特開 2022-151221 濃縮装置及び濃縮方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022151221

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】濃縮装置及び濃縮方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/14 20060101AFI20220929BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20220929BHJP

   B01D 29/01 20060101ALI20220929BHJP

   C12N 7/02 20060101ALN20220929BHJP

   C12Q 1/04 20060101ALN20220929BHJP

【ＦＩ】

B01D61/14 500

B01D61/58

B01D29/04 510D

B01D29/04 510F

B01D29/04 510B

B01D29/04 530A

C12N7/02

C12Q1/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054189

(22)【出願日】2021-03-26

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100188307

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】井上 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】田口 朋之

(72)【発明者】

【氏名】片山 浩之

【テーマコード（参考）】

4B063

4B065

4D006

4D116

【Ｆターム（参考）】

4B063QA01

4B063QA18

4B063QQ10

4B063QQ15

4B063QQ16

4B063QQ18

4B063QS10

4B063QS12

4B063QS39

4B065AA95X

4B065BD14

4B065CA46

4D006GA07

4D006KA01

4D006KA16

4D006KA33

4D006KA52

4D006KA55

4D006KA57

4D006KA72

4D006KB12

4D006KB14

4D006KD09

4D006KD11

4D006KD17

4D006MA03

4D006MA11

4D006MA22

4D006MC11

4D006MC18

4D006MC54

4D006PA02

4D006PB02

4D006PB03

4D006PB04

4D006PB05

4D006PB06

4D006PB07

4D006PB08

4D006PB24

4D116AA27

4D116BB01

4D116BC06

4D116DD03

4D116EE12

4D116FF15B

4D116GG12

4D116GG13

4D116HH30B

4D116KK04

4D116KK06

4D116QA04B

4D116QA04E

4D116QA05B

4D116QA05E

4D116QA21A

4D116QA21B

4D116QA21D

4D116QA21E

4D116QC20A

4D116RR01

4D116RR03

4D116RR19

4D116VV07

4D116VV08

4D116VV09

4D116VV10

(57)【要約】

【課題】陰電荷膜法において、夾雑物を除去しつつ微生物の回収効率を維持しやすい、濃縮装置及び濃縮方法を提供する。
【解決手段】濃縮装置１００は、第１の孔径の孔を有し、負電荷に帯電した陰電荷膜１０２と、陰電荷膜１０２の上流側に配置され、試料水を供給する試料水供給部１０６と、試料水供給部１０６から陰電荷膜１０２の間の流路上に配置され、第２の孔径の孔を有する予備膜１０３と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の孔径の孔を有し、負電荷に帯電した陰電荷膜と、
前記陰電荷膜の上流側に配置され、試料水を供給する試料水供給部と、
前記試料水供給部から前記陰電荷膜の間の流路上に配置され、第２の孔径の孔を有する予備膜と、
を備える、濃縮装置。

【請求項2】

前記第２の孔径は、微生物が通過可能な孔径である、請求項１に記載の濃縮装置。

【請求項3】

前記試料水に対して混合する混合溶液を貯留する混合溶液貯留タンクと、
前記陰電荷膜の上流側かつ前記予備膜の下流側において前記流路に合流し、前記混合溶液貯留タンクから前記混合溶液を供給するための、混合溶液供給配管と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の濃縮装置。

【請求項4】

酸性溶液を貯留する酸性溶液貯留タンクと、
前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記酸性溶液貯留タンクから前記酸性溶液を供給するための、酸性溶液供給配管と、
アルカリ性溶液を貯留するアルカリ性溶液貯留タンクと、
前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記アルカリ性溶液貯留タンクから前記アルカリ性溶液を供給するための、アルカリ性溶液供給配管と、
をさらに備える、請求項３に記載の濃縮装置。

【請求項5】

前記第２の孔径は、前記第１の孔径よりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の濃縮装置。

【請求項6】

前記予備膜のろ過抵抗が所定の閾値以上となった場合、前記ろ過抵抗が所定の閾値以上となったことを報知する報知部、をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の濃縮装置。

【請求項7】

第１の孔径の孔を有し、負電荷に帯電した陰電荷膜と、
前記陰電荷膜の上流側に配置され、試料水を供給する試料水供給部と、
前記試料水供給部から前記陰電荷膜の間の流路上に配置され、第２の孔径の孔を有する予備膜と、
前記試料水に対して混合する混合溶液を貯留する混合溶液貯留タンクと、
前記陰電荷膜の上流側かつ前記予備膜の下流側において前記流路に合流し、前記混合溶液貯留タンクから前記混合溶液を供給するための、混合溶液供給配管と、
酸性溶液を貯留する酸性溶液貯留タンクと、
前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記酸性溶液貯留タンクから前記酸性溶液を供給するための、酸性溶液供給配管と、
アルカリ性溶液を貯留するアルカリ性溶液貯留タンクと、
前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記アルカリ性溶液貯留タンクから前記アルカリ性溶液を供給するための、アルカリ性溶液供給配管と、
を備える濃縮装置が実行する濃縮方法であって、
前記試料水供給部から前記試料水を前記陰電荷膜に供給するとともに、前記混合溶液貯留タンクから前記混合溶液を供給することによって、前記試料水に前記混合溶液を混合させる第１ステップと、
前記酸性溶液貯留タンクから前記酸性溶液を前記陰電荷膜に供給する第２ステップと、
前記アルカリ性溶液貯留タンクから前記アルカリ性溶液を前記陰電荷膜に供給する第３ステップと、
を含む濃縮方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、濃縮装置及び濃縮方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水中のウイルスを検出する際の処理方法として、陰電荷膜法が知られている。例えば、特許文献１には、河川水、湖沼水、海水、雨水等の環境水、井戸水、水道水、ボトルドウォーター等の飲料水、下水、排水、プール水、農業用水、工業用水、冷媒水等の産業用水などのサンプル液から精製ウイルス液を調製し、調製された精製ウイルス液を陰電荷膜法などで濃縮し、核酸を抽出して、ウイルスを検出する方法が記載されている。

【0003】

また、従来、ろ過対象の試料水に夾雑物が含まれる場合、目的とするろ過を行うためのフィルタよりも上流側に、当該フィルタよりも孔径が大きいプレフィルタを配置することによってプレろ過を行い、当該ろ過膜における目詰まりを防止する方法が知られている。例えば、特許文献２には、孔径の大きいプレフィルタを用いて夾雑物を予め除去した後、下流側のフィルタでろ過を行うことにより、下流側のフィルタにおける目詰まりを防止する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１９５７５６号公報

【特許文献2】特開２０１３－０３９０４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、陰電荷膜法においてプレろ過を行う場合、陰電荷膜法によるウイルスの回収効率が低減する可能性がある。例えば、陰電荷膜よりも上流側に配置されたプレフィルタにおいて、回収対象のウイルスが捕捉されることによって陰電荷膜で捕捉されるウイルスが減少し、結果としてウイルスの回収効率が低減する可能性がある。

【0006】

本開示は、陰電荷膜法において、夾雑物を除去しつつ微生物の回収効率を維持しやすい、濃縮装置及び濃縮方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

幾つかの実施形態に係る濃縮装置は、第１の孔径の孔を有し、負電荷に帯電した陰電荷膜と、前記陰電荷膜の上流側に配置され、試料水を供給する試料水供給部と、前記試料水供給部から前記陰電荷膜の間の流路上に配置され、第２の孔径の孔を有する予備膜と、を備える。このような濃縮装置において、予備膜は、試料水に含まれる夾雑物を除去するプレろ過フィルタとして機能する。そのため、濃縮装置によれば、予備膜でのプレろ過により夾雑物を除去しつつ、陰電荷膜での微生物の回収効率を維持することができる。

【0008】

一実施形態において、前記第２の孔径は、微生物が通過可能な孔径である。これにより、予備膜において微生物が捕捉されず、陰電荷膜での微生物の回収効率を維持することができる。

【0009】

一実施形態において、濃縮装置は、前記試料水に対して混合する混合溶液を貯留する混合溶液貯留タンクと、前記陰電荷膜の上流側かつ前記予備膜の下流側において前記流路に合流し、前記混合溶液貯留タンクから前記混合溶液を供給するための、混合溶液供給配管と、をさらに備える。これにより、微生物が混合溶液に含まれるイオンに吸着されることによって、正電荷を帯びた複合体となり、それによって予備膜の持ちうる陰電荷によって捕捉されるということが発生しないため、濃縮装置による微生物の回収効率の低下を防ぐことができる。

【0010】

一実施形態において、濃縮装置は、酸性溶液を貯留する酸性溶液貯留タンクと、前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記酸性溶液貯留タンクから前記酸性溶液を供給するための、酸性溶液供給配管と、アルカリ性溶液を貯留するアルカリ性溶液貯留タンクと、前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記アルカリ性溶液貯留タンクから前記アルカリ性溶液を供給するための、アルカリ性溶液供給配管と、をさらに備える。これにより、濃縮装置は、酸洗浄及びアルカリ誘出の処理を行って、微生物の濃縮液を回収できる。

【0011】

一実施形態において、前記第２の孔径は、前記第１の孔径よりも小さい。これにより、予備膜において、より小さな夾雑物を除去することができるため、陰電荷膜の目詰まりをさらに抑制できる。

【0012】

一実施形態において、濃縮装置は、前記予備膜のろ過抵抗が所定の閾値以上となった場合、前記ろ過抵抗が所定の閾値以上となったことを報知する報知部、をさらに備える。これにより、予備膜における目詰まりを防止し、濃縮装置における処理性能の低下などのトラブルを防ぐことができる。

【0013】

幾つかの実施形態に係る濃縮方法は、第１の孔径の孔を有し、負電荷に帯電した陰電荷膜と、前記陰電荷膜の上流側に配置され、試料水を供給する試料水供給部と、前記試料水供給部から前記陰電荷膜の間の流路上に配置され、第２の孔径の孔を有する予備膜と、前記試料水に対して混合する混合溶液を貯留する混合溶液貯留タンクと、前記陰電荷膜の上流側かつ前記予備膜の下流側において前記流路に合流し、前記混合溶液貯留タンクから前記混合溶液を供給するための、混合溶液供給配管と、酸性溶液を貯留する酸性溶液貯留タンクと、前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記酸性溶液貯留タンクから前記酸性溶液を供給するための、酸性溶液供給配管と、アルカリ性溶液を貯留するアルカリ性溶液貯留タンクと、前記流路と前記混合溶液供給配管との合流点の下流側かつ前記陰電荷膜の上流側において前記流路に合流し、前記アルカリ性溶液貯留タンクから前記アルカリ性溶液を供給するための、アルカリ性溶液供給配管と、を備える濃縮装置が実行する濃縮方法であって、前記試料水供給部から前記試料水を前記陰電荷膜に供給するとともに、前記混合溶液貯留タンクから前記混合溶液を供給することによって、前記試料水に前記混合溶液を混合させる第１ステップと、前記酸性溶液貯留タンクから前記酸性溶液を前記陰電荷膜に供給する第２ステップと、前記アルカリ性溶液貯留タンクから前記アルカリ性溶液を前記陰電荷膜に供給する第３ステップと、を含む。このような濃縮方法において、予備膜は、試料水に含まれる夾雑物を除去するプレろ過フィルタとして機能する。そのため、このような濃縮方法によれば、予備膜でのプレろ過により夾雑物を除去しつつ、陰電荷膜での微生物の回収効率を維持することができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、陰電荷膜法において、夾雑物を除去しつつ微生物の回収効率を維持しやすい、濃縮装置及び濃縮方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の一実施形態に係る濃縮装置の概略構成図である。

【図2】図１の濃縮装置により実行される陰電荷膜法の処理の第１ステップを説明するための概略図である。

【図3】図２の濃縮装置により実行される陰電荷膜法の処理の第２ステップを説明するための概略図である。

【図4】図１の濃縮装置により実行される陰電荷膜法の処理の第３ステップを説明するための概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0017】

例えば、目的とするろ過を行うためのフィルタよりも上流側に、当該フィルタよりも孔径が大きいプレフィルタを配置することによってプレろ過を行う場合がある。この場合、例えば、複数のフィルタカートリッジを用いたり、膜フィルタを重ねたり、プレろ過層を重ねたりすることによって、複数のフィルタが流路上に配置される。

【0018】

例えば、特許文献２に記載された発明では、ろ過器の上流側にプレろ過器が設けられている。プレろ過器が備えるフィルタは、ろ過器が備えるフィルタより孔の粗いプレフィルタで植物片を捕捉・除去可能に構成されている。これにより、特許文献２に記載された発明では、ろ過器のフィルタの目詰まり頻度を低減するとともに、システム全体としての経済性を向上させることが期されている。

【0019】

しかしながら、陰電荷膜法においてプレろ過を行う場合、陰電荷膜法によるウイルスの回収効率が低減する可能性がある。陰電荷膜法は、試料水からウイルスを濃縮することによってウイルス濃度を増加させた濃縮液を回収することを目的として行われる工程である。細菌やウイルスなどを含む微生物は、中性からアルカリ性の水域では、負電荷に帯電するという性質を有する。陰電荷膜法による処理を実行する試料水は、中性からアルカリ性であるため、これらの微生物は、試料水中で負電荷に帯電している。陰電荷膜法では、微生物のこのような性質を利用して、濃縮液を回収している。

【0020】

特許文献１に記載された例では、粒子（Ａ）は表面電荷として正電荷を帯びている。そのため、表面電荷として負電荷を帯びる、ウイルス、フミン酸、及び粒子（Ｂ）は、粒子（Ａ）に吸着される。このとき、ウイルスは、表面電荷として正電荷を帯びうるため、フミン酸及び粒子（Ｂ）と比較して、相対的に吸着されにくい。その結果、ウイルスは粒子（Ａ）に吸着されず、フミン酸及び粒子（Ｂ）が粒子（Ａ）に吸着される。そして、粒子（Ａ）は、フミン酸又は粒子（Ｂ）を吸着した状態、すなわち粒径が大きくなった状態で、サンプル液から分離される。これによって、粒子（Ａ）に吸着されたフミン酸及び粒子（Ｂ）も、粒子（Ａ）と一緒にサンプル液から分離される。このようにして、フミン酸が除去された精製ウイルス液を得ることができる。

【0021】

また、陰電荷膜法では、微生物が試料水中で負電荷に帯電するという性質を利用して、微生物の濃縮液を精製している。そのため、陰電荷膜法においてプレろ過を行う場合、プレろ過を行うプレフィルタが電荷を有していると、微生物がプレフィルタによって捕捉されることにより、下流側の陰電荷膜まで流れず、その結果、陰電荷膜において、試料水中の微生物を十分に捕捉できなくなる。すなわち、陰電荷膜法による微生物の回収効率が低下するおそれがある。

【0022】

そのため、陰電荷膜法でプレろ過を行う場合には、プレフィルタが、試料水中の微生物を捕捉しにくいものを使用することが求められる。例えば、プレろ過に用いられるプレフィルタには、ガラスフィルタが用いられることがある。ガラスフィルタは、劣化が少なく、ろ過層の厚みを確保でき、また、効率よくプレろ過を行うことができる、等の利点があるためである。しかし、ガラスフィルタは陰電荷に帯電している。また、プレフィルタとしてナイロンメッシュが用いられることがあるが、ナイロンメッシュは正電荷に帯電しうる。そのため、ガラスフィルタやナイロンメッシュは、帯電した微生物を捕捉する可能性があり、陰電荷膜法におけるプレフィルタとしては適さない。

【0023】

また、陰電荷膜法による微生物の濃縮過程では、ｐＨが異なる溶液が手順に従って陰電荷膜に供給されることにより、粒子の脱着が制御される。そのため、陰電荷膜に対して孔径の異なるフィルタをプレフィルタとして層状に重ねた場合には、重ねられたプレフィルタに捕捉された粒子が、陰電荷膜に供給された溶液によって誘出される可能性があり、これによって目的としない不必要な粒子が誘出される可能性がある。

【0024】

このように、陰電荷膜法においても、試料水に夾雑物が含まれる場合には、プレろ過を行うことが望ましいが、プレフィルタとして帯電したフィルタをプレフィルタとして用いることは適切ではない。また、陰電荷膜法では、陰電荷膜に適宜の溶液を供給することによって、粒子の着脱を制御する必要があるから、陰電荷膜法による処理を行う濃縮装置の自動化を行うことは困難である。

【0025】

以下、上述した問題を解決可能な、濃縮装置及び濃縮方法について説明する。

【0026】

図１は、本開示の一実施形態に係る濃縮装置１００の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る濃縮装置１００は、制御部１０１と、陰電荷膜１０２と、予備膜１０３と、吸引ビン１０４と、混合溶液貯留タンク１０５と、試料水供給部１０６と、酸性溶液貯留タンク１０７と、アルカリ性溶液貯留タンク１０８と、報知部１５０と、を備える。図１において、各構成要素を結合する実線は、流体を流す配管を示す。また、図１において、各構成要素を結合する破線は、制御部１０１との間で送受信される信号の送信経路を示す。

【0027】

制御部１０１は、濃縮装置１００が備える各構成要素をはじめとして、濃縮装置１００の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部１０１は、後述する、第１ポンプ１１１と、第２ポンプ１１２と、第３ポンプ１１３と、第４ポンプ１１４と、に対し、制御信号を送信することにより、これらの構成要素の制御を行う。また、制御部１０１は、後述する、第１流量計１２１及び第２流量計１２２から、測定された流量に関する情報を取得する。制御部１０１により実行される処理は、マイクロコンピュータ、Raspberry Pi又はArduino等により設計されてよいが、これらに限られるものではない。制御部１０１は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成される。プロセッサにより実行されるプログラムは、例えば濃縮装置１００の内部又は外部の記憶媒体等に格納される。

【0028】

陰電荷膜１０２は、負電荷に帯電した膜である。陰電荷膜１０２として、例えばMillipore社製の混合セルロース膜（以下、単に「ＨＡ膜」とも言う）を用いることができる。陰電荷膜１０２には、水分子などの流体を構成する分子を透過可能な孔が設けられている。陰電荷膜１０２の孔の孔径（第１の孔径）は、陰電荷膜１０２で捕捉するウイルス等に応じて、適宜定められてよい。第１の孔径は、例えば０．１－３０μｍの範囲で、適宜定められる。なお、陰電荷膜１０２は、ウイルス等の表面電荷に応じて当該ウイルス等を捕捉可能な材質で構成されていてもよい。

【0029】

陰電荷膜１０２の上流側には、流体を供給するための上流側配管１３１が設けられている。上流側配管１３１には、試料水供給配管１３２が接続されている。

【0030】

陰電荷膜１０２の上流側には、試料水供給部１０６が配置されている。試料水供給部１０６は、水処理プラントから採水された試料水を供給する。試料水供給部１０６は、水処理プラントからホース又はチューブなどで採水された試料水を供給する機構として構成されていてもよく、水処理プラントで採水された試料水を貯水するタンクとして構成されていてもよい。試料水供給部１０６には、試料水供給配管１３２が連結され、流路を構成する試料水供給配管１３２及び上流側配管１３１を介して、試料水が陰電荷膜１０２に供給される。

【0031】

試料水供給部１０６から陰電荷膜１０２の間の流路上には、予備膜１０３が配置されている。本実施形態では、具体的には、予備膜１０３は、試料水供給配管１３２に配置されている

【0032】

予備膜１０３は、濃縮装置１００において、プレろ過を行うためのプレフィルタとして機能する。具体的には、予備膜１０３は、微生物が通過可能な孔径（第２の孔径）の孔を有する。例えば、予備膜１０３は、０．１－３０μｍの範囲で適宜定められた孔径の孔を有する。一実施形態において、予備膜１０３は、帯電していない膜であってよい。これにより、予備膜１０３は、第２の孔径より大きい夾雑物を捕捉しつつ、微生物を含む試料水を下流側に透過させることができる。特に、一実施形態において、予備膜１０３は、帯電していない場合、帯電している微生物を吸着しない。そのため、帯電していない予備膜１０３は、帯電している微生物を捕捉することなく下流側に流すことができる。また、一実施形態において、予備膜１０３として、陰電荷膜を用いることができる。予備膜１０３として陰電荷膜を用いた場合、淡水等、陽イオンを含まない試料水をろ過する際に、ウイルス等の微生物は陽イオンとの複合体を形成しないため、予備膜１０３に捕捉されることなく、下流へ通過する。

【0033】

予備膜１０３の膜素材として、例えば、非帯電不織布、酢酸セルロース又は低帯電ナイロンを用いることができる。ただし、予備膜１０３の膜素材は、ここに示したものに限られず、帯電している微生物を吸着しない他の素材とすることも可能である。

【0034】

試料水供給配管１３２において、予備膜１０３の上流側に、第１ポンプ１１１が配置されている。第１ポンプ１１１は、制御部１０１による制御により、試料水供給部１０６から供給される試料水を、予備膜１０３に送液する。

【0035】

混合溶液貯留タンク１０５には、試料水供給部１０６から供給される試料水に対して混合される溶液（以下、単に「混合溶液」とも言う）が貯留されている。混合溶液は、例えば塩化マグネシウム溶液であってよいが、これに限られるものではない。所定の溶液には、試料水の性質に応じて適宜の溶液が用いられてよい。本実施形態では、混合溶液は、塩化マグネシウム溶液であるとして、以下説明する。

【0036】

混合溶液貯留タンク１０５には、塩化マグネシウム溶液を供給する混合溶液供給配管１３３が連結されている。混合溶液供給配管１３３は、陰電荷膜１０２の上流側かつ予備膜１０３の下流側において流路（本実施形態における試料水供給配管１３２）に合流する。これにより、混合溶液貯留タンク１０５から混合溶液供給配管１３３を介して、試料水供給配管１３２に、塩化マグネシウム溶液が供給される。従って、本実施形態において、混合溶液である塩化マグネシウム溶液は、予備膜１０３によりプレろ過がされた試料水に対して、添加される。仮に、予備膜１０３の上流側で混合溶液が添加された場合、試料水中に含まれる、負電荷に帯電した微生物と、混合溶液に含まれるマグネシウムイオンとが吸着することにより、吸着後の複合体が正に帯電する。その結果、吸着後の複合体が予備膜１０３において予備膜の持ちうる電荷によって捕捉される可能性がある。これにより、陰電荷膜１０２に供給される試料水に含まれる微生物が減少する可能性がある。しかしながら、本実施形態のように、プレろ過を行った試料水に対して混合溶液を加えることにより、上述のように、マグネシウムイオンに吸着されることによって正に帯電した微粒子が予備膜１０３において捕捉されることがないため、濃縮装置１００による微生物の回収効率の低下を防ぐことができる。

【0037】

試料水供給配管１３２において、混合溶液貯留タンク１０５との合流点Ｐよりも上流側かつ予備膜１０３よりも下流側に、第２ポンプ１１２及び第１流量計１２１が配置されている。第２ポンプ１１２は、制御部１０１による制御により、予備膜１０３でプレろ過された試料水を、下流側に送液するポンプである。第１流量計１２１は、第２ポンプ１１２により下流側に送液される試料水の流量を測定する。第１流量計１２１は、測定した流量に関する情報を制御部１０１に送信する。制御部１０１は、取得した流量に関する情報に基づいて第２ポンプ１１２による送液を制御する。

【0038】

混合溶液供給配管１３３には、第４ポンプ１１４及び第２流量計１２２が配置されている。第４ポンプ１１４は、制御部１０１による制御により、混合溶液を下流側に送液するポンプである。第４ポンプ１１４は、例えば、軟質チューブをローラーでしごいて送液するペリスタポンプ（登録商標）であってよい。第２流量計１２２は、第４ポンプ１１４により下流側に送液される混合溶液の流量を測定する。第２流量計１２２は、測定した流量に関する情報を制御部１０１に送信する。制御部１０１は、取得した流量に関する情報に基づいて第４ポンプ１１４による送液を制御する。

【0039】

このように、制御部１０１は、第１流量計１２１及び第２流量計１２２から取得した流量に関する情報に基づいて、それぞれ第２ポンプ１１２及び第４ポンプ１１４による送液を制御する。これにより、制御部１０１は、試料水に対する混合溶液の混合割合を調整することができる。混合溶液が混合された試料水は、上流側配管１３１を介して陰電荷膜１０２に供給される。

【0040】

酸性溶液貯留タンク１０７は、酸性の水溶液（酸性溶液）を貯留するタンクである。本明細書では、酸性の水溶液は、一例として硫酸溶液であるとして説明するが、これに限られない。酸性溶液貯留タンク１０７には、酸性溶液貯留タンク１０７から酸性溶液を供給する酸性溶液供給配管１３４が連結されている。酸性溶液供給配管１３４は、合流点Ｐの下流側かつ陰電荷膜１０２の上流側において、流路（本実施形態における上流側配管１３１）に合流する。

【0041】

アルカリ性溶液貯留タンク１０８は、アルカリ性の水溶液（アルカリ性溶液）を貯留するタンクである。本明細書では、アルカリ性の水溶液は、一例として水酸化ナトリウム水溶液であるとして説明するが、これに限られない。アルカリ性溶液貯留タンク１０８には、アルカリ性溶液貯留タンク１０８からアルカリ性溶液を供給するアルカリ性溶液供給配管１３５が連結されている。アルカリ性溶液供給配管１３５は、合流点Ｐの下流側かつ陰電荷膜１０２の上流側において、流路（本実施形態における上流側配管１３１）に合流する。

【0042】

陰電荷膜１０２の下流側には、陰電荷膜１０２を通った流体を排出するための下流側配管１４１が設けられている。下流側配管１４１には、２本の異なる配管１４２及び１４３が分岐して連結されている。

【0043】

下流側第１配管１４２には、第３ポンプ１１３が配置されている。下流側第１配管１４２は、排出口１１０から流体を排出する。第３ポンプ１１３は、制御部１０１による制御により、陰電荷膜１０２から、下流側第１配管１４２側に流体を引き込む、吸引ポンプである。第３ポンプ１１３は、例えば減圧状態を作り出すことによって流体を引き込むアスピレータにより構成されていてよい。

【0044】

下流側第２配管１４３には、下流側に吸引ビン１０４が配置されている。吸引ビン１０４は、減圧状態を作り出すことにより、陰電荷膜１０２に供給された流体を引き込んで、内部に設けられた濃縮液回収容器１０４ａに、流体を回収する。

【0045】

報知部１５０は、情報を報知する。報知部１５０は、音、振動又は画像等により情報を報知可能であってよい。報知部１５０は、例えばスピーカを含んで構成され、音により情報を報知してよい。報知部１５０は、例えば振動子を含んで構成され、振動により情報を報知してもよい。報知部１５０は、ディスプレイを含んで構成されていてもよい。この場合、ディスプレイが報知部１５０として機能し、画像を表示することにより情報を報知してもよい。なお、報知部１５０は、必ずしも濃縮装置１００に備えられなくてもよい。例えば、濃縮装置１００は、外部の電子機器と情報通信可能に接続されており、濃縮装置１００から当該外部の電子機器に情報を送信し、当該外部の電子機器が備える報知部から情報が報知されてもよい。

【0046】

本実施形態において、報知部１５０は、制御部１０１の制御により、予備膜１０３のろ過抵抗が所定の閾値以上となった場合、ろ過抵抗が所定の閾値以上となったことを報知する。具体的には、制御部１０１は、予備膜１０３のろ過抵抗が所定の閾値以上となったか否かを判定する。例えば、濃縮装置１００は、試料水供給配管１３２において、予備膜１０３の上流側と下流側に、圧力指示計を備える。制御部１０１は、圧力指示計が示す値に基づいて、予備膜１０３の膜間差圧を検知することにより、予備膜１０３のろ過抵抗を算出する。制御部１０１は、算出したろ過抵抗が所定の閾値以上であると判定した場合に、報知部１５０からその旨を報知する。所定の閾値は、例えば、予備膜１０３に目詰まりが生じ始めていることを検出可能な適宜の値として定められてよい。制御部１０１が、ろ過抵抗が所定の閾値以上であると判定した場合、予備膜１０３における夾雑物の捕捉が進行し、一定以上の速度でろ過ができなくなっている可能性がある。そのため、報知部１５０からの報知を確認した濃縮装置１００の管理者等は、予備膜１０３の点検や清掃などを行ったり、予備膜１０３を交換したりすることで、予備膜１０３におけるろ過性能を維持することができる。このように、報知部１５０により、濃縮装置１００における処理性能の低下などのトラブルを防ぐことができる。

【0047】

なお、制御部１０１は、算出したろ過抵抗が所定の閾値以上であると判定した場合に、インターロックなどにより濃縮装置１００の稼働を停止させてもよい。

【0048】

次に、図１に示した濃縮装置１００による陰電荷膜法の処理手順について、図２から図４を参照して説明する。図２から図４は、濃縮装置１００により実行される陰電荷膜法の処理の各ステップを説明するための概略図である。図２から図４における太実線は流体の流れを表し、太破線は信号の流れを表す。濃縮装置１００では、第１ステップから第３ステップで陰電荷膜法によるウイルス粒子の濃縮液の回収を行う。

【0049】

図２は、図１の濃縮装置１００により実行される陰電荷膜法の処理の第１ステップを説明するための概略図である。第１ステップは、試料水のろ過を行うステップである。

【0050】

第１ステップでは、制御部１０１により、第１ポンプ１１１、第２ポンプ１１２、第３ポンプ１１３及び第４ポンプ１１４が駆動される。特に、制御部１０１は、第１流量計１２１及び第２流量計１２２から取得した流量に関する情報に基づいて、それぞれ第２ポンプ１１２及び第４ポンプ１１４による送液を制御する。

【0051】

第１ステップでは、図２に太実線で示されるように、試料水供給部１０６から試料水が供給される。試料水供給部１０６から供給された試料水は、予備膜１０３でプレろ過される。これにより、図２に模式的に示すように、試料水に含まれる夾雑物が、予備膜１０３によって捕捉される。

【0052】

プレろ過がされた試料水は、さらに下流側に供給される。試料水の流量は、第２ポンプ１１２の送液制御により制御される。また、制御部１０１が、第１流量計１２１及び第２流量計１２２から取得した流量に関する情報に基づいて、それぞれ第２ポンプ１１２及び第４ポンプ１１４による送液を制御することにより、試料水に対する混合溶液の混合割合を調整しながら、試料水に対して混合溶液が混合される。

【0053】

試料水に混合溶液が混合されると、試料水に含まれる、負電荷に帯電した微生物が、混合溶液に含まれる陽イオン（ここではマグネシウムイオン）に吸着される。微生物が、陽イオンに吸着された状態で、陰電荷膜１０２により捕捉される。

【0054】

試料水は、陰電荷膜１０２で微生物が捕捉された後、透過した流体が第３ポンプ１１３により下流側に引き込まれ、下流側配管１４１及び下流側第１配管１４２を介して、排出口１１０から排出される。

【0055】

図３は、図１の濃縮装置１００により実行される陰電荷膜法の処理の第２ステップを説明するための概略図である。第２ステップは、陰電荷膜１０２の酸洗浄を行うステップである。

【0056】

第２ステップでは、制御部１０１により第３ポンプ１１３が駆動される。第２ステップでは、図３に太実線で示されるように、酸性溶液貯留タンク１０７から酸性溶液が供給される。酸性溶液は、酸性溶液貯留タンク１０７から酸性溶液供給配管１３４及び上流側配管１３１を介して陰電荷膜１０２に供給され、陰電荷膜１０２の酸洗浄が行われる。これにより、第１ステップで陰電荷膜１０２に捕捉された陽イオンが、陰電荷膜１０２から誘出する。誘出した陽イオンを含む酸性溶液は、第３ポンプ１１３により下流側に引き込まれ、下流側配管１４１及び下流側第１配管１４２を介して、排出口１１０から排出される。このようにして、陽イオンが陰電荷膜１０２から除去される。

【0057】

酸性溶液は、例えばｐＨ３．０で、０．５ｍＭの硫酸溶液であってよい。供給される硫酸溶液の量は、陰電荷膜１０２の膜面全体に硫酸溶液が均等に接触する程度の容量であることが好ましい。例えば、供給される硫酸溶液の量は、試料水の１０分の１の容量又は１０ｍＬ以上であってよい。

【0058】

濃縮装置１００は、陰電荷膜１０２の下流側に弁を備え、硫酸溶液と膜との接触及び浸漬の時間又は状態を制御可能に構成されていてもよい。陰電荷膜１０２に硫酸溶液を均等に浸漬させるために、陰電荷膜１０２が平膜構造の場合は、膜面上に一律数ミリ程度の硫酸溶液が張られるように、硫酸溶液の送液を制御することが好ましい。陰電荷膜１０２がハウジング形状の場合は、陰電荷膜１０２の上流側に硫酸溶液が張られるように、硫酸溶液の送液を制御することが好ましい。陰電荷膜１０２は、数秒以上硫酸溶液に浸漬されることが好ましい。これにより、陰電荷膜１０２に残存する陽イオンの量を減らし、より適切な酸洗浄を行うことができる。

【0059】

図４は、図１の濃縮装置１００により実行される陰電荷膜法の処理の第３ステップを説明するための概略図である。第３ステップは、アルカリ誘出により、ウイルスの濃縮液を回収するステップである。

【0060】

第３ステップでは、図４に太実線で示されるように、アルカリ性溶液貯留タンク１０８からアルカリ性溶液が供給される。アルカリ性溶液は、アルカリ性溶液貯留タンク１０８からアルカリ性溶液供給配管１３５及び上流側配管１３１を介して陰電荷膜１０２に供給され、アルカリ誘出が行われる。これにより、第１ステップで陰電荷膜１０２に捕捉された微生物が、陰電荷膜１０２から誘出する。

【0061】

そして、吸引ビン１０４が減圧状態を作り出すことにより、誘出した微生物を含むアルカリ性溶液が、吸引ビン１０４に引き込まれ、下流側配管１４１及び下流側第２配管１４３を介して濃縮液回収容器１０４ａに流れ込む。このようにして、微生物の濃縮液が濃縮液回収容器１０４ａに回収される。

【0062】

アルカリ性溶液は、例えばｐＨ１０．５－１０．８で、１．０ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液を用いることができる。供給される水酸化ナトリウム水溶液は、例えば１０ｍｌ以上であってよい。ただし、供給される水酸化ナトリウム水溶液は、少量であるほど、ウイルスの濃縮効果が高まるため、好ましい。

【0063】

濃縮装置１００は、陰電荷膜１０２の下流側に弁を備え、水酸化ナトリウム水溶液と陰電荷膜１０２との接触及び浸漬の時間又は状態を制御可能に構成されていてもよい。陰電荷膜１０２に水酸化ナトリウム水溶液を均等に浸漬させるために、陰電荷膜１０２が平膜構造の場合は、膜面上に一律数ミリ程度の水酸化ナトリウム水溶液が張られるように、水酸化ナトリウム水溶液の送液を制御することが好ましい。陰電荷膜１０２がハウジング形状の場合は、陰電荷膜１０２の上流側に水酸化ナトリウム水溶液が張られるように、水酸化ナトリウム水溶液の送液を制御することが好ましい。陰電荷膜１０２は、数秒以上水酸化ナトリウム水溶液に浸漬されることが好ましい。これにより、より多くのウイルスを陰電荷膜１０２から誘出させ、ウイルスの濃縮液として回収することができる。

【0064】

このように、本実施形態に係る濃縮装置１００は、負電荷に帯電した陰電荷膜１０２と、陰電荷膜１０２の上流側に配置された予備膜１０３と、を備える。予備膜１０３が、試料水に含まれる夾雑物を除去するプレろ過フィルタとして機能することにより、陰電荷膜１０２でのろ過の目詰まりを防ぐことができ、微生物の回収効率を維持し、濃縮方法の品質を向上することができる。

【0065】

上記実施形態に係る濃縮装置１００では、目的とするろ過を行う陰電荷膜１０２の第１の孔径よりも、プレろ過フィルタとして機能する予備膜１０３の第２の孔径が小さく設定されていてもよい。これにより、プレろ過フィルタとして機能する予備膜１０３において、より小さな夾雑物を除去することができるため、陰電荷膜１０２の目詰まりをさらに抑制できるとともに、陰電荷膜１０２では電荷を利用した微生物の捕捉を行うことができる。

【0066】

上記実施形態において、予備膜１０３は、１回の濃縮処理を完了する毎に交換する、使い捨ての仕様としてもよい。この場合、予備膜１０３における処理能力の極端な低下等の問題は発生しにくくなるため、濃縮装置１００は、報知部１５０を備えなくてもよい。

【0067】

上記実施形態において、予備膜１０３の直径が大きいほど、また、予備膜１０３のろ過面積が大きいほど、陰電荷膜１０２におけるろ過効率を高く維持することができる。

【0068】

上記実施形態に係る濃縮装置１００の陰電荷膜１０２で捕捉対象となる微生物は、細菌やウイルスなどを含む。ウイルスは、任意の公知のウイルスであってよい。ウイルスは、例えば、２本鎖ＤＮＡウイルス、１本鎖ＤＮＡウイルス、２本鎖ＲＮＡウイルス、１本鎖ＲＮＡウイルス、１本鎖ＲＮＡ逆転写ウイルス、又は２本鎖ＤＮＡ逆転写ウイルスを含む。

【0069】

また、上記実施形態に係る濃縮装置１００は、液中で帯電して浮遊する微粒子やコロイド分散系に対しても、同様に適用可能である。

【0070】

上述した濃縮装置１００は、多様な分野及び用途に用いることができる。例えば、上述した濃縮装置１００は、浄水場、下水処理場、水再生施設又は海水淡水化施設等の水処理インフラや、ビル浄化設備、病院又は学校などの施設ごとの水処理施設のような狭域における、水質管理や処理性能を把握するために用いることができる。また、上述した濃縮装置１００は、例えば、河川、海洋、親水域、プール又は水浴場等の水域における環境の動態調査のために用いることができる。また、上述した濃縮装置１００は、例えば、水域や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の、微粒子、コロイド分散系又は微生物等の水質検査に用いることができる。また、上述した濃縮装置１００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、安全把握又は品質管理を目的として、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用いることができる。また、上述した濃縮装置１００は、工業用水、灌漑・農業用水などの水質検査に用いることができる。また、上述した濃縮装置１００は、例えば、ミスト散布、加湿装置又は打ち水等の温湿度管理に用いられる液体の質的リスク、安全把握又は品質管理を行うために用いることができる。また、上述した濃縮装置１００は、医薬品製造又は人工透析療法等の医療に関連する水の品質管理検査に用いることができる。

【0071】

本開示は、上述した実施形態で特定された構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した開示の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再構成可能であり、複数の構成部またはステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0072】

１００ 濃縮装置
１０１ 制御部
１０２ 陰電荷膜
１０３ 予備膜
１０４ 吸引ビン
１０４ａ 濃縮液回収容器
１０５ 混合溶液貯留タンク
１０６ 試料水供給部
１０７ 酸性溶液貯留タンク
１０８ アルカリ性溶液貯留タンク
１１０ 排出口
１１１ 第１ポンプ
１１２ 第２ポンプ
１１３ 第３ポンプ
１１４ 第４ポンプ
１２１ 第１流量計
１２２ 第２流量計
１３１ 上流側配管
１３２ 試料水供給配管
１３３ 混合溶液供給配管
１３４ 酸性溶液供給配管
１３５ アルカリ性溶液供給配管
１４１ 下流側配管
１４２ 下流側第１配管
１４３ 下流側第２配管
１５０ 報知部
Ｐ 合流点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】