在美申請的脫氮除磷組合技術重點專利分析

苗小郁

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

【關鍵詞】脫氮除磷；組合技術；重點專利

隨著化肥、洗滌劑和農藥等的普遍使用，天然水體中的氮、磷污染日益嚴重，氮、磷含量較高的城市污水排入受納水體后，會導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，引發水體富營養化，嚴重影響水體的經濟價值和社會價值[1]。隨著城市人口的集中和工農業的發展，由氮、磷過量排放引起的水體富營養化問題已成為當前世界各國最為關注的環境問題之一。因此在了解現有污水脫氮除磷組合技術的基礎上，開發高效低耗能的脫氮除磷技術是解決富營養化問題的主要研究方向。

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

1 主要申請人分析

對樣本數據的申請人進行統計，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位申請人進行重點分析，表1中列出了申請人的中文名稱、機構代碼、國別及申請量?？梢娫诿绹?，污水脫氮除磷組合技術申請量排名前三位的分別是西門子水處理技術控股公司、韓國科學技術研究院和澤農環境有限公司。他們分別擁有相關專利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，統計結果顯示排名前7位的申請人中除了韓國的一家研究機構和中國一所高校之外全部都是公司，這表明公司和企業對該技術領域相對更加關注。

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，并總結了其技術要點，其中包括西門子水處理技術控股公司和美國過濾公司合作申請的三件專利。

3 部分專利技術重點介紹

下面選取部分專利技術進行重點介紹。

（1）西門子水處理技術控股公司（SIEI）和美國過濾公司（USFI）在污水脫氮除磷組合技術領域中合作較多，他們于2005年6月30提交了申請號為US20050170864、發明名稱為“活性污泥水處理系統中的除磷加強工藝”的專利申請，2008年3月18日獲得授權。該工藝包括將污水與活性污泥在活性污泥池中混合，然后進行固液分離，將部分污泥流送入生物反應器，在生物反應器中通過厭氧/好氧/缺氧環境進行脫氮處理，并將磷轉化成可溶性磷酸鹽，然后將部分污泥流送入旁流反應器，向該反應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量，用于含氮磷的市政廢水、商業廢水及工業廢水的處理，其處理流程如圖1所示。

（2）西門子水處理技術控股公司（SIEI）于2006年4月11日提交了申請號為US20060279354、發明名稱為“膜過濾活性污泥系統的增效工藝”的專利申請，2009年1月27日獲得授權。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，并將缺氧曝氣區混合液回流至厭氧區。另外，該工藝還包括將缺氧曝氣區的混合液送至過氧曝氣區并將部分過氧曝氣區的混合液送至膜過濾器進行分離，隨后將部分污泥回流至缺氧曝氣區。優選的，可以將過氧曝氣區的部分混合液回流至缺氧曝氣區。該工藝不使用任何化學物質，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廢水的處理，其處理流程如圖2所示。

（3）韓國科學技術研究院（KOAD）于2006年8月31日提交了申請號為US20060468897、發明名稱為“生物系統結合活性污泥浮選進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。該方法包括將污泥與污水在反應器中進行混合，然后在曝氣池中通過微生物對污水進行脫氮除磷，混合液進入浮選分離池中，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變差，減少了污泥沉降時間，且通過浮選分離池中化學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日提交了申請號為US20030338040、發明名稱為“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。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，使構成陰極的材料為導電體，使構成陽極的材料為鐵，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所產生的被處理水。優選的，陰極材料為貴金屬或涂覆貴金屬的導電體，并采用轉換電極極性的方式，采用同一套電解裝置電解產生次氯酸、臭氧或活性氧以實現步驟2。所述方法可避免陰極的鈍態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，裝置簡單穩定，不會使用大量石灰，能夠低成本且高效地對污水進行脫氮除磷，其處理裝置如圖4所示。

（5）南京大學（NUAJ）于2011年9月28日提交了申請號為US201113246885、發明名稱為“一體化生物反應器及其應用和處理高濃度有機廢水的方法”的專利申請，2012年7月10日獲得授權。該一體化生物反應器采用同心圓柱狀結構，內層為上流式厭氧生物反應器UASB，外層為移動床生物膜反應器MBBR，MBBR出水回流至UASB，其中UASB出水口設置pH在線監測儀，UASB底部設置機械攪拌裝置，MBBR反應區的寬度與高度之比為0.25～0.5，MBBR的寬度指一體化反應器的直徑與UASB直徑之差，MBBR內設斜板和半菱形擋板，斜板和半菱形擋板距反應器 底部的高度為1.0m～2.0m；MBBR布氣裝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補充堿度，維持UASB的酸堿平衡，確保微生物的生態穩定。所述方法和裝置可在低溫條件下高效穩定地處理高濃度有機廢水，投資少、占地省、運行穩定，無需外加堿度和加熱，節省維護運行費用和能耗，其處理裝置如圖5所示。

4 結語

氮、磷污染日益嚴重，這些營養素的去除成為水環境污染控制的重要課題，近些年國內高校、科研機構及相關企業對脫氮除磷組合技術的研究很多，知識產權保護意識也逐漸提高，相關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污水脫氮除磷組合技術進行檢索，并對主要申請人及其重點專利技術進行詳細介紹，將其作為國外相關技術的專利現狀縮影，以期了解其技術發展趨勢，為我國相關技術的研究提供借鑒。

【參考文獻】

[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，2012，38（1）.

[責任編輯：王偉平]