漲知識！從專利角度看海水淡化技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)
編者按：海水淡化是解決沿海地區(qū)淡水缺乏的戰(zhàn)略選擇和根本措施，具有光明的前景。眾多的國內(nèi)外企業(yè)和大學(xué)很早就進入到該領(lǐng)域，并進行了大量的專利布局。在本文中，作者將從專利角度對海水淡化技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)進行分析，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。
調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在我國11個沿海省所轄的52個沿海城市中，極度缺水的有18個，重度缺水10個，中度缺水9個，輕度缺水9個。而海水淡化是解決沿海地區(qū)淡水缺乏的戰(zhàn)略選擇和根本措施，具有光明的前景。
由于海水淡化具有十分巨大的商業(yè)價值，眾多的國內(nèi)外企業(yè)和大學(xué)很早就進入到該領(lǐng)域，并進行了大量的專利布局。筆者通過incopat檢索后發(fā)現(xiàn)，截止到2018年9月18日，關(guān)于海水淡化的全球發(fā)明專利近1.4萬件，專利申請人分布在超過30個國家和地區(qū)。在本文中，筆者將從專利角度對海水淡化技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)進行分析，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。
國外研發(fā) 企業(yè)步步為營
海水淡化技術(shù)繁多，國外的技術(shù)人員已經(jīng)研發(fā)出多級閃蒸、低溫多效蒸餾、反滲透技術(shù)等20多種工藝。以反滲透技術(shù)為例，1960年美國陶氏化學(xué)公司一件公開號為US19600057055A的專利申請采用反滲透技術(shù)將海水中的鹽分過濾掉從而形成淡水。以色列的索雷科（Sorek）公司也是通過反滲透技術(shù)進行海水淡化。作為全球最大、最先進的海水淡化企業(yè)，索雷科公司是在工程學(xué)方面對海水淡化技術(shù)做了一定的改進，其使用直徑16英寸而不是8英寸的壓力管，其海水淡化裝置與其他大型海水反滲透設(shè)施有很大區(qū)別，其所需的硬件的數(shù)量僅為傳統(tǒng)淡化廠的1/4，同時還配備有高效泵和能量回收設(shè)備，提高效率并節(jié)省成本。
韓國斗山重工業(yè)集團是一家專門從事海水淡化和廢水處理業(yè)務(wù)的世界級公司，其專利布局涉及反滲透、低溫多效蒸餾、多級閃蒸等主要工藝技術(shù)。該公司不僅在制備工藝上創(chuàng)新，還有多件專利涉及海水淡化裝置的信息管理、工作順序管理、膜污指數(shù)的測量和系統(tǒng)管理裝置，可見該公司除了重視制備工藝外，還較為注重海水淡化裝置相關(guān)信息的評估和管理。
日本日立集團也是海水淡化領(lǐng)域的重點企業(yè)，其在海水淡化領(lǐng)域擁有121件專利，相較于韓國斗山重工業(yè)集團，其專利保護的領(lǐng)域更為集中，主要在反滲透技術(shù)領(lǐng)域，其中涉及反滲透膜性能、二次處理、能量回收的泵裝置、抑制積垢、抑制腐蝕、過濾層清洗等多個方面的改進。日立集團的許多與海水淡化相關(guān)的技術(shù)在沿海國家和地區(qū)，如美國、中國、歐洲、印度、澳大利亞、新加坡、南非等都進行了專利布局，可見其研發(fā)是以海水淡化的市場化為核心導(dǎo)向。
值得一提的是，國外大學(xué)也加緊在該領(lǐng)域的研究，例如美國麻省理工學(xué)院在海水淡化領(lǐng)域擁有多件專利，對海水淡化的方法和材料進行了改進，其主要目的是為了降低成本。如麻省理工學(xué)院公開號為US20110108481A1的專利申請，公開了一種定向溶劑，通過特定的溶劑與鹽水或海水接觸，使其產(chǎn)生分相，并通過提取、沉淀的方法得到純水，該技術(shù)相較于現(xiàn)有脫鹽方法能顯著節(jié)約能源和資金。另外，麻省理工學(xué)院不少研究小組正在研究將石墨烯等單層碳原子半透膜用于海水淡化反滲透技術(shù)中，一旦成功，可將反滲透技術(shù)能耗的理論值繼續(xù)降低15%至46%，同時，石墨烯半透膜還能縮小過濾裝置的體積，將工廠的面積縮小一半。
國內(nèi)研發(fā) 院校遙遙領(lǐng)先
1986年，中國專利申請主體提交了一件關(guān)于利用蒸發(fā)及蒸餾方法來海水淡化的裝置的專利申請。相比國外，盡管國內(nèi)的相關(guān)專利申請起步較晚，但是近十幾年來該領(lǐng)域技術(shù)得到快速發(fā)展，同時專利申請量增長較快。截至2018年9月，在海水淡化領(lǐng)域，國內(nèi)申請主體提交了4454件發(fā)明專利申請，其中有1197件已經(jīng)獲得授權(quán)。這些發(fā)明專利除了關(guān)注裝置上的改進外，還重點關(guān)注材料、制備工藝細節(jié)、前處理及后處理等領(lǐng)域的改進。
筆者認為，相較于國外，國內(nèi)的相關(guān)專利申請主要來自于大學(xué)和科研機構(gòu)。國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所的專利申請量為131件，申請量在國內(nèi)排名首位，其中37件專利申請已經(jīng)獲得授權(quán)。通過進一步分析可知，該研究所的專利布局主要集中于提高低溫多效蒸餾工藝的能量利用效率和新型反滲透技術(shù)裝置的開發(fā)。比如公開號為CN105565412A提供了一種太陽能蒸餾海水淡化裝置，相對于傳統(tǒng)太陽能蒸餾器，其在蒸發(fā)器底板安裝折流板，延長了海水在蒸餾器內(nèi)的流動時間，減少熱損失。此外，該裝置還對流出的濃海水進行熱能回收，充分利用熱能并提高了海水淡化的效率；公開號為CN106348394A提供了一種包含一體化六通閥的新型反滲透海水淡化系統(tǒng)，通過旋轉(zhuǎn)三通閥轉(zhuǎn)芯和調(diào)壓閥轉(zhuǎn)芯，完成海水淡化系統(tǒng)的產(chǎn)品水模式和沖洗模式之間的任意切換，方便同時操作，可實現(xiàn)海水三通閥、濃鹽水三通閥和調(diào)壓閥啟閉狀態(tài)同時改變的功能，并將系統(tǒng)中的海水三通閥、濃鹽水三通閥的功能通過一個一體化六通閥實現(xiàn)，有利于反滲透技術(shù)向便攜化、集成化領(lǐng)域進步。除了國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所外，浙江大學(xué)、天津大學(xué)、集美大學(xué)、大連理工大學(xué)、廣東海洋大學(xué)的專利申請同樣在國內(nèi)位居前十名。
值得一提的是，在國內(nèi)公司中，中國神華能源股份有限公司主要專注于加熱蒸餾方法及低溫多效蒸餾方法，其比較關(guān)注蒸餾工藝過程中如何提高能量利用率和簡化工藝。該公司的一半專利是實用新型，可見該公司主要專注于該領(lǐng)域的裝置改進。比如公告號為CN202011804U公開了一種具有電磁阻垢設(shè)備的低溫多效蒸餾海水淡化處理，其中采用電磁阻垢設(shè)備阻止換熱管表面污垢的形成，簡化后續(xù)處理過程。另外，該公司一些專利有一部分是與天津大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等國內(nèi)大學(xué)合作完成的，這說明公司與大學(xué)合作能夠促進國內(nèi)的海水淡化技術(shù)的進步。除了中國神華能源股份有限公司及其分公司外，江蘇潤海能源科技有限公司、眾和海水淡化工程有限公司等也是專利申請量較多的公司。
筆者認為，國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)在高性能膜、高效能量回收、高壓水泵等領(lǐng)域仍然和國外相關(guān)技術(shù)存在一定的差距。因此，國內(nèi)企業(yè)一方面可以借鑒國外公司的先進經(jīng)驗，引進設(shè)備后加強自主研發(fā)，聚焦自身核心專利技術(shù)，提前進行專利布局，促進產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；另一方面，國內(nèi)企業(yè)可以與大學(xué)或研究所加強合作，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、互惠共贏，在技術(shù)改進和應(yīng)用上取得突破。海水淡化在我國擁有較大的市場，隨著技術(shù)的不斷進步，海水淡化在中國的規(guī)模化應(yīng)用值得期待。
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