長三角一體化視角下的污水治理專利計量分析

許美芳，金李杰，樓昭涵，黃曉東

(浙江省農(nóng)業(yè)科學院，浙江 杭州 310021)

近年來，隨著國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的日趨完善與民眾生態(tài)保護意識的不斷提高，水環(huán)境的污染狀況與治理技術(shù)愈發(fā)受到社會的關(guān)注。長三角區(qū)域作為我國經(jīng)濟、技術(shù)、生態(tài)發(fā)展的先行者，在國家發(fā)展的各個方面都具有舉足輕重的作用。研究表明，長三角地區(qū)水處理技術(shù)專利數(shù)占全國該領(lǐng)域?qū)＠倲?shù)的20%以上[1-2]。因此，開展對長三角區(qū)域污水處理技術(shù)發(fā)展態(tài)勢的分析，對促進污水治理產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展與加強區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新具有重要意義。現(xiàn)有研究多集中在以下方面：成璐瑤等[3]、何浩云等[4]、董斐然等[5]從專利分析視角分別報道了我國制藥廢水、紡織廢水、含硫廢水處理技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢；代學民等[6]、鄒俊軼等[7]、林皓[8]、張玲玉等[9]分別報道了微生物處理技術(shù)、曝氣生物濾池、生物膜強化MBR、厭氧氨氧化-反硝化耦合技術(shù)在處理印染、制藥、合成革等廢水中的應用；張甫等[10]、王淼薇等[11]、高春東等[12]從文獻計量視角報道了中國、國際水處理技術(shù)發(fā)展趨勢，基于區(qū)域間協(xié)同創(chuàng)新視角特別是長三角區(qū)域的污水治理態(tài)勢研究卻鮮有報道。

專利作為科技成果的主要表現(xiàn)形式和文獻載體，具有典型的科技創(chuàng)新活動主體、客體特征，科技創(chuàng)新的行為主體即為專利權(quán)人，科技創(chuàng)新的研究客體即為專利技術(shù)內(nèi)容。本研究從專利主體與專利客體2個維度開展對長三角地區(qū)三省一市污水治理領(lǐng)域權(quán)利人的技術(shù)合作與技術(shù)競爭態(tài)勢、重點技術(shù)領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的全面分析，為指導產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級、促進區(qū)域一體化發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以patsnap智慧芽(https://www.zhihuiya.com)為數(shù)據(jù)源，檢索以“污水or廢水”“治理or處理”為標題/摘要、以“上?！薄敖K”“安徽”“浙江”為申請地址、申請時間在2013—2017年的中國專利文獻，檢索日期為2019年9月27日。對檢索結(jié)果進行整理、去噪和標引，最終得到29 465條專利數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

采用EXCEL、BICOMB、UCINET、SPSS等數(shù)據(jù)分析工具，以Excel軟件對數(shù)據(jù)進行基礎統(tǒng)計，以BICOMB軟件進行引文統(tǒng)計，并生成引文詞篇矩陣，以UCINET 6.0軟件進行合作網(wǎng)絡分析，以SPSS 23.0軟件對高被引專利進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長三角地區(qū)污水治理專利的時空分布特征

長三角地區(qū)污水治理專利的總體分布見圖1。從時間發(fā)展維度看，長三角地區(qū)三省一市在污水治理領(lǐng)域的專利申請均呈上升趨勢，其中，江蘇、浙江、安徽的專利增速基本一致，上海市近5 a污水治理領(lǐng)域的專利增速略低。由于各地的水域分布、技術(shù)力量與政策導向等不同，導致三省一市污水治理的前期研究成果差別較大。江蘇省憑借扎實的研究基礎一直穩(wěn)居長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域的首要位置，浙江省緊隨其后。安徽省污水治理技術(shù)起點較低，在2014年實施最嚴水資源管理制度考核后，污水治理投入力度不斷增加，專利申請量反超上海。從地理空間維度看，長三角地區(qū)污水治理專利量從高到低依次為江蘇、浙江、安徽、上海，其中江蘇省污水治理領(lǐng)域?qū)＠孔顬橥怀?，約為安徽省、上海市的3.5倍。從污水治理領(lǐng)域?qū)＠暾埩縯op 11權(quán)利人的區(qū)域歸屬看(表1)，江蘇省權(quán)利人占有5席，這與其出色的專利總量相一致；浙江省和上海市分別占據(jù)4席、2席，占比分別為36.36%、18.18%；安徽省污水治理領(lǐng)域的專利總量雖略高出上海，但在該領(lǐng)域無表現(xiàn)較為出眾的權(quán)利人。這與李敏[1]的全國污水治理專利研究的區(qū)域分布情況基本一致，但top 11權(quán)利人的專利數(shù)量及排序有所差異，主要是因為該研究檢索日期為2018年5月10日，由于專利公開的滯后性而致2016年與2017年專利數(shù)據(jù)不完整。

表1 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠暾埩縯op 11權(quán)利人分布

圖1 長三角地區(qū)污水治理專利申請趨勢

2.2 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人合作關(guān)系

一個具有2個及以上權(quán)利人的專利即認定為合作專利，以權(quán)利人之間的合作關(guān)系為基礎構(gòu)建合作網(wǎng)絡圖譜。經(jīng)統(tǒng)計，近5 a長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域的合作專利有1 264項，專利合作率為4.29%，共涉及1 135個權(quán)利人?？紤]合作網(wǎng)絡圖譜的展示效果，此處僅顯示合作頻次大于3的權(quán)利人及其合作關(guān)系。利用UCINET軟件中的NETDRAW對權(quán)利人合作關(guān)系進行可視化分析(圖2)。其中，節(jié)點大小代表專利合作的數(shù)量，連線粗細代表權(quán)利人間的合作頻次。

由圖2可以看出，長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人合作關(guān)系呈現(xiàn)以下特點：(1)權(quán)利人之間并未形成有效的合作網(wǎng)絡，獨立點、A-B與A-B-C的直線型合作模式較多，表明長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域的權(quán)利人在合作模式、合作廣度、合作力度等方面均存在明顯不足；(2)部分權(quán)利人之間形成了A-B-C-A的三角閉環(huán)合作模式，但多為子-母公司、公司-董事之間的合作關(guān)系，合作關(guān)系較為簡單；(3)南京大學在專利合作數(shù)量和權(quán)利人合作范圍方面表現(xiàn)均較為突出，表明其具有較好的開放共享意識，對長三角地區(qū)污水治理行業(yè)發(fā)展的貢獻不可估量；(4)以“南京大學-同濟大學-寶山鋼鐵-華東理工大學-江蘇揚農(nóng)錦湖化工有限公司”“東華大學-四川理工學院-上海華暢環(huán)保設備發(fā)展有限公司-中國石油化工股份有限公司”為主線的合作鏈條，參與權(quán)利人的地域歸屬多為江蘇與上海，安徽與浙江權(quán)利人的參與度不高；(5)海螺公司在各地分公司之間組建了較為穩(wěn)定的合作網(wǎng)絡，呈現(xiàn)出明顯的內(nèi)聯(lián)密切、外拓不足的特點。

圖2 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人的合作網(wǎng)絡譜

2.3 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人競爭關(guān)系分析

在綜合考慮專利權(quán)人與IPC分類號兩個維度的基礎上，選取競爭關(guān)系較為明顯的17個專利權(quán)人與10個IPC分類號，以權(quán)利人為橫坐標、IPC主分類號為縱坐標，計算專利權(quán)人在同一IPC主分類號下的千分比(圖3)。

圖3 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人競爭關(guān)系

長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人的競爭關(guān)系存在如下特點：(1)從IPC主分類號分布看，C02F9/14(含有生物技術(shù)的污水多級處理)是污水治理技術(shù)的高度集中區(qū)，絕大多數(shù)權(quán)利人的污水治理技術(shù)均涉及到該技術(shù)領(lǐng)域，表明以生物技術(shù)為主導的污水多級處理是當前長三角地區(qū)污水治理的研究熱點；(2)從權(quán)利人分布看，常州大學在圖中所示的10個技術(shù)領(lǐng)域均有布局，尤其在C02F1/28(吸附法處理廢水)、C02F9/14(含有生物技術(shù)的污水多級處理)和C02F3/32(以利用動物或植物為特征的生物處理)方面技術(shù)實力顯著，這與其獨占長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠氖滓恢妹懿豢煞郑?3)南京大學和東南大學分別為C02F3/28(厭氧消化工藝)與C02F3/32(以利用動物或植物為特征的生物處理)的技術(shù)引領(lǐng)者，在其他方面也有非凡的綜合表現(xiàn)；(4)寧波大學在C02F1/30(光照法處理廢水)和C02F9/08(含有物理方法的污水多級處理)領(lǐng)域具有絕對優(yōu)勢，在其他方面表現(xiàn)欠佳，表明寧波大學能夠集中優(yōu)勢技術(shù)力量進行技術(shù)開發(fā)活動，但在其他技術(shù)領(lǐng)域的專利布局有所忽視；(5)浙江奇彩環(huán)境科技股份有限公司在C02F9/06(含有電化學處理的污水多級處理)和C02F9/10(含有熱處理的污水多級處理)方面競爭優(yōu)勢明顯，是污水治理企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)秀典范；(6)李榕生與寧波大學在C02F9/08(含有物理方法的污水多級處理)領(lǐng)域存在激烈的競爭關(guān)系，可能與其供職過寧波大學新型功能材料及其制備科學國家重點實驗室經(jīng)歷有關(guān)；(7)常州大學、南京大學、浙江大學、同濟大學、徐州工程學院、環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所與鹽城工學院在C02F3/30(好氧和厭氧工藝)技術(shù)方面實力相當。

2.4 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域高被引專利聚類

專利聚類分析即采用聚類分析方法對專利文獻的技術(shù)內(nèi)容信息進行技術(shù)相似性分析的過程，用來挖掘?qū)＠墨I之間的相關(guān)性[13-14]。2篇或多篇文獻被后續(xù)同一篇或多篇文獻引用，則被引文獻在研究內(nèi)容或技術(shù)主題上具有相似性。專利被引頻次與科技論文的被引頻次相似，通常用來表征專利的質(zhì)量，可以反映引文的重要性及對該領(lǐng)域后續(xù)研究的影響力。以長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域被引頻次大于5的專利作為高被引專利，利用BICOMB軟件構(gòu)建引文-施引文獻矩陣，剔除無共引用關(guān)系的引文數(shù)據(jù)，最終獲得110條引文。利用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)聚類，并繪制聚類樹狀圖。

根據(jù)聚類結(jié)果，可將長三角地區(qū)2013—2017年污水治理領(lǐng)域高被引專利劃分為14個類團(圖4)。結(jié)合專利標題、摘要、權(quán)利要求書等文獻信息對各類團研究主題進行判讀(表2)。類團A、G、H與I的被引頻次較高，尤其是類團A的被引頻次遙遙領(lǐng)先于其他類團，為145次。結(jié)合類團內(nèi)文獻信息可知，生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的開發(fā)與重金屬廢水的處理研究是當前長三角地區(qū)污水治理技術(shù)研究的熱點。類團G、H與I的研究內(nèi)容分別聚焦于多功能處理劑、工業(yè)廢水的深度處理、重金屬廢水的多級處理、污水處理系統(tǒng)的自清潔裝置與微生物處理技術(shù)等主題，也是長三角地區(qū)污水治理技術(shù)研究的重要方向。

表2 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)主題分布

圖4 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域高被引專利的聚類樹

2.5 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)組合

專利技術(shù)組合分析法是從專利數(shù)量與專利質(zhì)量2個維度識別某技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的方法[15]。該方法以聚類分析結(jié)果為基礎，以各類團的專利數(shù)量與專利被引頻次分別為組合分析圖的橫、縱坐標，以各類團專利數(shù)量與專利被引頻次的均值為原點，繪制專利技術(shù)組合矩陣圖(圖5)。

圖5 長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)組合矩陣

由圖5可知，長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域14個專利類團分布在組合矩陣圖的3個區(qū)域。其中，類團B、C、G、H、I、J分布于第一象限，這些類團不僅專利聚集度高，且具有非常強的技術(shù)影響力，表明多功能處理劑、新型吸附劑及催化材料的開發(fā)、重金屬廢水、酸性廢水及餐廚廢水的處理與工業(yè)廢水的深度處理、污水處理系統(tǒng)的自清潔裝置與微生物處理技術(shù)等研究是當前長三角地區(qū)污水治理的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)成熟度與社會關(guān)注度較高，對推動區(qū)域創(chuàng)新與行業(yè)發(fā)展意義重大。類團A(生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)與重金屬廢水處理)位于第二象限，對該領(lǐng)域后繼研究有較高的參考價值，是長三角地區(qū)污水治理中極具發(fā)展空間的潛力技術(shù)領(lǐng)域。類團D、E、F、K、L、M、N落于第三象限，主要涉及印染廢水、脫硫廢水與電鍍廢水的多級處理、光催化技術(shù)與臭氧氧化技術(shù)、串聯(lián)式沉淀設備、綜合污水處理系統(tǒng)與運動型污水處理系統(tǒng)等方面，專利活動活躍性較差，為長三角地區(qū)污水治理的一般相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。第四象限為活躍技術(shù)區(qū)域，本研究中無相關(guān)類團落入該區(qū)域。

3 小結(jié)

本研究以長三角地區(qū)2013—2017年污水治理領(lǐng)域?qū)＠墨I為基礎，通過社會網(wǎng)絡分析、技術(shù)相似性分析、聚類分析與專利組合分析等計量學方法，在了解長三角地區(qū)近年來污水治理領(lǐng)域?qū)＠麜r空分布特征的基礎上，從專利行為主體與專利技術(shù)客體2個維度深入探析了長三角地區(qū)污水治理專利權(quán)人之間的合作、競爭關(guān)系與專利技術(shù)內(nèi)容的研究重點及關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。結(jié)果表明：江蘇省憑借扎實的技術(shù)基礎在近5 a一直穩(wěn)居長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域的首要位置，且保持著快速增長的強勁勢頭。長三角地區(qū)污水治理領(lǐng)域的專利人之間尚未形成有效的合作網(wǎng)絡，合作廣度與合作深度都有待加強。含有生物技術(shù)的污水多級處理是當前污水治理領(lǐng)域中專利權(quán)利人技術(shù)競爭的膠著區(qū)。同時，常州大學、南京大學、河海大學、浙江大學、同濟大學、東華大學、東南大學與環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所在含有電化學處理的污水多級處理、以利用動物或植物為特征的生物處理、厭氧消化工藝、好氧和厭氧工藝等技術(shù)領(lǐng)域競爭亦十分激烈。當前長三角地區(qū)污水治理的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域主要集中在生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的開發(fā)與重金屬廢水的處理、多功能處理劑、工業(yè)廢水的深度處理、污水處理系統(tǒng)的自清潔裝置與微生物處理技術(shù)等方面。其中，生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的開發(fā)與重金屬廢水的處理研究具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>