在美申請的脫氮除磷組合技術(shù)重點(diǎn)專利分析

苗小郁

【摘 要】針對2000年-2015年間在美國專商局公布的有關(guān)污水脫氮除磷組合技術(shù)的專利申請進(jìn)行了檢索，對主要申請人及其重點(diǎn)專利技術(shù)進(jìn)行了介紹分析，為該領(lǐng)域研究者提供了良好的借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】脫氮除磷；組合技術(shù)；重點(diǎn)專利

隨著化肥、洗滌劑和農(nóng)藥等的普遍使用，天然水體中的氮、磷污染日益嚴(yán)重，氮、磷含量較高的城市污水排入受納水體后，會導(dǎo)致受納水體中藻類和其他水生植物的異常生長，消耗水中的氧，使水變黑、變臭，引發(fā)水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重影響水體的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值[1]。隨著城市人口的集中和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由氮、磷過量排放引起的水體富營養(yǎng)化問題已成為當(dāng)前世界各國最為關(guān)注的環(huán)境問題之一。因此在了解現(xiàn)有污水脫氮除磷組合技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)高效低耗能的脫氮除磷技術(shù)是解決富營養(yǎng)化問題的主要研究方向。

本文以德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（WPI）為數(shù)據(jù)源，針對2000年-2015年間在美國專商局公布的有關(guān)污水脫氮除磷組合技術(shù)的專利申請進(jìn)行了檢索，獲得樣本數(shù)據(jù)。

1 主要申請人分析

對樣本數(shù)據(jù)的申請人進(jìn)行統(tǒng)計，獲得申請量較多的主要申請人，此處選取申請量4件以上的7位申請人進(jìn)行重點(diǎn)分析，表1中列出了申請人的中文名稱、機(jī)構(gòu)代碼、國別及申請量。可見在美國，污水脫氮除磷組合技術(shù)申請量排名前三位的分別是西門子水處理技術(shù)控股公司、韓國科學(xué)技術(shù)研究院和澤農(nóng)環(huán)境有限公司。他們分別擁有相關(guān)專利15件、11件和10件。從主要申請人的國別來看，美國有3家，韓國、中國、加拿大和日本各一家。此外，統(tǒng)計結(jié)果顯示排名前7位的申請人中除了韓國的一家研究機(jī)構(gòu)和中國一所高校之外全部都是公司，這表明公司和企業(yè)對該技術(shù)領(lǐng)域相對更加關(guān)注。

2 主要申請人具有代表性的專利申請

下面以表格（表2）形式列舉主要申請人具有代表性的專利申請，并總結(jié)了其技術(shù)要點(diǎn)，其中包括西門子水處理技術(shù)控股公司和美國過濾公司合作申請的三件專利。

3 部分專利技術(shù)重點(diǎn)介紹

下面選取部分專利技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

（1）西門子水處理技術(shù)控股公司（SIEI）和美國過濾公司（USFI）在污水脫氮除磷組合技術(shù)領(lǐng)域中合作較多，他們于2005年6月30提交了申請?zhí)枮閁S20050170864、發(fā)明名稱為“活性污泥水處理系統(tǒng)中的除磷加強(qiáng)工藝”的專利申請，2008年3月18日獲得授權(quán)。該工藝包括將污水與活性污泥在活性污泥池中混合，然后進(jìn)行固液分離，將部分污泥流送入生物反應(yīng)器，在生物反應(yīng)器中通過厭氧/好氧/缺氧環(huán)境進(jìn)行脫氮處理，并將磷轉(zhuǎn)化成可溶性磷酸鹽，然后將部分污泥流送入旁流反應(yīng)器，向該反應(yīng)器中加入多價金屬離子，如鎂離子或鈣離子，以沉淀磷酸鹽，將磷酸鹽沉淀去除，并將污泥流回流至活性污泥池中。該工藝可減少污泥流中廢棄污泥的產(chǎn)量，用于含氮磷的市政廢水、商業(yè)廢水及工業(yè)廢水的處理，其處理流程如圖1所示。

（2）西門子水處理技術(shù)控股公司（SIEI）于2006年4月11日提交了申請?zhí)枮閁S20060279354、發(fā)明名稱為“膜過濾活性污泥系統(tǒng)的增效工藝”的專利申請，2009年1月27日獲得授權(quán)。該工藝包括將含有氮磷的污水與厭氧活性污泥混合，然后將混合液送入缺氧曝氣區(qū)，并將缺氧曝氣區(qū)混合液回流至厭氧區(qū)。另外，該工藝還包括將缺氧曝氣區(qū)的混合液送至過氧曝氣區(qū)并將部分過氧曝氣區(qū)的混合液送至膜過濾器進(jìn)行分離，隨后將部分污泥回流至缺氧曝氣區(qū)。優(yōu)選的，可以將過氧曝氣區(qū)的部分混合液回流至缺氧曝氣區(qū)。該工藝不使用任何化學(xué)物質(zhì)，能耗小，且不形成會降低膜過濾器效能的薄霧/氣泡流，可用于含氮磷的市政廢水及工業(yè)廢水的處理，其處理流程如圖2所示。

（3）韓國科學(xué)技術(shù)研究院（KOAD）于2006年8月31日提交了申請?zhí)枮閁S20060468897、發(fā)明名稱為“生物系統(tǒng)結(jié)合活性污泥浮選進(jìn)行污水處理的方法和裝置”的專利申請，2010年1月19日獲得授權(quán)。該方法包括將污泥與污水在反應(yīng)器中進(jìn)行混合，然后在曝氣池中通過微生物對污水進(jìn)行脫氮除磷，混合液進(jìn)入浮選分離池中，通過分離池中鋁極板或鐵極板的電解作用生成微氣泡，以快速聚集并去除可溶性磷及污泥，提高脫氮除磷效率。該方法能夠阻止出水水質(zhì)變差，減少了污泥沉降時間，且通過浮選分離池中化學(xué)凝聚作用使得除磷效能得到極大提高，其處理裝置如圖3所示。

（4）三洋電機(jī)株式會社（SAOL）以電解脫氮除磷為主要研究方向，其于2003年1月8日提交了申請?zhí)枮閁S20030338040、發(fā)明名稱為“排水處理方法及排水處理裝置”的專利申請，2006年3月28日獲得授權(quán)。該方法包括兩個步驟：步驟1：將一對電極至少一部分浸漬于被處理水中，使構(gòu)成陰極的材料為導(dǎo)電體，使構(gòu)成陽極的材料為鐵，通過電解處理被處理水；步驟2：用次氯酸、臭氧或活性氧處理步驟1所產(chǎn)生的被處理水。優(yōu)選的，陰極材料為貴金屬或涂覆貴金屬的導(dǎo)電體，并采用轉(zhuǎn)換電極極性的方式，采用同一套電解裝置電解產(chǎn)生次氯酸、臭氧或活性氧以實(shí)現(xiàn)步驟2。所述方法可避免陰極的鈍態(tài)化和有效面積的減少，能同時處理含有氮化合物和磷化合物，裝置簡單穩(wěn)定，不會使用大量石灰，能夠低成本且高效地對污水進(jìn)行脫氮除磷，其處理裝置如圖4所示。

（5）南京大學(xué)（NUAJ）于2011年9月28日提交了申請?zhí)枮閁S201113246885、發(fā)明名稱為“一體化生物反應(yīng)器及其應(yīng)用和處理高濃度有機(jī)廢水的方法”的專利申請，2012年7月10日獲得授權(quán)。該一體化生物反應(yīng)器采用同心圓柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為上流式厭氧生物反應(yīng)器UASB，外層為移動床生物膜反應(yīng)器MBBR，MBBR出水回流至UASB，其中UASB出水口設(shè)置pH在線監(jiān)測儀，UASB底部設(shè)置機(jī)械攪拌裝置，MBBR反應(yīng)區(qū)的寬度與高度之比為0.25～0.5，MBBR的寬度指一體化反應(yīng)器的直徑與UASB直徑之差，MBBR內(nèi)設(shè)斜板和半菱形擋板，斜板和半菱形擋板距反應(yīng)器 底部的高度為1.0m～2.0m；MBBR布?xì)庋b置為穿孔管或曝氣頭，呈同心圓狀安裝于斜板和半菱形擋板上方。MBBR適合于低溫下廢水處理，同時其本身對于UASB可起到一定的供熱保溫作用；此外，當(dāng)UASB出水pH<6.8時，啟動UASB的攪拌裝置并增大MBBR回流比，可及時為UASB補(bǔ)充堿度，維持UASB的酸堿平衡，確保微生物的生態(tài)穩(wěn)定。所述方法和裝置可在低溫條件下高效穩(wěn)定地處理高濃度有機(jī)廢水，投資少、占地省、運(yùn)行穩(wěn)定，無需外加堿度和加熱，節(jié)省維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用和能耗，其處理裝置如圖5所示。

4 結(jié)語

氮、磷污染日益嚴(yán)重，這些營養(yǎng)素的去除成為水環(huán)境污染控制的重要課題，近些年國內(nèi)高校、科研機(jī)構(gòu)及相關(guān)企業(yè)對脫氮除磷組合技術(shù)的研究很多，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識也逐漸提高，相關(guān)專利申請量不斷攀升。通過對2000-2015 年間在美國專商局公布的有關(guān)污水脫氮除磷組合技術(shù)進(jìn)行檢索，并對主要申請人及其重點(diǎn)專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，將其作為國外相關(guān)技術(shù)的專利現(xiàn)狀縮影，以期了解其技術(shù)發(fā)展趨勢，為我國相關(guān)技術(shù)的研究提供借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐忠德，姚曉園，韋世凡.基于MBR 脫氮除磷與污水回用中試研究[J].水處理技術(shù)，2012，38（1）.

[責(zé)任編輯：王偉平]