1 畜禽粪污的概况 随着人民生活水平的提高和饮食结构的巨大变化，畜禽养殖业得到了迅猛发展，我国已成为世界上最大的肉、蛋生产国，产量位居世界第1[1]。然而，畜禽养殖业带来巨大经济和社会效益的同时，也产生了新的问题——畜禽粪便污染问题，并成为继工业、生活垃圾污染之后的第三大污染源，是造成农村环境污染的主要原因，严重影响食品安全，进而威胁人类生存环境，成为一个重要的社会问题。 自20世纪50年代起，发达国家开始进行大规模的集约化养殖，在城镇郊区建立集约化畜禽养殖场，其产生的粪便污水造成了严重的环境污染。以美国北卡罗莱纳州为例[2]，由于养猪业的发展而造成的粪便污水污染，使其从美国最洁净州变成了美国污染最严重的州之一。另外，粪便污水污染还会威胁人体健康，1993年美国威斯康星州的密尔沃基市供水受到农场动物粪便原生寄生物的污染而遭受了其近代史上规模最大的腹泻症，受感染者超过了40万人。2006年，日本东京农工大学对其境内19条河流水质进行调查，发现上游具有畜产设施的河流中都含有抗生物质，也表明了粪便污水的泄露会造成地表水体的污染。 我国畜禽养殖业迅猛发展，规模日益扩大，畜禽养殖量每10年增加1～2倍，剧增的畜禽粪便排泄量引起了广泛关注。据环境保护部发布的数据[3]，2007年，我国畜禽养殖业粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t；排放化学需氧量1 268.26万t，总氮102.48万t，总磷16.04万t，铜2 397.23 t，锌4 756.94 t。畜禽养殖污染物排放总量大约是农村生活污染排放总量的1.5倍，位居全国重点污染排放领域之首。从畜禽粪便资源化利用的土地消纳负荷看，我国畜禽粪便的总体土地负荷警戒值已经达到环境胁迫水平的0.49(正常值应小于0.4)，很多养殖场周边的土地已经无法消纳畜禽养殖产生的沼液、沼渣和粪肥。据环境保护部统计，畜禽污染的有机污染负荷(COD)超过了工业废水和生活污水的总和，到2006年我国畜禽粪便折合COD总量大约是全国污水排放COD总量的7.3倍。养殖废水是一种高浓度有机废水，CODCr负荷在2 000～20 000 mg/L之间，平均达到6 000～10 000 mg/L，BOD5浓度高达上万mg/L，并含有大量的氮、磷等营养物质。畜禽粪便中含有的重金属元素、病原微生物和氮磷等矿物元素，不仅会对环境造成严重污染，同时也容易诱发人畜共患疾病等。规模化养殖场的大力发展使生态环境污染现象日益突出，严重威胁人类生存环境，从而成为当前社会广泛关注的热点之一。 2 国内外畜禽粪污治理相关专利态势分析 2.1 国外畜禽粪污治理相关专利态势分析 该项主要分析了德国、美国、法国、荷兰、韩国等主要国家和地区的畜禽粪污治理专利技术整体发展态势，选择中科院专利在线分析系统作为检索数据库，以Excel为主要分析工具进行研究。通过检索，共获得畜禽粪污治理相关专利1 595件，数据检索日期2014年7月6日。以下主要从专利年度申请趋势、专利所属技术领域、主要国家和地区以及主要专权人等角度揭示国外畜禽粪污治理专利的发展态势[4]。 2.1.1 专利年度授权变化趋势分析 基于畜禽粪便领域的国外专利授权情况，对该领域的专利授权技术进行综合分析。图1是畜禽粪便国外授权专利的发展趋势，可以看出，国外畜禽粪便领域授权专利总体态势主要可以分为以下3个阶段：1) 萌芽期 (1908-1975年)，该阶段授权量较少，国外大力发展畜禽养殖业，对畜禽粪便污染问题尚未有深刻认识；2) 技术成长期(1976-1991年)，从1976年开始，每年授权量突破10项且发展迅速，并于1991年达到了76项。该阶段授权量大幅增加主要源于国外大力推进了规模化养殖业发展，导致畜禽粪便问题加剧，引发社会的广泛关注；3) 技术成熟期(1992-2013年)，从1992年起，专利授权量逐年减小，表明了国外畜禽粪便处理技术较为成熟。 图1 国外畜禽粪便授权专利发展趋势 2.1.2 专利所属技术领域分析及发展趋势 图2是国外授权专利的IPC分布，可以发现，其专利主要分布在种植或施肥、肥料制作、污水处理以及畜牧业管理等方面，其中粪便污水处理占据授权专利的14%，也说明了畜禽粪污处理的重要性。而从其趋势分析可以看出，在其技术成长期(1976-1991年)，畜禽粪便用于种植或施肥(A01C和C05F)等方面的专利呈现明显优势，而畜禽粪便污水处理方面的专利(C02F)也逐渐显露，当技术到达成熟期时(1992-2003年)，畜禽粪便用于施肥或肥料制作等方面专利逐渐减少，相反的用于污水处理的专利逐渐增多，但在2008年以后，由于国外畜禽粪便技术已非常成熟，从而使相关专利授权数逐渐降低。 2.1.3 主要国家和机构分析 图3是授权专利申请人及其地区分析，从图中可以看出，畜禽粪便领域专利主要由欧美企业垄断，技术也较为成熟，其中德国申请人数最多，占据33%，其次是美国、法国和荷兰，其授权专利分别占22%、16%和16%。多数申请人从20世纪90年代开始进行专利申请，而法国的Marseilles公司自1914年就已经开始专利申请，专利授权数达到11项。德国的Amazonen公司虽然起步较晚，但申请量较大，自1996年申请专利开始以33项位居首位。 图2 国外申请专利的IPC分布 图3 国外授权专利申请人及其地区分析 2.2 国内畜禽废水相关专利态势分析 该项主要分析了我国畜禽粪污治理专利技术的发展概貌和态势，选择上海在线知识产权局作为检索数据库。通过检索，共得到畜禽粪污治理相关专利申请数为367件，数据检索日期为2014年8月13日。以下主要从专利年度申请趋势、主要技术领域分布、主要省市专利分布、主要专利申请机构在我国布局等方面展开分析，从不同角度揭示我国畜禽粪污治理相关专利的发展态势[5]。 2.2.1 专利法律状态分析 我国自20世纪80年代起也开始大力推进畜禽养殖业的发展，由此也产生了大量的畜禽粪便污染。基于畜禽粪便领域的专利申请授权情况，对该领域专利申请技术进行了综合分析。图4是国内专利申请法律状态分析，可以看出，该领域专利申请数目前已有33.1%被授权，撤回和驳回专利数的达到22.9%，而在审的也有30.8%。表明畜禽粪便领域专利申请一直受到关注。 图4 国内专利申请法律状态分析 2.2.2 专利年度申请量变化趋势及技术领域分析 从专利申请趋势中(图5)，可以看出，自1985年开始，畜禽粪便专利授权量逐年增加，特别是2006年以后，专利申请量突破30项，并在2010年达到66项，而通过IPC分析可知，申请专利中大都用于粪便污水处理(C02F)，并且主要集中于厌氧处理、厌氧消化工艺、肥料制作设备以及粪尿清除等领域，表1给出了专利数量在10件以上的7个技术领域的具体情况。 图5 国内畜禽粪便专利申请发展趋势 表1 专利所属主要技术领域分析序号数量/件IPC专利号内容155C02F-009/14多级处理中至少有一个生物处理步骤226C02F-011/04厌氧处理325C12M-001/107收集发酵气体416C05F-003/06制造用设备516C05F-017/02设备616C02F-003/28厌氧消化工艺712A01K-001/01粪尿的清除 2.2.3 我国主要省市专利市场布局及申请机构分析 通过对专利申请人和地区分析(图6)可知，北京市专利申请人数最多，占据17%，而江苏省和山东省以12%、7%分别位于第2、第3位，但从申请人分析看发现，江西省的南昌大学以17项授权专利位于首位。多数申请人都是从1993年左右开始专利被授权，南昌大学虽然起步较晚，但发展迅速，充分显示了南昌大学在畜禽粪便处理上领先的技术实力。 图6 国内授权专利申请人及其地区分析 3 结论与建议 3.1 遵循资源化、推广立体生态养殖模式 通过专利分析可知，国外畜禽粪便的资源化利用技术早已相对成熟，而中国畜禽粪便专利目前则主要集中于污水处理，应遵循资源化，加强畜禽粪便的资源化利用。开展循环农业生物综合利用技术研究，利用人畜粪便入池产生的沼气作燃料和照明，利用沼渣和沼液种果、养鱼、喂猪、种菜，多层次利用和开发自然资源，提高经济效益，改善生态环境。以生态农业为基础，建立特色循环农业模式，建立起生物种群多、食物链结构较长、物质能量循环较快的生态系统，最大限度地减少禽畜粪便/面源污染的程度[6]。 3.2 科学控制畜禽养殖规模 国内专利分析中可以看出，粪便污水处理的专利居多，这主要是由于畜禽养殖场的不合理规划导致畜禽粪便的严重污染，从而引起对粪便污水治理的广泛关注。因此，建场前要按标准设计，建成后要清洁生产，整体规划，合理布局，使我国畜禽养殖业走上资源节约、环境友好之路。科学控制养殖规模、饲养密度和发展速度，对于难于管理以及经济效益差的小规模分散饲养的养殖场应严格限制并逐步取消。对于新建的大型畜禽养殖场的选址应进行科学合理规划，避开人口密集区和生态环境脆弱区以及水源地。 3.3 加强养殖行业的相关标准、法制和监管工作 一是监管部门要强化监管和约束机制，加强全方位的监管畜禽污染调查、监测及分析评价。二是相关行业主管部门要制定科学合理的技术标准和操作规程，污染物排放标准以及相关管理标准，使环境监督管理工作做到有法可依、有章可循。三是政府应该高度重视并积极引导畜禽养殖业的发展，畜禽养殖不能以过度消耗资源和破坏环境为代价，这关系到畜牧业的可持续发展，养殖场和饲料厂应主动实行国家减排治污政策。 1 畜禽粪污的概况 随着人民生活水平的提高和饮食结构的巨大变化，畜禽养殖业得到了迅猛发展，我国已成为世界上最大的肉、蛋生产国，产量位居世界第1[1]。然而，畜禽养殖业带来巨大经济和社会效益的同时，也产生了新的问题——畜禽粪便污染问题，并成为继工业、生活垃圾污染之后的第三大污染源，是造成农村环境污染的主要原因，严重影响食品安全，进而威胁人类生存环境，成为一个重要的社会问题。 自20世纪50年代起，发达国家开始进行大规模的集约化养殖，在城镇郊区建立集约化畜禽养殖场，其产生的粪便污水造成了严重的环境污染。以美国北卡罗莱纳州为例[2]，由于养猪业的发展而造成的粪便污水污染，使其从美国最洁净州变成了美国污染最严重的州之一。另外，粪便污水污染还会威胁人体健康，1993年美国威斯康星州的密尔沃基市供水受到农场动物粪便原生寄生物的污染而遭受了其近代史上规模最大的腹泻症，受感染者超过了40万人。2006年，日本东京农工大学对其境内19条河流水质进行调查，发现上游具有畜产设施的河流中都含有抗生物质，也表明了粪便污水的泄露会造成地表水体的污染。 我国畜禽养殖业迅猛发展，规模日益扩大，畜禽养殖量每10年增加1～2倍，剧增的畜禽粪便排泄量引起了广泛关注。据环境保护部发布的数据[3]，2007年，我国畜禽养殖业粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t；排放化学需氧量1 268.26万t，总氮102.48万t，总磷16.04万t，铜2 397.23 t，锌4 756.94 t。畜禽养殖污染物排放总量大约是农村生活污染排放总量的1.5倍，位居全国重点污染排放领域之首。从畜禽粪便资源化利用的土地消纳负荷看，我国畜禽粪便的总体土地负荷警戒值已经达到环境胁迫水平的0.49(正常值应小于0.4)，很多养殖场周边的土地已经无法消纳畜禽养殖产生的沼液、沼渣和粪肥。据环境保护部统计，畜禽污染的有机污染负荷(COD)超过了工业废水和生活污水的总和，到2006年我国畜禽粪便折合COD总量大约是全国污水排放COD总量的7.3倍。养殖废水是一种高浓度有机废水，CODCr负荷在2 000～20 000 mg/L之间，平均达到6 000～10 000 mg/L，BOD5浓度高达上万mg/L，并含有大量的氮、磷等营养物质。畜禽粪便中含有的重金属元素、病原微生物和氮磷等矿物元素，不仅会对环境造成严重污染，同时也容易诱发人畜共患疾病等。规模化养殖场的大力发展使生态环境污染现象日益突出，严重威胁人类生存环境，从而成为当前社会广泛关注的热点之一。 2 国内外畜禽粪污治理相关专利态势分析 2.1国外畜禽粪污治理相关专利态势分析 该项主要分析了德国、美国、法国、荷兰、韩国等主要国家和地区的畜禽粪污治理专利技术整体发展态势，选择中科院专利在线分析系统作为检索数据库，以Excel为主要分析工具进行研究。通过检索，共获得畜禽粪污治理相关专利1 595件，数据检索日期2014年7月6日。以下主要从专利年度申请趋势、专利所属技术领域、主要国家和地区以及主要专权人等角度揭示国外畜禽粪污治理专利的发展态势[4]。 2.1.1 专利年度授权变化趋势分析 基于畜禽粪便领域的国外专利授权情况，对该领域的专利授权技术进行综合分析。图1是畜禽粪便国外授权专利的发展趋势，可以看出，国外畜禽粪便领域授权专利总体态势主要可以分为以下3个阶段：1) 萌芽期 (1908-1975年)，该阶段授权量较少，国外大力发展畜禽养殖业，对畜禽粪便污染问题尚未有深刻认识；2) 技术成长期(1976-1991年)，从1976年开始，每年授权量突破10项且发展迅速，并于1991年达到了76项。该阶段授权量大幅增加主要源于国外大力推进了规模化养殖业发展，导致畜禽粪便问题加剧，引发社会的广泛关注；3) 技术成熟期(1992-2013年)，从1992年起，专利授权量逐年减小，表明了国外畜禽粪便处理技术较为成熟。 图1 国外畜禽粪便授权专利发展趋势 2.1.2 专利所属技术领域分析及发展趋势 图2是国外授权专利的IPC分布，可以发现，其专利主要分布在种植或施肥、肥料制作、污水处理以及畜牧业管理等方面，其中粪便污水处理占据授权专利的14%，也说明了畜禽粪污处理的重要性。而从其趋势分析可以看出，在其技术成长期(1976-1991年)，畜禽粪便用于种植或施肥(A01C和C05F)等方面的专利呈现明显优势，而畜禽粪便污水处理方面的专利(C02F)也逐渐显露，当技术到达成熟期时(1992-2003年)，畜禽粪便用于施肥或肥料制作等方面专利逐渐减少，相反的用于污水处理的专利逐渐增多，但在2008年以后，由于国外畜禽粪便技术已非常成熟，从而使相关专利授权数逐渐降低。 2.1.3 主要国家和机构分析 图3是授权专利申请人及其地区分析，从图中可以看出，畜禽粪便领域专利主要由欧美企业垄断，技术也较为成熟，其中德国申请人数最多，占据33%，其次是美国、法国和荷兰，其授权专利分别占22%、16%和16%。多数申请人从20世纪90年代开始进行专利申请，而法国的Marseilles公司自1914年就已经开始专利申请，专利授权数达到11项。德国的Amazonen公司虽然起步较晚，但申请量较大，自1996年申请专利开始以33项位居首位。 图2 国外申请专利的IPC分布 图3 国外授权专利申请人及其地区分析 2.2国内畜禽废水相关专利态势分析 该项主要分析了我国畜禽粪污治理专利技术的发展概貌和态势，选择上海在线知识产权局作为检索数据库。通过检索，共得到畜禽粪污治理相关专利申请数为367件，数据检索日期为2014年8月13日。以下主要从专利年度申请趋势、主要技术领域分布、主要省市专利分布、主要专利申请机构在我国布局等方面展开分析，从不同角度揭示我国畜禽粪污治理相关专利的发展态势[5]。 2.2.1 专利法律状态分析 我国自20世纪80年代起也开始大力推进畜禽养殖业的发展，由此也产生了大量的畜禽粪便污染。基于畜禽粪便领域的专利申请授权情况，对该领域专利申请技术进行了综合分析。图4是国内专利申请法律状态分析，可以看出，该领域专利申请数目前已有33.1%被授权，撤回和驳回专利数的达到22.9%，而在审的也有30.8%。表明畜禽粪便领域专利申请一直受到关注。 图4 国内专利申请法律状态分析 2.2.2 专利年度申请量变化趋势及技术领域分析 从专利申请趋势中(图5)，可以看出，自1985年开始，畜禽粪便专利授权量逐年增加，特别是2006年以后，专利申请量突破30项，并在2010年达到66项，而通过IPC分析可知，申请专利中大都用于粪便污水处理(C02F)，并且主要集中于厌氧处理、厌氧消化工艺、肥料制作设备以及粪尿清除等领域，表1给出了专利数量在10件以上的7个技术领域的具体情况。 图5 国内畜禽粪便专利申请发展趋势 表1专利所属主要技术领域分析序号数量/件IPC专利号内容155C02F-009/14多级处理中至少有一个生物处理步骤226C02F-011/04厌氧处理325C12M-001/107收集发酵气体416C05F-003/06制造用设备516C05F-017/02设备616C02F-003/28厌氧消化工艺712A01K-001/01粪尿的清除 2.2.3 我国主要省市专利市场布局及申请机构分析 通过对专利申请人和地区分析(图6)可知，北京市专利申请人数最多，占据17%，而江苏省和山东省以12%、7%分别位于第2、第3位，但从申请人分析看发现，江西省的南昌大学以17项授权专利位于首位。多数申请人都是从1993年左右开始专利被授权，南昌大学虽然起步较晚，但发展迅速，充分显示了南昌大学在畜禽粪便处理上领先的技术实力。 图6 国内授权专利申请人及其地区分析 3 结论与建议 3.1遵循资源化、推广立体生态养殖模式 通过专利分析可知，国外畜禽粪便的资源化利用技术早已相对成熟，而中国畜禽粪便专利目前则主要集中于污水处理，应遵循资源化，加强畜禽粪便的资源化利用。开展循环农业生物综合利用技术研究，利用人畜粪便入池产生的沼气作燃料和照明，利用沼渣和沼液种果、养鱼、喂猪、种菜，多层次利用和开发自然资源，提高经济效益，改善生态环境。以生态农业为基础，建立特色循环农业模式，建立起生物种群多、食物链结构较长、物质能量循环较快的生态系统，最大限度地减少禽畜粪便/面源污染的程度[6]。 3.2科学控制畜禽养殖规模 国内专利分析中可以看出，粪便污水处理的专利居多，这主要是由于畜禽养殖场的不合理规划导致畜禽粪便的严重污染，从而引起对粪便污水治理的广泛关注。因此，建场前要按标准设计，建成后要清洁生产，整体规划，合理布局，使我国畜禽养殖业走上资源节约、环境友好之路。科学控制养殖规模、饲养密度和发展速度，对于难于管理以及经济效益差的小规模分散饲养的养殖场应严格限制并逐步取消。对于新建的大型畜禽养殖场的选址应进行科学合理规划，避开人口密集区和生态环境脆弱区以及水源地。 3.3加强养殖行业的相关标准、法制和监管工作 一是监管部门要强化监管和约束机制，加强全方位的监管畜禽污染调查、监测及分析评价。二是相关行业主管部门要制定科学合理的技术标准和操作规程，污染物排放标准以及相关管理标准，使环境监督管理工作做到有法可依、有章可循。三是政府应该高度重视并积极引导畜禽养殖业的发展，畜禽养殖不能以过度消耗资源和破坏环境为代价，这关系到畜牧业的可持续发展，养殖场和饲料厂应主动实行国家减排治污政策。

文章来源：《当代畜禽养殖业》 网址: http://www.ddcqyzy.cn/qikandaodu/2020/0529/339.html