基于專利分析的市政污泥干化產業發展趨勢

摘要：近年來，我國工業蓬勃發展，城市人口日益增多，污水處理過程產生大量污泥。從歐洲、美國、日本等發達經濟體來看，污泥處置已經從減量化、穩定化、無害化逐漸朝資源化方向發展。本文從專利視角出發，運用專利分析法，對我國市政污泥干化產業專利進行檢索，分析重點申請人的專利申請趨勢、專利類型、專利法律狀態、專利分布、專利技術分布等情況。結果表明，污泥資源化是未來污泥處置的重點研究方向，可以徹底將污泥變成資源。

關鍵詞：市政污泥；重水輕泥；專利分析；污泥干化

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）04-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.04.052

Development Trend of Municipal Sludge Drying Industry Based on Patent Analysis

YI Yang， Chen Li， XIAO Bo， BI Yongwei， JIANG Hongguang

（CSCEC SCIMEE Sci. amp; Tech. Co.， Ltd.， Chengdu 610045， China）

Abstract： In recent years， China’s industry has flourished， with an increasing urban population， and the sewage treatment process produces a large amount of sludge. From the perspective of developed economies such as Europe， the United States， and Japan， sludge disposal has gradually shifted from reduction， stabilization， and harmless to resource utilization. This paper starts from the perspective of patents， uses patent analysis method to search for patents in China’s municipal sludge drying industry， and analyzes the patent application trends， patent types， patent legal status， patent distribution， and patent technology distribution of key applicants. The results indicate that sludge resource utilization is a key research direction for future sludge disposal， which can completely turn sludge into a resource.

Keywords： municipal sludge; valuing water over mud; patent analysis; sludge drying

隨著我國工業的蓬勃發展和城市人口的日益增多，城市污水產生量空前增加，城市污水處理廠建設方興未艾。目前，全國城市污水處理廠已超過2 000座，年污泥產生量已超過7 000萬t（以含水率80%計），預計2025年污泥產生量將達到9 000萬t[1]。在污水處理工藝流程中，生成的污泥一部分回流與生物反應，剩下的排放到系統以外的周圍環境，其含水量較高、易腐爛、氣味惡臭，并帶有重金屬、病菌等毒性物質，若不經過科學處理而直接排放到系統外部環境中，將會對地表水體、泥土、地下水以及空氣等產生很大的污染，對人體健康產生不良影響。因此，要對市政污泥實行無害化處置，以免給周圍環境帶來二次污染。

1 國內外研究現狀

近年來，隨有經濟的高速發展，人們對環境的要求越來越高，各地政府漸漸重視市政污泥最終去向，污泥處置投入逐年加大。我國存在重水輕泥現象，污泥處置與污水處理相比差距較大，我國與發達國家相比較為落后。按照《城鎮污水處理廠污泥處置 分類》（GB/T 23484—2009）的要求，污泥處置方式主要有4種，即焚燒、衛生填埋、土地利用和建材利用[2]。截至2020年底，我國污水處理廠的污泥52.89%采用衛生填埋，14.97%采用土地利用，7.84%采用建材利用，6.24%采用焚燒，剩余的18.06%去向不明。我國污泥處置以衛生填埋和土地利用為主，建材利用和焚燒占比較小，此外，部分污泥沒有進行任何處置而隨意丟棄，將對環境帶來巨大危害。我國污泥產生量巨大，處理處置形勢嚴峻，《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》明確提出，污泥必須實行穩定化、無害化和資源化處置。“十三五”時期，國家大批科學研究資金的支持促使我國污泥處置技術迅速進展。在吸納國外成熟技術的同時，圍繞污泥天然有機質濃度低、含沙量高的特性，我國逐步建立穩定化處置和安全處理的主流技術路線。目前，我國使用的污泥處理技術主要分為污泥濃縮、污泥脫水、厭氧消化、高溫好氧發酵和污泥干化等。

歐洲污泥處理技術主要包括厭氧消化、好氧消化、污泥脫水和污泥干化等。目前，德國已實現全部污泥的厭氧消化處理，不僅減少近一半的體積，而且使污泥達到穩定化，減少惡臭并形成沼氣資源。從歐洲目前的污泥處理方法和未來預測來看，填埋占比會不斷減小，而焚燒后資源利用將呈逐年增長趨勢。因此，土地利用（直接利用或堆肥后使用）和焚燒后資源利用將成為未來兩種最重要的利用途徑[3]。日本污泥處置方式主要包括填埋、農田綠化使用、焚燒后灰渣制備材料。其中，填埋占比正逐漸減少，大部分已實現建材利用和土地利用。近年來，隨著污泥碳化、氣化、熔融、生產固體燃料等新技術的出現，日本對污泥處置路線做了一定調整，雖然仍以焚燒為主，但加強污泥碳化、氣化、熔融、生產固體燃料等新技術的使用，特別是污泥碳化為代表的資源化利用在逐年增加。美國污泥處置方式分為農用（60%）、焚燒（20%）、填埋（17%）和生態修復（3%）[4]。目前，污泥處理處置的主要趨勢是資源化利用，如磷回收、熱電聯產，污泥干化后用于制備建材。從歐洲、美國、日本等發達經濟體來看，污泥已經從減量化、穩定化、無害化逐漸朝資源化方向發展。

2 專利狀況分析

隨著近年來國家對市政污泥處理的重視，相關申請人關于污泥處理的專利布局逐漸增多。以如今市面上公認較為專業的專利信息檢索平臺為數據來源，截至2022年11月，以“污泥處理/處置/治理”為關鍵詞檢索，可查詢出56 743項結果。其中，發明授權有6 471項，審查過程中的發明專利達24 495項。

從目前的處理處置路線看，處置設施存在投資高、運行費用大、資源化效率低、能源補充高等問題，所面臨的技術缺陷往往表現在藥耗、能耗、含水率、效率、處理時間、占地及臭氣等方面。水分存在影響污泥處置，針對污泥填埋、焚燒、制磚、土地利用等資源化處置方式，諸多國家標準均對污泥含水率進行限定，污泥干化脫水是處置的必要環節，可以降低污泥含水率，實現污泥減量化，已成為污泥處理處置領域的重要發展方向。所以，有必要聚焦污泥干化領域，根據對污泥干化行業的市場調研，結合專利檢索結果，了解我國頭部企業的動態。

2.1 重點關注申請人

2.1.1 專利申請趨勢

2008年，我國頭部企業開始在污泥干化領域進行專利申請。2008—2018年，污泥干化技術專利總體呈現波動增長的趨勢。2018年，頭部企業針對該領域重點進行專利布局，申請56件專利。2018年后，專利申請量呈下降趨勢，近三年專利申請量下降趨勢明顯。

2.1.2 專利類型

在污泥干化技術專利申請中，發明專利占比約為30.40%，實用新型約占69.60%。實用新型占比較高，原因在于污泥干化領域多為產品的結構設計，適合通過實用新型這種主要保護形狀和結構性改進的專利類型進行保護。

2.1.3 專利法律狀態

在污泥干化技術專利申請中，已獲得授權的專利有92件，占所有專利（125件）的73.60%；處于實質審查的發明專利申請有19件；被駁回的專利申請有4件；期限屆滿失效的專利有6件；全部無效的專利有1件；避重放棄的專利有1件；根據《專利合作條約》，進入國家階段且已超出指定期限的有2件。

2.1.4 專利分布

污泥干化相關的專利申請中，與設備整機相關的專利申請有50件，與系統相關的專利申請有23件，與設備部件相關的專利申請有66件，與方法相關的專利申請有7件。部分專利可能同時涉及上述兩項或兩項以上分類，存在交叉。

2.1.5 專利技術分布

污泥干化相關的專利技術分布概況如圖1所示，其專利申請主要集中在污泥干化裝置/系統、烘干裝置/系統，分別為29件、28件，其余專利申請數量較多的技術領域為切條裝置及熱泵，其他功能或部件的專利有少量申請。

2.2 專利分析結果

近年來，我國污泥干化領域的專利申請大幅度提升，部分頭部企業有意識通過專利布局對技術創新進行全面保護，污泥干化領域的專利已經存在一定壁壘。但是，目前仍然存在一些薄弱之處，必須提高創新意識，做好專利布局。

2.2.1 污泥干化方法類專利申請比較薄弱

目前，污泥干化設備已與數字化、智能化技術相結合進行智慧運營，相關專利卻寥寥無幾。基于此，可以針對數字化、智能化控制方法進行專利布局，如邏輯控制、自動控制等。

2.2.2 部件的制備工藝專利缺失

目前，行業對污泥干化產品的保護多為結構型專利保護，忽略制備工藝的保護，然而制備工藝是產品更迭的重要一環，尤其對于機械產品來說，越精細的產品對于制備工藝提出越高的要求。制備工藝是決定產品質量的關鍵環節，因此企業可以適當在制備工藝方面進行研發創新和專利保護，提升市場競爭力。

2.2.3 企業研發與科研院所、高校脫節

檢索發現，污泥干化領域頭部企業與科研院所、高校聯合申報的專利較少，大部分由企業獨立完成專利申報，其中有部分原因可能是合作研發后對專利申請權歸屬問題的約定。由此可以看出，企業研發與科研院所、高校脫節，故應推動產學研合作，充分利用科研院所、高校的科研力量，實現資源共享，推動污泥干化技術的進步，破解污泥處置難點，實現污泥無害化與資源化。

3 結論

隨著環境保護與資源化利用技術的不斷發展，污泥填埋比重日益減少，資源化處理已逐步成為市政污泥處置的新趨勢。未來，市政污泥處置研究要致力于減少環境污染，減少能耗，減少運營成本，實現資源高效循環利用。從工藝角度來說，要有效降低污泥含水量，高效去除重金屬和異味，合理利用污泥資源，尤其是土地利用和建材利用。要從根本上解決污泥污染，徹底改變“治水不治泥”的局面[5]，確保污泥處理后不反溶，不二次污染地表水、地下水和土壤，不對人體健康產生危害。同時，污泥處置后進行資源化利用，把污泥變成資源，可以促進經濟社會發展，同時節能減排，改善生態環境，確保生態安全。

參考文獻

1 戴曉虎.我國污泥處理處置現狀及發展趨勢[J].科學，2020（6）：30-34.

2 李 彪，周 欣，高 波，等.順義區污泥干化焚燒處理工程工藝設計[J].中國給水排水，2021（14）：63-68.

3 戟文占.污泥中有機質及微生物對混凝土長期穩定性的影響評估[J].住宅與房地產，2020（2）：58-65.

4 陳汝超.污泥單獨干化焚燒與電廠摻燒的綜合對比分析[J].城市道橋與防洪，2017（10）：88-89.

5 陳 婉.精耕冷等離子技術，啃下污水處理“硬骨頭”[J].環境經濟，2020（20）：36-39.