我国污废水处理领域专利地图分析

王淼薇，雷一东

（复旦大学 环境科学与工程系，上海200433）

我国是一个资源型缺水的国家，人均水资源不足世界水平的1／4.伴随着国内经济的快速发展，全国用水量和排水量也在不断增加.2009年我国污废水排放量共计5.90×1013kg，其中，工业废水排放量为2.35×1013kg，生活污水排放量3.35×1013kg.大量的生活污废水和工业废水给自然环境与人工处理系统带来了空前的压力，同时也在一定程度上加剧了国内水资源的水质型短缺.面对资源型缺水和水质型缺水以及环境保护的双重压力，污废水处理回用是应对当前问题的战略选择.

从技术角度来看，对传统工艺的改造或开发新型替代工艺，发展具有独立自主知识产权的、处理效果好且高效率低能耗的污废水处理技术，是当前我国生活污废水和工业废水领域的一项主要任务.据《中国统计年鉴2010》显示，目前我国现有污废水处理技术专利囊括了冶金、作业、运输、固定建筑物、机械工程、照明、加热、武器、爆破等在内的多个领域.其中，大部分专利集中在化学相关领域，占全部专利的69.9%；生物方面与物理领域的分布相对较少.为了进一步探究近年来我国污废水处理专利的战略布局和发展动向，本文采用专利地图方法进行详细的分析和讨论.

1 研究方法与数据来源

1.1 专利地图的理论和应用

专利地图（PatentMap）由各种与专利相关的资料信息或者专利公开出版物，以统计分析方法，加以缜密及精细剖析整理制成各种可分析解读的图表讯息，使其具有类似地图指向功能[1].由于具有类似地图的指向功能，专利地图是指导政府部门、科研机构、高新企业进行专利战略布局和专利技术研发的有效分析手段[2].根据专利分析的目的选择可以将专利地图分为两大类:专利管理地图（ManagementPM）和专利技术地图（TechnicalPM）.其中，管理图主要包括专利发展动向图、专利地区分布图、专利结构图等，技术图主要包括专利技术生命周期图、专利技术功效图等.

专利地图研究方法自提出以来，因其能够详细揭示现有知识来源、预测技术的发展动向以及为未来创新提供思路等优势[3－4]，而被广泛运用到许多具体的实证模型分析以及研发战略的宏观规划中去，例如韩国和我国学者分别用专利地图方法研究了本国高科技产业[5]和新能源领域[2]的发展情况，详细总结分析了各自行业的发展动向、区域分布、技术功效等.专利地图在运用中也在不断发展，新的方法被不断提出，如基于关键词的专利地图分析法[3]等.同时更有越来越多的学者对专利地图的相关研究进行总结，内容包括了专利地图的典型研究方法、影响因素以及分析技巧等多个方面[6－10].但总体看来，专利地图在污水处理领域的研究还比较少，本文在借鉴国内外学者研究的基础上，基于专利地图的理论和方法对我国生活污废水和工业废水相关专利进行研究，旨在反映我国污废水处理水平和相关技术积累的轨迹，同时也为新技术的进一步发展和创新提供参考.

1.2 数据来源

本文中生活污废水和工业废水处理技术主要包括处理方法、处理工艺、设备、处理过程中使用的药剂等.根据以上范围，检索中国1985年至2011年8月间公开的所有专利（年度申请专利），主题词分为关键主题词和相关主题词两类，其中相关主题词包括处理方法、工艺设备和污染物药剂三部分，共检索得到相关污废水处理专利51972件.

2 基于专利地图的数据分析

2.1 污废水处理专利管理图分析

2.1.1 污废水处理专利发展动向

自1985年以来，我国污废水处理方面的专利申请数量一直在不断增加.1985年至1998年，污废水处理专利的申请数量始终保持平稳增长；1998年至2004年，污废水处理专利申请的增长速度有所上升，专利申请步伐逐渐加快；2004年以后，污废水处理专利呈直线上升趋势，专利申请数量迅速增长（图1）.由此可见，在我国生活污废水和工业废水的排放量不断增加，水资源污染日益凸显的同时，我国的污废水处理专利技术也在迅速发展，促进了我国污废水的处理事业的发展.

进一步探究污废水处理专利申请量的增长原因发现:首先，制约于我国的经济的发展程度、科技水平以及相关环境政策的滞后，我国污废水处理方面的专利申请相较于发达国家发展较为缓慢，尤其是在1985年至1998年期间.其次，除科学技术自身更新换代外，1998年以后专利申请步伐逐渐加快，很大程度上可能得益于“九五”以后国家基于环境保护提出的“一控双达标”政策以及《水污染防治法》、《水污染防治法实施细则》等相关法律体系建设的出台实施，使得催生污废水处理专利发展的外部环境更为成熟完善；而2004年以后，污废水处理专利呈直线上升趋势，这与我国在“十一五”期间进一步强调污染物减排有着紧密的的联系.

专利申请人的统计结果显示，在我国污废水处理的专利申请中，本土申请（注册在中国的法人以及国籍为中国籍的自然人）占92.24%，占据绝对优势；国外申请（注册地非中国的法人以及国籍为非中国籍的自然人）占7.76%，表明国外的企业也已经开始关注中国的污废水处理技术的市场，并在中国申请了相关专利.

2.1.2 污废水处理专利地区分布图

汇总我国各省（自治区、直辖市）的污废水处理专利申请数量，得到我国污废水处理专利的主要地区分布（图2）.结果显示，不同地区间情况差异较大.其中，专利申请数量最多的有5 792件（北京市），最少的为2件.进一步比较发现，全国各省份污废水处理专利分布呈现明显的地区特征，即东部地区专利申请数量较多，而中西部地区专利申请数量较少.

图1 我国污废水处理专利发展动向图Fig.1 Development trends of patents on sewage and wastewater treatment in China

进一步分析全国污废水处理专利申请人排名发现，高校和科研机构是我国污废水处理领域专利申请的主要力量，浙江大学、哈尔滨工业大学、同济大学、清华大学、南京大学、中科院生态环境研究中心、华南理工大学、中石化股份有限公司、山东大学、上海交通大学等是10所专利申请数量贡献最大的单位.少量科技企业也为我国污废水处理专利的申请做出了不小的贡献，部分跻身全国污废水处理专利申请人排名前30，如上海万森水处理有限公司、北京能拓高科技有限公司等.

分析我国污废水处理专利的主要地区分布情况差异主要来自于:一方面东部地区集中了国内科研能力较强的大学或研究机构，对地区专利申请数量贡献能力较强；另一方面东部沿海地区经济的经济发展水平相对较高，经济的快速发展带动了地区高新技术企业对科研的投入，使得企业的专利申请逐渐增多.

2.1.3 污废水处理专利结构图

通过对污废水处理专利结构图（图3、图4）的分析，可以发现:我国污废水处理专利申请主要以发明和实用新型为主，外观专利较少，这可能主要由于外观专利多用于日用产品，而污废水处理多注重技术方法所致.由于发明专利比实用新型专利的专业要求更高，获批时间上也长，因此本文更主要关注发明专利，总结我国发明专利申请排名前5的省份发现，高校和科研机构是国内污废水处理领域发明专利申请的主要力量.北京市发明申请人的前15位排名中高校占据6席；上海市、山东省申请人的前15位排名中分别有高校有6所、科研机构有2所；江苏、广东省申请人的前15位排名也是以高校和科研机构居多.同时，这5个省份发明专利的申请中，排名前15位里也都有少量科技企业的出现，但申请数量并不多，最高50件左右.

图2 我国污废水处理专利的地区分布图Fig.2 Distribution of patents on sewage and wastewater treatment in China

全部专利中，本土申请有绝对优势，国外申请的专利中发明专利占主要比重，间接反映国外申请的专利虽然数量较少但整体质量较高.从整体申请人分类来看，我国污废水处理专利以个人（其他）申请居多，占整体的53.51%，公司申请的部分占全部申请量的33.45%.申请人中大学和科研机构不占绝对优势，但是他们的专利申请量分布较为集中；相比之下，其他形式的专利申请人拥有的专利数量较为分散.因此，高校和科研机构也是国内污废水处理领域发明专利申请的主要力量.

2.2 污废水处理专利技术图分析

2.2.1 污废水处理专利技术生命周期

根据专利申请量与专利申请人数量的变化关系，研究绘制出1985至2010年出我国污废水处理专利技术生命周期图（图5）.对比参考一般专利技术生命全周期示意图[8]可以看出，自1985年以来，我国污废水处理专利申请量与专利申请人数量基本呈直线上升趋势，几乎没有行业起步期的平缓发展阶段，也没有过多的增长拐点，始终在专利申请量与专利申请人数量之间保持稳定的发展态势.因此，本文认为在1985～2010年期间内，我国污废水专利的申请一直处于专利生命周期的发展期.样本中的起始年份1985年并非污废水处理行业的起步时期，早在1985年之前就在我国出现兴起，并持续发展至今，所以污废水处理行业并非新兴产业.

2.2.2 污废水处理专利技术功效

图5 污废水处理专利生命周期图Fig.5 Patent life cycle on sewage and wastewater treatment

进一步选取我国污废水处理专利中排名前10位（表1，表中黑色实线表示在不同污废水处理专利大组分类号中所申请的专利数量）的国际专利分类号（International Patent Classification，以下简称IPC）进行了污废水处理专利技术功效图分析（图6），其中污废水处理技术的专利申请量前3位依次是C02F1／00（水、废水或污废水的化学或物理处理），共有17 112件，占污废水领域总专利申请量的32.93%；C02F9／00（水、废水或污水的多级处理），共有7 418件；C02F3／00（水、废水或污水的生物处理），共有6 148件.由此可见，目前我国污废水领域的相关处理技术更倾向于采用多级处理，这与污废水的水质越来越复杂、处理难度越来越高有关；传统的生物处理方法也是国内研究的重点技术，目前受到了较多的关注.

图6 污废水处理专利技术功效图Fig.6 Patent technology performance maps on sewage and wastewater treatment

表1 污废水处理专利中排名前十位的IPC大组分类号Tab.1 Ranked in the top tenof International Patent Classification on sewage and wastewater treatment

3 结 论

运用专利地图对我国污废水处理领域的专利申请情况进行了实证分析，主要结论如下:

（1）目前，我国污废水处理专利正处于快速发展阶段.自1985年以来，相关专利数量和申请人数量都在不断上升，2004年后呈现直线增长，可见近年来我国污废水处理行业受到多方关注，行业发展十分迅速.但伴随着近年来污废水排放量的逐年增多，污水成分的日益复杂的现实状况，未来污废水处理相关技术专利还有进一步发展的空间和潜力.

（2）我国污废水处理专利的申请目前主要集中在东部地区，中部和西部地区还相对落后，今后中西部地区应积极加强和东部地区的合作，增强相关科研机构和公司的辐射能力，同时还可以适当采取地区鼓励和扶持政策，支持污废水处理专利的全面发展.

（3）我国污废水处理领域专利类型结构主要以发明和实用新型专利为主，外观专利较少.而在污废水处理专利权属结构中，个人申请占比较重，大学和科研性机构虽然在数量上不占绝对优势，但是他们的专利申请量分布较为集中.因此，为了污废水处理专利的进一步发展，建议保持目前个人申请较多的活跃态势，鼓动更多的人参与到污废水处理专利中来，进一步推动污废水处理行业的发展.与此同时，要进一步推动学院和研究院的科研发展，争取在污废水处理领取取得更大的突破.

（4）目前我国污废水处理专利中污废水处理（包含多级处理）和生物处理所占比重较大.一方面这是我国污废水的水质越来越复杂、处理难度越来越高的必然结果；另一方面也显示了我国污废水处理行业的技术发展还存在一定的局限性.未来可以以人类生活需要等因素为基础，深入其他领取的污废水处理技术的研究.政府也可以根据实际情况，为研发单位提供经济上和技术上的支持和鼓励.

致谢:本文的专利数据检索工作由上海汉光知识产权数据科技有限公司赵丝丝等协助完成.

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