中國化工廢水高效預(yù)防處理專利技術(shù)分析

趙 華

(鹽城工學(xué)院 科技產(chǎn)業(yè)處，江蘇 鹽城 224051)

隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，化工廢水越來越多，對生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響越來越大。近年來，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和消費(fèi)升級，國家出臺了《水污染防治行動計(jì)劃》(水十條)等一系列環(huán)境保護(hù)政策，逐步健全工業(yè)污染治理體系，加強(qiáng)環(huán)保督察力度，對化工廢水污染的預(yù)防處理形成倒逼態(tài)勢，化工企業(yè)及化工園區(qū)也從被動治污向主動治污轉(zhuǎn)變,化工廢水處理的研究與應(yīng)用日益增多，化工廢水處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間十分巨大。

化工廢水處理方法按其作用原理一般分為4類:物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)處理法和生物處理法[1]。物理處理法是通過物理作用，以沉淀、過濾、分離、氣浮和隔油等方法分離廢水中懸浮物和浮油類等物質(zhì)的處理方法；化學(xué)處理法是利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分離或回收廢水中的有害物，常用的方法有沉淀、中和和氧化還原等；物理化學(xué)處理法是利用物理化學(xué)作用去除廢水中的有害物，常用的方法有吸附、混凝離子、交換、膜分離等；生物處理法是通過微生物的代謝作用將廢水中的有害物轉(zhuǎn)化為無害物，常用的方法有好氧、厭氧等，在好氧處理法中又分為活性污泥法和生物膜法2種[2]。

化工廢水處理方法按其作用程度可分為3類，即一級處理、二級處理和多級處理。一級處理主要分離水中的懸浮固體物、膠體物、浮油或重油等，可以采用水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、自然沉淀、氣浮、隔油等方法；二級處理主要是去除可生物降解的有機(jī)溶解物和部分膠體物，減少廢水中的BOD和部分COD；多級處理主要是去除廢水中難以生物降解的有機(jī)污染物和溶解的無機(jī)污染物，常用的方法有活性炭吸附和化學(xué)氧化，也可采用離子交換或膜分離技術(shù)等[3]。

1 研究方法

利用國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利數(shù)據(jù)庫，根據(jù)化工廢水高效預(yù)防處理的三級分支，結(jié)合使用關(guān)鍵詞和分類號，采用分總式和總分式的檢索策略，檢索了包括港澳臺在內(nèi)的2017年之前所有的專利文獻(xiàn)資源。對相關(guān)檢索結(jié)果進(jìn)行清洗后，得到數(shù)據(jù)如下：中國(包括港澳臺)的相關(guān)專利111 322件，其中發(fā)明專利66 071件、實(shí)用新型專利45 251件。

2 技術(shù)分析

2.1 專利年度申請量

圖1為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理的年度專利申請量。與全球相比，中國化工廢水高效預(yù)防處理相關(guān)專利技術(shù)也經(jīng)歷了萌芽、緩慢增長、迅速增長的發(fā)展階段。中國第一件相關(guān)專利于1976年在香港出現(xiàn)，比國外遲了70多年；1985年實(shí)施專利法的當(dāng)年，僅申請65件；2010年申請總數(shù)達(dá)到5 000件左右，達(dá)到這一數(shù)字中國用了30多年，而國外用了100多年；2014年申請總數(shù)達(dá)到萬件，從5 000到10 000中國只用了3年，而國外差不多4年；2017年申請總數(shù)達(dá)到2萬件，從1萬到2萬中國用了3年，國外差不多4年?？梢?，中國在化工廢水高效預(yù)防處理領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的研究雖然起步比較晚，但發(fā)展迅速，尤其是2014年國家陸續(xù)出臺了《水污染防治行動計(jì)劃》(“水十條”)等多項(xiàng)環(huán)保文件后，不斷加強(qiáng)環(huán)境污染方面的督查力度，迫使企業(yè)加大在水污染防治方面的投入；同時(shí)，隨著化工行業(yè)多項(xiàng)排污標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，該領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，與全球相關(guān)技術(shù)同步達(dá)到成熟期，企業(yè)自主創(chuàng)新能力顯著加強(qiáng)。

圖1 專利年度申請趨勢Fig 1 Patent annual applications trends

2.2 專利技術(shù)生命周期

圖2為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理的年度專利申請量與申請人數(shù)的關(guān)系。由圖2可知：中國化工廢水高效預(yù)防處理相關(guān)專利技術(shù)在1976—2006年處于技術(shù)引入期，參與相關(guān)技術(shù)研究的人員較少，專利數(shù)量也較少；2006—2015年處于技術(shù)發(fā)展期，隨著市場擴(kuò)大，相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)分布范圍不斷擴(kuò)大，申請人不斷增多，專利批準(zhǔn)數(shù)量持續(xù)增長；2015—2017年進(jìn)入技術(shù)成熟期，由于市場有限，申請人逐步退出相關(guān)技術(shù)研究，專利增長的速度變慢。

圖2 專利技術(shù)生命周期Fig 2 Patent technology life cycle

2.3 專利技術(shù)研究熱點(diǎn)

圖3為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理的專利技術(shù)研究熱點(diǎn)。與國外相關(guān)技術(shù)相比，中國更關(guān)注“包括熱處理(C02F9/10)的多級處理” “至少有一個(gè)物理處理步驟(C02F9/08)”的多級處理等技術(shù)領(lǐng)域，而對“活性污泥法(C02F3/12)”等處理技術(shù)的研究相對較少，并不關(guān)注國際上比較關(guān)注的“以利用微生物為特征的(C02F3/34)”生物處理技術(shù)和“廢水或污水的生物處理(C02F3/00)”等技術(shù)。

圖3 專利技術(shù)熱點(diǎn)Fig 3 Patent technology hot spots

2.4 專利技術(shù)發(fā)展趨勢

表1為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理的專利IPC年度統(tǒng)計(jì)。由表1可知： “至少有一個(gè)生物處理步驟(C02F9/14)”和“至少有一個(gè)化學(xué)處理步驟(C02F9/04)”的多級處理技術(shù)研究雖然起步較晚，但在各個(gè)時(shí)期一直處于主導(dǎo)地位，并呈逐年迅猛發(fā)展的趨勢；“包括分離步驟(C02F9/02)”的多級處理、“廢水或污水的處理(C02F1/00)”和“包括熱處理(C02F9/10)的多級處理”等三類技術(shù)領(lǐng)域穩(wěn)步不斷發(fā)展；其他相關(guān)領(lǐng)域的化工廢水高效預(yù)防處理技術(shù)發(fā)展相對穩(wěn)定。

表1中國專利IPC年度統(tǒng)計(jì)
Table1China patent IPC annual statistics 件

主分類小組2008200920102011201220132014201520162017合計(jì)C02F9/145919881170135615082023257136974319445622679C02F9/041692714976948281104162519142057283011989C02F9/0211522320923327649456290394414475406C02F1/009711216912319721333660193312854066C02F9/10551269517425633655487790811594540C02F3/30174991412342943485017146257173847C02F1/521551341801822443354345135956543426C02F9/0835701281402034262814495359113178C02F3/2874961131742172962903833964452484C02F3/122471051341431682231672803113932171合計(jì)171222242836345341915798732110331116231429763786

3 專利申請人分析

3.1 專利申請人研發(fā)力

圖4為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利量排名前十名的單位分布。由圖4可知：中國化工廢水高效預(yù)防處理領(lǐng)域內(nèi)專利量前十名的申請單位中，除中國石油化工股份有限公司外都是高校。其中，中國石油化工股份有限公司專利數(shù)位列第一，是中國化工廢水處理領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊；北京工業(yè)大學(xué)的相關(guān)專利量位列高校第一，是中國高校中有關(guān)化工廢水處理領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。相對而言，我國企業(yè)在化工廢水高效預(yù)防處理技術(shù)的研發(fā)上都比較薄弱，還需要加大研發(fā)投入，加強(qiáng)與研究機(jī)構(gòu)的合作力度，建立系統(tǒng)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈條，促進(jìn)化工廢水高效預(yù)防處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

圖4 專利申請人研發(fā)力Fig 4 Research and development capabilities of patent applicants

3.2 技術(shù)熱點(diǎn)專利申請人

圖5為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利中熱點(diǎn)技術(shù)排名前十名的單位分布。由圖5可知：中國石油化工股份有限公司在“水、廢水或污水的處理(C02F1/00)”、“包括分離步驟(C02F9/02)”、“至少有一個(gè)化學(xué)處理步驟(C02F9/04)”、“熱處理(C02F9/10)”和“至少有一個(gè)生物處理步驟(C02F9/14)”相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域方面較強(qiáng)；北京工業(yè)大學(xué)在“活性污泥法(C02F3/12)”、“厭氧消化工藝(C02F3/28)”、“好氧和厭氧工藝(C02F3/30)”相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域方面較強(qiáng)；山東大學(xué)在“懸浮雜質(zhì)的絮凝或沉淀(C02F1/52)”相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域方面較強(qiáng)；寧波大學(xué)在“至少有一個(gè)物理處理步驟(C02F9/08)”相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域方面較強(qiáng)。

圖5 技術(shù)熱點(diǎn)申請人Fig 5 Applicants for technological hotspots

3.3 專利申請人研發(fā)陣容

圖6為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利中申請人所屬單位的前十名分布。由圖6可知：中國化工廢水高效預(yù)防處理領(lǐng)域?qū)＠暾埲说那笆纳暾垎挝恢校袊突す煞萦邢薰就舛际歉咝?。其中，中國石油化工股份有限公司專利申請人?shù)位列第一，主要是中石化下屬擁有眾多的從事化工廢水處理的技術(shù)人員；南京大學(xué)的相關(guān)專利申請人數(shù)位列高校第一。顯然，高校在化工廢水高效預(yù)防處理技術(shù)領(lǐng)域擁有絕對的人才優(yōu)勢。

圖6 專利申請人研發(fā)陣容Fig 6 Patent applicants R&D lineup

4 專利分布分析

4.1 省市申請量

從中國化工廢水高效預(yù)防處理領(lǐng)域?qū)＠暾埲说氖∈蟹植伎矗越K、北京、浙江、廣東和山東等地較多，主要原因是這些省市的高校院所較多，化工及環(huán)保企業(yè)也較為集中。在上述省市分布中又以江蘇整體實(shí)力最強(qiáng)，申請數(shù)達(dá)到16 982件，占國內(nèi)申請總量的15.8%，對中國化工廢水高效預(yù)防處理技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)最大。

4.2 省市專利技術(shù)優(yōu)勢

圖7為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利中熱點(diǎn)技術(shù)排名前十名的省市分布。由圖7可知：江蘇省在“至少有一個(gè)生物處理步驟(C02F9/14)”、“至少有一個(gè)化學(xué)處理步驟(C02F9/04)”、“包括分離步驟(C02F9/02)”、“熱處理(C02F9/10)”等多級處理技術(shù)，“廢水或污水的處理(C02F1/00)”、“懸浮雜質(zhì)的絮凝或沉淀(C02F1/52)”等一般處理技術(shù)，以及“厭氧消化工藝(C02F3/28)”的生物處理技術(shù)方面具有優(yōu)勢；北京市在“活性污泥法(C02F3/12)”和“好氧和厭氧工藝(C02F3/30)”的生物處理技術(shù)方面具有優(yōu)勢；浙江在“至少有一個(gè)物理處理步驟(C02F9/08)”的多級處理技術(shù)方面具有優(yōu)勢。

5 專利運(yùn)營分析

5.1 專利轉(zhuǎn)讓

5.1.1 年度專利轉(zhuǎn)讓趨勢

圖8為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利轉(zhuǎn)讓年度分布。由圖8可知：中國化工廢水高效預(yù)防處理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量逐年提高。說明市場需求強(qiáng)勁，同時(shí)說明該技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利技術(shù)含量不斷提高,并能夠適應(yīng)市場的需求。

5.1.2 轉(zhuǎn)讓雙方排名

圖9、圖10分別為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利轉(zhuǎn)讓人與受讓人所屬單位的前十名分布。由圖9、圖10可知：北京工業(yè)大學(xué)相關(guān)專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量遙遙領(lǐng)先，是中國最大的相關(guān)技術(shù)輸出方，說明該校相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利技術(shù)含量高，能夠適應(yīng)市場產(chǎn)業(yè)化的需求；武漢鋼鐵公司既是相關(guān)專利轉(zhuǎn)讓數(shù)最高也是受讓數(shù)最高的企業(yè)，而且轉(zhuǎn)讓數(shù)和受讓數(shù)基本相當(dāng)；廣東高航知識產(chǎn)權(quán)運(yùn)營有限公司是相關(guān)專利轉(zhuǎn)讓數(shù)、受讓數(shù)最高的中介服務(wù)機(jī)構(gòu)，該服務(wù)機(jī)構(gòu)也是目前國內(nèi)最大的專利服務(wù)中介機(jī)構(gòu)；株式會社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)是相關(guān)專利轉(zhuǎn)讓數(shù)最高的國外公司；株式會社日立制作所是相關(guān)專利受讓數(shù)最高的國外公司。

圖7 各省市專利技術(shù)優(yōu)勢Fig 7 Patent technology advantages in provinces

圖8 專利年度轉(zhuǎn)讓趨勢Fig 8 Patents annual transfers trends

圖9 專利轉(zhuǎn)讓人排名Fig 9 Ranking of patent transferors

圖10 專利受讓人排名Fig 10 Ranking of patent transferee

5.1.3 轉(zhuǎn)讓技術(shù)熱點(diǎn)

圖11為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利轉(zhuǎn)讓熱點(diǎn)技術(shù)分布。從圖11可以看出：“至少有一個(gè)生物處理步驟(C02F9/14)”的多級處理技術(shù)轉(zhuǎn)讓數(shù)最多，其次是“至少有一個(gè)化學(xué)處理步驟(C02F9/04)”的多級處理技術(shù)和“懸浮雜質(zhì)的絮凝或沉淀(C02F1/52)”一般處理技術(shù)。說明這三項(xiàng)技術(shù)的成熟度高，市場接受度強(qiáng)。

圖11 專利轉(zhuǎn)讓技術(shù)熱點(diǎn)Fig 11 Patent transfer technology hot spots

5.2 專利質(zhì)押

5.2.1 年度專利質(zhì)押趨勢

圖12為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利質(zhì)押年度分布。由圖12可知：中國化工廢水高效預(yù)防處理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利質(zhì)押數(shù)量逐年提高。說明該技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利技術(shù)含量較高，得到市場認(rèn)可的價(jià)值也在不斷增加。

5.2.2 質(zhì)押雙方的排名

圖13、圖14分別為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利出質(zhì)人與質(zhì)權(quán)人所屬單位的前十名分布。由圖13可知，排名前十的出質(zhì)人質(zhì)押的專利數(shù)相差不大，其中有3家是浙江企業(yè)，可見浙江的企業(yè)運(yùn)用專利質(zhì)押的能力比較強(qiáng)。由圖14可知，質(zhì)權(quán)人中主要以擔(dān)保公司和銀行為主，且擔(dān)保公司更為活躍，其中深圳市高新投融資擔(dān)保有限公司接受質(zhì)押的專利數(shù)最多。

圖12 專利年度質(zhì)押趨勢Fig 12 Patents annual pledge trends

圖13 專利出質(zhì)人排名Fig 13 Ranking of patent issuers

圖14 專利質(zhì)權(quán)人排名Fig 14 Ranking of patent patentor

5.2.3 質(zhì)押技術(shù)熱點(diǎn)

圖15為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利質(zhì)押熱點(diǎn)技術(shù)分布。從圖15可知：“至少有一個(gè)生物處理步驟(C02F9/14)”的多級處理技術(shù)質(zhì)押數(shù)最多，其次是“懸浮雜質(zhì)的絮凝或沉淀(C02F1/52)”一般處理技術(shù)、“好氧和厭氧工藝(C02F3/30)”的生物處理技術(shù)和“至少有一個(gè)化學(xué)處理步驟(C02F9/04)”的多級處理技術(shù)，這三項(xiàng)技術(shù)質(zhì)押也比較多。顯然這些技術(shù)質(zhì)押多，說明其成熟度高，市場認(rèn)可度也高。

圖15 專利質(zhì)押技術(shù)熱點(diǎn)Fig 15 Patent pledge technology hot spots

5.3 專利許可

5.3.1 年度專利許可趨勢

圖16為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利許可年度分布。由圖16可知，中國化工廢水高效預(yù)防處理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利年度許可數(shù)不斷上下波動，其中2011年許可數(shù)達(dá)到最大，近年來又呈現(xiàn)下降趨勢，說明該技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利技術(shù)市場波動比較大。

圖16 專利年度許可趨勢Fig 16 Patents annual licensing trends

5.3.2 許可雙方排名

圖17、圖18分別為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利許可人與被許可人所屬單位的前十名分布。由圖17可知：專利許可方絕大多數(shù)是高校，其中華南理工大學(xué)最為突出，唯一的一個(gè)專利許可企業(yè)是杭州海拓環(huán)境工程有限公司，共24件。由圖18可知：被許可人全部為企業(yè)，其中浙江海拓環(huán)境技術(shù)有限公司被許可的專利數(shù)最多，共24件。由于浙江海拓環(huán)境技術(shù)有限公司隸屬于浙江大學(xué)控股上市公司眾合科技，杭州海拓環(huán)境工程有限公司是浙江海拓環(huán)境技術(shù)有限公司下屬的子公司，綜合雙方許可情況(都是24件)可以得知，杭州海拓和浙江海拓之間的專利許可屬于集團(tuán)內(nèi)部由子公司給母公司的專利許可。

5.3.3 許可技術(shù)熱點(diǎn)

圖19為中國(含港澳臺)化工廢水高效預(yù)防處理專利許可熱點(diǎn)技術(shù)分布。從圖19可知：“至少有一個(gè)生物處理步驟(C02F9/14)”的多級處理技術(shù)和“懸浮雜質(zhì)的絮凝或沉淀(C02F1/52)”一般處理技術(shù)的專利許可數(shù)比較多，說明這2項(xiàng)專利技術(shù)含量比較高，且得到市場認(rèn)可。

圖18 專利被許可人排名Fig 18 Ranking of patents licensees

圖19 專利許可技術(shù)熱點(diǎn)Fig 19 Patent licensing technology hot spots

6 結(jié)論

在化工廢水高效預(yù)防處理技術(shù)領(lǐng)域，中國相關(guān)專利技術(shù)研究起步較晚，從2010年開始，相關(guān)專利申請數(shù)量顯著增長，相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛。中國石油化工股份有限公司的專利申請數(shù)量最多，技術(shù)影響力更大；高校是相關(guān)技術(shù)研究的主力軍，具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力。“至少有一個(gè)生物處理或化學(xué)處理的多級處理”技術(shù)領(lǐng)域是國際和國內(nèi)共同關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)；與國外相比，中國對“包括熱處理的”、 “至少有一個(gè)物理處理步驟”等多級處理技術(shù)也很關(guān)注。