水處理專利現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李敏

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索咨詢中心，北京 100083）

水處理產(chǎn)業(yè)是在20世紀(jì)70年代隨環(huán)境保護(hù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新興產(chǎn)業(yè)，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和改善城市環(huán)境的重要措施，也是未來經(jīng)濟(jì)極具潛力的增長點(diǎn)之一。水處理產(chǎn)業(yè)涵蓋了水處理設(shè)備（產(chǎn)品）生產(chǎn)與經(jīng)營、水處理技術(shù)的實(shí)施及監(jiān)控設(shè)備和儀表自動控制3大主題。在世界上許多國家特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家非常重視環(huán)保產(chǎn)業(yè)的今天，水處理作為環(huán)保的一個重要組成部分，已成為許多國家新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

1 水處理產(chǎn)業(yè)市場現(xiàn)狀

1.1 水處理產(chǎn)業(yè)成為世界新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)

世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家非常重視水處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加大對水處理方面的投人，占據(jù)著世界水處理市場90%以上的份額，其產(chǎn)值大多數(shù)超過各國GNP的1%以上，并繼續(xù)以各國GNP增長率的2倍～3倍的速度發(fā)展，成為各國新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。歐洲尤其是德國在水處理技術(shù)方面占有明顯優(yōu)勢，美國和日本在水處理設(shè)備制造方面具有明顯優(yōu)勢。國外水處理企業(yè)無論大小都很注重設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、工程和售后服務(wù)一體化的服務(wù)，大多數(shù)的中小型企業(yè)多附屬于科研或技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)，專業(yè)化特點(diǎn)明顯。

1.2 我國水處理產(chǎn)業(yè)具有巨大的市場要求

據(jù)統(tǒng)計分析，我國現(xiàn)建有400多座不同等級的污水處理廠，建制鎮(zhèn)大多數(shù)沒有污水處理設(shè)施。污水處理設(shè)施嚴(yán)重不足，加劇了水環(huán)境的污染和水資源緊缺的矛盾。城市水環(huán)境質(zhì)量的逐年惡化已成為社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素，城市水質(zhì)污染治理已成迫在眉睫的任務(wù)。近年來，中央和地方政府十分重視污水處理，并給予了持續(xù)的政策和資金支持。城市水處理正形成巨大的市場要求。隨著我國對水處理管理工作將采取實(shí)施“污染物排放總量控制”的重大措施，目前全國除各部門及各大工廠建立了環(huán)境分析與監(jiān)測機(jī)構(gòu)外，在縣級以上都建有環(huán)境監(jiān)測站。每個直轄市都要建立水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)，配備監(jiān)測車。水處理產(chǎn)業(yè)管理水平的提高將增大監(jiān)控設(shè)備及儀表的需求。

2 水處理技術(shù)專利申請情況

通過對國內(nèi)外相應(yīng)領(lǐng)域近5年的專利申請狀況、國家級技術(shù)期刊、國外有關(guān)期刊刊載相關(guān)高新技術(shù)情況，以及國內(nèi)外知名水處理企業(yè)技術(shù)發(fā)展和專利申請情況進(jìn)行研究，筆者將水處理產(chǎn)業(yè)專利申請現(xiàn)狀總結(jié)如下。

2.1 國外水處理技術(shù)在中國申請專利情況分析

在進(jìn)行水處理技術(shù)國外專利情況分析時，我們選擇了世界知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫、美國專利數(shù)據(jù)庫、各國知識產(chǎn)權(quán)局綜合專利數(shù)據(jù)庫從2012—2017年已公開的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，采用了盡可能反映水處理技術(shù)的檢索策略，并主要選取了相應(yīng)主題詞檢索其專利數(shù)據(jù)庫的專利標(biāo)題及專利摘要。結(jié)果顯示，近5年國外水處理技術(shù)申請中國專利的數(shù)量相當(dāng)可觀，可見國外企業(yè)逐步加強(qiáng)搶占中國的水處理產(chǎn)業(yè)市場。對相應(yīng)領(lǐng)域的國外水處理技術(shù)申請中國專利的數(shù)量統(tǒng)計分析結(jié)果見表1.

表1 水處理領(lǐng)域國外環(huán)保技術(shù)申請中國專利的數(shù)量統(tǒng)計表

通過對表1的分析可以看出：經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的水處理技術(shù)在中國申請中國專利的數(shù)量較多，比如日本、美國、歐洲國家等。可見，國外從事水處理保護(hù)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有許多技術(shù)優(yōu)勢，并相當(dāng)重視中國巨大的水處理產(chǎn)業(yè)市場，以在中國申請中國專利的手段加強(qiáng)水處理技術(shù)對中國的滲透，搶占中國水處理產(chǎn)業(yè)市場。

通過分析其在我國申請專利的具體文獻(xiàn)，在水處理領(lǐng)域的幾大部分專利中，國外水處理技術(shù)申請中國專利的主要是工藝及技術(shù)，其次是一些設(shè)備產(chǎn)品。

2.2 國內(nèi)水處理技術(shù)專利申請情況分析

根據(jù)筆者檢索資料，近5年主要省份的重要水處理技術(shù)專利申請數(shù)量情況見圖1，各省獲得專利數(shù)量占全國總專利數(shù)的比例與排名情況見表2.可見，江蘇、北京和上海在水處理產(chǎn)業(yè)占有較大的優(yōu)勢。

圖1 主要省份的重要水處理技術(shù)專利申請數(shù)量統(tǒng)計圖

表2 各省獲得專利數(shù)量占全國總專利數(shù)的比例與排名情況

表3 水處理技術(shù)按專利性質(zhì)分類

表4 水處理技術(shù)按專利處理方法分類

通過表2可知，一些經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)環(huán)保專利申請的數(shù)量較多，比如北京、上海、廣東等省市。同時，通過分析申請專利的具體情況可以看出，在水處理領(lǐng)域的幾大部分專利中，主要是一些設(shè)備產(chǎn)品及處理或處置的工藝和技術(shù)。

3 水處理技術(shù)領(lǐng)域關(guān)鍵專利技術(shù)內(nèi)容分析

3.1 水處理方法分類

水處理方法主要分為4大類：物理法（比如結(jié)晶、超濾等）、化學(xué)法（比如絮凝、中和）、物化法（比如吸附、電滲析等）和生物處理方法（比如好氧、厭氧等）。在水處理技術(shù)專利文獻(xiàn)中，與工藝有關(guān)的占64.4%，與設(shè)備有關(guān)的占32.6%，其他占3%，見表3.按處理工藝分類：物理法、化學(xué)法和物化法處理占77%，生物法處理占23%（在生物法中，好氧48%，厭氧10%，厭氧＋好氧占42%），見表4.

3.2 廢水的生物處理技術(shù)的發(fā)展

在水處理技術(shù)中，有機(jī)廢水的主要治理方法是厭氧處理法和好氧處理法，其中，對高濃度有機(jī)廢水的治理大多采用厭氧處理法，因其工藝簡單、能耗少、COD去除率高，而且其技術(shù)目前已相當(dāng)成熟，從而被人們所廣泛采用。

廢水的生物處理主要是利用微生物的生命過程，對廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，從而使廢水得到凈化的處理方法。該方法的主要特征是在特別設(shè)計的生化反應(yīng)器中，應(yīng)用微生物特別是細(xì)菌的生命作用將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為微生物的細(xì)胞以及簡單形式的無機(jī)物。

廢水的生物處理技術(shù)已作為有機(jī)廢水二級處理的重要手段，廣泛應(yīng)用在工業(yè)廢水處理和生活污水處理工藝中。隨著研究的深入和新工藝、新技術(shù)的不斷引入，廢水生物處理的發(fā)展方向主要有：①在同一反應(yīng)器中復(fù)合好氧和厭氧生化過程，并使微生物的懸浮生長和附著生長相結(jié)合，可維持反應(yīng)器內(nèi)微生物的多樣性，提高生物處理法去除有機(jī)污染物的效率。②開發(fā)具有高密度生物群、高傳質(zhì)速度的生物反應(yīng)器，比如深井曝氣法等，與傳統(tǒng)工藝相比有機(jī)負(fù)荷可增加到幾十倍，提高了設(shè)備處理有機(jī)物的負(fù)荷能力。③發(fā)展各種耐水量、水質(zhì)、毒物、酸堿沖擊能力強(qiáng)的工藝，提高最終出水水質(zhì)的穩(wěn)定性，比如AB工藝、sBR工藝和固定化微生物法等，都在耐沖擊負(fù)荷能力方面有大的改進(jìn)。④開發(fā)生物處理的細(xì)菌系列，對不同污染物尋求高效特性菌，在組合工藝中每一階段培植特征菌，盡可能提高設(shè)備中主體單元的菌濃度，是實(shí)施生物處理法的關(guān)鍵所在。⑤與物理化學(xué)方法相結(jié)合發(fā)展多元組合工藝，比如活性炭生物膜法、生物絮凝法、A/O工藝和活性生物濾池等，在去除難降解物質(zhì)和生物脫氮方面都有比較理想的效果。⑥設(shè)備發(fā)展的新理念主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)設(shè)備的改進(jìn)、新材料的應(yīng)用、設(shè)備的集成化和自動控制技術(shù)的提高等方面，新設(shè)備在結(jié)構(gòu)上有很多的突破，在關(guān)鍵的部件上應(yīng)用了許多新材料，并且各類設(shè)備在自動控制技術(shù)方面具有極大的提高，在新型設(shè)備中應(yīng)用各種流量計、濃度計、粒度測量儀和各種傳感器，使設(shè)備成為動態(tài)儀器化處理裝置，大大提高了設(shè)備的自動化程度和工作效率。在許多關(guān)鍵設(shè)備上以小型高效設(shè)備取代傳統(tǒng)大型設(shè)備，還使微生物處理、加藥混合化學(xué)處理、凝聚與沉降、濃縮和過濾成為一體，用小巧緊湊的模塊式組合設(shè)備取代傳統(tǒng)設(shè)備用于水處理中。⑦由于生物處理工藝的內(nèi)容和范圍很廣，而且發(fā)展也很迅速，國內(nèi)外許多行業(yè)開發(fā)出生物處理工藝新技術(shù)和新產(chǎn)品，尤其是研究開發(fā)了對高濃度有機(jī)廢水、生物難降解物質(zhì)、氮磷營養(yǎng)物質(zhì)等能夠?qū)崿F(xiàn)有效去除的新工藝和新方法，是當(dāng)今廢水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)。生物處理技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，將在今后進(jìn)一步得以充實(shí)和完善。

4 水處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

未來5～10年，隨著環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，水處理產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品將不斷適應(yīng)市場中出現(xiàn)的新趨勢，總的來講，要適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)向大型、先進(jìn)、系列、集約方向發(fā)展的要求，要能適應(yīng)清潔生產(chǎn)和資源綜合利用的要求，要能適應(yīng)我國工業(yè)污染防治戰(zhàn)略的需要，要能適應(yīng)我國重點(diǎn)區(qū)域、城市、重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)污染源、監(jiān)督與服務(wù)性監(jiān)測的需要，要能適應(yīng)消費(fèi)領(lǐng)域?qū)λ幚懋a(chǎn)品的需求，要能適應(yīng)增強(qiáng)國際市場競爭力的需要。在重點(diǎn)區(qū)域、城市地面污染水體的水質(zhì)恢復(fù)方面，主要是研究技術(shù)可靠有效、經(jīng)濟(jì)可行的方法與工藝，比如對城市污水開展處理新工藝及綜合利用研究；提高工業(yè)水資源利用率、二次水資源回收率；開展節(jié)水、低排放的設(shè)備或生活用品的研制與開發(fā)。

在水體富營養(yǎng)化防治和工業(yè)污染源控制方面，特別開展對主要污染物氮、磷、COD等的污染治理技術(shù)和設(shè)備的研究。對于重點(diǎn)污染源的治理，關(guān)鍵是難降解和高濃度的工業(yè)有機(jī)廢水（比如化工、造紙、農(nóng)藥等）及耗水量大的工業(yè)（比如鋼鐵工業(yè)等），實(shí)施節(jié)能減污，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，盡可能逐步實(shí)現(xiàn)零排放。水污染治理產(chǎn)品主要是提高產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、成套化及自控性能，并向高效、低耗和提高廢水回用率等方面發(fā)展。當(dāng)前，國內(nèi)許多水處理產(chǎn)業(yè)企業(yè)在研究專利技術(shù)上加大投入，通過與相關(guān)的水處理技術(shù)配套，提高其自動化程度和技術(shù)含量，形成先進(jìn)的水處理技術(shù)和產(chǎn)品。在機(jī)電一體化和自動化方面，將當(dāng)前的水處理產(chǎn)品進(jìn)一步完善，形成工業(yè)設(shè)備和水處理治理設(shè)備的拳頭產(chǎn)品，使之向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展。

［1］金嵐.環(huán)境生態(tài)學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2000.