特開 2024-17107 消化槽及び消化槽の保温方法

(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】P2024017107

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】消化槽及び消化槽の保温方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/04 20060101AFI20240201BHJP

   B09B 3/65 20220101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

C02F11/04 Z ZAB

B09B3/65

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119533

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】井上 智行

(72)【発明者】

【氏名】福ケ迫 久仁衛

(72)【発明者】

【氏名】田中 克

(72)【発明者】

【氏名】山中 遼平

【テーマコード（参考）】

4D004

4D059

【Ｆターム（参考）】

4D004AA02

4D004CA18

4D004CB04

4D004CB43

4D059AA03

4D059BA11

4D059BA48

4D059BA56

4D059BJ03

4D059BJ06

(57)【要約】

【課題】本発明は、消化槽本体における堆積物の固着を抑制することができる消化槽及び消化槽の保温方法を提供することを課題とする。
【解決手段】内部に投入された有機性廃棄物を処理する消化槽本体を備え、前記消化槽本体の底部の少なくとも一部を内側から覆う保温部材を有する、消化槽。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に投入された有機性廃棄物を処理する消化槽本体を備え、
前記消化槽本体の底部の少なくとも一部を内側から覆う保温部材を有する、消化槽。

【請求項2】

前記消化槽本体の内部には、消化汚泥を排出するための引抜口が設けられており、
前記保温部材の上面が、前記引抜口に向かって高さが低くなるように下方傾斜している、請求項１に記載の消化槽。

【請求項3】

前記消化槽本体は、前記底部から立ち上がる側壁部を有し、
前記保温部材の外周縁が、前記側壁部に接するように配されている、請求項１又は２に記載の消化槽。

【請求項4】

前記保温部材が、前記側壁部に向かうにつれて高さ方向の厚みが大きくなるように構成されている、請求項３に記載の消化槽。

【請求項5】

消化槽の保温方法であって、
前記消化槽は、内部に投入された有機性廃棄物を処理する消化槽本体を備え、
前記消化槽本体の底部の少なくとも一部を内側から保温部材で覆う、消化槽の保温方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、消化槽及び消化槽の保温方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、消化槽は、下水汚泥などの有機性廃棄物を処理するために用いられている。通常、消化槽は、コンクリートで形成された基礎部と、該基礎部に設置され嫌気性細菌によって有機性廃棄物を処理する消化槽本体とを備えている。消化槽本体の内部の温度（内温）は、例えば３５～６０℃であり、より具体的には中温消化で３５～４０℃、高温消化で５０～６０℃である。これによって、嫌気性細菌により汚泥中の有機物が分解され、メタンと二酸化炭素とからなるバイオガスが発生する。バイオガスはメタンを含むため、燃料として活用することができる。

【0003】

また、消化槽本体の内温を安定した状態で維持するために、消化槽本体の保温性を高めることが試みられている。例えば、特許文献１に記載の消化槽は、消化槽本体の下に打設されたコンクリート基礎内に断熱構造体が設けられている。該断熱構造体は、複数の短管と、各短管の間に配された前記保温部材とを有する。また、短管は、鋼材から作製されている。かかる断熱構造体では、短管によって保温部材が汚泥の荷重でつぶれないようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５８０６７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、消化槽では、消化槽本体の底部に汚泥由来の堆積物が生じることがある。そして、かかる堆積物は、消化槽本体の底部などに固着し、固着に起因して消化槽の有効容積が低下し、バイオガスの発生量を低下させる原因となり得る。

【0006】

上記事情に鑑み、本発明は、消化槽本体における堆積物の固着を抑制することができる消化槽及び消化槽の保温方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る消化槽は、
内部に投入された有機性廃棄物を処理する消化槽本体を備え、
前記消化槽本体の底部の少なくとも一部を内側から覆う保温部材を有する。

【0008】

斯かる構成によれば、消化槽本体の底部の少なくとも一部を内側から保温部材が覆うため、消化槽本体における有機性廃棄物や処理した汚泥の接触面と底部との間に保温部材が配されることとなる。そして、かかる接触面では、保温部材によって温度の低下が抑制されるため、堆積物の固着が抑制される。

【0009】

また、本発明に係る消化槽は、
前記消化槽本体の内部には、消化汚泥を排出するための引抜口が設けられており、
前記保温部材の上面が、前記引抜口に向かって高さが低くなるように下方傾斜していてもよい。

【0010】

斯かる構成によれば、保温部材の上面が引抜口に向かって高さが低くなるように下方傾斜しているため、堆積物が引抜口に向かって移動し易くなり、該堆積物を引抜口から容易に排出することができる。また、堆積物が上記のように移動（流動）し易くなるため、前記接触面における堆積物の固着がさらに抑制される。

【0011】

また、本発明に係る消化槽は、
前記底部から立ち上がる側壁部を有し、
前記保温部材の外周縁が、前記側壁部に接するように配されていてもよい。

【0012】

斯かる構成によれば、前記接触面の外周領域における保温性が高められたものとなる。そして、堆積物は前記接触面の外周領域において生じ易いため、上記構成によれば、前記接触面の外周領域における堆積物の固着が抑制される。

【0013】

また、本発明に係る消化槽は、
前記保温部材が、前記側壁部に向かうにつれて高さ方向の厚みが大きくなるように構成されていてもよい。

【0014】

斯かる構成によれば、保温部材の厚みが底部の外周領域において大きくなるように構成されており、すなわち、前記接触面の外周領域における保温性がさらに高められたものとなる。よって、上記構成によれば、前記接触面の外周領域における堆積物の固着が抑制される。

【0015】

本発明に係る消化槽の保温方法では、前記消化槽本体の底部の少なくとも一部を内側から保温部材で覆う。

【0016】

斯かる構成によれば、該接触面における堆積物の固着が抑制される消化槽を構築することができる。また、上記構成の保温方法は、既に設置済みの消化槽にも適用可能であり、消化槽を新築することや槽形状を改造することなく、消化槽の保温性を改善させつつ消化槽における堆積物の固着を抑制できる。

【発明の効果】

【0017】

以上の通り、本発明によれば、消化槽本体における堆積物の固着を抑制することができる消化槽及び消化槽の保温方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る消化槽の概略図である。

【図2】第１配管部と保温部材との配置の変形例を示す図である。

【図3】第１配管部と保温部材との配置の別の変形例を示す図である。

【図4】第１配管部と保温部材との配置のさらに別の変形例を示す図である。

【図5】他の実施形態に係る消化槽の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に示すように、本実施形態に係る消化槽１ｘは、コンクリートで形成された基礎部１０と、基礎部１０に設置され下水汚泥などの有機性廃棄物を処理する消化槽本体２０と、消化汚泥を消化槽本体２０から排出する排出部たる引抜装置３０と、消化槽本体２０の底部２１を内側から覆う保温部材４０と、消化槽本体２０内の汚泥を撹拌する撹拌部５０と、消化槽本体２０の汚泥を加温する加温部６０とを備えている。

【0020】

本実施形態の消化槽１ｘは、地山に形成された凹部Ｇに設けられている。凹部Ｇは、基礎部１０を下方から支持するように形成された平面部Ｇ１と、基礎部１０を囲繞するように形成された周壁部Ｇ２とを備えている。なお、凹部は、周壁部Ｇ２を備えていなくてもよい。

【0021】

本実施形態の基礎部１０は、凹部Ｇへのコンクリートの打設によって形成されている。基礎部１０は、鉄筋コンクリートで形成されており、すなわち、コンクリートと、該コンクリートに埋設された複数の鉄筋とを有する。凹部Ｇの下方には、基礎部１０を下方から支持する複数の杭Ｐが埋め込まれている。杭Ｐは、コンクリートと、該コンクリートに埋設された長さ方向に延びる複数の鉄筋とで構成されている。各杭Ｐの先端部は、平面部Ｇ１から上方に突出し且つ基礎部１０に埋設されている。すなわち、杭Ｐの先端部は、基礎部１０のコンクリートと一体化されている。

【0022】

本実施形態の消化槽本体２０は、鋼板製である。消化槽本体２０は、円筒状に形成されており、基礎部１０に接地された底部２１と、底部２１から立ち上がる側壁部２２と、底部２１に対向し且つ側壁部２２の上端を閉塞する上壁部２３とを有する。消化槽本体２０の内部には、底部２１と側壁部２２と上壁部２３とで画定される円柱状の内部空間が形成されている。なお、消化槽本体は、円筒状の他、例えば角筒状に形成されていてもよい。また、消化槽本体は、コンクリートで形成されていてもよい。また、底部２１の外表面と基礎部１０との間に、底部２１の腐食を防止するためのアスファルトサンドが敷設されていてもよい。

【0023】

本実施形態の引抜装置３０は、消化汚泥を消化槽本体２０から槽外に排出するように機能する。本実施形態の引抜装置３０は、消化槽本体２０から消化汚泥を排出させるための引抜ポンプ３１と、引抜ポンプ３１に接続された第１配管部３２とで構成されている。第１配管部３２は、消化槽本体２０の内部から消化槽本体２０の外部に延びており、内部側の端部に消化汚泥を吸い込むための引抜口３２１を有する。本実施形態の第１配管部３２は、引抜口３２１が消化槽本体２０における底部２１の中央部に対向するように設けられている。より具体的には、引抜口３２１は、その開口面が底面２１１に平行するように設けられている。

【0024】

保温部材４０は、消化槽本体２０の前記内部空間に配されている。本実施形態の保温部材４０は、底面２１１にわたって配されており、消化槽本体２０の底部２１を内側から覆う保温層４０Ｌを形成している。また、保温部材４０は、消化槽本体２０に投入された汚泥が接触する接触面をなしている。すなわち、保温層４０Ｌは、汚泥の接触面をなす上面４１を有する。これによって、本実施形態の消化槽本体２０は、保温層４０Ｌの上面４１と、側壁部２２と、上壁部２３とで画定される汚泥収容空間Ｖを有するものとなる。

【0025】

本実施形態では、保温部材４０は、その外周縁が側壁部２２に接するように配されている。ここで、底面２１１において、側壁部２２との接続端縁を含む領域であって側壁部２２に近い側の領域を外側領域とし、前記外側領域よりも内側の領域を内側領域としたときに、保温部材４０は、少なくとも前記外側領域を覆うように配されていることが好ましい。前記外側領域は、底面２１１の総面積の２５％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。

【0026】

ここで、図１は、消化槽本体２０の断面を示し、より具体的には、底面２１１の中央を通る垂直面を切断面とする断面を示している。図１における断面図に示されているように、保温層４０Ｌは、引抜口３２１から側壁部２２に向かうにつれて厚み（上下方向の厚み）が大きくなるように形成されている。また、保温層４０Ｌは、底面２１１の側壁部２２との接続端縁を覆う部分において最も厚みが大きく、且つ、底面２１１の中央を覆う部分において最も厚みが小さくなるように形成されている。

【0027】

これによって、保温層４０Ｌは、側壁部２２から引抜口３２１に向かって高さが低くなるように下方傾斜する上面４１を有するものとなっている。上面４１は、最も下方に位置する中央を含む中央領域４１ａと、最も上方に位置する外周縁を含む外周領域４１ｂとを有する。上面４１は、前記外周縁における傾斜角度が最も大きくなるように形成されている。また、上面４１は、前記外周縁から前記中央に向かうにつれて傾斜角度が小さくなるように形成されている。上面４１の前記外周縁における傾斜角度は、５～４５°であることが好ましく、１５～３０°であることがより好ましい。本実施形態の上面４１は、曲面状である。また、前記断面において、上面４１は、接線の水平面に対する傾斜角度が前記外周縁から前記中央に向かうにつれて小さくなるように形成されている。

【0028】

また、本実施形態の保温部材４０は、第１配管部３２を部分的に覆うように設けられている。これによって、第１配管部３２の一部が保温層４０Ｌを通るように配されている。具体的には、本実施形態の保温部材４０は、第１配管部３２の消化槽本体２０内における基端部を少なくとも覆うように設けられている。これによって、外部環境の温度による影響を受け易い前記基端部における堆積物の固着が解消する。なお、前記保温部材は、前記第１配管部よりも下方に設けられていてもよい。

【0029】

保温部材４０を構成する材料としては、消化槽本体２０を構成する材料（本実施形態では鋼板）よりも熱伝導率が小さければよく、基礎部１０におけるコンクリートよりも熱伝導率が小さいことが好ましい。具体的には、保温部材４０を構成する材料の熱伝導率は、１．２Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さいことが好ましく、０．５Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さいことがより好ましい。保温部材４０の材料としては、熱伝導率が０．０２～０．０３Ｗ／ｍ・Ｋのポリスチレンフォーム又はポリウレタンフォームが好ましい。この他、保温部材４０の材料は、ガラスウール、パーライト、パーライトモルタル、骨材（砂利）などであってもよい。

【0030】

保温部材４０は、単一の材料で構成されていてもよい。また、保温部材４０は、複数の材料の組み合わせで構成されていてもよい。例えば、保温部材４０は、骨材と、パーライト又はパーライトモルタルとの組み合わせで構成されていることが好ましい。

【0031】

本実施形態の消化槽１ｘは、汚泥中の保温部材４０の浮遊や位置ずれを防止するための固定部材を備えている。該固定部材としては、保温部材４０から底部２１又は側壁部２２に埋設されるアンカーボルトなどの金具、保温部材４０を底部２１又は側壁部２２に接着する接着剤が挙げられる。

【0032】

本実施形態の撹拌部５０は、汚泥内の嫌気性微生物及び有機性廃棄物が均一になるように混合し、汚泥における熱の伝導を促すように機能する。撹拌部５０は、上下方向に沿って延びる回転軸を有する軸部５１と、軸部５１を前記回転軸周りに回転させる駆動部５２と、軸部５１に固定され軸部５１の回転に伴って回転する羽部５３とを有する。

【0033】

本実施形態の撹拌部５０では、軸部５１は、底部２１の中央部上方に配されている。羽部５３は、上下方向に間隔を空けて配された第１羽部５３ａ及び第２羽部５３ｂで構成されている。すなわち、羽部５３は、第１羽部５３ａ及び第２羽部５３ｂが２段配置されることによって構成されている。羽部５３は、回転した場合、その回転面において汚泥を上方から下方に移動させるように構成されている。すなわち、撹拌部５０は、汚泥収容空間Ｖの径方向中央部において保温層４０Ｌの上面４１に向かう汚泥の流れを生じさせることが可能である。そして、上面４１に到達した汚泥は、上面４１の延在方向に沿って流れて側壁部２２に到達し、さらに、側壁部２２に沿って上方へ流れることとなる。これによって、汚泥収容空間Ｖ内の汚泥が循環する。なお、羽部は、２段配置に限られず、例えば、１段のみであってもよく、複数段であってもよい。

【0034】

本実施形態の加温部６０は、消化槽本体２０内の汚泥の温度を消化に適した温度、例えば３５～６０℃であり、より具体的には中温消化で３５～４０℃、高温消化で５０～６０℃に維持するために設けられている。本実施形態の加温部６０は、消化槽本体２０の外部に設けられた熱交換部６１を有し、消化槽本体２０から一部の汚泥を取り出して熱交換部６１で加温し且つ加温した一部の汚泥を消化槽本体２０に戻すように構成されている。より具体的には、加温部６０は、消化槽本体２０から一部の汚泥を排出させ且つ熱交換部６１へ移送するための第２配管部６２と、加温処理した一部の汚泥を熱交換部６１から消化槽本体２０に移送するための第３配管部６３とを有する。また、加温部６０は、第２配管部６２から第３配管部６３にわたって汚泥を移動させるための循環ポンプ６４を有する。

【0035】

本実施形態の消化槽１ｘによれば、消化槽本体２０の底部２１を内側から覆うように保温層４０Ｌが配され、且つ、保温層４０Ｌが汚泥の接触面たる上面４１をなしていることによって、該接触面における温度の低下が抑制されるため、該接触面への堆積物の固着が抑制される。

【0036】

また、保温層４０Ｌの上面４１が側壁部２２から引抜口３２１に向かって高さが低くなるように下方傾斜しているため、堆積物が引抜口３２１に向かって移動し易くなり、該堆積物を引抜口３２１から容易に排出することができる。また、堆積物が上面４１を下方に向かって移動し易くなるため、上面４１における堆積物の固着が抑制される。

【0037】

また、保温層４０Ｌは、底面２１１の外周縁を覆う部分において最も厚みが大きく、すなわち、保温層４０Ｌにおいては、外周領域４１ｂにおいて最も保温性が高められている。これによって、上記のように汚泥が循環する消化槽本体２０において、汚泥の滞留が生じ易い上面４１と側壁部２２との接続部分（角部）における堆積物の固着が抑制される。

【0038】

また、底面２１１を覆うように保温層４０Ｌが形成されているため、消化槽本体２０から基礎部１０への放熱が抑制される。すなわち、基礎部１０は、少なくとも消化槽本体２０からの熱によっては温度変化を受けにくくなり、比較的温度が安定した状態で維持され得る。これによって、基礎部１０における熱応力の発生が軽減され、基礎部１０における鉄筋量（配筋量）を減らすことが可能となり、施工の手間やコスト、部材の削減につながる。

【0039】

次に、本発明の一実施形態に係る消化槽の保温方法について説明する。本実施形態では、既設の消化槽本体を保温する保温方法について例示する。

【0040】

本実施形態の消化槽の保温方法では、前記消化槽本体の前記底部を内側から保温部材で覆う保温工程を備える。

【0041】

前記保温工程では、前記底部における底面に保温部材による保温層を形成する。

【0042】

本実施形態の消化槽の保温方法によれば、新規で建設する消化槽本体だけでなく、既設の消化槽本体に対して上記のような機能（保温部材４０を備える消化槽１ｘと同様の機能）を付与することができる。

【0043】

なお、本発明に係る消化槽及び消化槽の保温方法は、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る消化槽及び消化槽の保温方法は、上記の作用効果によって限定されるものではない。本発明に係る消化槽及び消化槽の保温方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【0044】

例えば、上記実施形態では、上面４１が曲面状に形成されているが、本発明はこれに限定されず、前記上面は、直線状に形成されていてもよい。

【0045】

また、上記実施形態では、引抜口３２１が底部２１の中央部に対向するように配されているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図２～図４に示す変形例であってもよい。なお、各変形例において、図１の消化槽１ｘと同じ構成については同一の参照符号を付してその説明を省略する。

【0046】

図２の変形例では、引抜口３２１は、底部２１の外周部に対向するように配されている。この場合、保温層４０Ｌは、底面２１１における引抜口３２１から最も離れた位置で最も厚みが大きく形成され、且つ、底面２１１における引抜口３２１の対向位置において最も厚みが小さくなるように形成されていることが好ましい。また、保温層４０Ｌの上面４１は、引抜口３２１に向かって高さが低くなるように下方傾斜するように形成されていることが好ましい。

【0047】

図３の変形例では、図２と同様、引抜口３２１が底部２１の外周部に対向するように配されている。この場合、保温層４０Ｌは、底面２１１の中央部において最も厚みが大きくなるように形成され、且つ、底面２１１における引抜口３２１の対向位置において最も厚みが小さくなるように形成されていてもよい。また、保温層４０Ｌの上面４１は、引抜口３２１に向かって（底面２１１の中央部から外周部に向かって）高さが低くなるように下方傾斜していることが好ましい。

【0048】

図４の変形例では、消化槽本体２０において、引抜装置３０における第１配管部３２が、消化槽１ｘと比較して底面２１１に近接するように配置されている。具体的には、図４の消化槽本体２０では、第１配管部３２は、その下端と底面２１１との間隔が５０ｃｍ程度となるように配置されている。また、第１配管部３２は、引抜口３２１の開口面が下方または水平を向くように配置され、且つ、消化槽本体２０の内部側の端部が先端に向かうにつれて拡径している。この場合には、保温部材４０は、第１配管部３２の消化槽本体２０の内部に位置する部分において、その基端部から５０％以上の長さを覆うように設けられていることが好ましい。これによって、第１配管部３２における汚泥循環の障害となり得る部分を少なくすることができる。

【0049】

また、本発明の消化槽は、図５に示す消化槽１ｙであってもよい。なお、消化槽１ｙにおいて、図１の消化槽１ｘと同じ構成については同一の参照符号を付してその説明を省略する。

【0050】

図５の消化槽１ｙでは、平坦に形成された底面２１１を有する消化槽本体２０と、底面２１１を部分的に覆う保温部材４０とを備えている。底面２１１は、保温部材４０で覆われた被覆面２１１ａと、保温部材４０で覆われていない露出面２１１ｂとを有する。露出面２１１ｂは、汚泥の接触面となる。

【0051】

保温部材４０は、底面２１１の少なくとも前記外側領域において保温層４０Ｌを形成するように配されている。保温層４０Ｌは、その内周部が撹拌部５０の羽部５３よりも径方向外方に配されるように形成されている。保温層４０Ｌの上面４１は、側壁部２２から引抜口３２１に向かって高さが低くなるように下方傾斜している。上面４１は、汚泥の接触面となる。

【0052】

上記構成によって、消化槽１ｙは、汚泥の前記接触面の外周領域における保温性が高められて堆積物の固着が十分に抑制され、より詳しくは、保温層４０Ｌの上面４１と側壁部２２との接続部分における堆積物の固着が抑制される。

【0053】

また、汚泥の前記接触面が羽部５３の下方においては平坦状であるため、回転での羽部５３による撹拌によって、汚泥が前記接触面における中央部から外周部に向かって移動し易くなる。かかる観点から、前記保温層の前記上面は、前記内側領域において水平面に沿って形成された平坦領域（汚泥の接触面）と、前記外側領域において前記側壁部に向かうにつれて上方傾斜した傾斜領域とで構成されていてもよい。また、前記保温層は、底面２１１における羽部５３の下方（羽部５３の対向位置）を被覆し且つ高さ方向の厚みが一定の平坦状に形成された平坦部と、該平坦部から前記側壁部に向かって延び且つ前記側壁部に向かって高さ方向の厚みが大きくなるように形成された傾斜部とを有していてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ｘ、１ｙ：消化槽、１０：基礎部、Ｇ：凹部、Ｇ１：平面部、Ｇ２：周壁部、Ｐ：杭、２０：消化槽本体、２１：底部、２１１：底面、２１１ａ：被覆面、２１１ｂ：露出面、２２：側壁部、２３：上壁部、Ｖ：汚泥収容空間、３０：引抜装置、３１：引抜ポンプ、３２：第１配管部、３２１：引抜口、４０：保温部材、４０Ｌ：保温層、４１：上面、４１ａ：中央領域、４１ｂ：外周領域、５０：撹拌部、５１：軸部、５２：駆動部、５３：羽部、５３ａ：第１羽部、５３ｂ：第２羽部、６０：加温部、６１：熱交換部、６２：第２配管部、６３：第３配管部、６４：循環ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】