江蘇省污水處理及其再生利用專利分析研究

周運(yùn)迪，趙 晗，邱傳虹，秦琲琛

(南京市知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中心，江蘇 南京 211899)

0 引言

污水處理及再生利用作為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的核心領(lǐng)域，其技術(shù)發(fā)展對(duì)于水環(huán)境的保護(hù)和水資源的節(jié)約是至關(guān)重要的。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局在2017年所發(fā)布的《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》指出，污水處理及再生利用是包括污水污泥的處理和處置，以及凈化后再利用的活動(dòng)，主要包括污水的收集、處理及深度凈化。

隨著“十四五”規(guī)劃的開(kāi)展，綠色發(fā)展和生態(tài)環(huán)保已經(jīng)成為我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)工作。為了進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)現(xiàn)國(guó)家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，江蘇省政府圍繞污水處理及再生利用領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，通過(guò)建立地方性法規(guī)、加強(qiáng)源頭治理、提升執(zhí)法力度、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)等方式多措并舉，確保產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。目前，已有的研究主要從技術(shù)或者應(yīng)用角度對(duì)污水處理領(lǐng)域進(jìn)行挖掘和研究，如張鵬娟[1]對(duì)污水處理系統(tǒng)中的濃縮系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、結(jié)晶系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行比較；劉爽等[2]對(duì)污水處理常用的技術(shù)進(jìn)行了分析；晏欣茹等[3]關(guān)于污水提升泵站、污水處理單元、軟化系統(tǒng)、再生水余熱回用等技術(shù)方案在綜合能源領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)；劉慧[4]總結(jié)了生態(tài)環(huán)保污水處理技術(shù)。從專利角度對(duì)污水處理領(lǐng)域的研究包括：譚芳香等[5]集中統(tǒng)計(jì)2018年5月以前的全球和中國(guó)范圍內(nèi)污水處理專利并進(jìn)行了分析；許美芳等[6]聚焦于2008—2017年浙江省污水處理專利，針對(duì)專利發(fā)展態(tài)勢(shì)、技術(shù)構(gòu)成、專利權(quán)人構(gòu)成等方面進(jìn)行了分析；王曉慧[7]等對(duì)1995—2012年中國(guó)水處理專利進(jìn)行了分析。目前，尚無(wú)聚焦于江蘇省近五年污水處理及其再生利用的專利分析。江蘇水資源極其豐富，水域面積占比16.9%[8]，江蘇省在污水處理及再生利用領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量位居全國(guó)首位，與第2名廣東相差2 516件，江蘇在該領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(見(jiàn)圖1)。

本文將對(duì)江蘇省污水處理及再生利用領(lǐng)域的專利進(jìn)行深入分析，具體包括申請(qǐng)趨勢(shì)、地市分布、申請(qǐng)人及專利權(quán)人排名、技術(shù)領(lǐng)域等多個(gè)維度。通過(guò)綜合研究，為江蘇省污水處理及再生利用領(lǐng)域發(fā)展提供專利布局、技術(shù)熱點(diǎn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面的意見(jiàn)參考。

圖1 近5年全國(guó)污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)排名

1 江蘇省污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)分析

本文統(tǒng)計(jì)的專利數(shù)據(jù)來(lái)源于incoPat數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索式構(gòu)建以關(guān)鍵詞為主，包括污水、處理、凈化、可利用、再生利用、重復(fù)利用、再利用、循環(huán)利用、回用、再生環(huán)保、污染治理、治理污染等，申請(qǐng)日為2017—2021年，檢索截止公開(kāi)日為2021年12月31日。

1.1 申請(qǐng)趨勢(shì)分析

截至2021年年底，江蘇污水處理及其再生利用專利累計(jì)申請(qǐng)總量達(dá)14 089件。隨著該領(lǐng)域的發(fā)展，江蘇污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)量也在近二十年期間持續(xù)增長(zhǎng)，從2002年的17件到2020年的2 769件，20年的年均增長(zhǎng)率為32.70%(見(jiàn)圖2)。近年來(lái)江蘇持續(xù)推進(jìn)污水治理工程建設(shè)，2011年頒布《江蘇省排放水污染物許可證管理辦法》[9]，就明確地指出排污單位需要申請(qǐng)領(lǐng)取排污許可證。2012年出臺(tái)《省政府關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施意見(jiàn)》[10]，鼓勵(lì)發(fā)展污水處理回用及雨水、海水等非常規(guī)水源的開(kāi)發(fā)利用。2015年《省政府關(guān)于創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域投融資機(jī)制鼓勵(lì)社會(huì)投資的實(shí)施意見(jiàn)》[11]中指出要推動(dòng)環(huán)境污染的市場(chǎng)化治理，進(jìn)一步激發(fā)社會(huì)資本的市場(chǎng)活力。2017年《省政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)生態(tài)保護(hù)引領(lǐng)區(qū)和生態(tài)保護(hù)特區(qū)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》[12]提出正面清單制度并進(jìn)行嚴(yán)格實(shí)施。2021年《省政府辦公廳關(guān)于印發(fā)江蘇省“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的通知》[13]中制定了健全水環(huán)境質(zhì)量改善的長(zhǎng)效機(jī)制，并提出了新的具體舉措。聚焦近10年專利申請(qǐng)，其中，2017年增長(zhǎng)速度較快，從2016年的1 037件到2017年的1 459件，增長(zhǎng)率高達(dá)40.69%。由此可見(jiàn)，政策引導(dǎo)對(duì)污水處理及其再生利用的技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義和推動(dòng)作用。由于專利發(fā)明申請(qǐng)需要8～12個(gè)月后公開(kāi)，因此部分發(fā)明申請(qǐng)?jiān)跈z索截止到日前尚未公開(kāi)，所以2021年的專利申請(qǐng)量?jī)H供參考。通過(guò)對(duì)整體申請(qǐng)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，江蘇污水處理及其再生利用技術(shù)專利申請(qǐng)仍處于快速發(fā)展階段，未來(lái)將持續(xù)增長(zhǎng)。

圖2 近20年江蘇污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)趨勢(shì)

1.2 專利申請(qǐng)區(qū)域分布

近5年，江蘇污水處理及其再生利用專利總申請(qǐng)量為9 413件。從區(qū)域分布來(lái)看，南京專利申請(qǐng)排名全省第1，占江蘇總申請(qǐng)量的22.19%(見(jiàn)圖3)。主要原因是南京在形成污水處理產(chǎn)業(yè)集群的同時(shí)還擁有眾多高校和科研院所，更具研發(fā)優(yōu)勢(shì)。南京、蘇州、無(wú)錫分列前3，合計(jì)申請(qǐng)量為6 038件，占江蘇13市總申請(qǐng)量的64.15%。目前，南京、蘇州、無(wú)錫3市的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在江蘇占據(jù)主導(dǎo)地位，主營(yíng)業(yè)務(wù)收入占全省70%[14]，具有區(qū)域優(yōu)勢(shì)。在太湖流域水環(huán)境綜合治理專項(xiàng)推動(dòng)下，蘇州及無(wú)錫高度注重生態(tài)環(huán)保工作，大力投入污水治理工程[15]。中國(guó)宜興環(huán)保科技工業(yè)園作為全國(guó)唯一的環(huán)保產(chǎn)業(yè)特色國(guó)家級(jí)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，集中于環(huán)保產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)，涵蓋了水處理相關(guān)的全產(chǎn)業(yè)鏈[16]，同時(shí)與大專院校及科研院所開(kāi)展廣泛合作，引進(jìn)并培育了大量創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。

圖3 近5年江蘇污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)區(qū)域分布

2 江蘇省污水處理及其再生利用主體分析

2.1 申請(qǐng)人排名

分析近5年專利申請(qǐng)類型，其中發(fā)明申請(qǐng)3 186件，實(shí)用新型5 701件，外觀設(shè)計(jì)45件。3種專利申請(qǐng)類型中實(shí)用新型的申請(qǐng)量最大，占比達(dá)60.57%。排名前10的申請(qǐng)人共申請(qǐng)478件，占近5年總申請(qǐng)量的5.08%，其中，河海大學(xué)申請(qǐng)量排名第1，占排名前10申請(qǐng)總量的18.83%(見(jiàn)圖4)。河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程作為世界一流學(xué)科建設(shè)學(xué)科[17]，具有雄厚的科研實(shí)力，聚集了包括李軼、操家順、許明等多名水資源治理及污水處理領(lǐng)域?qū)＜医M建的發(fā)明人團(tuán)隊(duì)。在企業(yè)申請(qǐng)中凌志環(huán)保集團(tuán)排名第1，占排名前10申請(qǐng)總量的10.25%。凌志環(huán)保為中國(guó)環(huán)境保護(hù)骨干企業(yè)，并多次榮獲發(fā)明專利及科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)[18]。總體來(lái)說(shuō)，排名前10的申請(qǐng)人以大專院校為主，包括6所大專院校，共申請(qǐng)315件，占申請(qǐng)人排名前10申請(qǐng)總量的65.90%。

圖4 近五年江蘇污水處理及其再生利用申請(qǐng)人排名

2.2 專利權(quán)人排名

近5年江蘇污水處理及其再生利用專利授權(quán)總量為6 258件，其中實(shí)用新型5 701件，發(fā)明授權(quán)481件，外觀設(shè)計(jì)45件，實(shí)用新型占比高達(dá)91.10%。排名前10的專利權(quán)人共授權(quán)276件，占近5年總授權(quán)量的4.41%(見(jiàn)圖5)。鹽城大豐尊一環(huán)保科技有限公司授權(quán)量排名第1，占排名前10授權(quán)總量的15.94%，已授權(quán)專利均為實(shí)用新型，集中于2017—2018年開(kāi)展專利申請(qǐng)，后續(xù)研發(fā)動(dòng)力不足。總體來(lái)說(shuō)，排名前10的專利權(quán)人中企業(yè)與大專院校數(shù)量均等，5家大專院校共授權(quán)164件，占比為59.42%，略高于企業(yè)。

圖5 近5年江蘇污水處理及其再生利用申請(qǐng)主體授權(quán)量排名

3 江蘇省污水處理及其再生利用專利技術(shù)分析

3.1 技術(shù)構(gòu)成

分析專利技術(shù)構(gòu)成情況，近5年污水處理及其再生利用專利技術(shù)構(gòu)成中C部?jī)H有C02F，B部包括B01D，B01J，B01F，B08B，B65F，B09B，E部包括E03F，E02B，G部?jī)H有G01N(見(jiàn)圖6)。排名前10的IPC主分類號(hào)中以C02F，B01D為主，其中C02F占前10中總申請(qǐng)量的72.58%，該IPC分類號(hào)的創(chuàng)新熱度較高。統(tǒng)計(jì)專利數(shù)量，C02F，B01D這兩個(gè)主分類號(hào)專利申請(qǐng)量共計(jì)7 489件，占近5年江蘇污水處理及其再生利用專利總申請(qǐng)量的89.70%(見(jiàn)表1)。由此可見(jiàn)，江蘇污水處理及其再生利用專利技術(shù)構(gòu)成較集中。

圖6 近5年江蘇污水處理及其再生利用專利技術(shù)構(gòu)成

3.2 技術(shù)構(gòu)成功效

統(tǒng)計(jì)近5年江蘇污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)排名前10的IPC分類號(hào)小組及技術(shù)功效排名。一方面，排名前10的IPC分類號(hào)小組均在C02F小類中，主要集中于C02F9/14(至少有1個(gè)生物處理步驟)、C02F9/04(至少有1個(gè)化學(xué)處理步驟)這2個(gè)分類號(hào)，說(shuō)明污水處理及其再生利用技術(shù)以通過(guò)生物和化學(xué)方法處理占據(jù)主導(dǎo)。生物處理法具有高效率、無(wú)污染、成本低等特點(diǎn)，所以是目前污水處理領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)[19]。另一方面，C02F小類中技術(shù)功效主要在效率提高、便利性提高、復(fù)雜性降低、成本降低等方面，其中具有效率提高功效的專利申請(qǐng)共有2 481件，占總申請(qǐng)量的26.36%，但對(duì)于清潔性和實(shí)用性提高、環(huán)境改善方面的功效改進(jìn)較少。

表1 近5年江蘇污水處理及其再生利用IPC分類號(hào)小類含義及專利數(shù)量

4 總結(jié)

從上述分析可以看出，江蘇污水處理及其再生利用專利申請(qǐng)總量位居全國(guó)首位。近20年來(lái)，江蘇專利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)，目前處于快速增長(zhǎng)階段并將繼續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。專利申請(qǐng)的區(qū)域分布比較集中，以南京、蘇州、無(wú)錫3市為主體，已經(jīng)形成區(qū)域創(chuàng)新研發(fā)中心。筆者認(rèn)為，隨著江蘇持續(xù)多年出臺(tái)水污染治理相關(guān)政策法規(guī)：一方面，通過(guò)鼓勵(lì)和支撐相關(guān)科學(xué)研究，推廣先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)污水處理及其再生利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展；另一方面，通過(guò)全面推行排污許可證，倒逼相關(guān)企業(yè)減少排污行為，降低污水排放量，加速污水處理技術(shù)革新。在“十三五”期間，江蘇省執(zhí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，重點(diǎn)流域污染物排放限值高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并率先建立河湖長(zhǎng)制，增強(qiáng)政府對(duì)于水污染的監(jiān)管力度[20]；通過(guò)建立等級(jí)評(píng)級(jí)制度，對(duì)環(huán)保信用等級(jí)較差的企業(yè)加收費(fèi)用[21]，企業(yè)因高額的污水處理費(fèi)造成的經(jīng)濟(jì)壓力，也必須對(duì)污水處理設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。因此，相關(guān)環(huán)保企業(yè)在江蘇處于政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求的雙向利好，得到更多的發(fā)展動(dòng)能。近5年江蘇污水處理及再生利用領(lǐng)域申請(qǐng)人中企業(yè)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占比高達(dá)85.24%，但排名前10的申請(qǐng)主體以大專院校為主。分析其成因，污水處理相關(guān)企業(yè)規(guī)模較小，存在一定的資金、技術(shù)和人才限制，在技術(shù)創(chuàng)新中力度不足[22]。企業(yè)總體數(shù)量較大，但單個(gè)企業(yè)專利數(shù)量相對(duì)較少，尤其是大部分企業(yè)專利申請(qǐng)中以實(shí)用新型為主，發(fā)明授權(quán)量少。整體污水處理及其再生利用產(chǎn)業(yè)的專利價(jià)值度不高，即使是申請(qǐng)量較大的企業(yè)凌志環(huán)保集團(tuán)、鹽城大豐尊一環(huán)保科技有限公司等，其高價(jià)值專利的培育和挖掘仍有待加強(qiáng)。建議企業(yè)著力推進(jìn)技術(shù)升級(jí)、技術(shù)研發(fā)，促進(jìn)與大專院校和科研院所的合作：一方面，構(gòu)建創(chuàng)新資源共享平臺(tái)，發(fā)展訂單式人才培養(yǎng)模式；另一方面，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研三方合作，實(shí)現(xiàn)合作乘數(shù)效應(yīng)及資源再循環(huán)效應(yīng)[22]。分析技術(shù)構(gòu)成可以發(fā)現(xiàn)，江蘇污水處理及再生利用技術(shù)較為集中，技術(shù)功效以提升效率為主，對(duì)清潔性及環(huán)保改進(jìn)不足。加強(qiáng)對(duì)領(lǐng)域熱點(diǎn)開(kāi)發(fā)的同時(shí)也需要關(guān)注技術(shù)空白點(diǎn)，挖掘核心技術(shù)，提升自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì)，尤其是在提升清潔度方面的技術(shù)研究。當(dāng)今時(shí)代，隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求不斷提升，污水處理及再生利用技術(shù)的研發(fā)具有重要的社會(huì)意義和產(chǎn)業(yè)價(jià)值，相關(guān)產(chǎn)業(yè)在保持自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)更應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，加速技術(shù)開(kāi)發(fā)與成果轉(zhuǎn)化，同時(shí)做好專利布局，實(shí)現(xiàn)高水平發(fā)展。