在美申请的脱氮除磷组合技术重点专利分析

苗小郁

【摘 要】针对2000年-2015年间在美国专商局公布的有关污水脱氮除磷组合技术的专利申请进行了检索，对主要申请人及其重点专利技术进行了介绍分析，为该领域研究者提供了良好的借鉴和参考。

【关键词】脱氮除磷；组合技术；重点专利

随着化肥、洗涤剂和农药等的普遍使用，天然水体中的氮、磷污染日益严重，氮、磷含量较高的城市污水排入受纳水体后，会导致受纳水体中藻类和其他水生植物的异常生长，消耗水中的氧，使水变黑、变臭，引发水体富营养化，严重影响水体的经济价值和社会价值[1]。随着城市人口的集中和工农业的发展，由氮、磷过量排放引起的水体富营养化问题已成为当前世界各国最为关注的环境问题之一。因此在了解现有污水脱氮除磷组合技术的基础上，开发高效低耗能的脱氮除磷技术是解决富营养化问题的主要研究方向。

本文以德温特世界专利索引数据库（WPI）为数据源，针对2000年-2015年间在美国专商局公布的有关污水脱氮除磷组合技术的专利申请进行了检索，获得样本数据。

1 主要申请人分析

对样本数据的申请人进行统计，获得申请量较多的主要申请人，此处选取申请量4件以上的7位申请人进行重点分析，表1中列出了申请人的中文名称、机构代码、国别及申请量。可见在美国，污水脱氮除磷组合技术申请量排名前三位的分别是西门子水处理技术控股公司、韩国科学技术研究院和泽农环境有限公司。他们分别拥有相关专利15件、11件和10件。从主要申请人的国别来看，美国有3家，韩国、中国、加拿大和日本各一家。此外，统计结果显示排名前7位的申请人中除了韩国的一家研究机构和中国一所高校之外全部都是公司，这表明公司和企业对该技术领域相对更加关注。

2 主要申请人具有代表性的专利申请

下面以表格（表2）形式列举主要申请人具有代表性的专利申请，并总结了其技术要点，其中包括西门子水处理技术控股公司和美国过滤公司合作申请的三件专利。

3 部分专利技术重点介绍

下面选取部分专利技术进行重点介绍。

（1）西门子水处理技术控股公司（SIEI）和美国过滤公司（USFI）在污水脱氮除磷组合技术领域中合作较多，他们于2005年6月30提交了申请号为US20050170864、发明名称为“活性污泥水处理系统中的除磷加强工艺”的专利申请，2008年3月18日获得授权。该工艺包括将污水与活性污泥在活性污泥池中混合，然后进行固液分离，将部分污泥流送入生物反应器，在生物反应器中通过厌氧/好氧/缺氧环境进行脱氮处理，并将磷转化成可溶性磷酸盐，然后将部分污泥流送入旁流反应器，向该反应器中加入多价金属离子，如镁离子或钙离子，以沉淀磷酸盐，将磷酸盐沉淀去除，并将污泥流回流至活性污泥池中。该工艺可减少污泥流中废弃污泥的产量，用于含氮磷的市政废水、商业废水及工业废水的处理，其处理流程如图1所示。

（2）西门子水处理技术控股公司（SIEI）于2006年4月11日提交了申请号为US20060279354、发明名称为“膜过滤活性污泥系统的增效工艺”的专利申请，2009年1月27日获得授权。该工艺包括将含有氮磷的污水与厌氧活性污泥混合，然后将混合液送入缺氧曝气区，并将缺氧曝气区混合液回流至厌氧区。另外，该工艺还包括将缺氧曝气区的混合液送至过氧曝气区并将部分过氧曝气区的混合液送至膜过滤器进行分离，随后将部分污泥回流至缺氧曝气区。优选的，可以将过氧曝气区的部分混合液回流至缺氧曝气区。该工艺不使用任何化学物质，能耗小，且不形成会降低膜过滤器效能的薄雾/气泡流，可用于含氮磷的市政废水及工业废水的处理，其处理流程如图2所示。

（3）韩国科学技术研究院（KOAD）于2006年8月31日提交了申请号为US20060468897、发明名称为“生物系统结合活性污泥浮选进行污水处理的方法和装置”的专利申请，2010年1月19日获得授权。该方法包括将污泥与污水在反应器中进行混合，然后在曝气池中通过微生物对污水进行脱氮除磷，混合液进入浮选分离池中，通过分离池中铝极板或铁极板的电解作用生成微气泡，以快速聚集并去除可溶性磷及污泥，提高脱氮除磷效率。该方法能够阻止出水水质变差，减少了污泥沉降时间，且通过浮选分离池中化学凝聚作用使得除磷效能得到极大提高，其处理装置如图3所示。

（4）三洋电机株式会社（SAOL）以电解脱氮除磷为主要研究方向，其于2003年1月8日提交了申请号为US20030338040、发明名称为“排水处理方法及排水处理装置”的专利申请，2006年3月28日获得授权。该方法包括两个步骤：步骤1：将一对电极至少一部分浸渍于被处理水中，使构成阴极的材料为导电体，使构成阳极的材料为铁，通过电解处理被处理水；步骤2：用次氯酸、臭氧或活性氧处理步骤1所产生的被处理水。优选的，阴极材料为贵金属或涂覆贵金属的导电体，并采用转换电极极性的方式，采用同一套电解装置电解产生次氯酸、臭氧或活性氧以实现步骤2。所述方法可避免阴极的钝态化和有效面积的减少，能同时处理含有氮化合物和磷化合物，装置简单稳定，不会使用大量石灰，能够低成本且高效地对污水进行脱氮除磷，其处理装置如图4所示。

（5）南京大学（NUAJ）于2011年9月28日提交了申请号为US201113246885、发明名称为“一体化生物反应器及其应用和处理高浓度有机废水的方法”的专利申请，2012年7月10日获得授权。该一体化生物反应器采用同心圆柱状结构，内层为上流式厌氧生物反应器UASB，外层为移动床生物膜反应器MBBR，MBBR出水回流至UASB，其中UASB出水口设置pH在线监测仪，UASB底部设置机械搅拌装置，MBBR反应区的宽度与高度之比为0.25～0.5，MBBR的宽度指一体化反应器的直径与UASB直径之差，MBBR内设斜板和半菱形挡板，斜板和半菱形挡板距反应器 底部的高度为1.0m～2.0m；MBBR布气装置为穿孔管或曝气头，呈同心圆状安装于斜板和半菱形挡板上方。MBBR适合于低温下废水处理，同时其本身对于UASB可起到一定的供热保温作用；此外，当UASB出水pH<6.8时，启动UASB的搅拌装置并增大MBBR回流比，可及时为UASB补充碱度，维持UASB的酸碱平衡，确保微生物的生态稳定。所述方法和装置可在低温条件下高效稳定地处理高浓度有机废水，投资少、占地省、运行稳定，无需外加碱度和加热，节省维护运行费用和能耗，其处理装置如图5所示。

4 结语

氮、磷污染日益严重，这些营养素的去除成为水环境污染控制的重要课题，近些年国内高校、科研机构及相关企业对脱氮除磷组合技术的研究很多，知识产权保护意识也逐渐提高，相关专利申请量不断攀升。通过对2000-2015 年间在美国专商局公布的有关污水脱氮除磷组合技术进行检索，并对主要申请人及其重点专利技术进行详细介绍，将其作为国外相关技术的专利现状缩影，以期了解其技术发展趋势，为我国相关技术的研究提供借鉴。

【参考文献】

[1]唐忠德，姚晓园，韦世凡.基于MBR 脱氮除磷与污水回用中试研究[J].水处理技术，2012，38（1）.

[责任编辑：王伟平]