鋼板製消化タンク１号機の運転実績および性能評価
Operation and performance evaluation of our first commercial steel plate
digestion tank for sewage

井上智行＊
Tomoyuki Inoue

齋藤典久＊
Norihisa Saito

鈴木一弘＊
Kazuhiro Suzuki

従来，下水処理場における消化タンクはコンクリートで建設されてきたが，当社ではより経済性，施工性，機能性に優れた鋼板製消化タンクを開発し，全国初となる実機１号機を愛知県矢作川浄化センターに建設した。実機１号機は2016年に定格運用を開始してからこれまで安定した運転を継続している。今回，鋼板製消化タンク１号機の運転実績および諸性能（消化性能，省エネ
ルギ性，機能性等）について追跡調査した結果，所定の性能を満足することを確認した。
The digestion tanks in sewage treatment plants are generally constructed using concrete; however, Kobelco
Eco-Solutions developed a steel plate digestion tank that is superior in terms of economy, constructability, andfunctionality. We constructed the ﬁrst commercial plant at the Yahagigawa Sewage Treatment Center in theAichi Prefecture in October 2016. Up to the moment of writing, the plant is in stable operation. In this study,
we evaluated the operation results and various performance criteria (digestive performance, energy savings,and functionality) of our first commercial steel plate digestion tank and confirmed that they satisfied thepredetermined performance.

Key Words：
鋼板製消化タンク

Steel plate digestion tank

下水汚泥のエネルギ利用Energy utilization of sewage sludge

温室効果ガスの削減

Reduction of greenhouse gas emissions【セールスポイント】
・鋼板製消化タンクは下水汚泥エネルギ化による温室効果ガス削減に有効，かつ，従来のコンクリート製消化タンクに比べ建設費が低く建設期間も短いため導入ハードルを下げる技術である。
・省エネルギ性に優れ，沈砂などの堆積進行がなく機能面でも優れた製品である。

まえがき

るバイオガス（消化ガス）を創出するプロセスであ

近年，地球温暖化防止のため温室効果ガス排出量

り，鋼板製消化タンクは従来のコンクリート製消化削減が世界共通の課題となり，再生可能でカーボンタンクと比較して，建設費・ライフサイクルコストニュートラルなバイオマスエネルギの利用が促進さなどに優れる技術として開発された製品である。今れる中，下水汚泥は都市から生じる集約型の安定し回，愛知県矢作川浄化センターに建設した鋼板製消た再生可能エネルギ資源として注目されている。消化タンク１号機の運転実績について追跡調査を行化は下水汚泥減容化ならびに再生可能エネルギであい，諸性能について所定の性能を満足することを確＊

環境エンジニアリング事業本部 水環境技術本部 資源循環技術部

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 18 No. 2（2022／3） 19

表１

消化対象汚泥消 化 方 式消 化 日 数
消化タンク型式
加 温 方 式加 温 熱 源バイオガス利用

設備概要・設計条件

163
汚泥量[m3/d]
汚泥濃度
[%]
3
生 汚 泥
固形物量
[t-DS/d]
4.96
汚泥量[m3/d]
125
余 剰 汚 泥
汚泥濃度
[%]
4
固形物量
[t-DS/d]4.99
汚泥量[m3/d]
290
合計
汚泥濃度
[%]
3.4
（消化対象汚泥）
有機分率
[%]
84
中温１段消化 （汚泥温度35℃）
20日
全溶接円筒形 鋼板製消化タンク 公称容量 5 800 m3×１基
間接加温
焼却炉の洗煙排水＋ヒートポンプ
脱硫後， 焼却炉の補助燃料として使用

図１

概略汚泥処理フロー

認した結果を示す。

1. 設備と建設の概要
1. 1

設計条件

腐食雰囲気であるタンク内には防食塗装を施している。
従来の消化タンクでは経年使用で生じる，消化タ当社が愛知県矢作川浄化センターに納入した鋼板ンク内の沈砂などの堆積により有効容量が減少し，製消化タンク１号機を含む消化設備の各設計条件お消化性能が低下することが課題の一つである。鋼板

よびバイオガスの利用方法を表１に示す。

製消化タンクでは撹拌機運転とタンク内汚泥の排出

1. 2

設備構成

図１に概略汚泥処理フローを示す。既存の濃縮汚を組合わせることにより，堆積物を蓄積しない運転を可能とする。１）加えて，タンク外から超音波式セ泥の一部を本消化設備へ送泥し，消化した汚泥は既ンサを用いることで堆積高さを測定でき，適切な浚存の脱水設備を経て焼却炉で処理される。鋼板製消渫時期の把握も可能とする。

化タンクで発生したバイオガスは，焼却炉の補助燃

消化タンク撹拌機はインペラ式機械撹拌機で，大料として有効利用し，さらに焼却炉で発生する温度型インペラを10 min-1 程度の低速で回転させることの高い洗煙排水の熱エネルギをヒートポンプにて回で下降流を発生させ，タンク内を低動力で撹拌する。

収し，鋼板製消化タンクの加温熱源として利用する。

加温設備はヒートポンプと熱交換器から構成され鋼板製消化タンクはタンク本体とタンク内汚泥をる。消化タンクの加温熱源にはバイオガスおよび重撹拌する消化タンク撹拌機で構成される。タンク本

油を燃料としたボイラを用いるのが一般的である

体は内径21 m，高さ19.5 m，公称容量5 800 m3で，20 神鋼環境ソリューション技報 Vol. 18 No. 2（2022／3）

が，本設備では従来使われていなかった焼却炉の洗200

3.0

150

2.0100

消化タンク投入汚泥量50

消化タンク投入汚泥濃度

バイオガス発生量（m3N/d）

0

年間平均

5 000

計画ガス発生量の範囲

4 000
文献１における一般範囲

3 000

900
800
700600500

バイオガス発生量

1 000

バイオガス発生量原単位4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月

図２300
2001001.550401.030201000

文献１における一般値

600.0

400

2 00001.02.0

設計条件値

消化率
消化タンク投入生/余剰汚泥固形物比0.5

消化タンク投入生/余剰汚泥固形物比

4.0

250

消化率（%）

5.070

消化タンク投入汚泥有機分率（%）

350
300

806.0
消化タンク投入汚泥濃度 （%）

点線は設計条件値を示す。

ﾊﾞｲｵｶﾞｽ発生量原単位（m3N/t-VS）

消化タンク投入汚泥量（m3/d）

4000.0

点線は設計条件値を示す。

959085807570

4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月

鋼板製消化タンク１号機の運転実績（2019年度，各月で日平均化しプロット）

煙排水を利用する。熱交換器を介してヒートポンプじて高負荷での運転を継続していることが示される。

にて洗煙排水の熱エネルギを回収し，温水として消バイオガス発生量は年間で比較的大きな変動が見化タンク加温用の熱交換器に供給する。ここで電力られる。平均ガス発生量としては下限付近であるもを補助熱源として必要とするが，それは供給する熱のの，計画ガス発生量の範囲内に収まっている。バ量の６分の１程度に留まる。国土交通省通知におけ

イオガス発生量原単位は500 m3N/t-VS 前後と，一般る「下水道事業におけるエネルギー効率に優れた技
２）
では，「消化槽を加温する場合のヒートポンプ」
術」

的な500〜600 m3N/t-VS（文献５））と比較して低い傾向にある。これらバイオガス発生量および原単位にの性能指標として「エネルギー消費効率 COP2.7以

ついては，消化タンク投入生／余剰汚泥固形物比が上（水温20 ℃※処理水等）」とあるが，本ヒートポ低い（バイオガス化し易い生汚泥の消化タンクへのンプは熱源が異なるため単純比較はできないもの投入比率が低い）ためであると考察される。の，最小加熱 COP3.44と性能指標と同等以上の性能を有する。
1. 3

消化率は投入汚泥中の有機物が分解される割合であり，消化タンク運用の良否判定指標となる。時期

鋼板製消化タンクの建設

鋼板製消化タンクの現地建設期間は，土木杭打設にもよるが，一般的な消化率である50 % 程度５）を維持している。

から試運転開始まで約8.5カ月であった。これは同バイオガス発生量，消化率および消化タンク投入

規模のコンクリート製消化タンクの建設期間実績が生／余剰汚泥固形物比は季節変動の影響を受けるこ約19カ月である
1. 4３）のに対して十分に短いと言える。

消化タンクの立上げとが一般に知られている。特に夏季は外気温と下水処理場への流入水温が高く，消化タンクに汚泥を投消化タンクの立上げは，場内もしくは近隣の下水入するまでに有機物の分解が進行し，消化に悪影響処理場から消化汚泥を運搬し，種汚泥として消化タ（バイオガス発生量および消化率の低下）を及ぼす。

ンク馴養に用いるのが一般的であるが，本設備では今回の運転実績においても同様の傾向が見られる。

種汚泥の調達が困難であったため，種汚泥を用いず

2. 2

場内汚泥から消化タンク立上げを行う手段を当社と性能評価①（バイオガス発生等消化性能）

運転実績より，下水汚泥エネルギ化の観点からバ４）して初めて採用し，立上げ達成に至った。

イオガス発生および消化率に係る指標データを抽

2. 運転実績と性能評価

出・整理した結果を図３に示す。前述のとおりバイ

2. 1

消化設備の運転実績

オガス発生量に影響する因子として消化タンク投入

図２に鋼板製消化タンク１号機の運転実績を示

生／余剰汚泥固形物比に着目し，バイオガス発生量す。消化タンクに投入された汚泥量・濃度・有機分原単位との相関を整理した（図３（a），本来，有機率はおおむね設計条件（最大値）に近く，年間を通物量で整理するべきであるが，結果に大きな差がな
神鋼環境ソリューション技報

Vol. 18 No. 2（2022／3） 21

400300

運転実績

200

線形 (運転実績)

100

線形 (文献2)00.50.70.9

1.1

1.3（a）消化タンク投入生／余剰汚泥固形物比1.5100

消化率（%）

80
60
40
2000.50.70.91.1

1.3（c）消化タンク投入生／余剰汚泥固形物比

図３1.5

ﾊﾞｲｵｶﾞｽ発生量原単位（m3N/t-VS）

600
500とする）
。文献

600
500
400
300
200
10001819202122（b）消化日数（日）

2324

1.0

1.2
1.4
1.6
1.8（d）消化タンク容積有機物負荷（kg-VS/m3/日平均）

25

700
600
500
400
300
200
10002.0

バイオガス発生量原単位および消化率に係る指標データ

いことから，ここではデータ採取の容易な固形物量６）700

ﾊﾞｲｵガス発生量原単位（m3N/t-VS）

ﾊﾞｲｵｶﾞｽ発生量原単位（m3N/t-VS）

700

では消化タンクに投入する生汚泥

ンク投入汚泥量と，生／余剰汚泥固形物比より求められるバイオガス発生量原単位で，バイオガス発生と余剰汚泥量の比によって得られるバイオガス発生量がある程度予想可能であることが示唆される。

量原単位は異なることが示されている。その代表値

2. 3を線形図示しているが，今回，運転実績から得られた近似線と合致する。このことから，運転実績にお５）

性能評価②（その他諸性能）

図４に鋼板製消化タンク１号機の諸性能検証データを示す。

における撹拌動力は消化タンク内濃度（粘性）に影響を受一般的な範囲と比べると低いが，消化タンク投入生けるため汚泥濃度が高いほど上昇するが，撹拌機設／余剰汚泥固形物比で見ると妥当であると判断でき計条件（当社で設定した低動力の指標として，バイる。

オガス発生量・消化率が従来同等，かつ，単位容積けるバイオガス発生量原単位は，文献

図３（b）に，消化日数とバイオガス発生量原単位の相関を示す。消化日数が不十分であるとバイオガ当たりの撹拌動力密度１W/m3）を満足している（図４（a））。

ス発生量原単位の低下が見られることが一般に知ら本機では，試験片を設けて消化タンク内に曝すこれるが，本結果では最短20日の消化日数で十分に消とで防食塗装の劣化を定量的に評価している。防食化されていることが示唆される。

塗装試験片の膜厚測定結果（図４（b））より膜厚の図３（c）に，消化タンク投入生／余剰汚泥固形物経年減少が見られるものの，消化タンク本体の標準比と消化率の相関を示す。バイオガス発生量原単位耐用年数として定めた20年間（消化タンク内部補修における傾向と同様に，生汚泥の比率が高いほど消を行う場合，35年以上の運用も可能とする）に対し化率が高い傾向にある。て膜厚を十分確保できるものと判断される。

図３（d）に，消化タンク容積有機物負荷とバイオ消化タンク内底部における堆積高さは運用開始初

ガス発生量原単位の相関を示す。容積有機物負荷は期から増加していない（図４（c））。また，有効容量消化タンクの汚泥投入負荷を示す指標で，上限付近も十分確保されており，消化性能に悪影響は見られではバイオガス発生量原単位と負の相関があることないことから健全な状態を維持している。

が知られているが，今回の結果では負の相関が見ら

消化タンク本体の板厚は防食塗装を施しているた

れないことから，運転にある程度余裕があることがめ，素材時の厚さから有意な減少は見られない（図示唆される。

４（d））。経年劣化に関しては，サンプル数が少なくこれらの結果より，鋼板製消化タンク１号機は安現時点における経過評価となるが，大きな改修なく定的に消化性能を十分発揮していると判断される。

標準耐用年数を満足するものと判断できる。

また，設備が安定している状態においては，消化タ「下水道事業におけるエネルギ効率に優れた技22 神鋼環境ソリューション技報 Vol. 18 No. 2（2022／3）

気相部の防食塗装試験片の膜厚（μm）

定格最大速度における撹拌動力（W）3）
定格最大速度における撹拌動力密度（W/m1.2

60001.050000.84000

撹拌機設計条件

0.6
30000.4
20000.2
10000.001.01.0

1.52.01.52.0
消化タンク内汚泥濃度（％）
消化タンク内汚泥濃度（％）

3 000
2 500
2 000
1 500
1 00050002.52.5（a）消化タンク内濃度と撹拌動力▼有効容量を確保可能な上限120
10080604020051

110定格運用開始からの経過月数

100100240（20年）

252015

強度計算上の下限値

10
側板最下段（液相部）

50240（20年）

撹拌機座（気相部）
51

1

10定格運用開始からの経過月数100240（20年）（d）消化タンク本体板厚の経年変化（c）堆積高さの経年変化

図４51

10定格運用開始からの経過月数（b）防食塗装試験片膜厚の経年変化
消化タンク本体板厚測定結果（ｍｍ）

堆積高さ測定結果（cm）

140

14

1

鋼板製消化タンク1号機の諸性能検証データ

術」２）では消化タンクの性能指標として「分解有機り排出）している。そのため，運転継続に大きな支物量あたり消費電力280 kWh/t-分解 VS」とあるが，障はないが，より容易な管理に向け，スカム発生要表２に示すとおり，本設備の実績における消費電力は約120 kWh/t-分解 VS と，性能指標を十分に満足する，エネルギ効率に非常に優れた技術と言える。
2. 4

因の調査および抑制に取り組んでいる。

む

すび

消化は下水汚泥エネルギ利用の核となり得る汚泥処理プロセスであり，カーボンニュートラルな下水後段設備への影響

消化プロセスを経た汚泥は脱水性が悪化すると一処理を実現する上で今後ますます重要性が上がって般に知られるが，本設備については場内発生汚泥の行くものと予想される。鋼板製消化タンクは消化プ４分の１程度を処理するに留まるため，後段の脱水・ロセスの導入ハードルを下げる設備・技術であり，焼却設備へ支障をきたす悪影響は見られないと運営

当社製品のみならず，ひとつのジャンルとして市場管理事業者より聞いている。

を醸成しつつある。今回得られた知見を踏まえ，鋼2. 5

板製消化タンク技術の発展・拡大に向け更なる鋭意課

題

バイオガス発生量および消化率など消化性能に問努力を行う所存である。

題はないものの，消化タンク内液面にスカムが生じ最後に，矢作川浄化センターの運転データをご提ている。発生したスカムは，運転管理で対応（鋼板供頂いた愛知県様に深く感謝致します。また，本調製消化タンク本体に設置されたスカム排出ノズルよ査の一部は，地方共同法人 日本下水道事業団の調査の一環として実施しています。

表２

分解有機物量あたりの消費電力試算

2019年度消化設備の運転実績より年間分解有機物量 1 600 t-分解 VS/年

機器名称

鋼板製消化タンク
消化タンク撹拌機
汚泥循環ポンプ
温水循環ポンプ
熱交換器
消化汚泥貯留槽撹拌機
消化汚泥移送ポンプ

①
運転台数台
11
11
1
2
1②電動機
出力
kW－
7.5
115.5－
5.5
3.7

③④⑤
電力量
稼動時間
負荷率
①×②×③×④（想定）
（実測値）
h/ 年
kWh/ 年
－－－
8 760
0.60
39 4208 7600.78
75 1618 7600.78
37 580
－
－－
8 760
0.42
40 4710（否常用）－－
計 192 632kWh/年↓分解有機物量あたりの消費電力試算値 120 kWh/t-分解 VS ＜ 性能指標値 280［参考文献］
１）特許第5412598号
２）国水下事第38号
３）川嶋淳，三浦雅彦，榎本修一，「鋼鈑製消化タンクによる下水汚泥エネルギー化」神鋼環境ソリューショ
ン技報，Vol 10 No.2（2014/2）
４）中嶋雄大，小久江仁志，「矢作川浄化センターにおける鋼板製消化槽の運転状況」神鋼環境ソリューショ
ン技報，Vol 14 No.1（2017/9）
５）日本下水道協会 下水道施設計画・設計指針と解説
後編 2019年版 pp.482，498
６）野池達也編著「メタン発酵」技報堂出版（2009）

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