王靜　陸萬祥

摘 要：上流式厭氧污泥床（UASB反應(yīng)器）是目前廢水厭氧處理中應(yīng)用最廣泛且最成功的厭氧反應(yīng)裝置之一。本文從運行模式、結(jié)構(gòu)及部件改進、反應(yīng)器的啟動和顆粒污泥培養(yǎng)等方面對涉及UASB反應(yīng)器的相關(guān)國內(nèi)外專利申請進行了梳理，分析其年度變化趨勢、國家/地區(qū)分布、主要技術(shù)主題的技術(shù)演進情況，以期對該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供重要參考。

關(guān)鍵詞：UASB反應(yīng)器；運行模式；布水；三相分離器；專利

中圖分類號：X789.03 文獻(xiàn)標(biāo)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(nóng)業(yè)大學(xué)Lettinga等于20世紀(jì)70年代研制開發(fā)出上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器以來，荷蘭、德國、瑞典、比利時和美國的研究者利用該反應(yīng)器進行了大量小試或生產(chǎn)性試驗，都取得了較好的結(jié)果。我國于1981年開始了UASB反應(yīng)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(yīng)用[1]。

上流式厭氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成，在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)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(zhuǎn)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(qū)域，沼氣穿過水層進入氣室，由導(dǎo)管導(dǎo)出；固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)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(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)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(jù)年代分布對UASB反應(yīng)器的國內(nèi)外申請進行梳理可以發(fā)現(xiàn)，1976年已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)UASB反應(yīng)器的專利，但直至2000年前后，其相關(guān)申請量才出現(xiàn)明顯增長的勢頭。

1.2 專利申請國家/地區(qū)布局分析

通過對比各個國家有關(guān)UASB反應(yīng)器的專利申請量可以發(fā)現(xiàn)，中國、日本、美國是相關(guān)專利申請量最多的國家，其次是德國，這些國家和地區(qū)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(shù)字相當(dāng)可觀，筆者認(rèn)為這可能與當(dāng)?shù)乇容^重視環(huán)境保護有關(guān)。

2 重點技術(shù)分析

通過對國內(nèi)外UASB反應(yīng)器專利申請的技術(shù)主題進行梳理，得到主要技術(shù)分布，如圖1所示。其中，運行模式、結(jié)構(gòu)及部件改進、反應(yīng)器的啟動和應(yīng)用是該領(lǐng)域?qū)＠暾堉饕婕暗募夹g(shù)主題，而對結(jié)構(gòu)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(yīng)器的啟動和應(yīng)用，主要涉及顆粒污泥的快速培養(yǎng)、反應(yīng)器的快速啟動以及不同水質(zhì)的厭氧處理。

同時，按照國別對上述技術(shù)主題進行梳理可以發(fā)現(xiàn)，中國在UASB反應(yīng)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(yīng)器不斷應(yīng)用于工業(yè)，人們發(fā)現(xiàn)，污泥顆粒物化和污泥流失是影響UASB反應(yīng)器運行效果的重要因素之一。1995年，美國申請了一種UASB反應(yīng)器（US5441634A），通過在反應(yīng)區(qū)中設(shè)置反射板，并回流內(nèi)部污泥，構(gòu)成內(nèi)循環(huán)，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(xù)出現(xiàn)了UASB反應(yīng)器內(nèi)外循環(huán)模式，如DE10350502B3、JP2006-51490A、CN201923878U等在UASB反應(yīng)器中采用內(nèi)循環(huán)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(huán)模式，其具有抗沖擊能力強，出水水質(zhì)好的特點。

2.2 布水裝置

進水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計對UASB反應(yīng)器的良好運行至關(guān)重要，布水均勻能減少反應(yīng)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(xiàn)UASB反應(yīng)器均勻布水也是本領(lǐng)域設(shè)計該類反應(yīng)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(guān)于UASB反應(yīng)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(xiàn)均勻布水，而DE102006032489A1、CN101481176A、CN201614321U等多是采用偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)方式實現(xiàn)均勻布水，從不同角度出發(fā)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(yīng)器的重要結(jié)構(gòu)和設(shè)備，它對污泥床的正常運行和獲得良好的出水水質(zhì)起著十分重要的作用，因而三相分離裝置也是設(shè)計UASB反應(yīng)器時應(yīng)重點考慮的因素。

德國的MARKL H早在1985年（DE3326879A1A）就申請了關(guān)于UASB反應(yīng)器的氣液分離裝置，在縱向設(shè)置多種錐形板，內(nèi)板頂部封閉構(gòu)成氣室，外板頂部開放，板間的錐形空間可以引導(dǎo)氣體和水流，并實現(xiàn)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(jié)構(gòu)進行了適當(dāng)改進，以提高氣液固分離效果。

2.4 其他結(jié)構(gòu)改進

為保證UASB反應(yīng)器的平穩(wěn)運行，本領(lǐng)域技術(shù)人員也對攪拌方式、溫控設(shè)施、增設(shè)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(huán)攪拌方式（CN1986453A）和脈沖生物氣循環(huán)攪拌方式（CN101880085A）；溫控設(shè)施（CN101007678A）；增設(shè)填料/載體（CN101007679A、CN201762224U）。

2.5 反應(yīng)器啟動和顆粒污泥培養(yǎng)

目前，UASB反應(yīng)器的快速啟動和顆粒污泥的快速培養(yǎng)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(yǎng)主要集中在厭氧氨氧化顆粒污泥、厭氧產(chǎn)氫顆粒污泥和自養(yǎng)脫氮顆粒污泥，如CN1608973A、CN101007678A、CN101805060A、CN102976483A等。

3 結(jié)語

本文通過對UASB反應(yīng)器國內(nèi)外專利申請的年度、國家/地區(qū)、技術(shù)主題的分析得出UASB反應(yīng)器的技術(shù)演進情況，其主要集中于運行模式、結(jié)構(gòu)及部件改進、反應(yīng)器的啟動和應(yīng)用等方面。其中，結(jié)構(gòu)及部件改進主要涉及布水裝置、三相分離器、攪拌方式、增設(shè)填料/載體、溫控設(shè)施等。盡管我國相關(guān)研究起步較晚，但近年來，在高校和科研機構(gòu)也得到了廣泛研究。因此，加強科研院所與企業(yè)的合作，有利于將我國的科研力量轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H生產(chǎn)力，從而大大提高我國的綜合國力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王凱軍，王曉惠.厭氧處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展領(lǐng)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(yīng)器（UASB）技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].廣州環(huán)境科學(xué)，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(shù)綜述報告[J].審查業(yè)務(wù)通訊，2014（5）：1-9.