基于Citespace的生活垃圾熱解技術前沿態(tài)勢分析*

劉紅盼，倪海濤，朱 江，楊和山，段亨攀，李忠彬

(1 重慶文理學院化學與環(huán)境工程學院和環(huán)境材料與修復技術重慶市重點實驗室，重慶 402160；2 重慶文理學院藥學院，重慶 402160)

生活垃圾是人們在日常生活或為日常生活提供服務活動中產生的固體廢物，以及法律、行政法規(guī)所規(guī)定的視為城市生活垃圾的固體廢物[1]。因其具有混雜性、波動性、時間與空間性和持久危害性的特點而被廣泛關注[2]。一直一來對于生活垃圾大都采用填埋、堆肥、焚燒等方式進行處理和處置。衛(wèi)生填埋的方法簡單、處理量大、成本低，但減量化程度低、周期長，在填埋過程中易產生垃圾滲濾液而污染地下水[3-4]；堆肥對有機物含量要求高且由于含水率高易造成運輸費用高，堆肥過程中無法去除有毒有害物質極易造成地下水污染和土壤板結，占地較大、周期較長[5]；焚燒技術處理能力強、造價低、消除了惡臭氣體且占地面積小、減容率高，但在焚燒過程中易產生二噁英等污染氣體從而發(fā)生“鄰避效應”[6]。熱解技術是在一定溫度和條件下，使有機質發(fā)生分解的過程，把大分子物質轉化為小分子物質以獲得產品(氣體、液體和炭黑)的過程[7-8]。對于熱化學方式處理生活垃圾的示意圖如圖1所示[9-10]。安淼等[11]從技術特性、環(huán)保指標、投資、運營成本與收益和公眾接受程度等5個方面對比分析了焚燒、氣化和熱解三種廢棄物熱化學處理方法，發(fā)現焚燒技術適用于大規(guī)模廢棄物的處理，氣化和熱解技術更適合小規(guī)模廢棄物處理且獲得的產品更加多樣化。

圖1 城市生活垃圾熱解、氣化、焚燒過程示意圖[9-10]Fig.1 Schematic diagram of pyrolysis, gasification and combustion of municipal solid waste

文獻計量學是利用統(tǒng)計學和數學方法對各類型文獻的數量、結構和運用上研究和分析學科結構和發(fā)展趨勢的方法之一[12]。該方法已被廣泛應用于多學科前沿領域的現狀和發(fā)展趨勢，李文斌等[13]運用Thomson Data Analyzer (TDA)和UCINET軟件對Web of Science信息平臺提供的 SCIE(網絡版)數據庫中的有機、重金屬同時吸附的研究論文進行數據挖掘和定量分析。陳曉杰[14]采用文獻計量和知識圖譜可視化的方法對農業(yè)地理信息的論文開展研究。串麗敏等[15]對2005-2013年土壤污染修復技術專利進行了計量學統(tǒng)計，并探討了土壤污染修復技術的研究布局、研究重點及發(fā)展趨勢。鄧晶[16]對修飾土吸附多環(huán)芳烴(PAHs)的研究論文進行數據挖掘和定量分析。隨著信息科學的飛速發(fā)展，從文獻計量的角度對不同研究領域進行歸納和預測具有重要意義。

本文基于中國知網數據庫，利用文獻計量分析軟件Citespace對國內發(fā)表的關于生活垃圾熱解技術領域的研究熱點演化過程及發(fā)展趨勢進行可視化分析以為廣大相關研究人員提供參考。

1 數據來源

本文的數據來源于中國知網數據庫，包括期刊論文、碩士論文和博士論文。數據采集時間從1989年1月1日至2020年7月11日。主題詞為“生活垃圾+熱解”、“生活垃圾+裂解”和“生活垃圾+干餾”，共獲得578條文獻記錄。通過對文獻記錄進行去重清洗，去除資訊和無作者的文獻記錄，共獲取527條文獻記錄進行分析研究。

采用Citespace 5.6.R5文獻計量可視化分析軟件，分析時間為1989-2020年，設定“Year Per Slice”=1，“Node Types”=Keyword，“Minimun Duration”=1。

2 文獻分析

2.1 研究論文年變化趨勢及機構分布

從生活垃圾熱解處理技術的發(fā)表論文年度來看，1989年出現第一篇關于生活垃圾熱解處理的文獻，總體呈上升趨勢，如圖2所示。對于生活垃圾熱解處理技術的研究大體上可分為三個階段：第一個階段從1989-1999年，是生活垃圾熱解處理技術的初始研究階段，發(fā)表論文數量較少，每年均在5篇以下；第二個階段從1999-2004年，是研究的飛速發(fā)展階段，論文數量呈指數增長；第三個階段從2004至今，是穩(wěn)步增長階段，論文數量呈波動增長趨勢，說明對于生活垃圾熱解處理技術的研究越來越受到科研工作者的關注。從生活垃圾熱解處理技術研究機構分布中可以看出對于生活垃圾研究最多的浙江大學，其次是華中科技大學，圖3所示。其中浙江大學能源工程學院依托能源清潔利用國家重點實驗室開展對生活垃圾的研究，而華中科技大學能源與動力工程學院則依托煤燃燒國家重點實驗室開展能源高效安全利用。對于生活垃圾熱解技術的研究大多是與能源與工程熱物理領域相關且依托重點實驗開展相關研究。

圖2 生活垃圾熱解處理技術研究論文年度分布Fig.2 Annual distribution of research papers on domestic waste pyrolysis treatment

圖3 生活垃圾熱解處理技術研究機構分布Fig.3 Distribution of research institutions on domestic waste pyrolysis treatment

2.2 關鍵詞突顯分析

圖4 生活垃圾熱解處理技術關鍵詞突顯分析Fig.4 Keywords prominence analysis of domestic waste pyrolysis treatment

通過對生活垃圾熱解處理技術相關文獻的關鍵詞統(tǒng)計分析發(fā)現，其中有8個關鍵詞得以突顯。最早出現的是“焚燒”關鍵詞，持續(xù)時間為9年，說明對于生活垃圾的研究前期更多的關注是焚燒過程，主要原因是生活垃圾焚燒過程中包含了有機質的熱解階段；2004年出現的“熱重分析”關鍵詞更多的是提供了生活垃圾分析的一種技術手段，可通過熱重分析對生活垃圾熱解過程進行詳細研究；“流化床”的出現則是對生活垃圾能源化過程中試的體現；“rdf”是垃圾衍生燃料的表示，其作為垃圾能源利用領域新的生長點應運而生，具有可燃性、環(huán)保性、運行性、防腐性、利用性和殘渣特性等；而后對于生活垃圾處理過程中的“熱解爐”、“重金屬”等也受到關注。

2.3 關鍵詞時序及聚類分析

圖5 生活垃圾熱解處理技術關鍵詞時序及聚類分析圖Fig.5 Keywords sequence and cluster analysis diagram of domestic waste pyrolysis treatment

利用文獻計量可視化分析軟件對生活垃圾熱解處理技術領域的關鍵詞時序分布和聚類分析可得到十三個大類，如圖5所示。第一類是生活垃圾，包含了生活垃圾、農業(yè)秸稈、外熱式熱解、熱解氣化、工藝流程等關鍵詞節(jié)點；第二類是活性炭，包括廢物處理方法、生活垃圾、生活廢物、垃圾焚化、家庭廢物、微波熱解、微波干燥、垃圾焚化爐、動力學模型等；第三類是城市生活垃圾，包括氣化反應、平衡組成、原位水蒸氣氣化、積灰腐蝕、O2/CO2燃燒、數學模型、處置系統(tǒng)等；第四類是二噁英，包括細胞相對存活率、吸附效率、在線檢測等；第五類是流化床，包熱化學轉化特性、氧化鈣爐內添加、旋風熔融爐、數值模擬、工業(yè)應用、氣固兩相流等；第六類是熱解動力學， 包括熱重分析、混合熱解、熱解模型、BP神經網絡、熱能動力工程、垃圾混合組分、反應機理、程序升溫熱解等；第七類是垃圾焚燒，包括了垃圾處理技術、TG-MS、可燃煙氣、協(xié)同處理、資源化利用、水泥生產過程等；第八類是堆肥，包含了滲瀝液回流、厭氧發(fā)酵、溫室氣體排放、生命周期評價、有機垃圾、衛(wèi)生填埋等；第九類是垃圾處理，焚燒技術、廢物處置、消毒處理、高溫熱解、垃圾收集等；第十類是垃圾熱解，包含了過量空氣系數、二燃室溫度、垃圾含水率、鄉(xiāng)村生活垃圾、熱解殘渣、有機廢棄物等；第十一類是垃圾衍生燃料，包括生物質復合型煤、潔凈煤技術、燃燒特性、污染特性等；第十二類是干餾，包括化工單元操作、潔凈燃燒等；第十三類是混合熱解。從關鍵詞時序及聚類分析中可以看出對于生活垃圾的處理技術關注點在前期的堆肥處理(垃圾收集、消毒處理、厭氧發(fā)酵)和干燥、過程中的反應機理和污染物(如二噁英、重金屬等)以及后期的熱解殘渣和氣體等，對其技術的研究也從實驗室階段的熱重分析、熱解模型的建立到工業(yè)化的流化床的模擬研究；其垃圾處理成分也從單一組分的研究向混合組分協(xié)同處理方向展開。

3 結 論

通過對國內發(fā)表的關于生活垃圾熱解技術領域相關文獻的分析可以看出其研究方向及熱點呈多樣化。隨著生活垃圾的環(huán)境污染和能源危機的加重，更多學者把環(huán)境與能源結合起來，共同探討對于生活垃圾能源化的可行性，從實驗室階段也進入工業(yè)化時期。對于生活垃圾的研究需在原有研究的基礎上，把環(huán)境學科、能源學科、化學學科等各學科進行交叉融合提升其研究的廣度和深度，共同促進生活垃圾熱處理技術的健康發(fā)展。