人工濕地污水處理技術專利申請分析及行業趨勢研究

吳瑜燕

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

人工濕地污水處理技術專利申請分析及行業趨勢研究

吳瑜燕

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

過檢索國內人工濕地技術專利的申請情況，分析人工濕地技術研究的技術態勢、技術專利的類別以及申請地域和申請人的分布情況；對主要幾種人工濕地技術類別專利數量的統計分析，試圖研究不同類別人工濕地技術的發展現狀和前景以及國內人工濕地技術領域的整體發展態勢，為行業的發展和研究提供參考。

人工濕地 ；專利數量 ；發展態勢

0 引言

人工濕地污水處理技術是20世紀70年代末發展起來的一種新型污水生態處理技術。該技術的原理是通過人工建造和控制來運行與沼澤地類似的地面，將污水有控制地投配到濕地上，使污水在濕地土壤縫隙和表面沿一定方向流動的過程中，利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用，對污水進行處理。人工濕地的實質是人為地構建一個綜合生態系統，應用其中各個共生物種的能量和物質循環的再生作用，促進廢水中污染物實現良性循環，獲得污水處理與資源化的最佳效益。

我國對于人工濕地技術的研究起步較晚，直到“七五”期間才開始展開相關的研究工作。由于我國經濟及科技實力的快速增長，改革開放后城鄉水體污染問題日益突出，這一技術在國內得到了長足的發展和進步[1-3]。

1 人工濕地技術國內專利申請分析

筆者統計分析了在2016年10月21日之前公開發表的人工濕地文獻，共檢索到相關文獻1 128篇，其中發明類為579件，而實用新型類為549件。

1.1 呈現高速增長的態勢

由圖1可見，我國的人工濕地專利申請始于2000年，之后隨著時間的發展呈高速增長的態勢。究其原因，隨著我國經濟社會的快速發展，城鄉生活污水產量持續增加，水環境污染問題日益突出且受到的重視程度越來越高。在污水處理技術方面，利用化學手段進行污水處理成本較高，并且存在化學藥劑使用過度造成二次污染的問題。人工濕地污水處理技術相較傳統的化學處理或生化處理工藝，具有環保、投資少、運營成本低、凈化效果好等優勢。因此，在短短十五年間，人工濕地處理技術專利的申請量就從無到有，到了2015年年申請量已達221件，發展速度很快。圖1中2016年之后專利數據的下降，經推斷是由于專利文獻的數據公開滯后所產生的。

圖1 人工濕地技術中國專利申請趨勢

1.2 外國申請人比例偏低

經過對人工濕地技術專利申請人的信息進行分析，可見外國申請人在國內的申請量很少，公開的數據中僅可見一件2006年來自韓國的相關請。總體來說，國外申請人在國內提出的人工濕地技術專利申請很少。經分析，這可能是由人工濕地的技術特點造成的。人工濕地系統的設計與當地污水主要污染物的類型、當地水生植物的類別等地域限制條件明顯的因素關聯性很大，國外人工濕地的建設經驗和技術方法在國內普遍適應性較差。

1.3 發明類專利數量較高

通過對人工濕地技術專利類型的分析，發現在人工濕地技術領域，發明專利申請的數量稍高于實用新型專利申請，這與我國較常見的重實用新型申請而輕發明專利申請的情況有所不同。而這一點應該是由于人工濕地系統的結構與其構建方法和使用方法結合緊密所造成的。

1.4 申請地域及申請人分布情況

筆者對申請人工濕地技術專利的省市進行了統計，見圖2，列出了按專利申請量統計，排名前十（第十名有并列）的省市。除北京以，人工濕地技術專利的申請地多數為東南沿海省市，這一方面是因為北京、上海等重點城市與東南沿海等發達地區的水污染問題更為緊迫，水體生態化處理的需求更大，另一方面也與這些區域相對更為雄厚的經濟與科研實力是密不可分的。

圖2 人工濕地技術專利申請量分布情況

圖3 為專利申請量排名前十（第十名有并列）的申請人。由圖3可見，排名前十的申請人大部分為科研院所，只有一位為企業申請人。其中山東大學、中國科學院水生生物研究所、同濟大學和中國環境科學研究院等高等級的科研院所的申請量較大。另外，從對申請人的類型分析來看，科研院所和企業在這個技術中的投入程度最大。

圖3 人工濕地技術專利申請人分布情況

2 基于專利數量的人工濕地技術分類發展分析

按照污水在濕地中流動方式的不同，可以將人工濕地系統分為三種類型，分別是表面流人工濕地（SFCW，Surface flow constructed wetland，圖 4中簡化為表面流）、水平流人工濕地（HFCW，Horizontal flow constructed wetland，圖4中簡化為水平流）和垂直流人工濕地（VFCW,Vertical flow constructed wetland，圖4中簡化為垂直流）。為了提高人工濕地的通用性，又發展出現了第四種類型，也就是以上三種濕地的任意組合而形成的復合流人工濕地（圖4中簡化為復合流）。筆者基于對各類人工濕地技術相關專利數量的分析，對人工濕地的這四種主要技術類別的發展情況進行了一定的分析。

圖4 人工濕地技術主要類別專利申請情況

2.1 表面流人工濕地發展分析

表面流人工濕地類似于自然濕地，污水以較慢的速度從濕地表面流過，污水中有機物的去除主要倚靠生長在水下的植物莖稈上的生物膜完成，濕地中的氧氣主要來自于水體表面擴散，植物根系的傳輸和植物的光合作用。這類濕地的問題在于受氣候影響較為嚴重，夏季容易滋生蚊蠅，在北方地區冬天容易結冰，最主要的是這類濕地的占地面積大，去污能力有限。正是由于這些問題，表面流人工濕地的發展較其他類別更慢，且在2014年有大幅的下降，但在2015年之后，相關研究人員將表面流人工濕地與園林景觀的大規模開發建設相結合，又掀起了新的研究熱潮，申請量又重新有了大幅度的提升。表面流人工濕地相關的專利申請達到了138件，占申請總量的12%。

2.2 水平流人工濕地發展分析

水平流人工濕地，因污水水平流過填料床得名，由一個或多個填料床組成，床體填充基質并設有防滲透層防止污染地下水。污水凈化期間，污水在填料床的內部流動，一方面可以充分利用植物根系和填料的截留處理作用，以達到對污染物指標較好的去除效果；另一方面，水在地表下流動，受氣候影響小。因此，對于這種濕地的研究較為集中。由圖4可見，水平流人工濕地的發展一直保持著良好的勢頭，所占比重也較大。隨著污水種類的復雜化以及處理要求的提高，對水平流人工濕地技術的研究還拓展到了與立體景觀、供暖水系統以及曝氣池等相關技術結合的范疇。水平流人工濕地相關的專利申請達到了431件，占申請總量的38%。

2.3 垂直流人工濕地發展分析

垂直流人工濕地，污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，氧氣可以通過大氣擴散和植物傳輸而進入濕地系統。最初的垂直流人工濕地主要依靠植物和填料床對氧氣的制造和傳輸能力提高凈化能力，隨著技術的發展，增氧手段進一步增多，人工干預的程度越來越高。這類濕地可以用于處理氨氮含量較高的污水，對有機物的去除能力不如水平流人工濕地系統。但是由于目前大多數污水中氨氮含量較高，因此垂直流人工濕地的應用和研究也較廣。由圖4可見，垂直流人工濕地的申請量逐年提高，2015年和2016年申請量有所回落是由于部分專利申請文獻未公開的緣故。垂直流人工濕地相關的專利申請達到了382件，占申請總量的34%。

2.4 復合型人工濕地發展分析

復合型人工濕地是上述三種類型的任意組合，這種濕地是為了克服單一型人工濕地的局限性而出現的。這種濕地根據需要處理的污水類型以及地形，由兩種以上濕地組合而成。理論上，復合濕地結合兩種或以上濕地各自的優點，但濕地的優化組合并非簡單的疊加便可實現，需要根據很多實際因素進行考慮。因此復合濕地的效果并沒有預期的那么理想，專利申請的勢頭也相對較為低迷，申請量為177件，占申請總量的16%。

3 結論與建議

雖然我國的人工濕地污水處理技術起步較晚，但是由于環境問題日益突出和專利申請意識的提高，該技術的申請量近年來一直呈現快速增加的態勢；由于人工濕地技術的地域性特點較強，專利申請以國內為主，國外專利申請量很少。

就人工濕地技術專利申請人的分布情況而言，科研院所掌握的人工濕地凈化污水技術較多，但是產業化程度較弱；企業的專利申請量相對較小且局限性較大，主要限于企業所在區域的人工濕地技術的研究。建議環保企業應加大與科研院所的合作，以促進更為先進的人工濕地污水處理污水技術實現產業化。

從基于專利申請數量的人工濕地技術類別分析情況來看，復合型人工濕地具有兩種以上濕地的優點，但是由于目前的研究尚不足以將這些優點進行高效的結合，對于應用較為廣泛的水平流和垂直流型人工濕地的研究仍然占據主流地位。另外，目前多數技術專利仍聚焦于人工濕地系統結構的構建上，對填料、管道等材料的研究相對較少。筆者認為，人工濕地技術領域的研究者們應當加大對基礎材料的研究和改進工作，從而更好地滿足要求越來越高、內容越來越多樣的污水處理需求。

[1]孫桂琴,董瑞斌,潘樂英,等.人工濕地污水處理技術及其在我國的應用[J].環境科學與技術2006,29(增刊):144-146.

[2]陳展弘,曹美娟.關于人工濕地對初期雨水處理的探討[J].城市道橋與防洪,2014(2):92-94.

[3]梁康,王啟爍,王飛華,等.人工濕地處理生活污水的研究進展[J].農業環境科學學報,2014,33(3):422-428.

TU992.3

B

1009-7716（2017）09-0107-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.031

2017-05-10

吳瑜燕（1981-），女，福建龍巖人，高級工程師，從事區域經濟和城市規劃研究工作。