徐 涵
(1福建新大陸環(huán)保建設(shè)工程有限公司福建福州3500152環(huán)保研究院新大陸科技集團有限公司福建福州350015 3福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院福建福州3500024法國圖盧茲綜合科學(xué)研究所(IRIT-ARI)法國圖盧茲31300)
大數(shù)據(jù)分析中國污水處理研發(fā)和專利現(xiàn)狀
徐涵1,2,3,4
(1福建新大陸環(huán)保建設(shè)工程有限公司福建福州3500152環(huán)保研究院新大陸科技集團有限公司福建福州350015 3福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院福建福州3500024法國圖盧茲綜合科學(xué)研究所(IRIT-ARI)法國圖盧茲31300)
為評價我國污水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,通過大數(shù)據(jù)將污水處理學(xué)術(shù)研究數(shù)據(jù)和專利授權(quán)數(shù)據(jù)進行歸集分析,特別是對污水處理相關(guān)的新材料、新技術(shù)、新工藝以及相關(guān)的社會科學(xué)類研究進行了解析。結(jié)果顯示,大眾媒體對污水話題顯示出高的關(guān)注度。污水處理的學(xué)術(shù)研究數(shù)據(jù)(DAR)包含了自2000年至2015年的約11.6萬條信息,其在2011年前每年都快速增加,之后呈現(xiàn)起伏狀態(tài);DAR理工類研發(fā)數(shù)據(jù)約占93%,社科類研究比例較?。?1%)并基本保持平穩(wěn)。DAR中的設(shè)備、濾料、工藝等污水處理的核心技術(shù)占比各為8%、1%、7%。污水處理相關(guān)專利包含了自2000年至2015年的約1.4萬條授權(quán)信息,年度專利授權(quán)數(shù)量在2007年前穩(wěn)步增加,之后呈加速增長趨勢;該專利數(shù)據(jù)中設(shè)備類專利約占93%,濾料類39%、工藝類27%。由于存在領(lǐng)域和學(xué)科的交叉,本大數(shù)據(jù)為交集數(shù)據(jù)?;诖髷?shù)據(jù)分析,對污水處理的發(fā)展進行了討論。
污水;設(shè)備;濾料;技術(shù);工藝;專利;大數(shù)據(jù)
隨著我國對生態(tài)環(huán)境的重視,全國《水污染防治行動計劃》(2015年4月頒布,簡稱水十條)《土壤污染防治行動計劃》(2016年5月頒布,簡稱土十條)和《大氣污染防治行動計劃》(2016年5月頒布,簡稱土十條)及各省市相應(yīng)的環(huán)保目標定位,生態(tài)環(huán)境隨著環(huán)保技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會得到極大的改善。要完成“十三五”規(guī)劃和上述計劃的目標,必然要求我國盡快發(fā)展污水處理的高端研發(fā)和高技術(shù)企業(yè),加快工程實施和知識產(chǎn)權(quán)的推廣和保護。本文旨在對近年我國污水處理技術(shù)行業(yè)的大數(shù)據(jù)進行分析,為促進生態(tài)建設(shè)、環(huán)保研發(fā)和推動行業(yè)發(fā)展提供參考。
以百度搜索、百度高級搜索、百度學(xué)術(shù)搜索等百度搜索引擎進行公眾媒體類的數(shù)據(jù)搜索和歸集。
學(xué)術(shù)研究文獻數(shù)據(jù)由中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫查詢和收集。專利文獻由國家知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫檢索和收集。CNKI數(shù)據(jù)庫的第一層次檢索以“污水”為標題檢索詞進行檢索收集;次級檢索對理工類數(shù)據(jù)及社科類數(shù)據(jù)進行檢索收集,或?qū)π袠I(yè)或領(lǐng)域數(shù)據(jù)進行檢索收集,分設(shè)備、濾料、工藝三個部分,同時也關(guān)注相應(yīng)的理工類及社科類數(shù)據(jù)作為第三級檢索,最后以年度作為時間軸進行數(shù)據(jù)歸集。次級檢索詞設(shè)置為:主題“設(shè)備”并含“污水”,以“或者”關(guān)系做篇名檢索。多個檢索詞的聯(lián)合檢索按數(shù)據(jù)庫的檢索規(guī)則覆蓋所檢索行業(yè)或領(lǐng)域。對本世紀以來2000-2015年共16年的數(shù)據(jù)按不同學(xué)科、行業(yè)或領(lǐng)域及時間進行歸集、統(tǒng)計和比對,并依之探討對應(yīng)領(lǐng)域的發(fā)展狀況。
檢索詞設(shè)定參考了給排水領(lǐng)域機械類手冊中的設(shè)備詞匯。污水處理設(shè)備類數(shù)據(jù)檢索和收集使用設(shè)備檢索詞組合。首先以污水設(shè)備為主題,在全數(shù)據(jù)庫進行全時段、全領(lǐng)域檢索收集;然后進行次級檢索。在“設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、控制箱、控制柜、機械、器、閥、槽、管、泵、車、件、網(wǎng)、板、閘、柵、塔”中分別通過搜索相應(yīng)的文獻量對搜索詞的權(quán)重程度排序,得到:設(shè)備、裝置、泵、器、機、網(wǎng)、塔、槽等排序。為避免擴大檢索詞范圍將導(dǎo)致非核心設(shè)備類的文獻的混入,以前6個關(guān)鍵詞進行篇名聯(lián)合檢索和收集。污水處理濾料類的數(shù)據(jù)以篇名聯(lián)合檢索進行收集,使用檢索詞組合“污水、濾料、分子篩、陶粒、MBR”。污水處理工藝處理類的數(shù)據(jù)以主題和篇名聯(lián)合檢索進行收集,主題檢索詞為“污水”和“工藝”,使用篇名檢索“污水、應(yīng)用”或“污水、方法”。文理科數(shù)據(jù)分類按CNKI總學(xué)術(shù)領(lǐng)域分類進行,其中“信息科學(xué)”的新聞與傳媒、出版、圖書情報與數(shù)字圖書館、檔案及博物館等學(xué)科分為社科類數(shù)據(jù)。
專利數(shù)據(jù)按照國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索規(guī)定檢索式進行檢索。專利數(shù)據(jù)的檢索和歸集原則和技術(shù)路線與CNKI研發(fā)文獻的數(shù)據(jù)庫檢索的情況相同。由于專利文獻的檢索方式與CNKI數(shù)據(jù)庫不盡相同,因此根據(jù)該數(shù)據(jù)庫檢索規(guī)則,設(shè)備類數(shù)據(jù)收集的檢索選權(quán)重較大的檢索詞“設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、控制箱、控制柜、機械、器、閥、槽、管、泵、車、件、網(wǎng)、板、閘、柵”作為檢索詞組合進行摘要檢索;濾料類數(shù)據(jù)收集的檢索使用“濾料、活性炭、分子篩、處理劑、凈化劑、菌劑、凝膠、復(fù)合材料、絮凝劑、穩(wěn)定劑、消除劑、膜、陶粒、粉劑、顆粒、微球、納米球、陶瓷、海綿、過濾、吸附、催化、分解、降解”作為檢索詞組合;工藝類數(shù)據(jù)收集使用檢索詞組合“工藝、方法、應(yīng)用”。年度專利數(shù)據(jù)的歸集按專利公告日劃分。專利數(shù)據(jù)無社科類數(shù)據(jù)歸集分析。
數(shù)據(jù)歸集使用檢索詞組方式獨立進行,數(shù)據(jù)集保持度各自檢索獨立,之間不進行換算。由于跨領(lǐng)域和跨學(xué)科的情況存在,各數(shù)據(jù)集有部分交叉,因此本文統(tǒng)計數(shù)據(jù)為交集數(shù)據(jù),不為簡單相加的集合。所收集的數(shù)據(jù)以Excel進行分析。本文大數(shù)據(jù)主要含蓋中文數(shù)據(jù)資料。
3.1公共媒體數(shù)據(jù)
以百度為公共媒體搜索引擎,不同的搜索時段和搜索方式可以得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。截止到2016年6月30日,以“污水”為關(guān)鍵詞,用不同的百度搜索引擎進行全時段檢索,得到如表1所示數(shù)據(jù)。
表1 公共媒體對生態(tài)環(huán)境的大數(shù)據(jù)(2016-06-30)單位:萬條
3.2學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)
截止2016年6月30,以“污水”為主題詞通過知網(wǎng)學(xué)術(shù)文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢,搜索到138207條結(jié)果,本世紀以來(2000-2015年)116137篇信息(污水處理學(xué)術(shù)研究數(shù)據(jù),DAR),其中,基礎(chǔ)、工程、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥類及信息科技中的無線電、電信、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、自動化類(簡稱污水理工類數(shù)據(jù))107510篇、哲學(xué)、人文、社會、經(jīng)濟管理及信息科技中新聞、出版、圖書、檔案類(簡稱污水社科類數(shù)據(jù))12282篇。其本世紀以來截止到2015年底的數(shù)據(jù)年度分布如圖1所示。理工類數(shù)據(jù)和社科類數(shù)據(jù)之和超出總數(shù)據(jù)數(shù)的文獻屬于交叉學(xué)科內(nèi)容。
DAR在2000年至2015年的分布顯示,在2011年前DAR每年都快速增加,之后呈現(xiàn)起伏狀態(tài);其中理工類研發(fā)數(shù)據(jù)量占總DAR 93%,發(fā)展趨勢與總數(shù)據(jù)所顯示的基本一致;社科類研究比例較小(11%),在2004至2007年之間出現(xiàn)過小幅度上升,之后基本保持平穩(wěn)。在DAR中,設(shè)備、濾料、工藝等污水處理的數(shù)據(jù)占比各為8%、1%、7%。
圖1 21世紀(2000-2015年)中國污水處理研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖
以污水設(shè)備檢索詞組合通過知網(wǎng)學(xué)術(shù)文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢,檢索到10973條信息。本世紀以來(2000-2015年)查詢到設(shè)備類學(xué)術(shù)文獻8745篇(簡稱污水處理設(shè)備研究總數(shù)據(jù)),其中理工類8229?篇(占設(shè)備總數(shù)據(jù)94%)、社科類782篇,近年分布如圖2所示。理工類數(shù)據(jù)和社科類數(shù)據(jù)之和超出污水設(shè)備總數(shù)據(jù)量的文獻屬于交叉學(xué)科內(nèi)容。
圖2 21世紀(2000-2015年)中國污水處理設(shè)備研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖
以濾料檢索詞組合通過知網(wǎng)學(xué)術(shù)文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢我國污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù),檢索到污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)1499條信息。本世紀以來(2000年—2015年)查詢到污水處理類學(xué)術(shù)文獻1394篇(簡稱污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)),其中理工類1399?篇(約占濾料總數(shù)據(jù)100%)、社科類5篇,近年分布如圖3所示。2000年至2015年間我國污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)顯示,除2002年和2010年度各有一個大幅增長外,其他年份研究呈穩(wěn)定增長趨勢。2015年有小幅回落。
圖3 21世紀(2000-2015年)中國污水處理濾料研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖
以工藝檢索詞組合通過知網(wǎng)學(xué)術(shù)文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢我國污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù),檢索到污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)9027條信息。本世紀以來(2000-2015年)查詢到設(shè)備類學(xué)術(shù)文獻7962篇(簡稱污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)),其中理工類7898?篇(占濾料總數(shù)據(jù)99%)、社科類83篇(占濾料總數(shù)據(jù)1%);其近年分布如圖4所示。
圖4 本世紀(2000-2015年)中國污水處理工藝研究總數(shù)據(jù)及其理工類和社科類分項數(shù)據(jù)年度分布圖
3.3專利數(shù)據(jù)
以污水、污水處理設(shè)備、污水處理濾料和污水處理工藝等檢索詞組合通過專利文獻全數(shù)據(jù)庫全時段查詢。由于數(shù)據(jù)庫檢索指令及其檢索功能匹配程度不穩(wěn)定,搜索得到的數(shù)據(jù)出入較大。因此檢索結(jié)果以檢索數(shù)交穩(wěn)定的數(shù)據(jù)集進行歸集統(tǒng)計和分析。
自我國1985年實施專利法至今,涉及污水處理的相關(guān)專利申請數(shù)約2.8萬件,其中授權(quán)專利約1.7萬件,專利授權(quán)率約60%。
本世紀以來(2000-2015年),污水處理相關(guān)專利授權(quán)總數(shù)1.4萬件,占1985年以來全部污水處理相關(guān)專利總數(shù)的60%。其中,2000-2015年污水處理設(shè)備專利授權(quán)數(shù)1.3萬件,占同期污水處理專利總數(shù)的93%;污水處理濾料專利占污水處理專利總數(shù)的39%,污水處理工藝專利占污水處理專利總數(shù)的27%。污水處理專利總數(shù)據(jù)和設(shè)備類、濾料類和工藝類各分項數(shù)據(jù)及其近年的年度分布如圖5所示。
圖5 本世紀(2000-2015年)中國污水處理行業(yè)專利總數(shù)據(jù)及其設(shè)備類、濾料類和工藝類分項數(shù)據(jù)年度分布圖
本文學(xué)術(shù)和專利的大數(shù)據(jù)都分為總數(shù)據(jù)和分項數(shù)據(jù)兩個層次的數(shù)據(jù)。分項數(shù)據(jù)為所使用索引詞組合為核心的數(shù)據(jù)群,由于技術(shù)、材料和工藝都是多功能的、可適用于多種領(lǐng)域,因此分項數(shù)據(jù)群之間存在交叉,各分項數(shù)據(jù)之和大于總數(shù)據(jù)。因此,本文所列數(shù)據(jù)和曲線應(yīng)以相互交叉的交集數(shù)據(jù)使用,而不是簡單的相加關(guān)系。
以百度公眾媒體信息量為例進行比較,可以看出社會各界對污水很高的關(guān)注度;該公眾媒體數(shù)據(jù)量比學(xué)術(shù)界和專利兩個信息量之和高出3個數(shù)量級。特別是對環(huán)境污染突發(fā)事件、民眾切身利益處理和政府職能等方面,社會關(guān)注度很高。
DAR在2000年至2015年的數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計顯示,其在2011年前每年都快速增加,之后呈現(xiàn)起伏狀態(tài),特別是2015年出現(xiàn)小幅回落。DAR中的理工類研發(fā)數(shù)據(jù)量占總93%,對DAR起著決定性的作用。社科類研究比例較?。?1%),近年來基本保持平穩(wěn)。在DAR中,設(shè)備、濾料、工藝等污水處理的數(shù)據(jù)占比各為8%、1%、7%,說明污水處理的核心技術(shù)內(nèi)容占比很小。
高端設(shè)備制造是污水處理工程的基礎(chǔ)和未來發(fā)展的驅(qū)動力之一。關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化突破,往往導(dǎo)致行業(yè)的投入減少。例如大型臭氧發(fā)生器的國產(chǎn)化,使我國臭氧取代氯進行水處理的造價大幅度降低、氯次生污染也得以大幅度減?。?,10]。污水處理設(shè)備的大數(shù)據(jù)顯示,2000年至2015年間我國學(xué)術(shù)界對污水處理設(shè)備的研發(fā)力度除2009年小幅回落外,基本呈逐年增加的態(tài)勢,在2015年,又有所回落。設(shè)備理工類研發(fā)占94%,決定了總數(shù)據(jù)變化趨勢;社科類研究只占設(shè)備總數(shù)據(jù)的9%(其中93%為管理類),近年水平度保持基本穩(wěn)定。
新材料的發(fā)展會極大提高相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。高性能濾料除了過濾功能外還具有催化及生物群落發(fā)育和降解污染物作用,不僅在污水處理中起支撐作用,在給水排水領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[10,11]。大數(shù)據(jù)顯示,2000年至2015年間我國學(xué)術(shù)界對污水過濾材料和多功能過濾處理材料的研發(fā)力度總的趨勢是逐年加強,除2002年和2010年度有大幅增長外,其他年份研究呈穩(wěn)定增長趨勢。2015年有小幅回落。社科類數(shù)據(jù)以管理類研究為主,但比例很小。
污水處理由設(shè)備、材料、方法等各子系統(tǒng)綜合配套后以所綜合產(chǎn)生的最優(yōu)處理效果的工藝系統(tǒng)完成。污水處理工藝的優(yōu)化不僅提高排放標準規(guī)定內(nèi)的污水排放質(zhì)量,而且也對污水排放標準尚未納入的有害物質(zhì)進行處理[12]。污水處理工藝大數(shù)據(jù)顯示,我國學(xué)術(shù)界對污水處理工藝的研發(fā)力度總的趨勢是逐年加強,社科類研發(fā)比例較小(1%)。
污水處理專利總數(shù)據(jù)在2009年前穩(wěn)步增長,近年來呈加速增長趨勢。其中污水設(shè)備類專利占絕大部分(93%),并決定了總數(shù)據(jù)的走勢。污水處理濾料類專利約占污水處理專利總數(shù)據(jù)的39%,其數(shù)量近年來加速增長。污水處理工藝屬于更綜合和更復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng),因此這類專利數(shù)量較少,占總污水處理專利數(shù)的約27%,一直呈平穩(wěn)發(fā)展狀態(tài)。
2015年,我國知識產(chǎn)權(quán)局共受理發(fā)明專利申請110.2萬件,同比增長18.7%,連續(xù)5年位居世界首位。共授權(quán)發(fā)明專利35.9萬件。其中,國內(nèi)發(fā)明專利授權(quán)26.3萬件,比2014年增長了10萬件,同比增長61.9%[13]。污水處理專利2015年總數(shù)比2014年增長48%。污水處理學(xué)術(shù)研發(fā)總數(shù)據(jù)及理工類和社科類分項數(shù)據(jù)都在2015年比2014年小幅下降6%~7%。相比之下,說明我國生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化效率在逆勢而上。
污水處理關(guān)系到國計民生,是可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵點。近年來我國加大了環(huán)境治理的力度,污水治理從社會關(guān)注、政策目標制定、科技發(fā)展、工程實施、標準提升、環(huán)境監(jiān)察、法律法規(guī)配套和體制建設(shè)等方面全方位推進。本文的大數(shù)據(jù)顯示:在世界經(jīng)濟低迷、我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)等不同的時期,污水處理的研發(fā)力度基本穩(wěn)步增長,并且在理工類研發(fā)的基礎(chǔ)上,以管理為主的相應(yīng)社會科學(xué)逐漸得到發(fā)展。這說明,我國政府和企業(yè)對污水治理不僅沒有受到經(jīng)濟下滑的影響,反而逆勢上揚,持續(xù)加大對污水處理各領(lǐng)域科技和工程建設(shè)及軟科學(xué)的投入,使得污水處理產(chǎn)學(xué)研商得以迅速發(fā)展。近5年的大數(shù)據(jù)數(shù)量加速增長可以作為加速發(fā)展的印證。
從社科類數(shù)據(jù)占污水總數(shù)據(jù)11%的大數(shù)據(jù)比例評價,今后一個時期政策和軟科學(xué)應(yīng)配套技術(shù)研究予以加強,以全面解決當前面臨的問題和“十一五”遺留的問題[15]。
值得注意的是,2015年研發(fā)類大數(shù)據(jù)及各分項數(shù)據(jù)都顯示研發(fā)下行的狀況。這一方面可能是由于上一年的數(shù)據(jù)尚不能在之后的6個月內(nèi)完全體現(xiàn)(本文統(tǒng)計截止至2016年6月30日)。另一方面,如果研發(fā)力度減弱,則警示給排水行業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投入和力度,以保障我國污水處理行業(yè)知識產(chǎn)權(quán)逆勢上揚的發(fā)展勢頭得以持續(xù)。
[1]中華人民共和國中央人民政府.水污染防治行動計劃[EB/OL][2015-04-16].http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.ht m.
[2]中華人民共和國中央人民政府.土壤污染防治行動計劃[EB/OL].[2016-05-31].http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-05/31/content _5078377.ht m.
[3]中華人民共和國中央人民政府.大氣污染防治行動計劃[EB/OL].[2013-09-12].http://www.gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773. htm.
[4]百度(默認網(wǎng)頁搜索).http://www.baidu.com/,高級搜索.http://www.baidu.com/gaoji/advanced.html,新聞.http://news.baidu.com/,知道.http://zhidao.baidu.com/,學(xué)術(shù).http://xueshu.baidu.com/.
[5]中國知網(wǎng)CNKI.http://epub.cnki.net/kns/brief/result.aspx?dbprefix=scdb&action=scdbsearch&db_opt=SCDB
[6]中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局..http://www.pss-system.gov. cn/sipopublicsearch/search/searchHomeIndex..html.
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徐涵(1961-),外文筆名Xu XuHan,男,博士、教授,從事農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學(xué)及新材料研究?,F(xiàn)任福建新大陸環(huán)保建設(shè)工程有限公司(Fujian New land Environmental Construction Co.Ltd.,F(xiàn)uzhou,)總經(jīng)理,新大陸科技集團有限公司環(huán)保研究院(Academy of Environment Protection,New land Hi-Tech Group Co.Ltd.,F(xiàn)uzhou,350015,China)副院長,福建農(nóng)林大學(xué)(College of Horticulture,F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University,F(xiàn)uzhou)閩江學(xué)者講座教授,法國圖盧茲綜合科學(xué)研究所(Institut de la Recherche Interd isciplinaire de Toulouse,IRIT-ARI)研究員。
本研究得到福建省優(yōu)秀留學(xué)回國人員項目、福州市引進高層次優(yōu)秀人才項目、福建省閩江學(xué)者獎勵計劃(MJJZ13-003)資助。致謝林默、謝析穎參加數(shù)據(jù)收集分析。