JPH08136498A

JPH08136498A - 携帯型ｂｏｄ測定装置

Info

Publication number: JPH08136498A
Application number: JP6272687A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ikeda; 建志池田; Naho Ooshima; 奈穂大島; Naohisa Kako; 尚久加古; Yasushi Takahashi; 泰高橋; Masaru Muranaka; 勝村中; Sumio Akita; 澄男秋田
Original assignee: Nakano Vinegar Co Ltd
Current assignee: Nakano Vinegar Co Ltd
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【構成】微生物を固定化した微生物膜及び酸素電極を
組み合わせたＢＯＤセンサ１と、測定容器内の液体に酸
素含有気体を供給するチューブを接続したエアーポンプ
６０と、該チューブの先端を前記ＢＯＤセンサに固定す
る電極スタンド３と、温度センサ２を有し、前記酸素電
極の出力から演算して被測定液体のＢＯＤを表示する演
算回路７０とからなり、前記電極スタンド３が前記ＢＯ
Ｄセンサ１の検知部の下方より酸素含有気体を供給する
構造を備えてなる携帯型ＢＯＤ測定装置。【効果】バッチ型であるため、フローセル型の測定装
置で必要とする電磁弁及び液送ポンプは不要である。ま
た、恒温水槽等によるＢＯＤセンサ及び測定容器内の液
体の加熱を行わず、かつＢＯＤセンサの検知部の下方よ
り酸素含有気体を供給する構造を備えた電極スタンドに
より撹拌機も必要としない。このため、装置をコンパク
トに構成でき、携帯性に優れたものとすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生物化学的酸素要求量
（ＢＯＤ）を微生物膜及び酸素電極を組み合わせたＢＯ
Ｄセンサで簡易かつ迅速に測定する装置の携帯化に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＢＯＤの測定は日本工業規格に定
められた方法（工業排水試験方法ＪＩＳＫ−０１０２
−１９９３）に従って行われているが、この方法は測定
に５日間を要するなどの問題点があり、このため従来よ
りＢＯＤを迅速に測定する装置として微生物膜及び酸素
電極を組み合わせたＢＯＤセンサが開発されている。こ
のＢＯＤセンサを用いた測定装置に関しては、(1)洗浄
液及び／又は被測定液体を測定の都度測定容器に入れ、
恒温水槽等を用いてＢＯＤセンサ及び測定容器内の液体
を一定温度として微生物の活性を一定にし、エアーポン
プにより測定容器内の液体中に空気を送り込んで溶存酸
素を飽和状態にし、測定容器内の液体を撹拌子で撹拌し
て被測定液体中の基質消費による検知部近傍の液体の濃
度勾配を防ぐことにより、ＢＯＤを測定するバッチ型の
測定装置があり（例えば、特公昭５８−３０５３７号公
報）、(2)更には、測定容器の容量を小さくし、ＢＯＤ
センサの検知部に連続的に洗浄液及び／又は被測定液体
を供給することで撹拌を不要にしたフローセル型の測定
装置がある（例えば、特開平５−１３７５９７号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フロー
セル型の測定装置(2) では、ＢＯＤセンサ及び測定容器
内の液体を一定温度にするとともに洗浄液及び／又は被
測定液体を正確に一定量測定容器に供給しなければ誤差
を生じるため、温度制御を行い、洗浄液及び／又は被測
定液体を一定時間毎に選択供給し、流量も一定にしてお
く必要がある。このため、電源にて駆動するヒータ、電
磁弁及び液送ポンプを使用することになり、体格及び重
量が大きくなり、携帯性に優れた装置を構築するのは困
難である。

【０００４】一方、バッチ型の測定装置(1) では、電磁
弁及び液送ポンプは不要であるが、温度制御を行い、洗
浄液及び／又は被測定液体を撹拌する必要があるため、
装置本体とは別に恒温水槽及び撹拌機を使用することに
なり、使用機器が多く、移動性が甚だ悪いという問題が
ある。しかるに、排水など被測定液体は多種の場所に存
在するため、装置自体を被測定液体がある場所に搬入し
て測定を行えることが望ましい。このためには、コンパ
クトで移動性に優れていることが望ましい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願第一の発明は、微生
物を固定化した微生物膜及び酸素電極を組み合わせたＢ
ＯＤセンサと、測定容器内の液体に空気、酸素ガス等の
酸素含有気体を供給するチューブを接続したエアーポン
プと、該チューブの先端を前記ＢＯＤセンサに固定する
電極スタンドと、温度センサを有し、前記酸素電極の出
力から演算して被測定液体のＢＯＤを表示する演算回路
とからなり、前記電極スタンドが前記ＢＯＤセンサの検
知部の下方より酸素含有気体を供給する構造を備えてな
る携帯型ＢＯＤ測定装置である。

【０００６】本願第二の発明は、前記温度センサが前記
ＢＯＤセンサに近接し、前記酸素電極の検知信号を前記
温度センサの検知信号によって補正する温度補正手段を
備えたことを特徴とする携帯型ＢＯＤ測定装置である。
本発明において、微生物膜に使用する微生物としては、
ＢＯＤの測定に利用できるものであれば特に制限はな
く、例えばクレブシエラ(Klebsiella)属、ハンセヌラ(H
ansenula) 属、クロストリジウム(Clostridium) 属、エ
シェリヒア(Eschrichia)属、バチルス(Bacillus)属に属
する微生物が挙げられ、好ましくはクレブシエラ属に属
する微生物が挙げられる。

【０００７】クレブシエラ属に属する微生物としては、
例えば、クレブシエラ・オキシトカ１２０９２(Klebsie
lla oxytoca 12092) (FERM BP-3616) 、クレブシエラ・
オキシトカＪＣＭ１６６５ (Klebsiella oxytoca JCM
1665) 、クレブシエラ・プランティコラＪＣＭ７２５
１ (Klebsiella planticola JCM7251) 、クレブシエラ
・オザエナエＪＣＭ１６６３ (Klebsiella ozaenae J
CM1663) 、クレブシエラ・テリゲナＪＣＭ１６８７
(Klebsiella terrigena JCM1687) 等が挙げられる。

【０００８】前記微生物の固定化法には通常用いられる
方法が使用でき、例えばメンブランフィルター等の膜に
微生物を固定化すると固定化微生物膜を作製することが
できる。微生物の固定化に使用する膜は、試料溶液中の
酸素、有機物等の溶解成分が通過でき、かつ、微生物を
固定化することができる親水性の多孔質膜であればよ
く、例えばアセチルセルロース膜、ニトロセルロース膜
等が適している。また、膜の平均細孔径は微生物の大き
さに応じて決定される。例えば、クレブシエラ・オキシ
トカ１２０９２の場合、平均細孔径が0.65μｍ以上３μ
ｍ以下、好ましくは0.65μｍの膜を用いると微生物の漏
出がなく安定した固定化微生物膜が得られる。

【０００９】本発明に用いるＢＯＤセンサは前記微生物
膜と酸素電極とからなり、微生物膜は着脱可能なキャッ
プ等により酸素電極に密着固定されており、膜の交換が
容易にできる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の携帯型ＢＯＤ測定装置の原理
構成図の一例を示すものであり、図２はその要部拡大図
を示す。この携帯型ＢＯＤ測定装置１００は、ＢＯＤセ
ンサ１と、温度センサ２と、電極スタンド３と、機枠５
０と、機枠５０に固定して配置されたエアーポンプ６０
及び演算回路７０と、エアーポンプ６０と電極スタンド
３とを接続するチューブ６１とを備える。洗浄液及び／
又は被測定液体を入れる測定容器４に温度センサ２及び
電極スタンド３を備えたＢＯＤセンサ１を投入すること
により、ＢＯＤの測定がなされる。

【００１１】ＢＯＤセンサ１は、円筒状のキャップ１１
と、該キャップ１１内に先端検知部２１が突出してはめ
込まれた酸素電極１２とキャップ１１を検知部２１側よ
り外嵌する着脱可能な押さえリング１３と、該押さえリ
ング１３とキャップ１１とに外周部を挟まれ、検知部２
１に接触して配された、微生物を固定化した微生物膜１
４を有する。

【００１２】微生物膜１４は、クレブシエラ属に属する
微生物、クレブシエラ・オキシトカ１２０９２株を使用
し、ゲル化材としてアルギン酸に無機カルシウム塩を混
合したものを使用して固定化し、乾燥状態にして保存し
た親水性の多孔質膜（アセチルセルロース膜）を使用し
た。この乾燥状態の微生物膜１４を洗浄液（例えば、リ
ン酸緩衝液）中に室温（例えば１５〜３０℃）で一晩浸
漬し、ＢＯＤセンサに取り付けることで、乾燥菌の活性
化の必要なく、ＢＯＤの測定が可能となる。その後、非
測定時には微生物膜１４をＢＯＤセンサ１から取り外し
て洗浄液中に低温（例えば１〜５℃）で保管し、再び測
定する際には保管した微生物膜１４をＢＯＤセンサ１に
取り付けることで、微生物膜１４の活性化の必要なく、
ＢＯＤの測定が可能である。この方法にて測定及び保管
することにより、雑菌等による微生物膜１４の汚れが防
がれ、微生物膜１４の寿命が延びるのと同時に、ＢＯＤ
センサ１自体についても非測定時には洗浄液に浸漬して
おく必要がなくなり、雑菌等による汚れが少なくなり、
装置の維持管理が容易となる。

【００１３】酸素電極１２は、一端が偏平な球面となっ
ており、その中心部に検知部（酸素電極球面）２１が設
けられ、他端には棒状の電極端子２２が突設されてい
る。この電極端子２２を介して、一端部の内径が径大と
なっている円筒状の柄１５にはめられている。柄１５の
内部には、酸素電極１２の電極端子２２が差し込まれる
コンセント２３が収納されており、コンセント２３の他
端にはケーブル２４が接続されている。

【００１４】温度センサ２の位置は、ＢＯＤセンサ１に
近接し、測定容器４内の液体に接触可能な場所であれば
どこでもよいが、本実施例では移動の便を考え、柄１５
の側部に切り欠き部２５を設け、この切り欠き部２５に
温度センサ２を収納固定し、ＢＯＤセンサ１と一体型に
している。温度センサ２の出力は酸素電極１２の出力と
ともに、ケーブル２４を通して演算回路７０に送られ
る。

【００１５】電極スタンド３は、その下部に基部３１、
その上部にネジ部３２、基部３１とネジ部３２とを連結
する２本の支持部３３からなり、ＢＯＤセンサ１をその
検知部を垂直下方に向けて直立状態に保持している。ネ
ジ部３２は、キャップ１１に螺合して押さえリング１３
を締結し、微生物膜１４を押さえリング１３とキャップ
１１との外周部で挟み、検知部２１に接触して配させて
いる。

【００１６】基部３１の側面には、空気、酸素ガス等の
酸素含有気体を供給するチューブ６１の先端を導入して
固定するエアー導入口６２が設けられている。このエア
ー導入口６２は、ＢＯＤセンサ１の検知部に臨んで基部
３１の上面に設けられたエアー供給口６３とつながり、
貫通穴を形成している。エアーポンプ６０により送られ
た空気、酸素ガス等の酸素含有気体はチューブ６１、エ
アー導入口６２を経て、エアー供給口６３より気泡とな
って排出される。エアー供給口６３の位置は、このエア
ー供給口６３より排出される気泡がＢＯＤセンサ１の検
知部に接触する位置であればよいが、本実施例では均一
かつ迅速に撹拌するのに最も好ましい位置である基部３
１の上面の中央部に設けている。

【００１７】測定容器４は、温度センサ２及び電極スタ
ンド３を備えたＢＯＤセンサ１を投入でき、かつ、この
ＢＯＤセンサ１を投入した際に、ＢＯＤセンサ１に取り
付けられた微生物膜１４及び温度センサ２が測定容器４
内に入れた液体に接触する容量・形状のものであればよ
いが、本実施例では使用する液体を極力少なくする観点
から、底面積が小さく、背の高い２００ｍｌ容量の透明
ガラス製のトールビーカーを用いている。このトールビ
ーカーに洗浄液及び／又は被測定液体を約１００ｍｌ入
れ、測定に供している。

【００１８】エアーポンプ６０により供給される空気、
酸素ガス等の酸素含有気体の流量は、少なくはＢＯＤセ
ンサ１の検知部近傍の液体の溶存酸素を飽和状態として
一様に撹拌する量があればよく、多くは測定容器４より
液体があふれ出ない量であればよい。この流量は測定容
器４に入れた液体の液量により変わるが、液量を１００
ｍｌとする場合、１００〜１５００ｍｌ／分であれば、
測定値に誤差は生じない。また、エアーポンプ６０に接
続したチューブ６１は、前記の流量が得られるものであ
れば使用可能である。なお、非測定時には微生物膜１４
をＢＯＤセンサ１から取り外すため、空気、酸素ガス等
の酸素含有気体の供給が不要となり、エアーポンプ６０
の電源を切ることで消費電力を少なくすることができ、
携帯化、小型化、長寿命化が可能となった。

【００１９】以上の構成により、本発明では、ＢＯＤセ
ンサの検知部近傍の液体を一様に撹拌することができる
ため、撹拌機によって液体を一様に撹拌する必要がなく
なり、装置をコンパクトに構成できる。次に、酸素電極
１２の出力から演算して被測定液体のＢＯＤを表示する
演算回路７０について説明する。

【００２０】演算回路７０のハードの構成は、ＢＯＤ表
示のための演算プログラムその他作動プログラムを記憶
したメモリを有するワンチップ型のマイクロコンピュー
タ７１、酸素電極１２の出力電流を電圧に変換して増幅
するアンプ７２、温度センサ２に対して分圧回路を構成
した複数の抵抗器等から温度信号を得るための温度検出
回路７３、アンプ７２、温度検出回路７３の信号を選択
するアナログマルチプレクサ７４、アナログマルチプレ
クサ７４の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
７５、ＢＯＤ測定のための操作指示や異常報知のための
ブザー７６、操作又は動作の表示のためのＬＣＤ（液晶
表示装置）７７、演算回路７０の操作のための複数の操
作スイッチ７８からなり、電池又は商業電源にて駆動す
る。

【００２１】演算回路７０は、被測定液体のＢＯＤに応
じて出力される酸素電極１２からの電圧値に基づいて、
ＢＯＤを算出して表示するものであるが、微生物膜１４
内の微生物の活性が周辺温度等の雰囲気温度の影響を受
けてしまうため、酸素電極１２からの電圧値からＢＯＤ
を算出する際に、微生物の活性に基づいた温度補正を行
うようにしている。そのため、ＢＯＤセンサ１の柄１５
に温度検知のための温度センサ２が備えられている。

【００２２】ＢＯＤは、用いている微生物膜１４及び電
極スタンド３その他に基づいて予め設定された換算用デ
ータにより、予め準備した２５ｍｇ／ｌの標準液によっ
て校正された酸素電極１２の電圧値Ｖｓから一義的に決
まる。ここで、電圧値ＶｓはＢＯＤセンサ１の温度が３
０℃における場合を前提として設定されたものであるた
め、温度センサ２によって検知された温度Ｔにおける試
料について、酸素電極１２の電圧値Ｖｔが与えられた場
合には、ＢＯＤの算出に用いられる電圧値は、実際には
温度補正のための変数Ａにより、Ｖｓ＝Ｖｔ／Ａの関係
で補正された電圧値Ｖｓが用いられる。

【００２３】この温度補正のための変数Ａは、次に示す
温度補正式で温度Ｔの２次式により決定される。Ａ＝０．０００４４（Ｔ＋２２．８）²−０．２３この温度補正式は、検知される温度Ｔが、１０〜４０
℃、好ましくは２０〜３５℃の範囲で成り立つように設
定されたものである。なお、１０〜４０℃の温度範囲外
では温度補正ができないためエラーとなる。即ち、１０
℃未満では微生物の活性が小さくなって測定のために必
要な精度が得られなくなるためであり、４０℃を越える
と微生物が死滅してＢＯＤに対する出力が得られなくな
るためである。

【００２４】以下、携帯型ＢＯＤ測定装置を用いたＢＯ
Ｄの測定方法、及び酸素電極１２からの電圧値よりＢＯ
Ｄを算出する方法を説明する。始めに、校正モードにお
いて、リン酸緩衝液等の洗浄液を入れた測定容器４に温
度センサ２及び電極スタンド３を備えたＢＯＤセンサ１
を投入して、操作スイッチ７８の測定開始ボタンを押
す。

【００２５】測定開始ボタンを押すと、安定待ち状態と
なり、酸素電極１２からの電圧値が安定する（例えば、
１分間の電圧値の変動が±０．２％以内）まで待つ。酸
素電極１２からの電圧値は、図３に示す説明図上でＷ〜
Ｘの曲線を描く。電圧値が安定すると、ブザー７６が鳴
り、定量状態となり、ベースラインを描く状態になる
（図３のＸ〜Ｙ）。この状態で定量開始ボタンを押し
（図３のＹ）、測定容器４内の洗浄液の中に、予め準備
しておいた標準液（例えば、測定容器４内で混合希釈さ
れた後のＢＯＤが２５ｍｇ／ｌとなるグルコース−グル
タミン酸混合液）を注入する。

【００２６】その後、一定時間（６分間）経過すると、
電圧値は標準液のＢＯＤ（この場合２５ｍｇ／ｌ）に応
じたピーク値まで低下する（図３のＰ）。このとき、再
びブザー７６が鳴り、定量終了とともに洗浄状態にな
る。この状態で測定容器４内の標準液を捨て、ＢＯＤセ
ンサ１及び測定容器４を洗浄液で洗浄すると、電圧値が
上昇し、続けて次の測定が可能となる。

【００２７】マイクロコンピュータ７１は、定量終了時
のベースラインの推定値を直線ＸＹの延長線上の点Ｚか
ら求めた電圧値をＶｚとし、定量終了時（図３のＰ）の
電圧値をＶｐとして、Ｖｔ＝Ｖｚ−Ｖｐを計算する。続
いて、このＶｔをその時検知された温度センサ２からの
温度Ｔに基づいて補正し、３０℃における２５ｍｇ／ｌ
における電圧値Ｖ１として記憶する。

【００２８】測定モードにおいては、標準液の代わりに
ＢＯＤが不明な排水等の被測定液体を用いて、校正モー
ドの場合と同様に測定開始ボタンを押し、その後はブザ
ー７６の報知に応じて標準液の場合と同様に測定容器４
内に洗浄液及び被測定液体を入れ、定量開始ボタンを押
し、酸素電極１２からの電圧値Ｖｔを測定する。測定さ
れた電圧値Ｖｔは、同時に検知される温度Ｔに基づいて
３０℃における電圧値Ｖｓに温度補正され、この電圧値
Ｖｓと校正された標準液の電圧値Ｖ１とによって所定の
換算用データに基づいてＢＯＤが算出される。

【００２９】校正については、以上に記述した１種類の
濃度の標準液を用いる方法の他に、濃度の異なる２種類
以上の標準液を用いる方法をとることができる。例え
ば、２５ｍｇ／ｌと５０ｍｇ／ｌの２種類の標準液を用
いる場合、２５ｍｇ／ｌを測定したときの電圧値をＶ
１、５０ｍｇ／ｌを測定したときの電圧値をＶ２とし
て、所定の換算用データに基づいて排水等の被測定液体
のＢＯＤを算出することができる。

【００３０】ＢＯＤが２５ｍｇ／ｌの被測定液体を種々
の温度条件下で測定した場合の測定値及び誤差につい
て、本発明による温度補正したものを、温度補正しない
ものと比較してその測定時の温度とともに表１に示す。

【００３１】

【表１】ここで、明らかなように、温度補正しない場合には温度
による測定値の誤差（測定値と真値２５ｍｇ／ｌとの差
の絶対値）が最大１８．５ｍｇ／ｌと大きいのに対し
て、温度補正する場合には最大でも４．９ｍｇ／ｌと誤
差が非常に小さくなる。

【００３２】本発明の携帯型ＢＯＤ測定装置を用いて、
ＢＯＤが２５ｍｇ／ｌの標準液及び愛知県半田市の食品
工場処理水の２０倍希釈液を測定したときの電圧値の実
測チャートを図４に示す。図３に示した説明図どおりの
波形が連続して描かれ、食品工場処理水の２０倍希釈液
のＢＯＤ測定値は６．１ｍｇ／ｌと表示された。従っ
て、食品工場処理水のＢＯＤは前記の表示値に２０倍を
乗じて１２２ｍｇ／ｌであることが判った。

【００３３】以上のとおり、本発明では、温度補正式を
用いてＢＯＤを測定できるため、ヒータ等によってＢＯ
Ｄセンサ又は測定容器内の液体を一定温度に維持する必
要がない。従って、恒温水槽等を必要とせず、装置をコ
ンパクトに構成でき、携帯性に優れたものにすることが
できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の携帯型ＢＯＤ測定装置は、バッ
チ型であるため、フローセル型の測定装置で必要とする
電磁弁及び液送ポンプは不要である。また、恒温水槽等
によるＢＯＤセンサ及び測定容器内の液体の加熱を行わ
ず、かつＢＯＤセンサの検知部の下方より酸素含有気体
を供給する構造を備えた電極スタンドにより撹拌機も必
要としない。このため、装置をコンパクトに構成でき、
携帯性に優れたものとすることができる。

【００３５】本願第二の発明に係る携帯型ＢＯＤ測定装
置では、微生物膜における微生物の活性状態が温度によ
って変化しても、温度センサの検知信号に基づいて酸素
電極の検知信号を測定時の活性状態に応じて補正し、補
正された酸素電極の検知信号に基づいてＢＯＤを算出す
ることができる。このため、ＢＯＤセンサや測定容器内
の液体の温度を一定にするための加熱装置や温度制御の
ための装置が不要になる。従って、ＢＯＤ測定装置の小
型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の携帯型ＢＯＤ測定装置の構成を示す原
理構成図である。

【図２】ＢＯＤセンサを含む測定器の要部拡大図であ
る。

【図３】本発明によるＢＯＤの測定時の酸素電極からの
電圧値の経時変化を示す説明図である。

【図４】本発明の携帯型ＢＯＤ測定装置を用いてＢＯＤ
が２５ｍｇ／ｌの標準液及び食品工場処理水の２０倍希
釈液を続けて測定したときの電圧値の実測チャートであ
る。

【符号の説明】

100 携帯型ＢＯＤ測定装置１ＢＯＤセンサ２温度センサ３電極スタンド４測定容器 11 キャップ 12 酸素電極 13 押さえリング 14 微生物膜 15 柄 21 検知部 24 ケーブル 31 基部 32 ネジ部 33 支持部 50 機枠 60 エアーポンプ 61 チューブ 62 エアー導入口 63 エアー供給口 70 演算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 27/46 ３４１Ｎ (72)発明者村中勝愛知県半田市西新町16 (72)発明者秋田澄男愛知県名古屋市瑞穂区高田町１−23−３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物を固定化した微生物膜及び酸素電
極を組み合わせたＢＯＤセンサと、測定容器内の液体に
酸素含有気体を供給するチューブを接続したエアーポン
プと、該チューブの先端を前記ＢＯＤセンサに固定する
電極スタンドと、温度センサを有し、前記酸素電極の出
力から演算して被測定液体のＢＯＤを表示する演算回路
とからなり、前記電極スタンドが前記ＢＯＤセンサの検
知部の下方より酸素含有気体を供給する構造を備えてな
る携帯型ＢＯＤ測定装置。
【請求項２】前記温度センサが前記ＢＯＤセンサに近
接し、前記酸素電極の検知信号を前記温度センサの検知
信号によって補正する温度補正手段を備えたことを特徴
とする請求項１記載の携帯型ＢＯＤ測定装置。