水处理专利现状及发展趋势

李敏

（国家知识产权局专利检索咨询中心，北京 100083）

水处理产业是在20世纪70年代随环境保护的发展而出现的新兴产业，是实施可持续发展战略和改善城市环境的重要措施，也是未来经济极具潜力的增长点之一。水处理产业涵盖了水处理设备（产品）生产与经营、水处理技术的实施及监控设备和仪表自动控制3大主题。在世界上许多国家特别是工业发达国家非常重视环保产业的今天，水处理作为环保的一个重要组成部分，已成为许多国家新的经济增长点。

1 水处理产业市场现状

1.1 水处理产业成为世界新的经济增长点

世界上工业发达国家非常重视水处理产业的发展，加大对水处理方面的投人，占据着世界水处理市场90%以上的份额，其产值大多数超过各国GNP的1%以上，并继续以各国GNP增长率的2倍～3倍的速度发展，成为各国新的经济增长点。欧洲尤其是德国在水处理技术方面占有明显优势，美国和日本在水处理设备制造方面具有明显优势。国外水处理企业无论大小都很注重设计、开发、生产、工程和售后服务一体化的服务，大多数的中小型企业多附属于科研或技术开发机构，专业化特点明显。

1.2 我国水处理产业具有巨大的市场要求

据统计分析，我国现建有400多座不同等级的污水处理厂，建制镇大多数没有污水处理设施。污水处理设施严重不足，加剧了水环境的污染和水资源紧缺的矛盾。城市水环境质量的逐年恶化已成为社会和经济可持续发展的严重制约因素，城市水质污染治理已成迫在眉睫的任务。近年来，中央和地方政府十分重视污水处理，并给予了持续的政策和资金支持。城市水处理正形成巨大的市场要求。随着我国对水处理管理工作将采取实施“污染物排放总量控制”的重大措施，目前全国除各部门及各大工厂建立了环境分析与监测机构外，在县级以上都建有环境监测站。每个直辖市都要建立水质监测网，配备监测车。水处理产业管理水平的提高将增大监控设备及仪表的需求。

2 水处理技术专利申请情况

通过对国内外相应领域近5年的专利申请状况、国家级技术期刊、国外有关期刊刊载相关高新技术情况，以及国内外知名水处理企业技术发展和专利申请情况进行研究，笔者将水处理产业专利申请现状总结如下。

2.1 国外水处理技术在中国申请专利情况分析

在进行水处理技术国外专利情况分析时，我们选择了世界知识产权局专利数据库、美国专利数据库、各国知识产权局综合专利数据库从2012—2017年已公开的数据。在进行数据采集时，采用了尽可能反映水处理技术的检索策略，并主要选取了相应主题词检索其专利数据库的专利标题及专利摘要。结果显示，近5年国外水处理技术申请中国专利的数量相当可观，可见国外企业逐步加强抢占中国的水处理产业市场。对相应领域的国外水处理技术申请中国专利的数量统计分析结果见表1.

表1 水处理领域国外环保技术申请中国专利的数量统计表

通过对表1的分析可以看出：经济发达国家的水处理技术在中国申请中国专利的数量较多，比如日本、美国、欧洲国家等。可见，国外从事水处理保护产业的企业在相关技术领域具有许多技术优势，并相当重视中国巨大的水处理产业市场，以在中国申请中国专利的手段加强水处理技术对中国的渗透，抢占中国水处理产业市场。

通过分析其在我国申请专利的具体文献，在水处理领域的几大部分专利中，国外水处理技术申请中国专利的主要是工艺及技术，其次是一些设备产品。

2.2 国内水处理技术专利申请情况分析

根据笔者检索资料，近5年主要省份的重要水处理技术专利申请数量情况见图1，各省获得专利数量占全国总专利数的比例与排名情况见表2.可见，江苏、北京和上海在水处理产业占有较大的优势。

图1 主要省份的重要水处理技术专利申请数量统计图

表2 各省获得专利数量占全国总专利数的比例与排名情况

表3 水处理技术按专利性质分类

表4 水处理技术按专利处理方法分类

通过表2可知，一些经济比较发达的地区环保专利申请的数量较多，比如北京、上海、广东等省市。同时，通过分析申请专利的具体情况可以看出，在水处理领域的几大部分专利中，主要是一些设备产品及处理或处置的工艺和技术。

3 水处理技术领域关键专利技术内容分析

3.1 水处理方法分类

水处理方法主要分为4大类：物理法（比如结晶、超滤等）、化学法（比如絮凝、中和）、物化法（比如吸附、电渗析等）和生物处理方法（比如好氧、厌氧等）。在水处理技术专利文献中，与工艺有关的占64.4%，与设备有关的占32.6%，其他占3%，见表3.按处理工艺分类：物理法、化学法和物化法处理占77%，生物法处理占23%（在生物法中，好氧48%，厌氧10%，厌氧＋好氧占42%），见表4.

3.2 废水的生物处理技术的发展

在水处理技术中，有机废水的主要治理方法是厌氧处理法和好氧处理法，其中，对高浓度有机废水的治理大多采用厌氧处理法，因其工艺简单、能耗少、COD去除率高，而且其技术目前已相当成熟，从而被人们所广泛采用。

废水的生物处理主要是利用微生物的生命过程，对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化的处理方法。该方法的主要特征是在特别设计的生化反应器中，应用微生物特别是细菌的生命作用将废水中的污染物转化为微生物的细胞以及简单形式的无机物。

废水的生物处理技术已作为有机废水二级处理的重要手段，广泛应用在工业废水处理和生活污水处理工艺中。随着研究的深入和新工艺、新技术的不断引入，废水生物处理的发展方向主要有：①在同一反应器中复合好氧和厌氧生化过程，并使微生物的悬浮生长和附着生长相结合，可维持反应器内微生物的多样性，提高生物处理法去除有机污染物的效率。②开发具有高密度生物群、高传质速度的生物反应器，比如深井曝气法等，与传统工艺相比有机负荷可增加到几十倍，提高了设备处理有机物的负荷能力。③发展各种耐水量、水质、毒物、酸碱冲击能力强的工艺，提高最终出水水质的稳定性，比如AB工艺、sBR工艺和固定化微生物法等，都在耐冲击负荷能力方面有大的改进。④开发生物处理的细菌系列，对不同污染物寻求高效特性菌，在组合工艺中每一阶段培植特征菌，尽可能提高设备中主体单元的菌浓度，是实施生物处理法的关键所在。⑤与物理化学方法相结合发展多元组合工艺，比如活性炭生物膜法、生物絮凝法、A/O工艺和活性生物滤池等，在去除难降解物质和生物脱氮方面都有比较理想的效果。⑥设备发展的新理念主要体现在传统设备的改进、新材料的应用、设备的集成化和自动控制技术的提高等方面，新设备在结构上有很多的突破，在关键的部件上应用了许多新材料，并且各类设备在自动控制技术方面具有极大的提高，在新型设备中应用各种流量计、浓度计、粒度测量仪和各种传感器，使设备成为动态仪器化处理装置，大大提高了设备的自动化程度和工作效率。在许多关键设备上以小型高效设备取代传统大型设备，还使微生物处理、加药混合化学处理、凝聚与沉降、浓缩和过滤成为一体，用小巧紧凑的模块式组合设备取代传统设备用于水处理中。⑦由于生物处理工艺的内容和范围很广，而且发展也很迅速，国内外许多行业开发出生物处理工艺新技术和新产品，尤其是研究开发了对高浓度有机废水、生物难降解物质、氮磷营养物质等能够实现有效去除的新工艺和新方法，是当今废水处理领域的热点。生物处理技术因其独特的优点，将在今后进一步得以充实和完善。

4 水处理产业发展趋势

未来5～10年，随着环境与经济的可持续发展，水处理产业、产品将不断适应市场中出现的新趋势，总的来讲，要适应我国经济向大型、先进、系列、集约方向发展的要求，要能适应清洁生产和资源综合利用的要求，要能适应我国工业污染防治战略的需要，要能适应我国重点区域、城市、重点行业、重点污染源、监督与服务性监测的需要，要能适应消费领域对水处理产品的需求，要能适应增强国际市场竞争力的需要。在重点区域、城市地面污染水体的水质恢复方面，主要是研究技术可靠有效、经济可行的方法与工艺，比如对城市污水开展处理新工艺及综合利用研究；提高工业水资源利用率、二次水资源回收率；开展节水、低排放的设备或生活用品的研制与开发。

在水体富营养化防治和工业污染源控制方面，特别开展对主要污染物氮、磷、COD等的污染治理技术和设备的研究。对于重点污染源的治理，关键是难降解和高浓度的工业有机废水（比如化工、造纸、农药等）及耗水量大的工业（比如钢铁工业等），实施节能减污，实现清洁生产，尽可能逐步实现零排放。水污染治理产品主要是提高产业的标准化、成套化及自控性能，并向高效、低耗和提高废水回用率等方面发展。当前，国内许多水处理产业企业在研究专利技术上加大投入，通过与相关的水处理技术配套，提高其自动化程度和技术含量，形成先进的水处理技术和产品。在机电一体化和自动化方面，将当前的水处理产品进一步完善，形成工业设备和水处理治理设备的拳头产品，使之向实用化、产业化方面发展。

［1］金岚.环境生态学［M］.北京：高等教育出版社，2000.