大數(shù)據(jù)分析中國污水處理研發(fā)和專利現(xiàn)狀

徐　涵

（1福建新大陸環(huán)保建設工程有限公司福建福州3500152環(huán)保研究院新大陸科技集團有限公司福建福州350015 3福建農(nóng)林大學園藝學院福建福州3500024法國圖盧茲綜合科學研究所（IRIT-ARI）法國圖盧茲31300）

大數(shù)據(jù)分析中國污水處理研發(fā)和專利現(xiàn)狀

徐涵1，2，3，4

（1福建新大陸環(huán)保建設工程有限公司福建福州3500152環(huán)保研究院新大陸科技集團有限公司福建福州350015 3福建農(nóng)林大學園藝學院福建福州3500024法國圖盧茲綜合科學研究所（IRIT-ARI）法國圖盧茲31300）

為評價我國污水處理技術發(fā)展現(xiàn)狀，通過大數(shù)據(jù)將污水處理學術研究數(shù)據(jù)和專利授權數(shù)據(jù)進行歸集分析，特別是對污水處理相關的新材料、新技術、新工藝以及相關的社會科學類研究進行了解析。結(jié)果顯示，大眾媒體對污水話題顯示出高的關注度。污水處理的學術研究數(shù)據(jù)（DAR）包含了自2000年至2015年的約11.6萬條信息，其在2011年前每年都快速增加，之后呈現(xiàn)起伏狀態(tài)；DAR理工類研發(fā)數(shù)據(jù)約占93%，社科類研究比例較小（11%）并基本保持平穩(wěn)。DAR中的設備、濾料、工藝等污水處理的核心技術占比各為8%、1%、7%。污水處理相關專利包含了自2000年至2015年的約1.4萬條授權信息，年度專利授權數(shù)量在2007年前穩(wěn)步增加，之后呈加速增長趨勢；該專利數(shù)據(jù)中設備類專利約占93%，濾料類39%、工藝類27%。由于存在領域和學科的交叉，本大數(shù)據(jù)為交集數(shù)據(jù)?；诖髷?shù)據(jù)分析，對污水處理的發(fā)展進行了討論。

污水；設備；濾料；技術；工藝；專利；大數(shù)據(jù)

1　前言

隨著我國對生態(tài)環(huán)境的重視，全國《水污染防治行動計劃》（2015年4月頒布，簡稱水十條）《土壤污染防治行動計劃》（2016年5月頒布，簡稱土十條）和《大氣污染防治行動計劃》（2016年5月頒布，簡稱土十條）及各省市相應的環(huán)保目標定位，生態(tài)環(huán)境隨著環(huán)保技術及產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會得到極大的改善。要完成“十三五”規(guī)劃和上述計劃的目標，必然要求我國盡快發(fā)展污水處理的高端研發(fā)和高技術企業(yè)，加快工程實施和知識產(chǎn)權的推廣和保護。本文旨在對近年我國污水處理技術行業(yè)的大數(shù)據(jù)進行分析，為促進生態(tài)建設、環(huán)保研發(fā)和推動行業(yè)發(fā)展提供參考。

2　數(shù)據(jù)采集及分析方法

以百度搜索、百度高級搜索、百度學術搜索等百度搜索引擎進行公眾媒體類的數(shù)據(jù)搜索和歸集。

學術研究文獻數(shù)據(jù)由中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫查詢和收集。專利文獻由國家知識產(chǎn)權局專利數(shù)據(jù)庫檢索和收集。CNKI數(shù)據(jù)庫的第一層次檢索以“污水”為標題檢索詞進行檢索收集；次級檢索對理工類數(shù)據(jù)及社科類數(shù)據(jù)進行檢索收集，或?qū)π袠I(yè)或領域數(shù)據(jù)進行檢索收集，分設備、濾料、工藝三個部分，同時也關注相應的理工類及社科類數(shù)據(jù)作為第三級檢索，最后以年度作為時間軸進行數(shù)據(jù)歸集。次級檢索詞設置為：主題“設備”并含“污水”，以“或者”關系做篇名檢索。多個檢索詞的聯(lián)合檢索按數(shù)據(jù)庫的檢索規(guī)則覆蓋所檢索行業(yè)或領域。對本世紀以來2000-2015年共16年的數(shù)據(jù)按不同學科、行業(yè)或領域及時間進行歸集、統(tǒng)計和比對，并依之探討對應領域的發(fā)展狀況。

檢索詞設定參考了給排水領域機械類手冊中的設備詞匯。污水處理設備類數(shù)據(jù)檢索和收集使用設備檢索詞組合。首先以污水設備為主題，在全數(shù)據(jù)庫進行全時段、全領域檢索收集；然后進行次級檢索。在“設備、裝置、系統(tǒng)、控制箱、控制柜、機械、器、閥、槽、管、泵、車、件、網(wǎng)、板、閘、柵、塔”中分別通過搜索相應的文獻量對搜索詞的權重程度排序，得到：設備、裝置、泵、器、機、網(wǎng)、塔、槽等排序。為避免擴大檢索詞范圍將導致非核心設備類的文獻的混入，以前6個關鍵詞進行篇名聯(lián)合檢索和收集。污水處理濾料類的數(shù)據(jù)以篇名聯(lián)合檢索進行收集，使用檢索詞組合“污水、濾料、分子篩、陶粒、MBR”。污水處理工藝處理類的數(shù)據(jù)以主題和篇名聯(lián)合檢索進行收集，主題檢索詞為“污水”和“工藝”，使用篇名檢索“污水、應用”或“污水、方法”。文理科數(shù)據(jù)分類按CNKI總學術領域分類進行，其中“信息科學”的新聞與傳媒、出版、圖書情報與數(shù)字圖書館、檔案及博物館等學科分為社科類數(shù)據(jù)。

專利數(shù)據(jù)按照國家知識產(chǎn)權局專利檢索規(guī)定檢索式進行檢索。專利數(shù)據(jù)的檢索和歸集原則和技術路線與CNKI研發(fā)文獻的數(shù)據(jù)庫檢索的情況相同。由于專利文獻的檢索方式與CNKI數(shù)據(jù)庫不盡相同，因此根據(jù)該數(shù)據(jù)庫檢索規(guī)則，設備類數(shù)據(jù)收集的檢索選權重較大的檢索詞“設備、裝置、系統(tǒng)、控制箱、控制柜、機械、器、閥、槽、管、泵、車、件、網(wǎng)、板、閘、柵”作為檢索詞組合進行摘要檢索；濾料類數(shù)據(jù)收集的檢索使用“濾料、活性炭、分子篩、處理劑、凈化劑、菌劑、凝膠、復合材料、絮凝劑、穩(wěn)定劑、消除劑、膜、陶粒、粉劑、顆粒、微球、納米球、陶瓷、海綿、過濾、吸附、催化、分解、降解”作為檢索詞組合；工藝類數(shù)據(jù)收集使用檢索詞組合“工藝、方法、應用”。年度專利數(shù)據(jù)的歸集按專利公告日劃分。專利數(shù)據(jù)無社科類數(shù)據(jù)歸集分析。

數(shù)據(jù)歸集使用檢索詞組方式獨立進行，數(shù)據(jù)集保持度各自檢索獨立，之間不進行換算。由于跨領域和跨學科的情況存在，各數(shù)據(jù)集有部分交叉，因此本文統(tǒng)計數(shù)據(jù)為交集數(shù)據(jù)，不為簡單相加的集合。所收集的數(shù)據(jù)以Excel進行分析。本文大數(shù)據(jù)主要含蓋中文數(shù)據(jù)資料。

3　結(jié)果

3.1公共媒體數(shù)據(jù)

以百度為公共媒體搜索引擎，不同的搜索時段和搜索方式可以得到相應數(shù)據(jù)。截止到2016年6月30日，以“污水”為關鍵詞，用不同的百度搜索引擎進行全時段檢索，得到如表1所示數(shù)據(jù)。

表1　公共媒體對生態(tài)環(huán)境的大數(shù)據(jù)（2016-06-30）單位：萬條

3.2學術數(shù)據(jù)

截止2016年6月30，以“污水”為主題詞通過知網(wǎng)學術文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢，搜索到138207條結(jié)果，本世紀以來（2000-2015年）116137篇信息（污水處理學術研究數(shù)據(jù)，DAR），其中，基礎、工程、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥類及信息科技中的無線電、電信、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、自動化類（簡稱污水理工類數(shù)據(jù)）107510篇、哲學、人文、社會、經(jīng)濟管理及信息科技中新聞、出版、圖書、檔案類（簡稱污水社科類數(shù)據(jù)）12282篇。其本世紀以來截止到2015年底的數(shù)據(jù)年度分布如圖1所示。理工類數(shù)據(jù)和社科類數(shù)據(jù)之和超出總數(shù)據(jù)數(shù)的文獻屬于交叉學科內(nèi)容。

DAR在2000年至2015年的分布顯示，在2011年前DAR每年都快速增加，之后呈現(xiàn)起伏狀態(tài)；其中理工類研發(fā)數(shù)據(jù)量占總DAR 93%，發(fā)展趨勢與總數(shù)據(jù)所顯示的基本一致；社科類研究比例較小（11%），在2004至2007年之間出現(xiàn)過小幅度上升，之后基本保持平穩(wěn)。在DAR中，設備、濾料、工藝等污水處理的數(shù)據(jù)占比各為8%、1%、7%。

圖1　21世紀（2000-2015年）中國污水處理研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖

以污水設備檢索詞組合通過知網(wǎng)學術文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢，檢索到10973條信息。本世紀以來（2000-2015年）查詢到設備類學術文獻8745篇（簡稱污水處理設備研究總數(shù)據(jù)），其中理工類8229？篇（占設備總數(shù)據(jù)94%）、社科類782篇，近年分布如圖2所示。理工類數(shù)據(jù)和社科類數(shù)據(jù)之和超出污水設備總數(shù)據(jù)量的文獻屬于交叉學科內(nèi)容。

圖2　21世紀（2000-2015年）中國污水處理設備研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖

以濾料檢索詞組合通過知網(wǎng)學術文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢我國污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)，檢索到污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)1499條信息。本世紀以來（2000年—2015年）查詢到污水處理類學術文獻1394篇（簡稱污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)），其中理工類1399？篇（約占濾料總數(shù)據(jù)100%）、社科類5篇，近年分布如圖3所示。2000年至2015年間我國污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)顯示，除2002年和2010年度各有一個大幅增長外，其他年份研究呈穩(wěn)定增長趨勢。2015年有小幅回落。

圖3　21世紀（2000-2015年）中國污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖

以工藝檢索詞組合通過知網(wǎng)學術文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢我國污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)，檢索到污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)9027條信息。本世紀以來（2000-2015年）查詢到設備類學術文獻7962篇（簡稱污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)），其中理工類7898？篇（占濾料總數(shù)據(jù)99%）、社科類83篇（占濾料總數(shù)據(jù)1%）；其近年分布如圖4所示。

圖4　本世紀（2000-2015年）中國污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖

3.3專利數(shù)據(jù)

以污水、污水處理設備、污水處理濾料和污水處理工藝等檢索詞組合通過專利文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢。由于數(shù)據(jù)庫檢索指令及其檢索功能匹配程度不穩(wěn)定，搜索得到的數(shù)據(jù)出入較大。因此檢索結(jié)果以檢索數(shù)交穩(wěn)定的數(shù)據(jù)集進行歸集統(tǒng)計和分析。

自我國1985年實施專利法至今，涉及污水處理的相關專利申請數(shù)約2.8萬件，其中授權專利約1.7萬件，專利授權率約60%。

本世紀以來（2000-2015年），污水處理相關專利授權總數(shù)1.4萬件，占1985年以來全部污水處理相關專利總數(shù)的60%。其中，2000-2015年污水處理設備專利授權數(shù)1.3萬件，占同期污水處理專利總數(shù)的93%；污水處理濾料專利占污水處理專利總數(shù)的39%，污水處理工藝專利占污水處理專利總數(shù)的27%。污水處理專利總數(shù)據(jù)和設備類、濾料類和工藝類各分項數(shù)據(jù)及其近年的年度分布如圖5所示。

圖5　本世紀（2000-2015年）中國污水處理行業(yè)專利總數(shù)據(jù)及其設備類、濾料類和工藝類分項數(shù)據(jù)年度分布圖

4　結(jié)語

本文學術和專利的大數(shù)據(jù)都分為總數(shù)據(jù)和分項數(shù)據(jù)兩個層次的數(shù)據(jù)。分項數(shù)據(jù)為所使用索引詞組合為核心的數(shù)據(jù)群，由于技術、材料和工藝都是多功能的、可適用于多種領域，因此分項數(shù)據(jù)群之間存在交叉，各分項數(shù)據(jù)之和大于總數(shù)據(jù)。因此，本文所列數(shù)據(jù)和曲線應以相互交叉的交集數(shù)據(jù)使用，而不是簡單的相加關系。

以百度公眾媒體信息量為例進行比較，可以看出社會各界對污水很高的關注度；該公眾媒體數(shù)據(jù)量比學術界和專利兩個信息量之和高出3個數(shù)量級。特別是對環(huán)境污染突發(fā)事件、民眾切身利益處理和政府職能等方面，社會關注度很高。

DAR在2000年至2015年的數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計顯示，其在2011年前每年都快速增加，之后呈現(xiàn)起伏狀態(tài)，特別是2015年出現(xiàn)小幅回落。DAR中的理工類研發(fā)數(shù)據(jù)量占總93%，對DAR起著決定性的作用。社科類研究比例較小（11%），近年來基本保持平穩(wěn)。在DAR中，設備、濾料、工藝等污水處理的數(shù)據(jù)占比各為8%、1%、7%，說明污水處理的核心技術內(nèi)容占比很小。

高端設備制造是污水處理工程的基礎和未來發(fā)展的驅(qū)動力之一。關鍵設備的國產(chǎn)化突破，往往導致行業(yè)的投入減少。例如大型臭氧發(fā)生器的國產(chǎn)化，使我國臭氧取代氯進行水處理的造價大幅度降低、氯次生污染也得以大幅度減小［9，10］。污水處理設備的大數(shù)據(jù)顯示，2000年至2015年間我國學術界對污水處理設備的研發(fā)力度除2009年小幅回落外，基本呈逐年增加的態(tài)勢，在2015年，又有所回落。設備理工類研發(fā)占94%，決定了總數(shù)據(jù)變化趨勢；社科類研究只占設備總數(shù)據(jù)的9%（其中93%為管理類），近年水平度保持基本穩(wěn)定。

新材料的發(fā)展會極大提高相關行業(yè)的發(fā)展。高性能濾料除了過濾功能外還具有催化及生物群落發(fā)育和降解污染物作用，不僅在污水處理中起支撐作用，在給水排水領域都有廣泛的應用［10，11］。大數(shù)據(jù)顯示，2000年至2015年間我國學術界對污水過濾材料和多功能過濾處理材料的研發(fā)力度總的趨勢是逐年加強，除2002年和2010年度有大幅增長外，其他年份研究呈穩(wěn)定增長趨勢。2015年有小幅回落。社科類數(shù)據(jù)以管理類研究為主，但比例很小。

污水處理由設備、材料、方法等各子系統(tǒng)綜合配套后以所綜合產(chǎn)生的最優(yōu)處理效果的工藝系統(tǒng)完成。污水處理工藝的優(yōu)化不僅提高排放標準規(guī)定內(nèi)的污水排放質(zhì)量，而且也對污水排放標準尚未納入的有害物質(zhì)進行處理［12］。污水處理工藝大數(shù)據(jù)顯示，我國學術界對污水處理工藝的研發(fā)力度總的趨勢是逐年加強，社科類研發(fā)比例較?。?%）。

污水處理專利總數(shù)據(jù)在2009年前穩(wěn)步增長，近年來呈加速增長趨勢。其中污水設備類專利占絕大部分（93%），并決定了總數(shù)據(jù)的走勢。污水處理濾料類專利約占污水處理專利總數(shù)據(jù)的39%，其數(shù)量近年來加速增長。污水處理工藝屬于更綜合和更復雜的技術系統(tǒng)，因此這類專利數(shù)量較少，占總污水處理專利數(shù)的約27%，一直呈平穩(wěn)發(fā)展狀態(tài)。

2015年，我國知識產(chǎn)權局共受理發(fā)明專利申請110.2萬件，同比增長18.7%，連續(xù)5年位居世界首位。共授權發(fā)明專利35.9萬件。其中，國內(nèi)發(fā)明專利授權26.3萬件，比2014年增長了10萬件，同比增長61.9%［13］。污水處理專利2015年總數(shù)比2014年增長48%。污水處理學術研發(fā)總數(shù)據(jù)及理工類和社科類分項數(shù)據(jù)都在2015年比2014年小幅下降6%~7%。相比之下，說明我國生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化效率在逆勢而上。

污水處理關系到國計民生，是可持續(xù)發(fā)展的關鍵點。近年來我國加大了環(huán)境治理的力度，污水治理從社會關注、政策目標制定、科技發(fā)展、工程實施、標準提升、環(huán)境監(jiān)察、法律法規(guī)配套和體制建設等方面全方位推進。本文的大數(shù)據(jù)顯示：在世界經(jīng)濟低迷、我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)等不同的時期，污水處理的研發(fā)力度基本穩(wěn)步增長，并且在理工類研發(fā)的基礎上，以管理為主的相應社會科學逐漸得到發(fā)展。這說明，我國政府和企業(yè)對污水治理不僅沒有受到經(jīng)濟下滑的影響，反而逆勢上揚，持續(xù)加大對污水處理各領域科技和工程建設及軟科學的投入，使得污水處理產(chǎn)學研商得以迅速發(fā)展。近5年的大數(shù)據(jù)數(shù)量加速增長可以作為加速發(fā)展的印證。

從社科類數(shù)據(jù)占污水總數(shù)據(jù)11%的大數(shù)據(jù)比例評價，今后一個時期政策和軟科學應配套技術研究予以加強，以全面解決當前面臨的問題和“十一五”遺留的問題［15］。

值得注意的是，2015年研發(fā)類大數(shù)據(jù)及各分項數(shù)據(jù)都顯示研發(fā)下行的狀況。這一方面可能是由于上一年的數(shù)據(jù)尚不能在之后的6個月內(nèi)完全體現(xiàn)（本文統(tǒng)計截止至2016年6月30日）。另一方面，如果研發(fā)力度減弱，則警示給排水行業(yè)應加大研發(fā)投入和力度，以保障我國污水處理行業(yè)知識產(chǎn)權逆勢上揚的發(fā)展勢頭得以持續(xù)。

［1］中華人民共和國中央人民政府.水污染防治行動計劃［EB/OL］［2015-04-16］.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.ht m.

［2］中華人民共和國中央人民政府.土壤污染防治行動計劃［EB/OL］.［2016-05-31］.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-05/31/content _5078377.ht m.

［3］中華人民共和國中央人民政府.大氣污染防治行動計劃［EB/OL］.［2013-09-12］.http：//www.gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773. htm.

［4］百度（默認網(wǎng)頁搜索）.http：//www.baidu.com/，高級搜索.http：//www.baidu.com/gaoji/advanced.html，新聞.http：//news.baidu.com/，知道.http：//zhidao.baidu.com/，學術.http：//xueshu.baidu.com/.

［5］中國知網(wǎng)CNKI.http：//epub.cnki.net/kns/brief/result.aspx？dbprefix=scdb&action=scdbsearch&db_opt=SCDB

［6］中華人民共和國國家知識產(chǎn)權局..http：//www.pss-system.gov. cn/sipopublicsearch/search/searchHomeIndex..html.

［7］上海市政工程設計院.給水排水設計手冊：第9冊.專用機械李良.

［8］綠色筆耕.

［9］陳健，王濤.一種放電單元模塊化結(jié)構的臭氧發(fā)生器.

［10］劉文君，楊宏偉，張麗萍，李世俊，劉建廣，孫韶華，韓立能.高臭味、高溴離子引黃水庫水臭氧—生物活性炭處理技術研究與示范.

［11］李剛，樊耀波，袁棟棟.膜污染中污泥層阻力模型及影響因素研究.

［12］馬軍，文剛，邵曉玲.城市污水處理廠各工藝階段內(nèi)分泌干擾物活性變化規(guī)律研究

［13］龔亞麟.圖文直播：2015年發(fā)明專利申請授權及其他有關情況新聞發(fā)布會［EB/OL］.［2016-01-14］.http：//www.si po.gov.cn/twzb/2015 ndzygztjsj.

［14］曲久輝，王凱軍，王洪臣，余剛，柯兵，俞漢青.設面向未來的中國污水處理概念廠，引領城市污水處理高質(zhì)量發(fā)展王凱軍.我國村鎮(zhèn)污水處理的問題與思考［J］.給水排水動態(tài)，2016（1）：18-19.作者簡介

徐涵（1961－），外文筆名Xu XuHan，男，博士、教授，從事農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學及新材料研究。現(xiàn)任福建新大陸環(huán)保建設工程有限公司（Fujian New land Environmental Construction Co.Ltd.，F(xiàn)uzhou，）總經(jīng)理，新大陸科技集團有限公司環(huán)保研究院（Academy of Environment Protection，New land Hi-Tech Group Co.Ltd.，F(xiàn)uzhou，350015，China）副院長，福建農(nóng)林大學（College of Horticulture，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou）閩江學者講座教授，法國圖盧茲綜合科學研究所（Institut de la Recherche Interd isciplinaire de Toulouse，IRIT-ARI）研究員。

本研究得到福建省優(yōu)秀留學回國人員項目、福州市引進高層次優(yōu)秀人才項目、福建省閩江學者獎勵計劃（MJJZ13-003）資助。致謝林默、謝析穎參加數(shù)據(jù)收集分析。