我國地漏殺菌技術的研究現(xiàn)狀及前景分析

張業(yè)涌，謝庚，蘇饋足，徐智，李云翔

（合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，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)中的關鍵部件，地漏在防止上下排水管道中的臭氣和害蟲進入室內(nèi)、保護住宅空氣質(zhì)量、防止細菌疾病傳播、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題更是成為了民眾關注的熱點。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)出高效率嚴標準的殺菌地漏、完善產(chǎn)品技術體系、帶動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級更是成為了給排水工程人員必須攻克的難關。

本文以近20年我國殺菌地漏的授權專利為基礎，采用定量統(tǒng)計、定性分析、技術評價等方法研究了我國殺菌地漏的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了現(xiàn)有技術和產(chǎn)品的應用缺陷，并從技術創(chuàng)新的視角對我國殺菌地漏產(chǎn)品的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 地漏殺菌技術的專利分析

專利分析基于對現(xiàn)有專利信息的深入挖掘，有利于對行業(yè)和技術發(fā)展趨勢的全面了解，對技術核心和技術演變的準確把握以及對技術空白的及時發(fā)現(xiàn)并制定詳細的研發(fā)戰(zhàn)略。

1.1 專利檢索情況

本研究檢索時間為2021年3月1日，檢索數(shù)據(jù)來源為中國國家知識產(chǎn)權局專利檢索與分析數(shù)據(jù)庫，共檢索到22件“殺菌地漏”相關專利申請，經(jīng)過人工去噪和整理后，共有19件有效專利可用于后續(xù)分析。其中，實用新型專利共15件，公開發(fā)明專利共4件，分別占殺菌地漏專利申請總量的78.9%和21.1%。

1.2 專利申請數(shù)量分析

從專利申請量年度分布圖可知，我國殺菌地漏及相關技術的專利申請量呈逐年上升的趨勢，2017年及2020年是申請量最多的年度，2018年及2019年雖有所回落，但總體仍保持有強勢的上升勁頭。從技術生命周期的角度來看，我國地漏殺菌技術尚處在緩慢發(fā)展時期，核心和關鍵技術仍不突出，相信隨著各類新型材料、化工能源、信息互聯(lián)等技術的問世和利好政策的出臺，我國殺菌地漏技術也會迎來長足發(fā)展的新篇章。

1.3 專利申請區(qū)域分析

從專利申請區(qū)域分布圖可知，我國地漏殺菌技術的專利申請區(qū)域主要位于長三角、珠三角等經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(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)濟實力強大、創(chuàng)業(yè)體系完善、科技發(fā)展蓬勃，擁有優(yōu)良的市場環(huán)境和顯著的區(qū)位優(yōu)勢；另一方面，社會、經(jīng)濟與文化的發(fā)達也推動了生活品質(zhì)的高發(fā)展，民眾的安全防范意識普遍較高，這都為高科技殺菌地漏的研發(fā)推廣創(chuàng)造了良好的市場環(huán)境。

圖1 我國殺菌地漏專利的申請量年度分布

圖2 我國殺菌地漏專利的申請區(qū)域分布

1.4 專利申請人分析

從專利申請人分布圖可知，我國參與地漏殺菌技術研發(fā)申請的機構多達14所，其中開平市新明光五金制品公司、廣東菜丁網(wǎng)絡科技公司、成都川行科技塑業(yè)公司等三所企業(yè)為地漏殺菌技術研發(fā)的領跑者。此外，我國殺菌地漏專利的創(chuàng)新主體主要為企業(yè)集團，一方面更易于技術成果的商業(yè)化運作，完善我國地漏產(chǎn)業(yè)的技術體系；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 殺菌地漏專利的申請人分布

1.5 專利申請技術分析

從專利功效矩陣氣泡圖可以看出，我國地漏殺菌消毒技術主要集中在紫外線殺菌燈管、化學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的應用最為廣泛，占全部已有殺菌地漏專利申請的47.4%。金屬銅因為其安全的殺菌原理、簡單的制作工藝以及低廉的材料價格而在現(xiàn)行地漏市場上最為普遍，但關于金屬銅殺菌技術的升級研發(fā)卻較為欠缺。此外，在空氣凈化、開關管控、強弱電隔離以及自動報警等新興地漏技術的研發(fā)方面我國雖有涉獵，但尚處在初級發(fā)展階段，還存在大量的技術空白與漏洞。

圖4 殺菌地漏專利的功效矩陣

2 地漏殺菌技術的現(xiàn)狀分析

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

2.1 金屬殺菌

殺菌金屬在我國地漏產(chǎn)品中應用最為廣泛的主要是金屬銅，如“潛水艇”“六防科技”“九牧集團”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反應產(chǎn)生的·OH（羥基自由基），實驗表明金屬銅在1小時內(nèi)的殺菌率可高達99.99%，可有效抑制地漏水封中的細菌生長，且具有不產(chǎn)生毒副產(chǎn)物、綠色環(huán)保的優(yōu)點。但金屬銅在水中的離子溶出率極低，其在實際生活運用中的殺菌效果還有待進一步的研究加強。

2.2 化學殺菌

目前可用于地漏殺菌的化學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人體有接觸性或攝入性的毒理作用，因此在實際生產(chǎn)中應盡量避免使用。臭氧殺菌劑安全性較好，對人體皮膚均無刺激性，且無有毒物質(zhì)生成；實驗表明若水環(huán)境中臭氧濃度達到20.64mg/L，則其對大腸桿菌等細菌的殺滅率在1小時后可達到99.93%，殺菌效果極佳。而納米銀材料作為一種新興的化學殺菌劑不僅擁有綠色環(huán)保、安全無毒、可重復殺菌的優(yōu)點，而且準球形納米銀顆粒的殺菌效果可在8μg/mL時達到99.8%，在金屬離子殺菌劑中明顯優(yōu)于銅和鋅。目前我國地漏專利中安放化學殺菌劑的方式主要有儲液氣囊、儲存罐、儲存空腔、除臭掛件等，并利用擠壓噴灑、流動接觸或直接浸沒等方式完成地漏水封殺菌。但化學殺菌劑普遍具有持續(xù)性不強、需及時更換、拆裝復雜的缺陷。

2.3 紫外線殺菌

近年來，紫外線殺菌技術以其高效、可持續(xù)、無污染、輕便小巧、應用面廣等諸多優(yōu)點逐漸成為消毒殺菌儀器市場中的佼佼者。紫外線殺菌燈主要是通過輻射損傷和破壞微生物的核酸功能來殺滅病原體，實驗表明利用輻射強度為4.3μW/cm的LED紫光燈照射15min，就可對4cm范圍內(nèi)的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細菌達到100%的滅殺效果。但紫外線殺菌燈的構造復雜，制作成本較高，在一定程度上增加了地漏內(nèi)部的過流通道，會對地漏的排水性能、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)，還帶來了遇水觸電等安全風險。

3 總結(jié)與展望

目前，我國地漏殺菌技術的發(fā)展尚處在初級探索和緩慢前行的階段，研發(fā)機構數(shù)目較少，地域資源分配不均，工藝體系尚不完善，技術優(yōu)勢尚不明顯，各類殺菌地漏專利的商業(yè)化運作也有待進一步建設和開發(fā)。

隨著新材料、新工藝、新設備以及新科技的陸續(xù)問世與成熟，我國地漏殺菌技術及產(chǎn)品也在逐漸向技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級的目標邁進。在材質(zhì)方面，具有長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)設計帶來突破；在化學殺菌方面，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用；即便在更復雜的紫外線殺菌領域，我國目前也設計出來具有開關自動管控、強弱電隔離等功能的更安全的地漏產(chǎn)品。相信在未來我國一定會有更多的殺菌地漏裝置投入生產(chǎn)使用，相關產(chǎn)品和技術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域發(fā)揮更大的作用。