上流式厌氧污泥床（UASB）专利技术综述

王静　陆万祥

摘 要：上流式厌氧污泥床（UASB反应器）是目前废水厌氧处理中应用最广泛且最成功的厌氧反应装置之一。本文从运行模式、结构及部件改进、反应器的启动和颗粒污泥培养等方面对涉及UASB反应器的相关国内外专利申请进行了梳理，分析其年度变化趋势、国家/地区分布、主要技术主题的技术演进情况，以期对该领域的技术发展提供重要参考。

关键词：UASB反应器；运行模式；布水；三相分离器；专利

中图分类号：X789.03 文献标识码：A 文章编号：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

自荷兰Wageningen农业大学Lettinga等于20世纪70年代研制开发出上流式厌氧污泥床（UASB）反应器以来，荷兰、德国、瑞典、比利时和美国的研究者利用该反应器进行了大量小试或生产性试验，都取得了较好的结果。我国于1981年开始了UASB反应器的研究工作，在处理高浓度有机废水方面，已得到了实际的推广应用[1]。

上流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成，在底部反应區内存留大量厌氧污泥，污水从厌氧污泥床底部流入与污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，将其转化为沼气。由于沼气的搅动，在污泥床上部形成一个较低浓度的泥水混区域，沼气穿过水层进入气室，由导管导出；固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床[2-3]。

1 专利申请概况

1.1 专利申请的年度变化趋势

根据年代分布对UASB反应器的国内外申请进行梳理可以发现，1976年已经出现了有关UASB反应器的专利，但直至2000年前后，其相关申请量才出现明显增长的势头。

1.2 专利申请国家/地区布局分析

通过对比各个国家有关UASB反应器的专利申请量可以发现，中国、日本、美国是相关专利申请量最多的国家，其次是德国，这些国家和地区的科研实力雄厚，申请量较大不足为奇。值得一提的是加拿大、韩国、澳大利亚、荷兰等国，其专利申请量几乎分别占全部申请量的3%或4%，这一数字相当可观，笔者认为这可能与当地比较重视环境保护有关。

2 重点技术分析

通过对国内外UASB反应器专利申请的技术主题进行梳理，得到主要技术分布，如图1所示。其中，运行模式、结构及部件改进、反应器的启动和应用是该领域专利申请主要涉及的技术主题，而对结构及部件的改进，主要涉及布水装置、三相分离器及其他部件，对于反应器的启动和应用，主要涉及颗粒污泥的快速培养、反应器的快速启动以及不同水质的厌氧处理。

同时，按照国别对上述技术主题进行梳理可以发现，中国在UASB反应器专利申请中的比重超过45%。而国外，日本、美国申请量分别居第二、第三位，且国外申请的研究重点主要在三相分离器上，各国所占比重之和为55%。

2.1 运行模式

随着UASB反应器不断应用于工业，人们发现，污泥颗粒物化和污泥流失是影响UASB反应器运行效果的重要因素之一。1995年，美国申请了一种UASB反应器（US5441634A），通过在反应区中设置反射板，并回流内部污泥，构成内循环，改善了水力条件，促进了污泥沉降与气液分离。随后，德国、日本、中国、美国等国家陆续出现了UASB反应器内外循环模式，如DE10350502B3、JP2006-51490A、CN201923878U等在UASB反应器中采用内循环运行模式，无需外加动力，降低运行成本，而EP1806324A1、CN201065365Y等采用外循环模式，其具有抗冲击能力强，出水水质好的特点。

2.2 布水装置

进水分配系统的合理设计对UASB反应器的良好运行至关重要，布水均匀能减少反应器中短流和死角的问题，使泥水充分接触混合，提高效率。因而，如何实现UASB反应器均匀布水也是本领域设计该类反应器需要重点考虑的问题。

荷兰的巴奎斯股份有限公司早在1992年（NL9001654A）就申请了关于UASB反应器均匀布水的装置，随后DE102004021022B3、CN201201921Y、CN202337711U、CN202508923U等均是采用多点、多角度、多层次方式实现均匀布水，而DE102006032489A1、CN101481176A、CN201614321U等多是采用偏转或旋转方式实现均匀布水，从不同角度出发解决了布水均匀的问题。

2.3 三相分离器

三相分离装置是UASB反应器的重要结构和设备，它对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起着十分重要的作用，因而三相分离装置也是设计UASB反应器时应重点考虑的因素。

德国的MARKL H早在1985年（DE3326879A1A）就申请了关于UASB反应器的气液分离装置，在纵向设置多种锥形板，内板顶部封闭构成气室，外板顶部开放，板间的锥形空间可以引导气体和水流，并实现气液分离。随后，各国对三相分离器均进行了研究，CN2220468Y、EP0808805A1、CN103043790A等均采用多级三相分离器，而JP特开平5-337490A、US2002/0000409A1、EP1205442A1、DE10031093A1等均是基于特定的使用过程对三相分离器的结构进行了适当改进，以提高气液固分离效果。

2.4 其他结构改进

为保证UASB反应器的平稳运行，本领域技术人员也对搅拌方式、温控设施、增设填料/载体等进行了研究。其中，搅拌方式主要包括机械搅拌方式（CN2652923Y）、生物气循环搅拌方式（CN1986453A）和脉冲生物气循环搅拌方式（CN101880085A）；温控设施（CN101007678A）；增设填料/载体（CN101007679A、CN201762224U）。

2.5 反应器启动和颗粒污泥培养

目前，UASB反应器的快速启动和颗粒污泥的快速培养在我国研究较多，且多集中于高等院校和科研院所。其中，颗粒污泥的培养主要集中在厌氧氨氧化颗粒污泥、厌氧产氢颗粒污泥和自养脱氮颗粒污泥，如CN1608973A、CN101007678A、CN101805060A、CN102976483A等。

3 結语

本文通过对UASB反应器国内外专利申请的年度、国家/地区、技术主题的分析得出UASB反应器的技术演进情况，其主要集中于运行模式、结构及部件改进、反应器的启动和应用等方面。其中，结构及部件改进主要涉及布水装置、三相分离器、搅拌方式、增设填料/载体、温控设施等。尽管我国相关研究起步较晚，但近年来，在高校和科研机构也得到了广泛研究。因此，加强科研院所与企业的合作，有利于将我国的科研力量转变为实际生产力，从而大大提高我国的综合国力。

参考文献：

[1]王凯军，王晓惠.厌氧处理技术发展现状与未来发展领域[J].中国沼气，1999（4）：207-213.

[2]王靖文，黎明浩，甘雨，等.上流式厌氧污泥床反应器（UASB）技术的现状与发展[J].广州环境科学，2001（1）：1-4.

[3]武立民.聚四氟乙烯中空纤维膜制备方法专利技术综述报告[J].审查业务通讯，2014（5）：1-9.