我國(guó)地漏殺菌技術(shù)的研究現(xiàn)狀及前景分析

張業(yè)涌，謝庚，蘇饋?zhàn)?，徐智，李云?/p>

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引言

地漏，是連接排水管道與室內(nèi)環(huán)境的重要接口。作為建筑排水系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，地漏在防止上下排水管道中的臭氣和害蟲(chóng)進(jìn)入室內(nèi)、保護(hù)住宅空氣質(zhì)量、防止細(xì)菌疾病傳播、保障健康家居生活等重要環(huán)節(jié)起到了不可忽略的作用。隨著2020年新型冠狀病毒在全世界范圍內(nèi)的蔓延與爆發(fā)，空氣凈化、地漏安全等居家防疫問(wèn)題更是成為了民眾關(guān)注的熱點(diǎn)。尤其是在經(jīng)歷了2003年香港淘大花園321宗SARS感染病例事件后，我們更加意識(shí)到居家環(huán)境安全和地漏排水系統(tǒng)的密切聯(lián)系，研發(fā)出高效率嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)的殺菌地漏、完善產(chǎn)品技術(shù)體系、帶動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)更是成為了給排水工程人員必須攻克的難關(guān)。

本文以近20年我國(guó)殺菌地漏的授權(quán)專(zhuān)利為基礎(chǔ)，采用定量統(tǒng)計(jì)、定性分析、技術(shù)評(píng)價(jià)等方法研究了我國(guó)殺菌地漏的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用缺陷，并從技術(shù)創(chuàng)新的視角對(duì)我國(guó)殺菌地漏產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 地漏殺菌技術(shù)的專(zhuān)利分析

專(zhuān)利分析基于對(duì)現(xiàn)有專(zhuān)利信息的深入挖掘，有利于對(duì)行業(yè)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的全面了解，對(duì)技術(shù)核心和技術(shù)演變的準(zhǔn)確把握以及對(duì)技術(shù)空白的及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制定詳細(xì)的研發(fā)戰(zhàn)略。

1.1 專(zhuān)利檢索情況

本研究檢索時(shí)間為2021年3月1日，檢索數(shù)據(jù)來(lái)源為中國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索與分析數(shù)據(jù)庫(kù)，共檢索到22件“殺菌地漏”相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)，經(jīng)過(guò)人工去噪和整理后，共有19件有效專(zhuān)利可用于后續(xù)分析。其中，實(shí)用新型專(zhuān)利共15件，公開(kāi)發(fā)明專(zhuān)利共4件，分別占?xì)⒕芈?zhuān)利申請(qǐng)總量的78.9%和21.1%。

1.2 專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量分析

從專(zhuān)利申請(qǐng)量年度分布圖可知，我國(guó)殺菌地漏及相關(guān)技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)量呈逐年上升的趨勢(shì)，2017年及2020年是申請(qǐng)量最多的年度，2018年及2019年雖有所回落，但總體仍保持有強(qiáng)勢(shì)的上升勁頭。從技術(shù)生命周期的角度來(lái)看，我國(guó)地漏殺菌技術(shù)尚處在緩慢發(fā)展時(shí)期，核心和關(guān)鍵技術(shù)仍不突出，相信隨著各類(lèi)新型材料、化工能源、信息互聯(lián)等技術(shù)的問(wèn)世和利好政策的出臺(tái)，我國(guó)殺菌地漏技術(shù)也會(huì)迎來(lái)長(zhǎng)足發(fā)展的新篇章。

1.3 專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分析

從專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分布圖可知，我國(guó)地漏殺菌技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域主要位于長(zhǎng)三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)以及川渝等發(fā)展迅速的新興戰(zhàn)略圈群。一方面，這些省市經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)大、創(chuàng)業(yè)體系完善、科技發(fā)展蓬勃，擁有優(yōu)良的市場(chǎng)環(huán)境和顯著的區(qū)位優(yōu)勢(shì)；另一方面，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與文化的發(fā)達(dá)也推動(dòng)了生活品質(zhì)的高發(fā)展，民眾的安全防范意識(shí)普遍較高，這都為高科技?xì)⒕芈┑难邪l(fā)推廣創(chuàng)造了良好的市場(chǎng)環(huán)境。

圖1 我國(guó)殺菌地漏專(zhuān)利的申請(qǐng)量年度分布

圖2 我國(guó)殺菌地漏專(zhuān)利的申請(qǐng)區(qū)域分布

1.4 專(zhuān)利申請(qǐng)人分析

從專(zhuān)利申請(qǐng)人分布圖可知，我國(guó)參與地漏殺菌技術(shù)研發(fā)申請(qǐng)的機(jī)構(gòu)多達(dá)14所，其中開(kāi)平市新明光五金制品公司、廣東菜丁網(wǎng)絡(luò)科技公司、成都川行科技塑業(yè)公司等三所企業(yè)為地漏殺菌技術(shù)研發(fā)的領(lǐng)跑者。此外，我國(guó)殺菌地漏專(zhuān)利的創(chuàng)新主體主要為企業(yè)集團(tuán)，一方面更易于技術(shù)成果的商業(yè)化運(yùn)作，完善我國(guó)地漏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)體系；另一方面也更利于提升地漏產(chǎn)業(yè)的智慧化程度及“智造”水平。

圖3 殺菌地漏專(zhuān)利的申請(qǐng)人分布

1.5 專(zhuān)利申請(qǐng)技術(shù)分析

從專(zhuān)利功效矩陣氣泡圖可以看出，我國(guó)地漏殺菌消毒技術(shù)主要集中在紫外線殺菌燈管、化學(xué)殺菌劑以及納米銀殺菌材料的研發(fā)上，其中紫外線殺菌技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，占全部已有殺菌地漏專(zhuān)利申請(qǐng)的47.4%。金屬銅因?yàn)槠浒踩臍⒕?、?jiǎn)單的制作工藝以及低廉的材料價(jià)格而在現(xiàn)行地漏市場(chǎng)上最為普遍，但關(guān)于金屬銅殺菌技術(shù)的升級(jí)研發(fā)卻較為欠缺。此外，在空氣凈化、開(kāi)關(guān)管控、強(qiáng)弱電隔離以及自動(dòng)報(bào)警等新興地漏技術(shù)的研發(fā)方面我國(guó)雖有涉獵，但尚處在初級(jí)發(fā)展階段，還存在大量的技術(shù)空白與漏洞。

圖4 殺菌地漏專(zhuān)利的功效矩陣

2 地漏殺菌技術(shù)的現(xiàn)狀分析

我國(guó)現(xiàn)有的地漏殺菌技術(shù)主要集中在金屬殺菌、化學(xué)殺菌以及紫外線殺菌三方面。

2.1 金屬殺菌

殺菌金屬在我國(guó)地漏產(chǎn)品中應(yīng)用最為廣泛的主要是金屬銅，如“潛水艇”“六防科技”“九牧集團(tuán)”等龍頭企業(yè)均生產(chǎn)有全銅或鍍銅的高端地漏產(chǎn)品。金屬銅的殺菌性能主要取決于其表面的Cu及Cu與HO反應(yīng)產(chǎn)生的·OH（羥基自由基），實(shí)驗(yàn)表明金屬銅在1小時(shí)內(nèi)的殺菌率可高達(dá)99.99%，可有效抑制地漏水封中的細(xì)菌生長(zhǎng)，且具有不產(chǎn)生毒副產(chǎn)物、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。但金屬銅在水中的離子溶出率極低，其在實(shí)際生活運(yùn)用中的殺菌效果還有待進(jìn)一步的研究加強(qiáng)。

2.2 化學(xué)殺菌

目前可用于地漏殺菌的化學(xué)殺菌劑主要有硫磺粉、硫酸銅、氫氧化銅、石硫合劑、二氧化氯凝膠、氯化汞、臭氧殺菌劑、納米銀離子材料等。上述化學(xué)殺菌試劑中，除臭氧和納米銀離子材料外的其余殺菌劑均對(duì)人體有接觸性或攝入性的毒理作用，因此在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免使用。臭氧殺菌劑安全性較好，對(duì)人體皮膚均無(wú)刺激性，且無(wú)有毒物質(zhì)生成；實(shí)驗(yàn)表明若水環(huán)境中臭氧濃度達(dá)到20.64mg/L，則其對(duì)大腸桿菌等細(xì)菌的殺滅率在1小時(shí)后可達(dá)到99.93%，殺菌效果極佳。而納米銀材料作為一種新興的化學(xué)殺菌劑不僅擁有綠色環(huán)保、安全無(wú)毒、可重復(fù)殺菌的優(yōu)點(diǎn)，而且準(zhǔn)球形納米銀顆粒的殺菌效果可在8μg/mL時(shí)達(dá)到99.8%，在金屬離子殺菌劑中明顯優(yōu)于銅和鋅。目前我國(guó)地漏專(zhuān)利中安放化學(xué)殺菌劑的方式主要有儲(chǔ)液氣囊、儲(chǔ)存罐、儲(chǔ)存空腔、除臭掛件等，并利用擠壓噴灑、流動(dòng)接觸或直接浸沒(méi)等方式完成地漏水封殺菌。但化學(xué)殺菌劑普遍具有持續(xù)性不強(qiáng)、需及時(shí)更換、拆裝復(fù)雜的缺陷。

2.3 紫外線殺菌

近年來(lái)，紫外線殺菌技術(shù)以其高效、可持續(xù)、無(wú)污染、輕便小巧、應(yīng)用面廣等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸成為消毒殺菌儀器市場(chǎng)中的佼佼者。紫外線殺菌燈主要是通過(guò)輻射損傷和破壞微生物的核酸功能來(lái)殺滅病原體，實(shí)驗(yàn)表明利用輻射強(qiáng)度為4.3μW/cm的LED紫光燈照射15min，就可對(duì)4cm范圍內(nèi)的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細(xì)菌達(dá)到100%的滅殺效果。但紫外線殺菌燈的構(gòu)造復(fù)雜，制作成本較高，在一定程度上增加了地漏內(nèi)部的過(guò)流通道，會(huì)對(duì)地漏的排水性能、清潔程度造成一定的影響；此外，紫外線殺菌儀需通電使用，不僅增加了拆裝地漏、更換電池的繁瑣環(huán)節(jié)，還帶來(lái)了遇水觸電等安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 總結(jié)與展望

目前，我國(guó)地漏殺菌技術(shù)的發(fā)展尚處在初級(jí)探索和緩慢前行的階段，研發(fā)機(jī)構(gòu)數(shù)目較少，地域資源分配不均，工藝體系尚不完善，技術(shù)優(yōu)勢(shì)尚不明顯，各類(lèi)殺菌地漏專(zhuān)利的商業(yè)化運(yùn)作也有待進(jìn)一步建設(shè)和開(kāi)發(fā)。

隨著新材料、新工藝、新設(shè)備以及新科技的陸續(xù)問(wèn)世與成熟，我國(guó)地漏殺菌技術(shù)及產(chǎn)品也在逐漸向技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級(jí)的目標(biāo)邁進(jìn)。在材質(zhì)方面，具有長(zhǎng)效抗菌性能的含銅不銹鋼、鈦合金以及抗菌PE、PVC、PP塑料等新興材料有望為地漏材質(zhì)設(shè)計(jì)帶來(lái)突破；在化學(xué)殺菌方面，如KDF等更優(yōu)良、環(huán)保的抑菌濾料可在地漏殺菌方面得到更好的應(yīng)用；即便在更復(fù)雜的紫外線殺菌領(lǐng)域，我國(guó)目前也設(shè)計(jì)出來(lái)具有開(kāi)關(guān)自動(dòng)管控、強(qiáng)弱電隔離等功能的更安全的地漏產(chǎn)品。相信在未來(lái)我國(guó)一定會(huì)有更多的殺菌地漏裝置投入生產(chǎn)使用，相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)也一定能在建筑裝修、污水處理、醫(yī)療抗菌甚至生物防泄漏等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。