JP5806747B2 - 鋼板製消化槽 - Google Patents

Description

本発明は、下水汚泥、食品廃棄物などの有機性廃棄物を嫌気性発酵処理するための鋼板製消化槽に関する。

嫌気性発酵処理とは、酸素の存在しない（嫌気性）条件下で行われる有機物の生物分解処理のことである。嫌気性細菌を有効に働かせるため、消化槽は加温され、消化槽内の温度（消化温度）は、例えば３５〜４０℃にされる（中温消化）。高温消化の場合は、例えば５０〜６０℃にされる。そのため、消化槽は、その槽外へ熱がより逃げにくい構造とされることが好ましい。

ここで、消化槽の側壁および天井壁を断熱材で覆うなどすることによって、消化槽の側壁および天井壁部分を熱が逃げにくい構造（保温構造）とすることは比較的容易である。消化槽の側壁および天井壁のその外側は、開放された空間であるからである。しかしながら、消化槽の底部分を保温構造とすることは、側壁および天井壁部分を保温構造とすることに比べて容易でない。消化槽の底には、消化槽に投入された汚泥の自重が作用する。そのため、消化槽の底部分を保温構造とする場合、その強度を考慮する必要がある。また、消化槽の底部分は、非常にメンテナンスし難い部分であるため、極力、メンテナンスを必要としないものにする必要がある。

消化槽の底部分の構造に関する先行技術としては、例えば特許文献１、２に記載の技術がある。特許文献１には、タンクの底面板の内側に密閉板を取り付け、この密閉板と底面板との間に断熱材を充填するという構造が記載されている。また、特許文献２には、コンクリート製の発酵槽の底壁内に熱配管を埋設するという構造が記載されている。なお、特許文献２に記載のタンク（発酵槽）底の構造は、床下空間を加温するための構造であり、「保温」とは少し異なる。

実公平２−２２０７７号公報 特許第４６５９１２７号公報

特許文献１に記載のタンク底の構造は、その強度に懸念がある。小型のタンクであれば強度上の問題はさほどないかもしれないが、例えば下水の終末処理場などに設置される消化槽のような大型のタンクの場合、密閉板の厚みを十分なものとし、且つその取付部の強度を十分なものとしないと、汚泥の重みで密閉板が曲がったりはずれたりすることが懸念される。

一方、特許文献２に記載のタンク（発酵槽）底の構造は、メンテナンスを要する可能性が高い。コンクリートの中に埋設された熱配管は閉塞する可能性がある。熱配管が閉塞した場合、水などの圧入でその閉塞を解消し得そうであるが、この方法で閉塞が十分に解消されない場合、非常に面倒である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、強度が高く且つメンテナンスを特に必要としない底部保温構造を有する消化槽を提供することである。

本発明は、鋼板製の消化槽本体と、前記消化槽本体に投入された汚泥を加温する加温装置と、を備える鋼板製消化槽である。前記消化槽本体の底部または下に断熱構造体が設けられており、前記断熱構造体は、前記汚泥の荷重を支持する支持材と、前記支持材の間に充填された断熱材とを備える。

本発明によると、強度が高く且つメンテナンスを特に必要としない底部保温構造を有する消化槽とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る鋼板製消化槽の側断面図である。 図１ＡのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る鋼板製消化槽の側断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
（消化槽の構成）
図１に示すように、消化槽１００は、消化槽本体１、攪拌機２、加温装置３、引抜装置４、断熱構造体５などから構成される。

<消化槽本体>
消化槽本体１は、汚泥（下水汚泥、食品廃棄物などの有機性廃棄物）を嫌気性発酵処理するための槽である。消化槽本体１に投入された汚泥は、加温装置３により加温されるとともに、攪拌機２により攪拌される。嫌気性発酵により発生した消化ガスは、槽頂部から出ていくようにされている。なお、消化槽本体１への汚泥投入手段、および消化槽本体１からの消化ガス取出手段の図示は省略している。消化ガスは、メタンが約６０容量％、二酸化炭素が約４０容量％のガス（バイオガス）である。

ここで、消化槽本体１は鋼板製である。消化槽本体１は天板１ａと、円筒形状の側板１ｂと底板１ｃを有する。天板１ａ部および側板１ｂ部は、断熱材で被覆されるが、断熱材等の図示は省略している。なお、本実施形態では、縦型円筒形状の消化槽本体１としているが、消化槽本体１の形状はこれに限られるものではない。

消化槽本体１は、打設された後に十分に硬化したコンクリート基礎２０の上に設置される。コンクリート基礎２０は、汚泥が投入された消化槽本体１を支える強度が要求されるため、鉄筋コンクリートとされる。

<断熱構造体>
ここで、消化槽本体１の下には、コンクリート基礎２０内に設けられる形態で断熱構造体５が設置される。コンクリート基礎２０の打設時に、平面視において円形の凹部２０ａがコンクリート基礎２０に形成される。この凹部２０ａに、断熱構造体５が設置される。

断熱構造体５は、複数の短管６と、短管６同士の間および短管６の内部空間に充填されたポリスチレンフォームｓとで構成される。なお、図１Ａおよび図１Ｂに示した短管６の本数・配置は一例であり、これに限定されるものではない。

短管６は、消化槽本体１及び消化槽本体１に投入された汚泥の荷重を支持する支持材である。短管６の素材は、炭素鋼管、ステンレス鋼管などである。なお、汚泥の荷重を支持する支持材として、短管６ではなく、Ｈ形鋼・Ｉ形鋼を用いてもよいし、円柱形状・四角柱形状・その他の多角柱形状に形成したコンクリート（好ましくは鉄筋コンクリート）を用いてもよい。支持材として、例えば中実の円柱形状のコンクリートを用いた場合は、支持材同士の間に断熱材が充填され、当然ではあるが、短管６のように支持材の内部に断熱材が充填されることはない。

ポリスチレンフォームｓは、消化槽本体１内の加温された汚泥の熱を、消化槽本体１の底から逃がさないようにするための断熱材（保温材）である。ポリスチレンフォームｓ以外の適用可能な断熱材としては、ウレタンフォーム、グラスウール、ロックウールなどが挙げられる。ポリスチレンフォーム、ウレタンフォームのような断熱材は、発泡系断熱材であり、グラスウール、ロックウールのような断熱材は、繊維系断熱材である。

断熱構造体５の施工方法について記載する。まず、コンクリート基礎２０に形成された凹部２０ａに、例えば図１Ｂに記載の配置で、複数の短管６を立てて固定する。その後、短管６同士の間および短管６の内部空間にポリスチレンフォームｓを充填する。なお、短管６の内部空間へのポリスチレンフォームｓの充填は、コンクリート基礎２０の凹部２０ａ内に短管６をセットする前に行ってもよい。ここで、ポリスチレンフォームｓは、軽量で加工し易いため、非常に施工性に優れる。また、ポリスチレンフォームｓは、耐水性が高いため、長期間の使用によっても、その断熱性はほとんど低下しない。なお、複数の短管６同士を、棒状や線状の鋼材などで、相互に連結しておくと、短管６は倒れにくくなり、短管６の支持材としての強度が高まる。また、予め短管６を消化槽本体１の底板１ｃに溶接して一体化させ短管６内部に断熱材を充填し、既に断熱材を敷き詰めた凹部２０ａに消化槽本体１の底板１ｃを配置することも好ましい。この工法によると、施工の簡素化が図れる。

複数の短管６とポリスチレンフォームｓとで構成される断熱構造体５の上面は平らにされ、且つコンクリート基礎２０の上面と面一にされる。消化槽本体１と汚泥の重みを支えるため複数の短管６は、消化槽本体１の底板１ｃと当接する。

ここで、図１Ａに示した実施形態では、凹部２０ａの直径（断熱構造体５の外径）を、消化槽本体１の下端の外径よりも少し小さくすることで、消化槽本体１をコンクリート基礎２０の上に載置した際、消化槽本体１の底板１ｃで断熱構造体５が完全に覆われる（断熱構造体５の端が露出しない）ようにされている。このような形態とすることで、断熱構造体５の上面の端を鋼板などでカバーしなくても、断熱構造体５に雨水などが浸入することを防止することができる。これは、大型の消化槽の場合、特に有効である。大型の消化槽の場合、その本体の直径も大きい。その底端部全体を鋼板などのカバー材で覆うことは施工期間も長くなるし、コスト増にもなる。消化槽本体１の底板１ｃで断熱構造体５を全て覆うことで、断熱構造体５のカバー材は不要となり、これにより、施工期間を短縮することができるし、製造コストを抑えることもできる。

<攪拌機>
消化槽本体１に取り付けられた攪拌機２は、消化槽本体１に投入された汚泥を攪拌するための機械式攪拌機である。攪拌機２は、消化槽本体１をその上方から視た平面視において、槽の中心に取り付けられる。攪拌機２は、２段配置されたインペラ２ａ、これらインペラ２ａを回転させる電動機２ｂなどから構成される。インペラ２ａは２段配置に限られず１段でも複数段でもよい。

なお、本実施形態では、インペラ２ａで汚泥を攪拌する機械式攪拌機としているが、ドラフトチューブ式の機械式攪拌機であってもよいし、スクリュー羽根式の機械式攪拌機であってもよい。さらには、ガス攪拌式の攪拌方式を採用してもよい。

<加温装置>
加温装置３は、消化槽本体１に投入された汚泥を加温するためのものである。加温装置３は、循環ポンプ１１と、加温器１２（熱交換器）と、汚泥循環配管１３とで構成されている。加温器１６には、ボイラー（不図示）などの温水源から温水が供給される。消化槽本体１の底部から引き抜かれた汚泥は、加温器１２にて加温された後、消化槽本体１の上部から消化槽本体１内に戻される。なお、加温装置３は、消化槽本体１内の汚泥の攪拌にも寄与する。

<引抜装置>
引抜装置４は、消化槽本体１の底部から消化槽本体１内の汚泥をその槽外へ引き抜くためのものである。引抜装置４は、引抜ポンプ１４と、引抜ポンプ１４に接続された引抜管１５とで構成されている。

（作用・効果）
本実施形態の消化槽１００は、消化槽本体１の下に設置した断熱構造体５を有する。消化槽本体１の底部から熱が逃げることをこの断熱構造体５で防止する（消化槽本体１の底部を保温する）。断熱構造体５は、消化槽本体１に投入された汚泥の荷重を支持する短管６を備えるので、断熱構造体５の強度は確保される（断熱構造体５がつぶれることを防止することができる）。また、短管６の間などに充填されるポリスチレンフォームｓなどの断熱材は、例えば特許文献２に記載の熱配管のようにメンテナンスを必要するものではない。支持部材である短管６は、当然、メンテナンスを特に必要としない。
すなわち、消化槽１００の断熱構造体５は、強度が高く且つメンテナンスを特に必要としない底部保温構造である。

ここで、本実施形態では、消化槽本体１の下に打設されるコンクリート基礎２０内に断熱構造体５を設置している。このようにすることで、消化槽本体１の組立てと、断熱構造体５の組立てとを別に行うことができるので、消化槽設置の施工性を向上させることができる。

また本実施形態では、断熱構造体５の上面を平らにし、且つ断熱構造体５の上面とコンクリート基礎２０の上面とを面一にしている。この構成によると、コンクリート基礎２０の上面から断熱構造体５が突出しない、すなわち、コンクリート基礎２０の上面に段差が形成されないので、消化槽本体１をコンクリート基礎２０の上に設置し易い（施工性が良い）。また、コンクリート基礎２０内に断熱構造体５を完全に埋没させないので、消化槽本体１の底板１ｃに接する部分が熱伝達率の大きいもの（コンクリート）とならず、断熱構造体５の保温機能をより有効に発揮させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る鋼板製消化槽について図２を参照しつつ説明する。なお、図２において、図１に示した第１実施形態の消化槽１００を構成する部材と同様の部材については、同一の符号を付している。

図２に示したように、第２実施形態の消化槽１０１では、消化槽本体１内の底部に断熱構造体２５を設置している。この断熱構造体２５は、消化槽本体１内の底部を上下に仕切る鋼板製の仕切り板７と、複数の短管６およびポリスチレンフォームｓとで構成される。複数の短管６およびポリスチレンフォームｓは、消化槽本体１の底板１ｃと仕切り板７との間に収容された形態となる。第１実施形態の場合と同様、ポリスチレンフォームｓは、短管６同士の間および短管６の内部空間に充填される。このように、消化槽本体１内の底部に、複数の短管６（支持材）およびポリスチレンフォームｓ（断熱材）を具備してなる断熱構造体２５を設置してもよい。

１：消化槽本体
２：攪拌機
２ａ：インペラ
３：加温装置
４：引抜装置
５：断熱構造体
６：短管（支持材）
１１：循環ポンプ
１４：引抜ポンプ
２０：コンクリート基礎
１００：消化槽
ｓ：ポリスチレンフォーム

Claims (4)

1. 鋼板製の消化槽本体と、
   前記消化槽本体に投入された汚泥を加温する加温装置と、
   を備える鋼板製消化槽であって、
   前記消化槽本体の下に打設されるコンクリート基礎内に断熱構造体が設けられており、
   前記断熱構造体は、
   前記汚泥の荷重を支持する支持材と、
   前記支持材の間に充填された断熱材と、
   を備えることを特徴とする、鋼板製消化槽。
2. 請求項１に記載の鋼板製消化槽において、
   前記支持材が短管であり、
   前記コンクリート基礎に形成された凹部に立てて固定された複数の前記短管同士を、棒状および／または線状の鋼材で相互に連結しておくことを特徴とする、鋼板製消化槽。
3. 請求項１または２に記載の鋼板製消化槽において、
   前記断熱構造体の上面は平らにされ、且つ前記コンクリート基礎の上面と面一にされていることを特徴とする、鋼板製消化槽。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板製消化槽において、
   前記断熱材がポリスチレンフォームであることを特徴とする、鋼板製消化槽。

Images