上流式厭氧污泥床（UASB）專利技術綜述

王靜　陸萬祥

摘 要：上流式厭氧污泥床（UASB反應器）是目前廢水厭氧處理中應用最廣泛且最成功的厭氧反應裝置之一。本文從運行模式、結構及部件改進、反應器的啟動和顆粒污泥培養等方面對涉及UASB反應器的相關國內外專利申請進行了梳理，分析其年度變化趨勢、國家/地區分布、主要技術主題的技術演進情況，以期對該領域的技術發展提供重要參考。

關鍵詞：UASB反應器；運行模式；布水；三相分離器；專利

中圖分類號：X789.03 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0090-02

Review on the Patent Technology of Upflow Anaerobic

Sludge Blanket （UASB）

Wang Jing Lu Wanxiang

（Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office， SIPO，Suzhou Jiangsu 215011）

Abstract： Upflow Anaerobic Sludge Blanket （UASB） is one of the most widely used and the most successful anaerobic reactors. The operation mode， structural improvement， reactor startup， granular sludge cultivation and others were discussed in this paper. Then its annual trends， national/regional distribution， the evolution of the main technical themes technology were analyzed. It has an important reference on the technological development.

Keywords： UASB；operation mode；water distribution；three-phase separators；patent

自荷蘭Wageningen農業大學Lettinga等于20世紀70年代研制開發出上流式厭氧污泥床（UASB）反應器以來，荷蘭、德國、瑞典、比利時和美國的研究者利用該反應器進行了大量小試或生產性試驗，都取得了較好的結果。我國于1981年開始了UASB反應器的研究工作，在處理高濃度有機廢水方面，已得到了實際的推廣應用[1]。

上流式厭氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）由污泥反應區、氣液固三相分離器（包括沉淀區）和氣室三部分組成，在底部反應區內存留大量厭氧污泥，污水從厭氧污泥床底部流入與污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，將其轉化為沼氣。由于沼氣的攪動，在污泥床上部形成一個較低濃度的泥水混區域，沼氣穿過水層進入氣室，由導管導出；固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區，污水中的污泥發生絮凝，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區溢流堰上部溢出，然后排出污泥床[2-3]。

1 專利申請概況

1.1 專利申請的年度變化趨勢

根據年代分布對UASB反應器的國內外申請進行梳理可以發現，1976年已經出現了有關UASB反應器的專利，但直至2000年前后，其相關申請量才出現明顯增長的勢頭。

1.2 專利申請國家/地區布局分析

通過對比各個國家有關UASB反應器的專利申請量可以發現，中國、日本、美國是相關專利申請量最多的國家，其次是德國，這些國家和地區的科研實力雄厚，申請量較大不足為奇。值得一提的是加拿大、韓國、澳大利亞、荷蘭等國，其專利申請量幾乎分別占全部申請量的3%或4%，這一數字相當可觀，筆者認為這可能與當地比較重視環境保護有關。

2 重點技術分析

通過對國內外UASB反應器專利申請的技術主題進行梳理，得到主要技術分布，如圖1所示。其中，運行模式、結構及部件改進、反應器的啟動和應用是該領域專利申請主要涉及的技術主題，而對結構及部件的改進，主要涉及布水裝置、三相分離器及其他部件，對于反應器的啟動和應用，主要涉及顆粒污泥的快速培養、反應器的快速啟動以及不同水質的厭氧處理。

同時，按照國別對上述技術主題進行梳理可以發現，中國在UASB反應器專利申請中的比重超過45%。而國外，日本、美國申請量分別居第二、第三位，且國外申請的研究重點主要在三相分離器上，各國所占比重之和為55%。

2.1 運行模式

隨著UASB反應器不斷應用于工業，人們發現，污泥顆粒物化和污泥流失是影響UASB反應器運行效果的重要因素之一。1995年，美國申請了一種UASB反應器（US5441634A），通過在反應區中設置反射板，并回流內部污泥，構成內循環，改善了水力條件，促進了污泥沉降與氣液分離。隨后，德國、日本、中國、美國等國家陸續出現了UASB反應器內外循環模式，如DE10350502B3、JP2006-51490A、CN201923878U等在UASB反應器中采用內循環運行模式，無需外加動力，降低運行成本，而EP1806324A1、CN201065365Y等采用外循環模式，其具有抗沖擊能力強，出水水質好的特點。

2.2 布水裝置

進水分配系統的合理設計對UASB反應器的良好運行至關重要，布水均勻能減少反應器中短流和死角的問題，使泥水充分接觸混合，提高效率。因而，如何實現UASB反應器均勻布水也是本領域設計該類反應器需要重點考慮的問題。

荷蘭的巴奎斯股份有限公司早在1992年（NL9001654A）就申請了關于UASB反應器均勻布水的裝置，隨后DE102004021022B3、CN201201921Y、CN202337711U、CN202508923U等均是采用多點、多角度、多層次方式實現均勻布水，而DE102006032489A1、CN101481176A、CN201614321U等多是采用偏轉或旋轉方式實現均勻布水，從不同角度出發解決了布水均勻的問題。

2.3 三相分離器

三相分離裝置是UASB反應器的重要結構和設備，它對污泥床的正常運行和獲得良好的出水水質起著十分重要的作用，因而三相分離裝置也是設計UASB反應器時應重點考慮的因素。

德國的MARKL H早在1985年（DE3326879A1A）就申請了關于UASB反應器的氣液分離裝置，在縱向設置多種錐形板，內板頂部封閉構成氣室，外板頂部開放，板間的錐形空間可以引導氣體和水流，并實現氣液分離。隨后，各國對三相分離器均進行了研究，CN2220468Y、EP0808805A1、CN103043790A等均采用多級三相分離器，而JP特開平5-337490A、US2002/0000409A1、EP1205442A1、DE10031093A1等均是基于特定的使用過程對三相分離器的結構進行了適當改進，以提高氣液固分離效果。

2.4 其他結構改進

為保證UASB反應器的平穩運行，本領域技術人員也對攪拌方式、溫控設施、增設填料/載體等進行了研究。其中，攪拌方式主要包括機械攪拌方式（CN2652923Y）、生物氣循環攪拌方式（CN1986453A）和脈沖生物氣循環攪拌方式（CN101880085A）；溫控設施（CN101007678A）；增設填料/載體（CN101007679A、CN201762224U）。

2.5 反應器啟動和顆粒污泥培養

目前，UASB反應器的快速啟動和顆粒污泥的快速培養在我國研究較多，且多集中于高等院校和科研院所。其中，顆粒污泥的培養主要集中在厭氧氨氧化顆粒污泥、厭氧產氫顆粒污泥和自養脫氮顆粒污泥，如CN1608973A、CN101007678A、CN101805060A、CN102976483A等。

3 結語

本文通過對UASB反應器國內外專利申請的年度、國家/地區、技術主題的分析得出UASB反應器的技術演進情況，其主要集中于運行模式、結構及部件改進、反應器的啟動和應用等方面。其中，結構及部件改進主要涉及布水裝置、三相分離器、攪拌方式、增設填料/載體、溫控設施等。盡管我國相關研究起步較晚，但近年來，在高校和科研機構也得到了廣泛研究。因此，加強科研院所與企業的合作，有利于將我國的科研力量轉變為實際生產力，從而大大提高我國的綜合國力。

參考文獻：

[1]王凱軍，王曉惠.厭氧處理技術發展現狀與未來發展領域[J].中國沼氣，1999（4）：207-213.

[2]王靖文，黎明浩，甘雨，等.上流式厭氧污泥床反應器（UASB）技術的現狀與發展[J].廣州環境科學，2001（1）：1-4.

[3]武立民.聚四氟乙烯中空纖維膜制備方法專利技術綜述報告[J].審查業務通訊，2014（5）：1-9.