液の添加率を設定すればよい。前記した溶存酸素濃度の時間変化が１〜１００ｍｇＯ_２／Ｌ／ｈとなる植種液の添加率で試験すれば、１０分から３時間の範囲で有害物質の混入の有無を検知できる。

以下、実施例を示しながら、本発明の有効性について記す。
（実施例１）
本実施例では、本発明の方法によって検液中の有害物質の混入を検知できることを示す。
図１に示した呼吸活性測定装置を用いて、６００ｍｇ／Ｌの濃度でフェノールを含有する標準水を比較検液として、コークス工場廃水処理設備から採取した活性汚泥を植種液として添加した比較試料水について溶存酸素濃度の経時変化を測定した。まず、容積５００ｍLの反応槽に比較検液４８０ｍLを入れて測定を開始し、０．５時間経過時に植種液２０ｍLを添加してさらに測定を継続した。なお、植種液のＭＬＳＳ（ＭｉｘｅｄＬｉｑｕｏｒＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）濃度は１４０００ｍｇ／Ｌであった。また、溶存酸素濃度が３．５ｍｇ／Ｌ以下になった時にエアーポンプを動作させた。ｐＨが８．０以下になった時に０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を添加した。溶存酸素濃度の経時変化を図８に示した。植種液を添加した時点以降で溶存酸素の消費と曝気による溶存酸素の供給の様子が顕著であり、微生物の呼吸活性、特にフェノール分解菌群が活発に活動していたことがわかる。

次いで、同様の装置および同様の手順で、重金属の混入が疑われる実廃水を前記したフェノールを含む標準水に対して１０％（ｖ／ｖ）で添加した検液を調製し、本混合液に対してコークス工場廃水処理活性汚泥を植種液として添加した試料水について溶存酸素濃度の経時変化を測定した。溶存酸素濃度の経時変化を図９に示した。植種液を添加した時点以降で溶存酸素の消費と曝気による溶存酸素の供給の様子が観察されたが、徐々に溶存酸素濃度の低下が鈍くなり、１．５時間目以降では溶存酸素の消費がほとんど観察されなくなった。すなわち、活発に生じていた微生物の呼吸活性が急速に阻害され、検液中に有害物質が混入していたことがわかる。検液に用いた実廃水を水質分析したところ、１５ｍｇ／Ｌの鉛が検出されたことから、試料水では１．５ｍｇ／Ｌ程度の鉛濃度であり、この濃度は魚の限界致死量（致死にいたる下限濃度）に相当した。

溶存酸素の消費が停止したことを示す図９の結果からのみでも、検液中に有害物質の混入していたことを判断できるが、本図の結果と、検液の添加以外の検知条件を揃えた図８の結果とを比較することによって、検液中の有害物質の混入判定の確からしさを高めるとともに迅速に判定することができる。つまり、試験水の結果、すなわち図９の結果からは植種液添加から３０分を経過した時点で著明な影響があったことが判別できるが、比較試験水の結果、すなわち図８の結果と比較することによって、より早期に判断できる。

また、酸素供給手段であるエアーポンプが動作した頻度からも、有害物質の混入を判断できる。つまり、酸素供給手段であるエアーポンプが動作した頻度、すなわち図８および図９において溶存酸素濃度が増加した頻度は、比較試験水の結果（図８）では植種液添加後３０分間で９回であったのに対して、試料水の結果（図９）では５回であったことから、試料水では呼吸速度が低下しており、試料水中に有害物質が混入していたと判断できる。

また、溶存酸素濃度の低下から計算される溶存酸素消費速度、すなわち呼吸活性の経時変化を図１０に示した。比較試料水、試料水ともに呼吸速度は時間経過とともに低下したが、試料水は比較試料水に比べて急速に呼吸速度が低下した。しかしながら、比較試料水、試料水ともに植種液を添加した初期の呼吸速度が最も高く、ともに８０ｍｇ／Ｌ／ｈと同程度であり、最大呼吸速度は同じであったことから、最大呼吸速度の対比から評価する前記特許文献３の方法では検知することが困難である。
以上、本発明の方法を用いることによって検液中の有害物質の混入を検知できた。

（実施例２）
本実施例では、測定中の試料水のｐＨを調整することが測定結果の信頼性を高めることについて示す。実施例２−１ではｐＨ調整を行い、実施例２−２ではｐＨ調整を行わなかった。
まず、実施例２−１では、図４に示した呼吸活性測定装置を用いて、１００ｍｇ／Ｌの濃度でアンモニア性窒素を含有する標準液に、硝化槽から採取した活性汚泥を植種液として添加した試料水について溶存酸素濃度の変化を経時的に測定した。まず、容積１０００ｍLの反応槽に検液９８０ｍLおよび硝化槽活性汚泥２０ｍLを入れて測定を開始した。なお、植種液に用いた活性汚泥のＭＬＳＳ濃度は５０００ｍｇ／Ｌであった。また、溶存酸素濃度が３．５ｍｇ／Ｌ以下になった時にエアーポンプを動作させた。ｐＨが７．５以下になった時に水酸化ナトリウム水溶液を添加した。水温は３０℃一定で実施した。また、実施例２−２では同じ試料水を用いて、測定中のｐＨ調整をしない場合について測定した。

本実施例におけるｐＨ経時変化は図１１に示すように７．５でほぼ一定に維持することができ、図１２に示すように溶存酸素の消費と曝気による溶存酸素の供給の規則的なパターンが持続し、前記標準液には有害物質が混入していないことが判断できた。

これに対して、ｐＨ調整をしなかった実施例２−２では図１３に示すように溶存酸素の消費と曝気による溶存酸素の供給のパターンは徐々に緩やかになった。つまり、本比較例においては試料水中に有害物質の混入がないにも拘わらず、図１３の結果から有害物質が混入していたと誤判断させる。しかしながら、図１４に示すように反応進行につれ、ｐＨが徐々に低下していた。これは、微生物の呼吸活性、特に硝化細菌による硝化反応の進行に伴ってアンモニアは亜硝酸さらには硝酸へと変換されるため酸性化したためであり、ｐＨ低下によって硝化反応が阻害されたため、図１３に示したように溶存酸素の消費が徐々に緩和した。

つまり、ｐＨが変化する試験条件下では有害物質の混入がなくとも呼吸活性が阻害され、結果判定を誤る可能性がある。したがって、本実施例で示したように、ｐＨ調節の手段を付加することによって、微生物の呼吸活性に対するｐＨの影響に起因した、有害物質の混入の誤判定を回避することでき、検液中の有害物質の混入を正確に検知できる。

１反応槽
２溶存酸素計
３エアーポンプ
４散気管
５撹拌子
６スターラー
７データ処理装置
８恒温水槽
９温調器
１０ｐＨ計
１１ｐＨ調整剤ポンプ
１２ｐＨ調整剤タンク
１３酸化還元電位計
１４排気口

Claims

有害物質の混入の有無を検出したい検液と、好気呼吸する微生物を含んだ植種液とを混合して試料水とし、且つ、前記試料水には前記微生物の栄養分が含まれており、前記微生物の呼吸により前記試料水中の溶存酸素濃度が減少して所定値以下となったところで、前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させ、その後、再び、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となったところで、再度、酸素を一次的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返して、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観察し、その経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知することを特徴とする水中の有害物質の検知方法。
前記溶存酸素濃度の所定値が、１〜５ｍｇ／Ｌの範囲内の一定値であることを特徴とする、請求項１に記載の検知方法。
前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返す際に、前記上昇後の最大溶存酸素濃度が、毎回、前記溶存酸素濃度の所定値よりも０．５ｍｇ／Ｌ以上高い所定値となるように、前記酸素の一時的供給量を制御することを特徴とする、請求項２に記載の検知方法。
前記繰り返して一時的に供給する酸素の供給手段が、エアーポンプの一時的な稼動による前記試料水中への空気の供給によるものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検知方法。
前記試料水のｐＨを計測し、前記ｐＨが一定値に保持されるように、酸またはアルカリを添加することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検知方法。
前記試料水の温度を一定に保持することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の検知方法。
前記溶存酸素濃度の経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知する手段が、
前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を上昇させた後から、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となるまでの時間間隔が、前記繰り返しの度に、長くなることにより、有害物質が前記検液中に存在すると判断することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検知方法。
前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観測するとともに、別途、前記微生物に有害な物質を含まない標準水を比較検液として、前記比較検液と好気呼吸する微生物を含んだ植種液とを混合して比較試料水とし、且つ、前記比較試料水には前記微生物の栄養分が含まれており、前記微生物の呼吸により前記比較試料水中の溶存酸素濃度が減少して前記所定値以下となったところで、前記比較試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させ、その後、再び、前記微生物の呼吸により前記比較試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となったところで、再度、酸素を一次的に供給して前記溶存酸素濃度を前記所定値超に上昇させることを繰り返して、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化を観察し、前記試料水中の溶存酸素濃度の経時変化と前記比較試料水中の溶存酸素濃度の経時変化とを比較し、両者の経時変化の状態の違いから有害物質の混入の有無を判定することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の検知方法。
前記溶存酸素濃度の経時変化の状態から前記検液中の有害物質の混入の有無を検知する手段が、
前記試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を上昇させた後から、前記微生物の呼吸により前記試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となるまでの間の平均酸素消費速度を算出し、且つ、前記比較試料水中に酸素を一時的に供給して前記溶存酸素濃度を上昇させた後から、前記微生物の呼吸により前記比較試料水中の前記溶存酸素濃度が前記所定値以下となるまでの間の平均酸素消費速度を算出し、前記算出した試料水における平均酸素消費速度と、前記算出した比較試料水における平均酸素消費速度とを、前記繰り返し毎に比較して、前記試料水における平均酸素消費速度が、前記比較試料水における平均酸素消費速度よりも小さくなることで、有害物質が前記検液中に存在すると判断することを特徴とする、請求項８に記載の検知方法。