基于專利計(jì)量的養(yǎng)殖業(yè)廢棄物無害化處理技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

鄭新艷，胡以濤，唐惠燕

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 圖書館，江蘇 南京 210095)

0 引言

中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平臺(tái)顯示，2020年我國豬、牛、羊和家禽的出欄量分別為52 704.00萬頭、4 565.45萬頭、31 941.30萬頭和1 557 008.00萬只，按畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖中正常死亡率5%計(jì)算，每年會(huì)產(chǎn)生大量的病死畜禽。病死畜禽經(jīng)過科學(xué)的處理與加工可以帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，而不當(dāng)處置會(huì)導(dǎo)致水土污染、空氣污染和動(dòng)物疫病的傳播，特別是感染病菌死亡的禽畜處理關(guān)系到民眾健康及食品安全問題，因此病死畜禽的無害化處理已成為制約畜牧業(yè)發(fā)展的重難點(diǎn)問題[1-3]。

基于專利計(jì)量的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)分析借助于情報(bào)研究的方法與思路，可全面、深入地展示某一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展歷程、態(tài)勢(shì)等，被廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域[4]。本文旨在以國內(nèi)外病死畜禽無害化處理的專利數(shù)據(jù)為分析對(duì)象，綜合利用專利計(jì)量分析、專利地圖等技術(shù)方法，全面展現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，為該領(lǐng)域管理和科研人員提供情報(bào)支撐。

1 數(shù)據(jù)源及方法工具

本文選擇Incopat數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源和分析工具。首先，通過文獻(xiàn)調(diào)研及專家咨詢確定檢索詞與分類號(hào)，進(jìn)而確定技術(shù)分類體系及檢索式；然后，進(jìn)行檢索調(diào)試，最終檢索日期為2021年6月20日；最后，通過申請(qǐng)?zhí)柡喜ⅰ⒅黝}識(shí)別、人工數(shù)據(jù)清洗，最終得到病死畜禽無害化處理技術(shù)相關(guān)專利共計(jì)1 833件。

2 態(tài)勢(shì)分析

2.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

病死畜禽無害化處理技術(shù)最早出現(xiàn)于1907年，至今可以分為3個(gè)發(fā)展階段：第1階段是初創(chuàng)期(1907—1990年)。初創(chuàng)期技術(shù)發(fā)展緩慢，年專利申請(qǐng)量均低于5件。第2階段是波動(dòng)發(fā)展期(1991—2010年)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和需求的拉動(dòng)，全球畜禽業(yè)發(fā)展速度加快，平均每年申請(qǐng)專利11.5件，該階段專利申請(qǐng)量時(shí)高時(shí)低，總體呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)式增長(zhǎng)狀態(tài)。第3階段是快速發(fā)展期(2011年至今)。受現(xiàn)代畜禽業(yè)快速發(fā)展的影響，該階段專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅猛，全球病死畜禽無害化處理技術(shù)的專利總量為1 572件，平均每年申請(qǐng)142件。

2.2 專利地域分布

2.2.1 國家分布

地域分布情況有助于企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)了解技術(shù)分布的密集區(qū)和空白區(qū)[5]，從而有利于進(jìn)一步的市場(chǎng)開發(fā)。

在病死畜禽無害化處理技術(shù)領(lǐng)域，專利公開量排行前3的國家分別是中國、韓國和美國。中國專利公開量為1 292件，占全球總量的70.49%；海外申請(qǐng)人在我國共布局14件，其中韓國布局6件，美國布局4件。韓國申請(qǐng)人專利申請(qǐng)量301件，其中270件在其本土布局，其余布局在中國、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、美國、日本等。美國專利公開量為50件，在本土布局32件。

2.2.2 省市分布

國內(nèi)專利申請(qǐng)人主要集中在以山東、江蘇、浙江為代表的華東地區(qū)和以廣東、湖南為代表的華南地區(qū)。這些地區(qū)代表性企業(yè)聚集，同時(shí)高校和科研院所較多，在技術(shù)研發(fā)上發(fā)揮了較大作用。山東省專利申請(qǐng)量151件，排名第1，占全國公開量的11.69%，由于其技術(shù)特性，均為發(fā)明專利申請(qǐng)，其中授權(quán)71件；山東的代表性申請(qǐng)人有山東鑫中鑫無害化設(shè)備制造有限公司等。江蘇省排名第2，其中發(fā)明授權(quán)64件，代表性申請(qǐng)人有南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和江蘇森榮環(huán)保科技有限公司。浙江的代表性申請(qǐng)人有浙江明佳環(huán)?？萍加邢薰竞驼憬郎锛夹g(shù)有限公司。

2.3 申請(qǐng)人專利實(shí)力

由于技術(shù)和行業(yè)屬性，病死畜禽無害化處理技術(shù)專利分布相對(duì)分散，沒有技術(shù)大量集中的龍頭企業(yè)。排行前20的申請(qǐng)人中有18個(gè)來自中國；排行前3的申請(qǐng)人分別是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、汪深、廣東益康生環(huán)保設(shè)備有限公司和四川金逸智科技有限公司，后兩者并列第3；丹麥的Green Farm Energy AS和韓國的Wang Youngsung專利申請(qǐng)量分別為16件和10件，分別位列第5位和第11位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在美國布局專利2件；湖南屎殼郎環(huán)境科技有限公司在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織布局4件專利，在美國布局2件。

3 重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠治?/h2>

病死畜禽無害化處理方法包括深埋、焚燒、堆肥發(fā)酵、化制、高溫生物降解和酸解等[1-3,5]。

對(duì)以上技術(shù)的專利申請(qǐng)量進(jìn)行分析，數(shù)量較高的有高溫生物降解、焚燒和化制，而堆肥發(fā)酵和酸解的申請(qǐng)量略低。從申請(qǐng)趨勢(shì)來看，整體上，近10年各組分專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)較明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)；同時(shí)，近10年來，5種技術(shù)的專利申請(qǐng)變化情況保持一致，在2016—2018年達(dá)到了高峰，一定程度上說明在病死畜禽無害化處理中，這些技術(shù)大多為配合使用，形成相互協(xié)調(diào)的作用。

從技術(shù)層面看：預(yù)處理的關(guān)鍵技術(shù)有滅菌徹底以防止疫病傳播，以及粉碎和儲(chǔ)存裝置的清潔、防止裝置腐臭等；焚燒的關(guān)鍵技術(shù)有鍋爐除渣、煙氣凈化、焚燒熱能與產(chǎn)物的有效利用等；化制的關(guān)鍵技術(shù)包括徹底滅菌及溫度與壓力的控制等；堆肥發(fā)酵的關(guān)鍵技術(shù)有堆肥介質(zhì)的選擇、堆肥菌種的篩選以及腐熟度的判斷等；高溫生物降解的關(guān)鍵技術(shù)有降解菌種的篩選和復(fù)配、密閉容器(發(fā)酵罐)的構(gòu)造、發(fā)酵輔料的選擇和復(fù)配等；酸解的關(guān)鍵技術(shù)有酸的種類、壓力與時(shí)間的控制，及密閉容器的構(gòu)造等。此外，病死畜禽無害化處理技術(shù)還包括微波處理、酶解處理、黑水虻等昆蟲處理、超聲酶解處理、硅泥處理、電化學(xué)氧化等。

從應(yīng)用角度看：深埋處理法過程簡(jiǎn)單，可靠，費(fèi)用低，但處理過程緩慢，且處理不當(dāng)易造成土壤甚至地下水污染；直接焚燒浪費(fèi)了病死禽畜的利用價(jià)值，消耗燃料，且焚燒爐建造和維護(hù)費(fèi)用高，焚燒后產(chǎn)物難處理；堆肥發(fā)酵設(shè)備要求簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，發(fā)酵程度高，但受天氣影響大，發(fā)酵周期長(zhǎng)[2]；化制法滅菌效果好、處理時(shí)間短、安全性高，但設(shè)備要求高，一次性投資大且維護(hù)費(fèi)用高，處理過程產(chǎn)生廢氣和污水，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定[5]；高溫生物降解技術(shù)成本較低，且環(huán)保高效，并能很好地殺滅病原[6]；酸解的處理過程可以實(shí)現(xiàn)零污染，處理成本低且產(chǎn)品附加值高[7]。

3.1 高溫生物降解

高溫生物降解是利用高溫滅菌技術(shù)與生物降解技術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過切碎、高溫處理而殺滅病原微生物，再利用微生物將病死畜禽組織逐步降解轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥的技術(shù)[6]。

3.1.1 技術(shù)發(fā)展路線

早在1971年，專利DE1792471A1公開了一種高溫生物降解的壓力容器。20世紀(jì)80年代之前，高溫生物降解的專利相對(duì)較少，由于微生物及機(jī)械化技術(shù)的落后，當(dāng)時(shí)僅有的一篇專利中，所述的發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置有攪拌臂，并未提及破碎裝置、溫度傳感系統(tǒng)等設(shè)置。直到20世紀(jì)90年代，高溫生物降解的專利才逐漸增多，1993年，專利JP06329489A公開了一種使用微生物生產(chǎn)肥料和飼料的攪拌裝置及微生物復(fù)合菌劑。

21世紀(jì)初，高溫生物降解技術(shù)朝著快速發(fā)酵的方向發(fā)展：專利JP2001232329A公開了一種快速發(fā)酵動(dòng)物尸體的裝置；專利US6638757B1介紹了一種生物尸體的生物消化方法，述及一種特異性培養(yǎng)的細(xì)菌；專利EP1535672A1述及一種厭氧發(fā)酵方法處理肉料的程序。2010年以后，高溫生物降解技術(shù)更加完善，專利KR1020180019801A述及牲畜胴體循環(huán)加速裝置，包含破碎單元、加熱單元、攪拌單元等。

3.1.2 重點(diǎn)申請(qǐng)人

高溫生物降解技術(shù)專利量最多的申請(qǐng)人是汪深，共申請(qǐng)相關(guān)專利12件，Green Farm Energy AS和湖南屎殼郎環(huán)境科技有限公司專利申請(qǐng)量分別為11件和10件。

3.2 酸解

酸解是指在密閉容器內(nèi)，利用強(qiáng)酸溶液處理病死畜禽的方法，具體過程如下：收集病死畜禽尸體，利用冷藏車運(yùn)至處理中心，粉碎尸體，再將它們放入密閉容器內(nèi)，加入一定量的酸，在一定的溫度和氣壓下，把尸塊水解成油脂和氨基酸的過程[7-8]。

3.2.1 技術(shù)發(fā)展路線

1996年，專利DE19623163A1公開了一種在18～40 ℃，pH為3～5條件下酸解生產(chǎn)液體肥料的方法；2000年，專利KR1020000063721A公開了一種用硝酸或磷酸酸解生產(chǎn)液體有機(jī)肥的方法；2004年，專利KR1020040065201A介紹了一種用硝酸或磷酸，在120～130 ℃，2～4個(gè)大氣壓下酸解0.5～1 h，制備酰胺酸液肥的方法；2007年，專利KR100865632B1公開了一種用70%的鹽酸在100 ℃水解5 h制備有機(jī)肥的方法。

2013年，專利CN104107827A公開了一種酸解處理動(dòng)物尸體的設(shè)備及方法；2014年，專利CN104529565A公開了一種生產(chǎn)氨基酸混合液的裝置，包括絞切刀式破碎機(jī)、脫脂系統(tǒng)蒸煮器、二次粉碎機(jī)、反應(yīng)釜、儲(chǔ)存罐、過濾器，專利CN103804032A公開了一種用5～7 mol/L的硫酸在80～90 ℃下對(duì)瘦肉水解5～7 h生產(chǎn)酸解液的方法，專利CN104190694A公開了一種用3～5 mol/L的硫酸在80～100 ℃和1～2個(gè)大氣壓下水解2～5 h生產(chǎn)酸解液的方法；2015年，專利CN104788143A公開了一種利用酸解液與腐熟有機(jī)肥生產(chǎn)生物有機(jī)肥的方法及產(chǎn)品。

3.2.2 重點(diǎn)申請(qǐng)人

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)專利申請(qǐng)量20件排行第1；江蘇北斗星環(huán)保股份有限公司和河北潤(rùn)雨肥料科技有限公司并列第2，專利申請(qǐng)量均為3件；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和湖南省的蔣常德專利申請(qǐng)量均為2件。

4 結(jié)語

本文利用專利計(jì)量的方法對(duì)全球病死畜禽無害化處理技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，主要得出以下結(jié)論：(1)全球病死畜禽無害化處理的專利公開量排名前3的國家是中國、韓國和美國；國內(nèi)主要集中在山東、江蘇和浙江；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)專利量排名第1。(2)技術(shù)布局重點(diǎn)集中在高溫生物降解、焚燒、化制、堆肥發(fā)酵和酸解。(3)高溫生物降解技術(shù)最早于1971年公開于德國，專利較多的申請(qǐng)人是汪深、Green Farm Energy AS和湖南屎殼郎環(huán)境科技有限公司。(4)酸解技術(shù)最早于1996年公開于德國，之后韓國有一批相關(guān)專利申請(qǐng)，2010年以后酸解技術(shù)專利在我國大量涌現(xiàn)；代表性申請(qǐng)人是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，共申請(qǐng)相關(guān)專利20件，有5件專利發(fā)生轉(zhuǎn)讓或許可。

針對(duì)以上分析結(jié)果，我國相關(guān)管理和科研人員可以從以下視角進(jìn)行調(diào)整布局：(1)加強(qiáng)政策支持；(2)大型養(yǎng)殖場(chǎng)盡量選擇高溫生物降解或酸解技術(shù)處理病死動(dòng)物；(3)加強(qiáng)國際間交流與合作，注重高溫生物降解成熟技術(shù)的引進(jìn)與轉(zhuǎn)化；(4)集中力量加強(qiáng)酸解技術(shù)的攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)我國在病死畜禽無害化處理技術(shù)上的彎道超車；(5)重視高價(jià)值專利的國際布局，引導(dǎo)加強(qiáng)海外專利保護(hù)力度。