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

(浙江省農業科學院，浙江 杭州 310021)

近年來，隨著國家環保產業政策的日趨完善與民眾生態保護意識的不斷提高，水環境的污染狀況與治理技術愈發受到社會的關注。長三角區域作為我國經濟、技術、生態發展的先行者，在國家發展的各個方面都具有舉足輕重的作用。研究表明，長三角地區水處理技術專利數占全國該領域專利總數的20%以上[1-2]。因此，開展對長三角區域污水處理技術發展態勢的分析，對促進污水治理產業協調發展與加強區域協同創新具有重要意義。現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、含硫廢水處理技術的發展態勢；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、曝氣生物濾池、生物膜強化MBR、厭氧氨氧化-反硝化耦合技術在處理印染、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、國際水處理技術發展趨勢，基于區域間協同創新視角特別是長三角區域的污水治理態勢研究卻鮮有報道。

專利作為科技成果的主要表現形式和文獻載體，具有典型的科技創新活動主體、客體特征，科技創新的行為主體即為專利權人，科技創新的研究客體即為專利技術內容。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三省一市污水治理領域權利人的技術合作與技術競爭態勢、重點技術領域及關鍵技術領域的全面分析，為指導產業技術升級、促進區域一體化發展提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

以patsnap智慧芽(https://www.zhihuiya.com)為數據源，檢索以“污水or廢水”“治理or處理”為標題/摘要、以“上海”“江蘇”“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。對檢索結果進行整理、去噪和標引，最終得到29 465條專利數據。

1.2 研究方法

采用EXCEL、BICOMB、UCINET、SPSS等數據分析工具，以Excel軟件對數據進行基礎統計，以BICOMB軟件進行引文統計，并生成引文詞篇矩陣，以UCINET 6.0軟件進行合作網絡分析，以SPSS 23.0軟件對高被引專利進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 長三角地區污水治理專利的時空分布特征

長三角地區污水治理專利的總體分布見圖1。從時間發展維度看，長三角地區三省一市在污水治理領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污水治理領域的專利增速略低。由于各地的水域分布、技術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居長三角地區污水治理領域的首要位置，浙江省緊隨其后。安徽省污水治理技術起點較低，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域專利量最為突出，約為安徽省、上海市的3.5倍。從污水治理領域專利申請量top 11權利人的區域歸屬看(表1)，江蘇省權利人占有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4席、2席，占比分別為36.36%、18.18%；安徽省污水治理領域的專利總量雖略高出上海，但在該領域無表現較為出眾的權利人。這與李敏[1]的全國污水治理專利研究的區域分布情況基本一致，但top 11權利人的專利數量及排序有所差異，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年專利數據不完整。

表1 長三角地區污水治理領域專利申請量top 11權利人分布

圖1 長三角地區污水治理專利申請趨勢

2.2 長三角地區污水治理領域專利權人合作關系

一個具有2個及以上權利人的專利即認定為合作專利，以權利人之間的合作關系為基礎構建合作網絡圖譜。經統計，近5 a長三角地區污水治理領域的合作專利有1 264項，專利合作率為4.29%，共涉及1 135個權利人。考慮合作網絡圖譜的展示效果，此處僅顯示合作頻次大于3的權利人及其合作關系。利用UCINET軟件中的NETDRAW對權利人合作關系進行可視化分析(圖2)。其中，節點大小代表專利合作的數量，連線粗細代表權利人間的合作頻次。

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

圖2 長三角地區污水治理領域專利權人的合作網絡譜

2.3 長三角地區污水治理領域專利權人競爭關系分析

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

圖3 長三角地區污水治理領域專利權人競爭關系

長三角地區污水治理領域專利權人的競爭關系存在如下特點：(1)從IPC主分類號分布看，C02F9/14(含有生物技術的污水多級處理)是污水治理技術的高度集中區，絕大多數權利人的污水治理技術均涉及到該技術領域，表明以生物技術為主導的污水多級處理是當前長三角地區污水治理的研究熱點；(2)從權利人分布看，常州大學在圖中所示的10個技術領域均有布局，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)方面技術實力顯著，這與其獨占長三角地區污水治理領域專利的首要位置密不可分；(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)的技術引領者，在其他方面也有非凡的綜合表現；(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)領域具有絕對優勢，在其他方面表現欠佳，表明寧波大學能夠集中優勢技術力量進行技術開發活動，但在其他技術領域的專利布局有所忽視；(5)浙江奇彩環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)方面競爭優勢明顯，是污水治理企業技術創新的優秀典范；(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)領域存在激烈的競爭關系，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歷有關；(7)常州大學、南京大學、浙江大學、同濟大學、徐州工程學院、環境保護部南京環境科學研究所與鹽城工學院在C02F3/30(好氧和厭氧工藝)技術方面實力相當。

2.4 長三角地區污水治理領域高被引專利聚類

專利聚類分析即采用聚類分析方法對專利文獻的技術內容信息進行技術相似性分析的過程，用來挖掘專利文獻之間的相關性[13-14]。2篇或多篇文獻被后續同一篇或多篇文獻引用，則被引文獻在研究內容或技術主題上具有相似性。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量，可以反映引文的重要性及對該領域后續研究的影響力。以長三角地區污水治理領域被引頻次大于5的專利作為高被引專利，利用BICOMB軟件構建引文-施引文獻矩陣，剔除無共引用關系的引文數據，最終獲得110條引文。利用SPSS 23.0軟件對數據進行系統聚類，并繪制聚類樹狀圖。

根據聚類結果，可將長三角地區2013—2017年污水治理領域高被引專利劃分為14個類團(圖4)。結合專利標題、摘要、權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的被引頻次遙遙領先于其他類團，為145次。結合類團內文獻信息可知，生態養殖系統的開發與重金屬廢水的處理研究是當前長三角地區污水治理技術研究的熱點。類團G、H與I的研究內容分別聚焦于多功能處理劑、工業廢水的深度處理、重金屬廢水的多級處理、污水處理系統的自清潔裝置與微生物處理技術等主題，也是長三角地區污水治理技術研究的重要方向。

表2 長三角地區污水治理領域專利技術主題分布

圖4 長三角地區污水治理領域高被引專利的聚類樹

2.5 長三角地區污水治理領域專利技術組合

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

圖5 長三角地區污水治理領域專利技術組合矩陣

由圖5可知，長三角地區污水治理領域14個專利類團分布在組合矩陣圖的3個區域。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影響力，表明多功能處理劑、新型吸附劑及催化材料的開發、重金屬廢水、酸性廢水及餐廚廢水的處理與工業廢水的深度處理、污水處理系統的自清潔裝置與微生物處理技術等研究是當前長三角地區污水治理的關鍵技術領域，技術成熟度與社會關注度較高，對推動區域創新與行業發展意義重大。類團A(生態養殖系統與重金屬廢水處理)位于第二象限，對該領域后繼研究有較高的參考價值，是長三角地區污水治理中極具發展空間的潛力技術領域。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、光催化技術與臭氧氧化技術、串聯式沉淀設備、綜合污水處理系統與運動型污水處理系統等方面，專利活動活躍性較差，為長三角地區污水治理的一般相關技術領域。第四象限為活躍技術區域，本研究中無相關類團落入該區域。

3 小結

本研究以長三角地區2013—2017年污水治理領域專利文獻為基礎，通過社會網絡分析、技術相似性分析、聚類分析與專利組合分析等計量學方法，在了解長三角地區近年來污水治理領域專利時空分布特征的基礎上，從專利行為主體與專利技術客體2個維度深入探析了長三角地區污水治理專利權人之間的合作、競爭關系與專利技術內容的研究重點及關鍵技術領域。結果表明：江蘇省憑借扎實的技術基礎在近5 a一直穩居長三角地區污水治理領域的首要位置，且保持著快速增長的強勁勢頭。長三角地區污水治理領域的專利人之間尚未形成有效的合作網絡，合作廣度與合作深度都有待加強。含有生物技術的污水多級處理是當前污水治理領域中專利權利人技術競爭的膠著區。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、東南大學與環境保護部南京環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領域競爭亦十分激烈。當前長三角地區污水治理的關鍵技術領域主要集中在生態養殖系統的開發與重金屬廢水的處理、多功能處理劑、工業廢水的深度處理、污水處理系統的自清潔裝置與微生物處理技術等方面。其中，生態養殖系統的開發與重金屬廢水的處理研究具有極大的發展潛力。