基于專利計量的我國地下水污染修復技術分析

金 鑫，張艷莉

（吉林大學，吉林 長春 130021）

1 研究背景

作為淡水資源的重要構成之一，地下水因其特性穩定、分布范圍較廣且相對不易遭受污染，逐漸成為全球經濟社會發展不可或缺的戰略資源，在生活飲水、農田用水、工業生產、城市建設等方面發揮著重要作用。然而，隨著現代工農業和城市化的快速發展，我國地下水開發利用規模不斷擴大。過度和不當的人類生產生活活動，導致地下水遭受不同程度污染，特別是在大中型城市、農業集約區和礦物開采區[1-2]。2018年中國水資源公報對全國2 833眼地下水監測井進行水質評價中發現，Ⅳ類、Ⅴ類水質監測井分別占評價監測井總數的29.2%和46.9%，Ⅰ～Ⅲ類僅占23.9%[3]。由此可知，解決我國地下水污染的問題已迫在眉睫。如何降低污染物濃度，維持地下水資源的可持續利用，已成為促進中國綠色發展的重中之重。

當下可查詢到地下水污染修復技術的綜述文獻較多，按照修復方式的不同可分為原位修復和異位修復等。趙勇勝[4-5]、劉琴等[6]、張濤等[7]、陳楠緯[8]、黃文建等[9]已對地下水污染修復領域的技術進行了系統的歸納概括，但很少有研究人員對該領域產生的大量專利文獻做出系統的統計分析。專利文獻是科學技術創新的重要載體，代表著最前沿的技術發展水平，是指導技術創新的重要信息來源之一。專利分析是從數學和統計學的角度，從專利信息的數量關系、趨勢規律等角度開展定量研究的經典情報學統計分析方法[10-11]。

隨著我國地下水污染修復技術領域專利的數量逐年增多，系統分析該領域的專利文獻，可以更好地了解和掌握地下水污染修復領域技術的發展態勢，以期為后續相關修復技術的創新研究與應用提供參考，對推動科技進步和產業發展具有一定指導性意義。

2 數據來源與分析方法

本文所采用的數據來源于incopat專利數據庫（https：//www.incopat.com/），通過incopat科技創新情報平臺對專利信息進行檢索，收集涉及我國地下水污染修復專利的基本信息。所采用的檢索式為“TIAB=（地下水）AND TIAB=（污染）AND（TIAB=（修復）OR TIAB=（治理）OR TIAB=（處理）OR TIAB=（調查)）”。一般情況下，發明和實用新型專利相比于外觀設計專利具有更高的科技創新特性，因此，專利類型選擇“發明”和“實用新型”類。檢索時間范圍截止至2021年8月3日。

檢索共得到專利3 381項，擴展同族合并后，得到2 732項。于檢索結果中人工清洗，剔除與主題無關的專利，如地下水調蓄、水排放處理、廢物安全填埋裝置、地下水智慧平臺、雨水收集系統、泥沙預處理等，共得到2 177項記錄，作為本文樣本數據。

借助incopat數據庫專利分析平臺及Microsoft Excel等，對相關專利進行多維度定量與定性分析，科學客觀地得出我國地下水污染修復領域技術的研究現狀及發展態勢。

3 數據分析

3.1 專利公開態勢分析

技術生命周期是一種以周期變化為特征的模式。分析特定領域專利的技術生命周期，可以整體了解產業發展狀況，預測技術發展趨勢[12]。本文將樣本數據按年公開數量進行統計得到如圖1所示的1987-2021年地下水污染修復專利數量變化趨勢圖。

圖1 1987-2021年地下水污染修復專利數量變化趨勢圖

可以看到，我國地下水污染修復技術相關專利的數量變化態勢整體上升，經歷了萌芽期、增長期和高峰期，現階段仍在快速發展。第一項專利起步于1988年，是由中國市政工程東北設計院市政工程研究所于同一天提交的發明專利“生物濾池法地下水除鐵、錳技術與設備（CN88100667.X）”和實用新型專利“地下水除鐵除錳設備（CN88203110.4）”，開啟了地下水污染修復領域專利的新篇章。2009年以前，我國地下水污染場地較少，且存在生物自然修復，并未對人類造成很大影響，因此未引起研究人員在該領域較多的關注，專利申請量不多。2009-2012年公開專利量開始逐步增加，每年20～70項；2013年后開始快速發展，全國各機構在此領域迅速布局，2013-2020年公開專利的復合增長率為18.16%；2020年達到激增頂峰，公開專利量多達400項。由于專利申請日和公開日之間存在18個月的滯后期，最近兩年數據僅供參考，下同。

公開專利數量增長可能因為2012年發布的《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》（國發[2012]28號）中，將“推動水污染防治”列入“先進環保產業發展路線圖”，多地關停了污染企業，國家政策的引領激發了水污染修復產業的活力。整體而言，該領域仍處于申請活躍、蓬勃發展的狀態，隨著《水污染防治行動計劃》（水十條）等一系列國家政策的出臺，預計未來幾年相關專利的申請仍將繼續保持增長態勢。

3.2 專利申請機構分析

專利申請數量的排名可以反映出該領域活躍的主要申請人，反映出前沿技術的壟斷程度。本文樣本涉及的申請人主要包括高等院校、科研院所和企業等。表1列出的地下水污染修復領域主要研究機構的情況所示：中國環境科學研究院專利數量最多，共52項；其次是北京高能時代環境技術股份有限公司，專利數量為48項；中國地質大學（武漢）、吉林大學、清華大學緊隨其后，分別申請專利39項、34項、33項。

表1 主要研究機構相關專利申請情況

從專利申請TOP20機構的類型來看，屬于高校的有10家，屬于科研機構有4家，屬于企業的有6家。充分顯示出，地下水污染修復領域的頭部相關技術研發和專利申請主要是由高校和科研院所主導，高校院所在此領域積極布局，專利保護意識和技術研發實力較強，表現較為活躍。但在2 177項專利申請數據源中，企業共1 149家，占比52.78%；高校共651家，占比29.90%；科研機構共299家，占比13.73%；剩余為其他申請人。可以看出企業在該領域專利申請中也表現出積極布局的態度，但壟斷企業較少。相對而言，企業研發技術相對薄弱，還需加大研發投入，加強與高校院所合作力度，建立產學研鏈條，促進地下水污染修復技術發展和應用。

3.3 專利申請區域分布分析

申請專利數量占據全國前10的省市區域排名見表2。由表2可知，北京、江蘇、上海是排名前3的專利申請地區，專利數量分別為488、331和244項，廣東、山東、湖北、湖南、浙江、天津、安徽緊隨其后。

表2 專利數量排名前10的省市區域分布

分析主要原因，其一，當地科研單位多、科研氛圍濃厚。根據全球頂級科研期刊《自然》發布增刊“2021中國自然指數”顯示，中國科研產出最高的10個地區為：北京、上海、江蘇、廣東、湖北、浙江、安徽、山東、天津和香港，這與本文樣本專利區域排名高度吻合。其二，北上廣、江浙、兩湖等地的環保企業較為集中，當地的工業結構和產業需求也強力推動了這些省市必須去解決地下水污染修復領域的技術問題，因此研究發展也相應較快。

3.4 國民經濟構成分析

為落實《“十三五”國家知識產權保護與運用規劃》中關于“加強專利活動與經濟效益之間的關聯評價”的要求，國家知識產權局制定了《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表》，建立了知識產權與國民經濟各行業的映射關系，有助于從產業角度出發開展相關統計分析。基于參照關系表，可對地下水污染修復技術領域的國民經濟構成進行分析，表3展示了本文樣本專利在各國民經濟行業的分布情況。由表3可知，該領域主要集中于制造業和水的生產和供應業，其中C35（專用設備制造業）、C40（儀器儀表制造業）、C26（化學原料和化學制品制造業）、D46（水的生產和供應業）和C15（酒、飲料和精制茶制造業）占據樣本專利的一半以上，由此反映出該領域技術對接經濟維度，在各產業創新活躍情況。

表3 專利數量排名前10的行業分類

3.5 研發方向分析

國際專利分類（IPC）是目前國際通用的專利文獻分類和有效檢索方法，可以準確錨定該領域聚焦的研發主要方向和重點[13]。

從IPC分類來分析，相關專利主要集中在化學冶金（C類）、作業運輸（B類）、物理（G類）、固定工建筑物（E類）（見表4），可見地下水污染修復技術是領域交叉較為廣泛的技術。從細化的角度分析技術方向布局，發現C02F（水、廢水、污水或污泥的處理）是最受關注的技術方向，申請量占專利總量的50.90%；其次是B09C（污染的土壤的再生）、G01N（借助于測定材料的物理或化學性質來測試或分析材料），分別占專利總量的22.05%、6.11%。對兩個聚集度較強的技術進一步細化，在C02F中C02F103/06（被污染的地下水或浸出液）、C02F1/28（吸附法）、C02F9/04（至少有一個化學處理步驟）、C02F3/34（以利用微生物為特征的）、C02F101/30（好氧和厭氧工藝）是重點研發方向，在B09C中B09C1/00（污染的土壤的復原）、B09C1/08（用化學方法）、B09C1/10（用微生物方法或利用酶）是重點研發方向。

表4 地下水污染修復領域主要技術方向

3.6 聚類分析

聚類又叫座群分析，是由若干個模式構建的一種數據挖掘思想。專利聚類是聚類在專利文本上面的應用，把文本處理為計算機語言的數學信息，然后在高維空間中去計算各個空間點之間的距離，再按照其遠近分成若干個簇，簇內的距離很近，簇間的距離很遠[14]。

專利聚類分析圖可以全方位直觀地展示專利信息，針對專利文獻中包含的經濟、科技、法律等信息進行加工并進行更深層次的解讀。如圖2可以看出，地下水污染修復領域技術分為5個聚族，每個聚族又各包含5個主題詞，這些主題詞的描述反映了該領域目前的主要研究方向和內容，主題詞對應面積的大小代表了該主題專利的多少。

圖2 專利聚類分析圖

如圖3顯示了排名前10位的申請人在這5個聚族的布局情況。

圖3 專利數量排名前10的申請人聚類分析圖

4 結論與建議

通過對我國地下水修復技術領域專利的統計，從專利公開態勢、申請機構、申請區域分布、國民經濟構成和研發方向及聚類分析等多個角度討論了我國地下水修復技術的發展現狀與未來趨勢。整體而言，該領域處于蓬勃發展的階段，但存在的問題仍不容小覷。得出以下結論：在國家政策引導下，我國地下水修復技術領域于2013年后開始快速發展，年公開量呈大幅增加的趨勢，發展潛力巨大。

高校院所研發能力較強，但很少與企業聯合研發申請專利，產學研一體化程度較低，造成研發資源的浪費。國家應制定出臺鼓勵高校院所與企業合作研發的相關政策，促進相應領域技術擴散與科研成果轉化。

分類號C02F的專利申請相對較為活躍，解決的問題大多集中在成本降低、效率提高、復雜性降低和便利性提高等方面。研發機構可針對相對較為空白的其他技術方向加強重視，拓展布局，使得該領域技術全面平衡多樣化發展。

我國地下水污染修復專利增長速度較快，但專利質量有待提高。市場轉化率低，專利被引、轉化許可等數據均不高，產業化程度還很不足，尤其是高校院所與企業間的市場轉化程度較低。我國未來需要加強相關領域科技成果的應用和轉化，將“靜止的”專利有效利用起來，優化資源配置，助推經濟創新發展和轉型升級。