基于专利计量的养殖业废弃物无害化处理技术发展态势分析

郑新艳，胡以涛，唐惠燕

(南京农业大学 图书馆，江苏 南京 210095)

0 引言

中国农业统计数据平台显示，2020年我国猪、牛、羊和家禽的出栏量分别为52 704.00万头、4 565.45万头、31 941.30万头和1 557 008.00万只，按畜禽规模化养殖中正常死亡率5%计算，每年会产生大量的病死畜禽。病死畜禽经过科学的处理与加工可以带来较高的经济效益、生态效益和社会效益，而不当处置会导致水土污染、空气污染和动物疫病的传播，特别是感染病菌死亡的禽畜处理关系到民众健康及食品安全问题，因此病死畜禽的无害化处理已成为制约畜牧业发展的重难点问题[1-3]。

基于专利计量的技术发展态势分析借助于情报研究的方法与思路，可全面、深入地展示某一技术领域的发展历程、态势等，被广泛应用于各种技术领域[4]。本文旨在以国内外病死畜禽无害化处理的专利数据为分析对象，综合利用专利计量分析、专利地图等技术方法，全面展现相关技术的发展脉络，为该领域管理和科研人员提供情报支撑。

1 数据源及方法工具

本文选择Incopat数据库为数据源和分析工具。首先，通过文献调研及专家咨询确定检索词与分类号，进而确定技术分类体系及检索式；然后，进行检索调试，最终检索日期为2021年6月20日；最后，通过申请号合并、主题识别、人工数据清洗，最终得到病死畜禽无害化处理技术相关专利共计1 833件。

2 态势分析

2.1 专利申请趋势

病死畜禽无害化处理技术最早出现于1907年，至今可以分为3个发展阶段：第1阶段是初创期(1907—1990年)。初创期技术发展缓慢，年专利申请量均低于5件。第2阶段是波动发展期(1991—2010年)。随着经济发展和需求的拉动，全球畜禽业发展速度加快，平均每年申请专利11.5件，该阶段专利申请量时高时低，总体呈现明显的波动式增长状态。第3阶段是快速发展期(2011年至今)。受现代畜禽业快速发展的影响，该阶段专利申请量增长迅猛，全球病死畜禽无害化处理技术的专利总量为1 572件，平均每年申请142件。

2.2 专利地域分布

2.2.1 国家分布

地域分布情况有助于企业或科研机构了解技术分布的密集区和空白区[5]，从而有利于进一步的市场开发。

在病死畜禽无害化处理技术领域，专利公开量排行前3的国家分别是中国、韩国和美国。中国专利公开量为1 292件，占全球总量的70.49%；海外申请人在我国共布局14件，其中韩国布局6件，美国布局4件。韩国申请人专利申请量301件，其中270件在其本土布局，其余布局在中国、世界知识产权组织、美国、日本等。美国专利公开量为50件，在本土布局32件。

2.2.2 省市分布

国内专利申请人主要集中在以山东、江苏、浙江为代表的华东地区和以广东、湖南为代表的华南地区。这些地区代表性企业聚集，同时高校和科研院所较多，在技术研发上发挥了较大作用。山东省专利申请量151件，排名第1，占全国公开量的11.69%，由于其技术特性，均为发明专利申请，其中授权71件；山东的代表性申请人有山东鑫中鑫无害化设备制造有限公司等。江苏省排名第2，其中发明授权64件，代表性申请人有南京农业大学和江苏森荣环保科技有限公司。浙江的代表性申请人有浙江明佳环保科技有限公司和浙江集美生物技术有限公司。

2.3 申请人专利实力

由于技术和行业属性，病死畜禽无害化处理技术专利分布相对分散，没有技术大量集中的龙头企业。排行前20的申请人中有18个来自中国；排行前3的申请人分别是南京农业大学、汪深、广东益康生环保设备有限公司和四川金逸智科技有限公司，后两者并列第3；丹麦的Green Farm Energy AS和韩国的Wang Youngsung专利申请量分别为16件和10件，分别位列第5位和第11位。南京农业大学在美国布局专利2件；湖南屎壳郎环境科技有限公司在世界知识产权组织布局4件专利，在美国布局2件。

3 重点技术领域专利分析

病死畜禽无害化处理方法包括深埋、焚烧、堆肥发酵、化制、高温生物降解和酸解等[1-3,5]。

对以上技术的专利申请量进行分析，数量较高的有高温生物降解、焚烧和化制，而堆肥发酵和酸解的申请量略低。从申请趋势来看，整体上，近10年各组分专利申请量呈现较明显的增长趋势；同时，近10年来，5种技术的专利申请变化情况保持一致，在2016—2018年达到了高峰，一定程度上说明在病死畜禽无害化处理中，这些技术大多为配合使用，形成相互协调的作用。

从技术层面看：预处理的关键技术有灭菌彻底以防止疫病传播，以及粉碎和储存装置的清洁、防止装置腐臭等；焚烧的关键技术有锅炉除渣、烟气净化、焚烧热能与产物的有效利用等；化制的关键技术包括彻底灭菌及温度与压力的控制等；堆肥发酵的关键技术有堆肥介质的选择、堆肥菌种的筛选以及腐熟度的判断等；高温生物降解的关键技术有降解菌种的筛选和复配、密闭容器(发酵罐)的构造、发酵辅料的选择和复配等；酸解的关键技术有酸的种类、压力与时间的控制，及密闭容器的构造等。此外，病死畜禽无害化处理技术还包括微波处理、酶解处理、黑水虻等昆虫处理、超声酶解处理、硅泥处理、电化学氧化等。

从应用角度看：深埋处理法过程简单，可靠，费用低，但处理过程缓慢，且处理不当易造成土壤甚至地下水污染；直接焚烧浪费了病死禽畜的利用价值，消耗燃料，且焚烧炉建造和维护费用高，焚烧后产物难处理；堆肥发酵设备要求简单，费用低，发酵程度高，但受天气影响大，发酵周期长[2]；化制法灭菌效果好、处理时间短、安全性高，但设备要求高，一次性投资大且维护费用高，处理过程产生废气和污水，产品质量不稳定[5]；高温生物降解技术成本较低，且环保高效，并能很好地杀灭病原[6]；酸解的处理过程可以实现零污染，处理成本低且产品附加值高[7]。

3.1 高温生物降解

高温生物降解是利用高温灭菌技术与生物降解技术有机结合，通过切碎、高温处理而杀灭病原微生物，再利用微生物将病死畜禽组织逐步降解转化为有机肥的技术[6]。

3.1.1 技术发展路线

早在1971年，专利DE1792471A1公开了一种高温生物降解的压力容器。20世纪80年代之前，高温生物降解的专利相对较少，由于微生物及机械化技术的落后，当时仅有的一篇专利中，所述的发酵罐内设置有搅拌臂，并未提及破碎装置、温度传感系统等设置。直到20世纪90年代，高温生物降解的专利才逐渐增多，1993年，专利JP06329489A公开了一种使用微生物生产肥料和饲料的搅拌装置及微生物复合菌剂。

21世纪初，高温生物降解技术朝着快速发酵的方向发展：专利JP2001232329A公开了一种快速发酵动物尸体的装置；专利US6638757B1介绍了一种生物尸体的生物消化方法，述及一种特异性培养的细菌；专利EP1535672A1述及一种厌氧发酵方法处理肉料的程序。2010年以后，高温生物降解技术更加完善，专利KR1020180019801A述及牲畜胴体循环加速装置，包含破碎单元、加热单元、搅拌单元等。

3.1.2 重点申请人

高温生物降解技术专利量最多的申请人是汪深，共申请相关专利12件，Green Farm Energy AS和湖南屎壳郎环境科技有限公司专利申请量分别为11件和10件。

3.2 酸解

酸解是指在密闭容器内，利用强酸溶液处理病死畜禽的方法，具体过程如下：收集病死畜禽尸体，利用冷藏车运至处理中心，粉碎尸体，再将它们放入密闭容器内，加入一定量的酸，在一定的温度和气压下，把尸块水解成油脂和氨基酸的过程[7-8]。

3.2.1 技术发展路线

1996年，专利DE19623163A1公开了一种在18～40 ℃，pH为3～5条件下酸解生产液体肥料的方法；2000年，专利KR1020000063721A公开了一种用硝酸或磷酸酸解生产液体有机肥的方法；2004年，专利KR1020040065201A介绍了一种用硝酸或磷酸，在120～130 ℃，2～4个大气压下酸解0.5～1 h，制备酰胺酸液肥的方法；2007年，专利KR100865632B1公开了一种用70%的盐酸在100 ℃水解5 h制备有机肥的方法。

2013年，专利CN104107827A公开了一种酸解处理动物尸体的设备及方法；2014年，专利CN104529565A公开了一种生产氨基酸混合液的装置，包括绞切刀式破碎机、脱脂系统蒸煮器、二次粉碎机、反应釜、储存罐、过滤器，专利CN103804032A公开了一种用5～7 mol/L的硫酸在80～90 ℃下对瘦肉水解5～7 h生产酸解液的方法，专利CN104190694A公开了一种用3～5 mol/L的硫酸在80～100 ℃和1～2个大气压下水解2～5 h生产酸解液的方法；2015年，专利CN104788143A公开了一种利用酸解液与腐熟有机肥生产生物有机肥的方法及产品。

3.2.2 重点申请人

南京农业大学专利申请量20件排行第1；江苏北斗星环保股份有限公司和河北润雨肥料科技有限公司并列第2，专利申请量均为3件；华中农业大学和湖南省的蒋常德专利申请量均为2件。

4 结语

本文利用专利计量的方法对全球病死畜禽无害化处理技术的发展态势进行分析，主要得出以下结论：(1)全球病死畜禽无害化处理的专利公开量排名前3的国家是中国、韩国和美国；国内主要集中在山东、江苏和浙江；南京农业大学专利量排名第1。(2)技术布局重点集中在高温生物降解、焚烧、化制、堆肥发酵和酸解。(3)高温生物降解技术最早于1971年公开于德国，专利较多的申请人是汪深、Green Farm Energy AS和湖南屎壳郎环境科技有限公司。(4)酸解技术最早于1996年公开于德国，之后韩国有一批相关专利申请，2010年以后酸解技术专利在我国大量涌现；代表性申请人是南京农业大学，共申请相关专利20件，有5件专利发生转让或许可。

针对以上分析结果，我国相关管理和科研人员可以从以下视角进行调整布局：(1)加强政策支持；(2)大型养殖场尽量选择高温生物降解或酸解技术处理病死动物；(3)加强国际间交流与合作，注重高温生物降解成熟技术的引进与转化；(4)集中力量加强酸解技术的攻关，实现我国在病死畜禽无害化处理技术上的弯道超车；(5)重视高价值专利的国际布局，引导加强海外专利保护力度。