水处理技术专利预警分析
时间:2011-10-20 来源:陕西省知识产权局 
    据世界银行的统计,全球80%的国家和地区都缺少民用和工业用淡水。随着资源成本不断上升和环保意识逐渐增强,许多企业开始运用绿色技术,降低碳排放,尽量减少废物产生。水处理技术就是其中非常重要的一项绿色技术,它更是国家环保产业发展水平的重要标志。简单讲,“水处理”就是通过物理的、化学的和生物的手段,对水质进行治理、去除或增加水中某些对生产、生活及环境不需要或需要物质的过程,使水质满足特定环境,达到回用的标准。
 
    国内的水处理起步晚,在规模、技术、品牌、管理与融资方面落后于国际领先的水务企业,自20世纪90 年代以来,在国家大力推进可持续发展,建设绿色环保型社会的大背景下,国内企业逐步开始意识到水处理市场的巨大潜力和行业本身的低风险、高稳定性的特点,水处理企业通过引进国外的先进技术和不断的自主创新,积极参与竞争并取得了一定的成绩。
 
    目前城市供水与污水处理行业市场化趋势越来越明显,相应的市场竞争也在迅速加剧。美、日和西欧等发达国家的国内水处理市场趋于饱和,为寻求发展,各大水务处理公司正将目光转向亚洲、拉丁美洲等国外市场,很多国外企业也通过建立全资子公司、合资等方式,曲线进入中国市场,围绕这块丰润的蛋糕,中外公司竞争激烈。为有效规避专利风险,加快水处理研究成果转化及市场推广,特开展水处理技术专利预警研究,为政府相关产业部门提供更为有效的决策依据,以促进水处理企业自主创新和集成创新水平提高。
 
    一、国外水处理技术专利概况
    国外水处理技术领域的专利申请地域主要集中在日本、美国、德国、欧洲专利局(EP)和世界知识产权组织。日本作为水处理技术强国,其技术创新能力非常强大,在该技术领域占有较为明显的优势,专利申请达46486件,占总量的51.1%,遥遥领先于其他国家(地区)和组织。美国和德国在水处理技术在专利申请阵营中列二、三位,各占16.5%、12.0%,法、英等国处于追赶的地位。
 
    国外水处理相关的专利申请开始于1928年的瑞士,1974年以前,水处理专利申请数相对较少,年均不到4件,每年变化不是很大。从1975年开始到2001年,申请量呈现阶梯式上升趋势,2001年达到最高的4381件。此后5年申请量有所回落,但每年的申请量保持在3800件左右,2005年以后水处理领域专利申请量逐年下滑。
 
    国外水处理技术专利申请主要分布在水的物理或化学应用领域,占总量的63.6%;与生物处理相关的专利技术研发也较为集中,所占比重为28.1%;其他领域也有一定量的专利申请,例如水的多级处理专利分布占总申请量的3.4%,软化防垢处理占2.8%,此外涉及水域的曝气、沉积法分离、半透膜分离法、气体或蒸汽分离、燃料电池,过滤装置等技术领域也有专利分布。
把国外专利申请细化至小类,可以看到C02F1(水、废水或污水的物理或化学处理)小类专利申请数量最多,共53464件,说明涉及水、废水或污水的物理或化学处理技术的研制较为成熟,成为全球水处理专利布局的重点领域。C02F3(生物处理)、C02F9(多级处理)、C02F5(水的软化防垢处理)分别以23597件、2894、2386件专利居二至四位。
 
    从专利申请量上来看国外水处理专利主要集中在电化学方法(C02F1/46)、吸附法(C02F1/28)、活性污泥法(C02F3/12),这三方面的专利申请占前10名总专利数的41.7%。另外水(废水或污水)的处理(C02F1/00)、渗析法、渗透法或反渗透法(C02F1/44)方面的专利也较多。
   
     二、我国水处理技术专利状况分析
    1985至2011年6月,中国国家知识产权局已公开/公告有关水处理专利技术31864件,其中国内申请29091件(内地28332件,港、台759 件),国外在华申请2773件,分别占总量的91.3.0%和8.7%。从专利类型看,发明专利16728件,实用新型15136件,分别占申请总量的52.5%和47.5%。国外的2773件申请发明专利占97.6%,国内的29091件申请中发明专利仅占51.8%。从申请人地域分布来看,在我国申请量百件以上的国家有日本932件、美国628件、韩国286件、德国208件,法国103件。中国申请的29091件专利中,有34.8%的申请人为企业,大专院校是5653件,科研单位1988件,分别占申请总量的19.4%和6.8%。陕西省在水处理技术领域共有专利申请440件,占全国申请总量的1.6%,在全国排名第17位。华北、华东沿海地区在该领域的申请较为活跃,排名三甲的京、苏、沪申请总量占全国的36.1%。
 
    我国水处理技术专利申请和专利公开变化趋分为两个阶段:第一阶段是1985年至1999年,专利法颁布实施当年有75件专利量,1999年上升到679件,这一阶段以年均330件的申请量增长;第二阶段是2000年至今,2000年我国对专利法进行了第二次修改,企业对专利保护制度认识逐步加深,随着水处理技术不断发展以及市场多元化需求的带动,专利申请进入迅猛发展的快车道:水处理技术专利量突破第一个1000件用了17年,第二个1000件用了4年,第三个1000件仅用3年,至2009年达到顶峰为4612件,专利公开量在2010年达到高峰为5705件。
 
     在我国,水的物理或化学处理技术发展比较成熟,这部分申请比重占到53.6%;水的多级处理、生物处理的技术则各占申请总量的22.2%和19.1%;涉及水的软化防垢处理、水域的曝气、过滤设备,空调冷凝水处理装置等领域的专利申请也有一定比重。
 
    我国水处理技术增长点主要集中在水(废水或污水)的化学或物理处理(C02F1),其中水(废水或污水)的处理(C02F1/00)位居第一, 用磁场或电场法(C02F1/48)位居第二, 悬浮杂质的絮凝或沉淀(C02F1/52)第三,渗析法、渗透法或反渗透法(C02F1/44)第四。从上述专利技术构成分析来看,水处理技术包括物理处理法、化学处理法、生物处理法及其多级处理、水的软化防垢处理,其中水(废水或污水)的化学、物理处理技术优势明显,共申请了16533件,占整领域五成多的比重(水的物理处理主要采用的方法包沉淀、过滤、吸附、蒸发处理,化学处理主要有电化学、中和、离子交换、还原、氧化,光照处理等技术);在生物处理技术中,主要采用的方法有活性污泥法、好氧和厌氧工艺、好氧工艺处理的填充物;填料;格栅等;在水的软化、防垢处理中,多与加入水中的防垢剂或除垢剂技术相关。
 
    近十年,国内水处理技术研发热点领域,从专利申请量上来看主要围绕在至少有一个生物处理步骤的、或分离步骤的多级处理技术,悬浮杂质的絮凝或沉淀处理,渗析法或反渗透法处理,以及以活性污泥法处理、好氧厌氧工艺为主的生物处理方面。近年来,随着我国对工业用水循环再利用需求的增加,膜技术在水处理领域的应用受到越来越多的重视,国外一些膜企业认为中国华北、东北地区今后将成为最重要的海水淡化市场,于是纷纷进军中国市场,在我国寻求专利保护。膜分离是在20世纪初出现,20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术,主要包括渗透、反渗透、超滤、透析、电渗析、液膜技术、气体渗透和渗透蒸发等方法。
 
    国内水处理技术专利申请人构成以大专院校为主体,前四名申请人都是大学。在申请量排名前10位的申请人当中,大专院校有8所,科研院所只有中国科学院生态环境研究中心,企业仅中国石油化工股份有限公司1家,说明在水处理领域前10位排名中,创新研究基本上是以高校为主的,相对于企业而言,研究单位对水处理技术的研发投入力度更大。前十位专利申请人拥有的水处理专利件数最多304件,而国内申请专利总量为29091件,说明水处理技术较分散,龙头企业专利申请量比较少。
 
    从国外企业在我国的专利布局来看,前10名申请人中,日本企业6家,美国企业2家、韩国和法国荷兰企业各1家。与我国水处理技术领域前10名申请人中仅1家企业相比,国外水处理企业的专利申请占有绝对优势,日、美、韩、法在专利申请的企业数量和专利数量都位居前列,随着中国市场的发展,这些国家在中国的专利申请也逐步增多,从而为将来在中国市场争取有利的竞争地位做好铺垫。
 
    三、我省水处理技术专利状况分析
    截止2011年6月,我省水处理技术共有专利申请440件,其中:发明专利185件、实用新型专利255件,各占全省总申请量的42.0%和58.0%。从申请人类型来看,我省水处理技术职务发明专利主要为大专院校和企业,占到了全省水处理技术总申请量的29.8%和27.0%,大专院校专利申请集中在西安,企业专利分布以西安和咸阳居多,科研院所和机关团体的申请占比分别为5.0%和1.1%。
 
    从专利申请趋势来看,我省水处理技术早在1985年由西北大学和李秋生分别提交了职务发明和个人申请,内容涉及“浓盐水溶液中杂质铁的快速节能分离法”以及“借助干磁场处理水质的装置”。从2003年起,申请量明显增长至32件,接下来的三年里缓慢回落。2007年以后,我省水处理领域技术创新活动步入活跃期,年均60件左右,2009年、2010年波峰值为79件。
 
    从技术领域构成来看我省水处理技术增长点主要集中在水(废水或污水)的处理(C02F1/00)、用磁场或电场的水处理(C02F1/48)、包括分离步骤的多级处理(C02F9/02)、悬浮杂质的絮凝或沉淀法(C02F1/52)领域;在离子交换法、用臭氧氧化法、氧化法、分离或去除油脂或油状物质或类似浮游物的装置技术方面,我省也有部分专利申请量。
 
    从申请人排名来看我省水处理技术专利申请前10名中,有7所大专院校共申请专利115件,占前10名申请总量的83.3%,说明我省水处理专利大部分掌握在高校手中;3家企业共申请专利23件,占前10名申请总量的16.7%。西安交通大学和西安建筑科技大学是我省专利申请最多的2家单位,占前10名申请总量的44.9%,占全省总量的14.1%。西安交通大学在废有机物的超临界水处理、西安建筑科技大学在水质净化处理设备及水的生物处理工艺、陕西科技大学在含生物处理步骤的水的多级处理领域有一定的专利技术优势。
 
    四、分析结论
    通过前面对水处理行业专利文献的统计和分析,我们对该行业专利情况总结如下:
 
    1.从专利申请地域来看,国外水处理技术主要以日本、美国和德国的专利申请居多,其中美国和日本以其先进的工艺技术和超大的生产规模占据垄断地位。同时,日本、美国、韩国以及法国的企业已开始进军中国水处理技术市场,日本的三洋电机、栗田工业、东芝、荏原制作所专利申请量居前几位,法国的OTV公司、美国的纳尔科在我国水处理领域也有大量的专利布局。
 
    2、从发展态势来看,日本、美国则处于稳定发展期,国外水处理技术专利申请前10位的企业专利活动年限多在30年以上。我国自2000年之后水处理专利增长迅速,不少技术已达国际水平,膜分离技术研究不断深入,应用市场的不断扩大,但与美国、日本、韩国等国相比仍有差距。国内70%左右的反渗透膜用于锅炉水处理,特别是中高压锅炉给水处理领域。今后反渗透市场将会逐渐从使用井水、地表水、生产工业纯水向再生水回用、工业及市政污水处理、海水淡化等领域倾斜。
 
    3.从专利技术领域来看,国内外均以水的物理或化学处理、多级处理以及生物处理为主要研发热点,核心生产技术仍被国外掌握。国内水处理主要采用至少有一个生物处理步骤的、或分离步骤的多级处理技术,悬浮杂质的絮凝或沉淀处理,渗析法或反渗透法处理,活性污泥法处理、好氧厌氧工艺。从现有专利来看,我国在渗析法、渗透法或反渗透法技术上,拥有一定数量的专利申请,而在国外研发热点,如电化学方法、吸附法、活性污泥法技术领域专利申请较少,与国外相比差距明显。
 
    4.从我省专利申请情况来看,陕西省水处理发展与全国总体水平基本一致,目前处于高速发展期,专利申请量快速增长,但也存在专利申请质量不高等问题,专利申请主要集中于改进型的发明创造。我省申请涉及净水过滤装置、磁化水器的专利较多,膜技术专利不多,在含生物处理步骤的水的多级处理领域有一定专利技术优势。与国内的专利持有状况相同,我省专利主要掌握在大专院校手中,企业申请量不高,水处理行业龙头企业太少。
 
     五、对策建议
     为了进一步推进我省水处理技术的发展,我们可以从以下几个方面着手:
 
    1.重视专利技术挖掘,提升自主知识产权企业核心竞争力。
    就我省水处理企业而言,政府继续加大对已持有专利技术企业的研发资金扶持力度,促进其进行科研攻关,在原有专利技术的基础上不断推陈出新。借助专利知识和专利保护技巧对创新成果进行深入挖掘,加大对高质量专利申请的资源倾斜,对其中有国际市场前景的,应该考虑进行国际专利的布局。目前,膜技术在污水处理及回用中的发展前景和空间巨大,我省西安皓海嘉水处理科技有限责任公司、陕西兰环环境工程集团、西安中水润新材料科技公司等一批水处理企业应找准研发热点,依靠自主创新进一步做大做强。
 
    2.引导产学研合作,促进高校专利技术转化。
    鉴于目前我省污水处理企业的技术研发力量相对薄弱,依托我省水处理技术专利申请大户西安交通大学、西安建筑科技大学、陕西科技大学、西北工业大学,长安大学等一批高等院校、科研院所的技术力量,通过企业与科研单位的合作攻关,选取一批大学和科研院所有产业化可能的关键技术进行重点扶持,尽快实现专利申请量的突破,切实解决水处理方面遇到的技术难题,不断将科研中获得的先进成果进行生产性试验和验证,从而提高水处理产品的市场竞争力。
 
    3.推进企业专利战略制定,有效实施“外围专利”战略。
    日美等发达国家的水处理企业在我国的专利申请布局已经悄然展开,
面对这样的状况,要求企业管理层在制订企业发展规划时,务必具备战略眼光,做好布局。一方面,我省水处理企业通过引进专利技术,联合研发等途径获得自身实力的提高,缩短引进技术的消化、吸收和改造周期;另一方面,可以利用“外围专利”战略这一工具来突围。也就是围绕日美的基础性关键技术专利发开出一系列各有特色的、不同程度改进的大量小专利,即“外围专利”,构筑严密的外围专利网,使竞争对手的核心专利具体实施的时候碰到这些外围的“竹篱”,从而谋求与竞争对手的“交叉许可”。