我國(guó)污廢水處理領(lǐng)域?qū)＠貓D分析

王淼薇，雷一東

（復(fù)旦大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，上海200433）

我國(guó)是一個(gè)資源型缺水的國(guó)家，人均水資源不足世界水平的1／4.伴隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國(guó)用水量和排水量也在不斷增加.2009年我國(guó)污廢水排放量共計(jì)5.90×1013kg，其中，工業(yè)廢水排放量為2.35×1013kg，生活污水排放量3.35×1013kg.大量的生活污廢水和工業(yè)廢水給自然環(huán)境與人工處理系統(tǒng)帶來(lái)了空前的壓力，同時(shí)也在一定程度上加劇了國(guó)內(nèi)水資源的水質(zhì)型短缺.面對(duì)資源型缺水和水質(zhì)型缺水以及環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，污廢水處理回用是應(yīng)對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的戰(zhàn)略選擇.

從技術(shù)角度來(lái)看，對(duì)傳統(tǒng)工藝的改造或開(kāi)發(fā)新型替代工藝，發(fā)展具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、處理效果好且高效率低能耗的污廢水處理技術(shù)，是當(dāng)前我國(guó)生活污廢水和工業(yè)廢水領(lǐng)域的一項(xiàng)主要任務(wù).據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2010》顯示，目前我國(guó)現(xiàn)有污廢水處理技術(shù)專(zhuān)利囊括了冶金、作業(yè)、運(yùn)輸、固定建筑物、機(jī)械工程、照明、加熱、武器、爆破等在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域.其中，大部分專(zhuān)利集中在化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，占全部專(zhuān)利的69.9%；生物方面與物理領(lǐng)域的分布相對(duì)較少.為了進(jìn)一步探究近年來(lái)我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利的戰(zhàn)略布局和發(fā)展動(dòng)向，本文采用專(zhuān)利地圖方法進(jìn)行詳細(xì)的分析和討論.

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 專(zhuān)利地圖的理論和應(yīng)用

專(zhuān)利地圖（PatentMap）由各種與專(zhuān)利相關(guān)的資料信息或者專(zhuān)利公開(kāi)出版物，以統(tǒng)計(jì)分析方法，加以縝密及精細(xì)剖析整理制成各種可分析解讀的圖表訊息，使其具有類(lèi)似地圖指向功能[1].由于具有類(lèi)似地圖的指向功能，專(zhuān)利地圖是指導(dǎo)政府部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)、高新企業(yè)進(jìn)行專(zhuān)利戰(zhàn)略布局和專(zhuān)利技術(shù)研發(fā)的有效分析手段[2].根據(jù)專(zhuān)利分析的目的選擇可以將專(zhuān)利地圖分為兩大類(lèi):專(zhuān)利管理地圖（ManagementPM）和專(zhuān)利技術(shù)地圖（TechnicalPM）.其中，管理圖主要包括專(zhuān)利發(fā)展動(dòng)向圖、專(zhuān)利地區(qū)分布圖、專(zhuān)利結(jié)構(gòu)圖等，技術(shù)圖主要包括專(zhuān)利技術(shù)生命周期圖、專(zhuān)利技術(shù)功效圖等.

專(zhuān)利地圖研究方法自提出以來(lái)，因其能夠詳細(xì)揭示現(xiàn)有知識(shí)來(lái)源、預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向以及為未來(lái)創(chuàng)新提供思路等優(yōu)勢(shì)[3－4]，而被廣泛運(yùn)用到許多具體的實(shí)證模型分析以及研發(fā)戰(zhàn)略的宏觀規(guī)劃中去，例如韓國(guó)和我國(guó)學(xué)者分別用專(zhuān)利地圖方法研究了本國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)[5]和新能源領(lǐng)域[2]的發(fā)展情況，詳細(xì)總結(jié)分析了各自行業(yè)的發(fā)展動(dòng)向、區(qū)域分布、技術(shù)功效等.專(zhuān)利地圖在運(yùn)用中也在不斷發(fā)展，新的方法被不斷提出，如基于關(guān)鍵詞的專(zhuān)利地圖分析法[3]等.同時(shí)更有越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)專(zhuān)利地圖的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)，內(nèi)容包括了專(zhuān)利地圖的典型研究方法、影響因素以及分析技巧等多個(gè)方面[6－10].但總體看來(lái)，專(zhuān)利地圖在污水處理領(lǐng)域的研究還比較少，本文在借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，基于專(zhuān)利地圖的理論和方法對(duì)我國(guó)生活污廢水和工業(yè)廢水相關(guān)專(zhuān)利進(jìn)行研究，旨在反映我國(guó)污廢水處理水平和相關(guān)技術(shù)積累的軌跡，同時(shí)也為新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新提供參考.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文中生活污廢水和工業(yè)廢水處理技術(shù)主要包括處理方法、處理工藝、設(shè)備、處理過(guò)程中使用的藥劑等.根據(jù)以上范圍，檢索中國(guó)1985年至2011年8月間公開(kāi)的所有專(zhuān)利（年度申請(qǐng)專(zhuān)利），主題詞分為關(guān)鍵主題詞和相關(guān)主題詞兩類(lèi)，其中相關(guān)主題詞包括處理方法、工藝設(shè)備和污染物藥劑三部分，共檢索得到相關(guān)污廢水處理專(zhuān)利51972件.

2 基于專(zhuān)利地圖的數(shù)據(jù)分析

2.1 污廢水處理專(zhuān)利管理圖分析

2.1.1 污廢水處理專(zhuān)利發(fā)展動(dòng)向

自1985年以來(lái)，我國(guó)污廢水處理方面的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量一直在不斷增加.1985年至1998年，污廢水處理專(zhuān)利的申請(qǐng)數(shù)量始終保持平穩(wěn)增長(zhǎng)；1998年至2004年，污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)的增長(zhǎng)速度有所上升，專(zhuān)利申請(qǐng)步伐逐漸加快；2004年以后，污廢水處理專(zhuān)利呈直線(xiàn)上升趨勢(shì)，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量迅速增長(zhǎng)（圖1）.由此可見(jiàn)，在我國(guó)生活污廢水和工業(yè)廢水的排放量不斷增加，水資源污染日益凸顯的同時(shí)，我國(guó)的污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)也在迅速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)污廢水的處理事業(yè)的發(fā)展.

進(jìn)一步探究污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)量的增長(zhǎng)原因發(fā)現(xiàn):首先，制約于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度、科技水平以及相關(guān)環(huán)境政策的滯后，我國(guó)污廢水處理方面的專(zhuān)利申請(qǐng)相較于發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展較為緩慢，尤其是在1985年至1998年期間.其次，除科學(xué)技術(shù)自身更新?lián)Q代外，1998年以后專(zhuān)利申請(qǐng)步伐逐漸加快，很大程度上可能得益于“九五”以后國(guó)家基于環(huán)境保護(hù)提出的“一控雙達(dá)標(biāo)”政策以及《水污染防治法》、《水污染防治法實(shí)施細(xì)則》等相關(guān)法律體系建設(shè)的出臺(tái)實(shí)施，使得催生污廢水處理專(zhuān)利發(fā)展的外部環(huán)境更為成熟完善；而2004年以后，污廢水處理專(zhuān)利呈直線(xiàn)上升趨勢(shì)，這與我國(guó)在“十一五”期間進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)污染物減排有著緊密的的聯(lián)系.

專(zhuān)利申請(qǐng)人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在我國(guó)污廢水處理的專(zhuān)利申請(qǐng)中，本土申請(qǐng)（注冊(cè)在中國(guó)的法人以及國(guó)籍為中國(guó)籍的自然人）占92.24%，占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；國(guó)外申請(qǐng)（注冊(cè)地非中國(guó)的法人以及國(guó)籍為非中國(guó)籍的自然人）占7.76%，表明國(guó)外的企業(yè)也已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注中國(guó)的污廢水處理技術(shù)的市場(chǎng)，并在中國(guó)申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利.

2.1.2 污廢水處理專(zhuān)利地區(qū)分布圖

匯總我國(guó)各省（自治區(qū)、直轄市）的污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量，得到我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利的主要地區(qū)分布（圖2）.結(jié)果顯示，不同地區(qū)間情況差異較大.其中，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量最多的有5 792件（北京市），最少的為2件.進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，全國(guó)各省份污廢水處理專(zhuān)利分布呈現(xiàn)明顯的地區(qū)特征，即東部地區(qū)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量較多，而中西部地區(qū)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量較少.

圖1 我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利發(fā)展動(dòng)向圖Fig.1 Development trends of patents on sewage and wastewater treatment in China

進(jìn)一步分析全國(guó)污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)人排名發(fā)現(xiàn)，高校和科研機(jī)構(gòu)是我國(guó)污廢水處理領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的主要力量，浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、南京大學(xué)、中科院生態(tài)環(huán)境研究中心、華南理工大學(xué)、中石化股份有限公司、山東大學(xué)、上海交通大學(xué)等是10所專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量貢獻(xiàn)最大的單位.少量科技企業(yè)也為我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利的申請(qǐng)做出了不小的貢獻(xiàn)，部分躋身全國(guó)污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)人排名前30，如上海萬(wàn)森水處理有限公司、北京能拓高科技有限公司等.

分析我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利的主要地區(qū)分布情況差異主要來(lái)自于:一方面東部地區(qū)集中了國(guó)內(nèi)科研能力較強(qiáng)的大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)，對(duì)地區(qū)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量貢獻(xiàn)能力較強(qiáng)；另一方面東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了地區(qū)高新技術(shù)企業(yè)對(duì)科研的投入，使得企業(yè)的專(zhuān)利申請(qǐng)逐漸增多.

2.1.3 污廢水處理專(zhuān)利結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)對(duì)污廢水處理專(zhuān)利結(jié)構(gòu)圖（圖3、圖4）的分析，可以發(fā)現(xiàn):我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)主要以發(fā)明和實(shí)用新型為主，外觀專(zhuān)利較少，這可能主要由于外觀專(zhuān)利多用于日用產(chǎn)品，而污廢水處理多注重技術(shù)方法所致.由于發(fā)明專(zhuān)利比實(shí)用新型專(zhuān)利的專(zhuān)業(yè)要求更高，獲批時(shí)間上也長(zhǎng)，因此本文更主要關(guān)注發(fā)明專(zhuān)利，總結(jié)我國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)排名前5的省份發(fā)現(xiàn)，高校和科研機(jī)構(gòu)是國(guó)內(nèi)污廢水處理領(lǐng)域發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的主要力量.北京市發(fā)明申請(qǐng)人的前15位排名中高校占據(jù)6席；上海市、山東省申請(qǐng)人的前15位排名中分別有高校有6所、科研機(jī)構(gòu)有2所；江蘇、廣東省申請(qǐng)人的前15位排名也是以高校和科研機(jī)構(gòu)居多.同時(shí)，這5個(gè)省份發(fā)明專(zhuān)利的申請(qǐng)中，排名前15位里也都有少量科技企業(yè)的出現(xiàn)，但申請(qǐng)數(shù)量并不多，最高50件左右.

圖2 我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利的地區(qū)分布圖Fig.2 Distribution of patents on sewage and wastewater treatment in China

全部專(zhuān)利中，本土申請(qǐng)有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)外申請(qǐng)的專(zhuān)利中發(fā)明專(zhuān)利占主要比重，間接反映國(guó)外申請(qǐng)的專(zhuān)利雖然數(shù)量較少但整體質(zhì)量較高.從整體申請(qǐng)人分類(lèi)來(lái)看，我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利以個(gè)人（其他）申請(qǐng)居多，占整體的53.51%，公司申請(qǐng)的部分占全部申請(qǐng)量的33.45%.申請(qǐng)人中大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是他們的專(zhuān)利申請(qǐng)量分布較為集中；相比之下，其他形式的專(zhuān)利申請(qǐng)人擁有的專(zhuān)利數(shù)量較為分散.因此，高校和科研機(jī)構(gòu)也是國(guó)內(nèi)污廢水處理領(lǐng)域發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的主要力量.

2.2 污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)圖分析

2.2.1 污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)生命周期

根據(jù)專(zhuān)利申請(qǐng)量與專(zhuān)利申請(qǐng)人數(shù)量的變化關(guān)系，研究繪制出1985至2010年出我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)生命周期圖（圖5）.對(duì)比參考一般專(zhuān)利技術(shù)生命全周期示意圖[8]可以看出，自1985年以來(lái)，我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利申請(qǐng)量與專(zhuān)利申請(qǐng)人數(shù)量基本呈直線(xiàn)上升趨勢(shì)，幾乎沒(méi)有行業(yè)起步期的平緩發(fā)展階段，也沒(méi)有過(guò)多的增長(zhǎng)拐點(diǎn)，始終在專(zhuān)利申請(qǐng)量與專(zhuān)利申請(qǐng)人數(shù)量之間保持穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì).因此，本文認(rèn)為在1985～2010年期間內(nèi)，我國(guó)污廢水專(zhuān)利的申請(qǐng)一直處于專(zhuān)利生命周期的發(fā)展期.樣本中的起始年份1985年并非污廢水處理行業(yè)的起步時(shí)期，早在1985年之前就在我國(guó)出現(xiàn)興起，并持續(xù)發(fā)展至今，所以污廢水處理行業(yè)并非新興產(chǎn)業(yè).

2.2.2 污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)功效

圖5 污廢水處理專(zhuān)利生命周期圖Fig.5 Patent life cycle on sewage and wastewater treatment

進(jìn)一步選取我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利中排名前10位（表1，表中黑色實(shí)線(xiàn)表示在不同污廢水處理專(zhuān)利大組分類(lèi)號(hào)中所申請(qǐng)的專(zhuān)利數(shù)量）的國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)（International Patent Classification，以下簡(jiǎn)稱(chēng)IPC）進(jìn)行了污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)功效圖分析（圖6），其中污廢水處理技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)量前3位依次是C02F1／00（水、廢水或污廢水的化學(xué)或物理處理），共有17 112件，占污廢水領(lǐng)域總專(zhuān)利申請(qǐng)量的32.93%；C02F9／00（水、廢水或污水的多級(jí)處理），共有7 418件；C02F3／00（水、廢水或污水的生物處理），共有6 148件.由此可見(jiàn)，目前我國(guó)污廢水領(lǐng)域的相關(guān)處理技術(shù)更傾向于采用多級(jí)處理，這與污廢水的水質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜、處理難度越來(lái)越高有關(guān)；傳統(tǒng)的生物處理方法也是國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)技術(shù)，目前受到了較多的關(guān)注.

圖6 污廢水處理專(zhuān)利技術(shù)功效圖Fig.6 Patent technology performance maps on sewage and wastewater treatment

表1 污廢水處理專(zhuān)利中排名前十位的IPC大組分類(lèi)號(hào)Tab.1 Ranked in the top tenof International Patent Classification on sewage and wastewater treatment

3 結(jié) 論

運(yùn)用專(zhuān)利地圖對(duì)我國(guó)污廢水處理領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)情況進(jìn)行了實(shí)證分析，主要結(jié)論如下:

（1）目前，我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利正處于快速發(fā)展階段.自1985年以來(lái)，相關(guān)專(zhuān)利數(shù)量和申請(qǐng)人數(shù)量都在不斷上升，2004年后呈現(xiàn)直線(xiàn)增長(zhǎng)，可見(jiàn)近年來(lái)我國(guó)污廢水處理行業(yè)受到多方關(guān)注，行業(yè)發(fā)展十分迅速.但伴隨著近年來(lái)污廢水排放量的逐年增多，污水成分的日益復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)狀況，未來(lái)污廢水處理相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利還有進(jìn)一步發(fā)展的空間和潛力.

（2）我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利的申請(qǐng)目前主要集中在東部地區(qū)，中部和西部地區(qū)還相對(duì)落后，今后中西部地區(qū)應(yīng)積極加強(qiáng)和東部地區(qū)的合作，增強(qiáng)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和公司的輻射能力，同時(shí)還可以適當(dāng)采取地區(qū)鼓勵(lì)和扶持政策，支持污廢水處理專(zhuān)利的全面發(fā)展.

（3）我國(guó)污廢水處理領(lǐng)域?qū)＠?lèi)型結(jié)構(gòu)主要以發(fā)明和實(shí)用新型專(zhuān)利為主，外觀專(zhuān)利較少.而在污廢水處理專(zhuān)利權(quán)屬結(jié)構(gòu)中，個(gè)人申請(qǐng)占比較重，大學(xué)和科研性機(jī)構(gòu)雖然在數(shù)量上不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是他們的專(zhuān)利申請(qǐng)量分布較為集中.因此，為了污廢水處理專(zhuān)利的進(jìn)一步發(fā)展，建議保持目前個(gè)人申請(qǐng)較多的活躍態(tài)勢(shì)，鼓動(dòng)更多的人參與到污廢水處理專(zhuān)利中來(lái)，進(jìn)一步推動(dòng)污廢水處理行業(yè)的發(fā)展.與此同時(shí)，要進(jìn)一步推動(dòng)學(xué)院和研究院的科研發(fā)展，爭(zhēng)取在污廢水處理領(lǐng)取取得更大的突破.

（4）目前我國(guó)污廢水處理專(zhuān)利中污廢水處理（包含多級(jí)處理）和生物處理所占比重較大.一方面這是我國(guó)污廢水的水質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜、處理難度越來(lái)越高的必然結(jié)果；另一方面也顯示了我國(guó)污廢水處理行業(yè)的技術(shù)發(fā)展還存在一定的局限性.未來(lái)可以以人類(lèi)生活需要等因素為基礎(chǔ)，深入其他領(lǐng)取的污廢水處理技術(shù)的研究.政府也可以根據(jù)實(shí)際情況，為研發(fā)單位提供經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的支持和鼓勵(lì).

致謝:本文的專(zhuān)利數(shù)據(jù)檢索工作由上海漢光知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)科技有限公司趙絲絲等協(xié)助完成.

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