基于CiteSpace的國內(nèi)生活污水處理研究進(jìn)展的知識圖譜可視化分析

蘭子杰

(福建農(nóng)林大學(xué)公共管理學(xué)院，福建 福州 350000)

引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使人們更加關(guān)注到人居環(huán)境的改善。而在人居環(huán)境改善的進(jìn)程當(dāng)中，生活污水的污染是必須攻克的一大難題。生活污水，是居民日常生活使用后排放出的臟廢水。由于這種臟廢水中的病原微生物、有機(jī)物極其不穩(wěn)定，在誘發(fā)難以忍受惡臭的同時(shí)，還毒化周圍生長的植物并且造成淡水的嚴(yán)重污染。因此，在當(dāng)今社會，生活污水的處理已經(jīng)成為一項(xiàng)十分緊急的任務(wù)。在中國國內(nèi)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，對生活污水處理領(lǐng)域的文章研究也呈現(xiàn)逐步增長的態(tài)勢。

CiteSpace軟件以Java語言開發(fā)為載體，在對相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量之后繪制出科學(xué)合理的知識圖譜，以此分析該領(lǐng)域的研究前沿進(jìn)展并且精準(zhǔn)抓住研究熱點(diǎn)[1]。目前，CiteSpace已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界中非常流行的可視化知識圖譜分析軟件。

為了更加準(zhǔn)確地定位國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)及研究熱點(diǎn)，預(yù)測國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域的未來研究趨勢。本研究基于文獻(xiàn)計(jì)量的研究方法，采用CiteSpace 5.7.R2文獻(xiàn)計(jì)量軟件并輔以Excel軟件，通過對中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中2010—2020近10a國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域的核心期刊文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)分析以及可視化知識圖譜分析，厘清目前該領(lǐng)域可能存在的問題并把握研究熱點(diǎn)方向，以期為國內(nèi)生活污水處理的研究進(jìn)展及應(yīng)用提供參考借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源及方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

通過計(jì)算機(jī)在中國知網(wǎng)(CNKI)學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫中的高級檢索中以“生活污水處理”或“生活污水治理”為主題詞，檢索到14204篇該領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)。面對數(shù)以萬計(jì)該領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)，為了使分析結(jié)果更加科學(xué)合理，選擇檢索時(shí)間節(jié)點(diǎn)跨度為近10a(2010—2020年)，檢索的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫為CSSCI和CSCD核心學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫，默認(rèn)文獻(xiàn)條件“精確”，檢索得到1880篇該領(lǐng)域的核心學(xué)術(shù)期刊。在檢索到的數(shù)據(jù)中，經(jīng)過人工篩選，剔除掉信息不完整、重復(fù)、與該領(lǐng)域不相關(guān)的文獻(xiàn)、會議通知、工程信息等無效數(shù)據(jù)信息，最終得到1777篇有效文獻(xiàn)進(jìn)行后續(xù)的文獻(xiàn)計(jì)量與可視化科學(xué)知識圖譜分析。

1.2 方法

將上述經(jīng)過人工篩選得到的1777篇有效中文文獻(xiàn)導(dǎo)出為Refworks格式，并將文件命名為download.txt。在CiteSpace5.7.R2中導(dǎo)入文件download.txt并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，新建new project“生活污水處理”，時(shí)間切片為1a，時(shí)間跨度為2010—2020年。將節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置為作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞，分別進(jìn)行可視化知識圖譜分析。修剪去重方法選擇尋徑、修剪切片網(wǎng)絡(luò)、修剪合并網(wǎng)絡(luò)，其它值維持默認(rèn)設(shè)置。

2 文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

2.1 期刊發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)

一般而言，發(fā)文數(shù)量的多寡代表著某一領(lǐng)域關(guān)注度的多少。在中國知網(wǎng)檢索近10a(2010—2020年)的國內(nèi)生活污水處理相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)，檢索結(jié)果得到9439篇相關(guān)文獻(xiàn)。從圖1近10a(2010—2020年)學(xué)術(shù)期刊發(fā)文數(shù)量來看，學(xué)術(shù)期刊發(fā)文數(shù)量總體呈現(xiàn)上升的態(tài)勢，表示該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)關(guān)注度也在不斷增加。其中大致可以分為2個(gè)階段，第1個(gè)階段是2010—2018年，在這個(gè)階段國內(nèi)生活污水治理該領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)一個(gè)平穩(wěn)增長的趨勢，學(xué)術(shù)期刊發(fā)文量每年均超過了700篇；第2個(gè)階段是2019—2020年，相比前一個(gè)階段，在這個(gè)階段的學(xué)術(shù)期刊年發(fā)文量明顯增多，其中2019年更是達(dá)到近10a的峰值1124篇。推測這可能與2018年2月中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》中對農(nóng)村生活污水的治理要求進(jìn)一步的強(qiáng)化有關(guān)[2]。并且，2018年第四季度國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于保持基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域補(bǔ)短板力度的指導(dǎo)意見》指出，促進(jìn)農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)；支持城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施建設(shè)，加快黑臭水體治理[3]。各項(xiàng)政策的出臺，為生活污水處理領(lǐng)域帶來新的要求和機(jī)遇，促使該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究成果不斷增多，關(guān)注度也明顯增加。

圖1 2010—2020年國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域期刊發(fā)文數(shù)量年度分布

2.2 主要期刊發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)

對國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域中1777篇核心文獻(xiàn)來源期刊(前5)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示，排名前5的期刊發(fā)文數(shù)量差距明顯。收錄文獻(xiàn)最多的期刊是環(huán)境科學(xué)，收錄文獻(xiàn)數(shù)量達(dá)到48篇，遠(yuǎn)多于排名在第2位的農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)的13篇文獻(xiàn)，從側(cè)面說明該期刊在國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域的影響力較強(qiáng)。從復(fù)合影響因子來看，復(fù)合影響因子最高的是發(fā)文數(shù)量11篇的排在第3位的中國人口·資源與環(huán)境，達(dá)到6.010。最后是排名第4位和第5位的中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)和生態(tài)學(xué)報(bào)，發(fā)文數(shù)量均低于5篇。如表1所示，在國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域文獻(xiàn)來源期刊前5中，學(xué)科來源集中在環(huán)境科學(xué)與資源利用，分布的學(xué)科種類不多。

表1 國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域文獻(xiàn)來源期刊(前5)

2.3 高頻被引文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

從1777篇核心文獻(xiàn)中的前10篇高頻被引文獻(xiàn)來看，前10篇被引文獻(xiàn)總被引頻次1404次，篇均被引數(shù)140.4次。文獻(xiàn)發(fā)布時(shí)間主要集中在2012—2014年，表明在這一時(shí)期該領(lǐng)域高水平高質(zhì)量的文獻(xiàn)較多，近3a來出現(xiàn)的高頻被引文獻(xiàn)只有1篇。而在這10篇高頻被引文獻(xiàn)中，關(guān)于生活污水處理相關(guān)的研究進(jìn)展及研究現(xiàn)狀主要占據(jù)了4篇，發(fā)表時(shí)間均在2015年之前，研究的現(xiàn)狀及進(jìn)展的時(shí)效性已經(jīng)減弱。

2.4 研究作者發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)

研究作者的發(fā)文數(shù)量代表著對該領(lǐng)域的影響和關(guān)注，是績效考評的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從表2中1777篇核心期刊研究作者的發(fā)文數(shù)量來看，前10名的研究作者發(fā)文量均達(dá)到5篇以上，排名第10的研究作者何強(qiáng)發(fā)文數(shù)量也有8篇，說明國內(nèi)生活污水治理領(lǐng)域的作者較為高產(chǎn)，對領(lǐng)域的影響也比較大。而CiteSpace中對研究作者進(jìn)行可視化的知識圖譜分析能夠反映出國內(nèi)生活污水領(lǐng)域作者的影響力、團(tuán)隊(duì)合作關(guān)系與強(qiáng)度，具體見圖2，從而更精準(zhǔn)地對作者的學(xué)術(shù)影響力進(jìn)行評價(jià)[4]。如圖2所示，以彭永臻、張杰、李冬節(jié)點(diǎn)同心圓最大，表明這3位作者在該領(lǐng)域的影響最大。以這3位作者節(jié)點(diǎn)同心圓發(fā)出的連線代表合作關(guān)系，這3位作者的連線都較多，表明這3位作者與其他作者合作較多，可能具備研究團(tuán)隊(duì)。但是，分析所有研究作者之間的合作關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，合作節(jié)點(diǎn)密度只有0.005，表明所有研究作者之間的合作關(guān)系比較少。

表2 高頻被引文獻(xiàn)信息(前10)

表3 國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域作者發(fā)文量(前10)

圖2 國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域作者合作知識圖譜

2.5 研究機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)

從1777篇核心文獻(xiàn)來源研究機(jī)構(gòu)的發(fā)文數(shù)量來看，具體見表4，前10位中，發(fā)表文獻(xiàn)的研究機(jī)構(gòu)主要集中在實(shí)驗(yàn)室和高校。各個(gè)研究機(jī)構(gòu)之間的發(fā)文量層級差距不大。研究機(jī)構(gòu)在全國的中部、東北、東部、華南、西南、西部均有分布，分布情況較為均勻，說明全國各地對生活污水處理都較為重視并且研究成果的質(zhì)量也相對較高。與分析研究作者的發(fā)文數(shù)量類似，通過在CiteSpace中分析國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)合作知識圖譜，發(fā)現(xiàn)研究機(jī)構(gòu)之間合作的密度僅有0.0029，說明研究機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系很少，科研集聚尚未形成，具體見圖3。

表4 國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量(前10)

圖3 國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域機(jī)構(gòu)合作知識圖譜

3 研究熱點(diǎn)分析

論文中的關(guān)鍵詞是論文中心主題的高度提煉以及總結(jié)，分析國內(nèi)生活污水處理的高共現(xiàn)頻率和高中心中介性的關(guān)鍵詞可以掌握該領(lǐng)域的研究前沿與研究熱點(diǎn)，可以精準(zhǔn)把握該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀以及預(yù)測領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢。

3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

在節(jié)點(diǎn)類型中選擇關(guān)鍵詞，運(yùn)行CiteSpace軟件進(jìn)行可視化分析，得到710個(gè)節(jié)點(diǎn)，1683條連線。共現(xiàn)知識網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖4所示，節(jié)點(diǎn)越大表示關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻率越高。普遍認(rèn)為，關(guān)鍵詞中心性>0.1，代表該關(guān)鍵詞在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的地位較為重要。根據(jù)圖4結(jié)果顯示，生活污水、農(nóng)村生活污水、污水處理、人工濕地、脫氮除磷、脫氮、膜生物反應(yīng)器、去除率等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較高，關(guān)鍵詞之間的網(wǎng)絡(luò)密度0.005，關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系較少。對節(jié)點(diǎn)較大的關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻率及中心性較高的關(guān)鍵詞進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，見表5。如表5所示，高頻次與高中心性關(guān)鍵詞排名第1位的均是“生活污水”，共現(xiàn)頻次達(dá)到441次，中心性0.51。前10位的高中心性的關(guān)鍵詞的中心性均>0.1，表明這10個(gè)關(guān)鍵詞在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中處于較為核心的位置。根據(jù)對內(nèi)容的分析，將前10位的高頻關(guān)鍵詞與高中心性關(guān)鍵詞大致劃分為3個(gè)維度，第1個(gè)維度是生活污水的概念性及處理對象類關(guān)鍵詞，主要包括生活污水、城市生活污水、農(nóng)村生活污水、農(nóng)村污水等；第2個(gè)維度是生活污水處理的概念性及處理設(shè)備地點(diǎn)類關(guān)鍵詞，主要包括污水處理、污水處理設(shè)施、污水處理廠、濾柱、總磷、去除率等；第3個(gè)維度是生活污水處理過程的反應(yīng)作用及處理技術(shù)工藝類關(guān)鍵詞，主要包括反硝化、低溫、人工濕地、脫氮除磷、脫氮、膜生物反應(yīng)器、對策等。

表5 高頻詞與高中心性關(guān)鍵詞(前10)

圖4 國內(nèi)生活污水處理關(guān)鍵詞共線知識圖譜

3.2 關(guān)鍵詞聚類分析

在CiteSpace中將1777篇核心文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化分析后，利用“L.I.R”算法對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析，得到15個(gè)聚類，見圖5。國內(nèi)生活污水領(lǐng)域聚類圖譜中聚類模塊值Q=0.9125(>0.3)，聚類平均輪廓值S=0.9687(>0.7)，表明聚類效果好，聚類結(jié)構(gòu)顯著，聚類結(jié)果合理。根據(jù)聚類圖譜中得到的15個(gè)聚類可以看出，目前國內(nèi)生活污水治理的研究熱點(diǎn)主要集中在以下方面。

圖5 國內(nèi)生活污水處理關(guān)鍵詞聚類分析知識圖譜

生活污水處理的含義內(nèi)容(#0、#7、#11、#13)。生活污水指的是人們通過廚房做飯、衣物清洗等日常生活過程中排放出的污水。生活污水大致可以分為4類，分別是黑水、灰水、黃水、褐水[5]。其中，生活污水中占比大的灰水指的是洗浴和廚房廢水，由于其污染程度較輕，回收價(jià)值較高，因此領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者廣泛研究其處理技術(shù)，如運(yùn)用膜生物反應(yīng)器、人工濕地等處理工藝對其污染物進(jìn)行處理[6]，以期為分質(zhì)分流處理生活污水提供更多路徑。而在整個(gè)生活污水處理中，農(nóng)村生活污水處理的研究一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。農(nóng)村人居環(huán)境整治的強(qiáng)力政策環(huán)境下，農(nóng)村生活污水處理的研究成果也在不斷增多。研究學(xué)者們因地制宜吸取國外處理工藝經(jīng)驗(yàn)，針對農(nóng)村采用生物膜處理技術(shù)、人工濕地污水處理系統(tǒng)、塔式蚯蚓生態(tài)濾池處理系統(tǒng)[7]、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)[8]等多種技術(shù)工藝處理生活污水。

生活污水處理的設(shè)備地點(diǎn)(#10、#15)。生活污水處理設(shè)施是指用來處理生活污水的設(shè)備。城鎮(zhèn)中處理生活污水主要通過污水處理廠的處理。污水處理廠是全球CH4重要的排放源，對整個(gè)國家的排放控制都具有重要的意義[9]。因此，研究學(xué)者對各地污水處理廠的操作運(yùn)行、物質(zhì)排放因子分析、處理技術(shù)等各個(gè)方面都進(jìn)行了研究。目前，城鎮(zhèn)生活污水處理生活污水的整體運(yùn)行效率較低[10]。而農(nóng)村主要采用分散化生活污水一體化模式處理生活污水，處理設(shè)施及管理模式都有很大的欠缺[11]。

生活污水處理標(biāo)準(zhǔn)及效果(#1、#3、#8、#9、#12)。生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)是指根據(jù)污染物的具體來源，項(xiàng)目可以劃分為基本控制項(xiàng)目和選擇控制項(xiàng)目。各個(gè)地方依據(jù)具體的實(shí)際設(shè)立污水排放標(biāo)準(zhǔn)各有不同。通過控制污水中污染物的排放并制定污水調(diào)試方案，實(shí)現(xiàn)污水凈化，達(dá)到地表水的三類標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)人居環(huán)境改善。

生活污水處理的工藝技術(shù)(#2、#4、#5、#6、#14)。通過生活污水處理的工藝技術(shù)，將生活污水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不損害環(huán)境、不對人體造成傷害的無毒無害物質(zhì)。按照處理原理的不同，我國生活污水處理主要分為生態(tài)法、活體污泥法以及生物膜法，不同處理方法之間所產(chǎn)生的效果不同，優(yōu)缺點(diǎn)也各異[12]。生物接觸氧化是活體污泥法與生物膜法的結(jié)合互補(bǔ)，在生活污水處理技術(shù)中扮演著重要的角色[13]。近年來，研究學(xué)者們也著力于研究新方法對生活污水進(jìn)行處理。如，TTC法測定污泥脫氫酶活性，對污泥生物處理生活污水能力及應(yīng)用作出評估[14]；厭氧氨氧化在一定程度上對脫氮過程中的要求降低，使生活污水治理的效果更佳[15]；水體曝氣復(fù)氧技術(shù)通過增加水體中的溶解氧在處理被生活污水(黑臭水)污染的湖泊河道也十分有效[16]。

3.3 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

在一段時(shí)間內(nèi)突現(xiàn)的關(guān)鍵詞，可以反映該段時(shí)間內(nèi)影響力較大的熱點(diǎn)。通過對近10a發(fā)表的1777篇核心文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)分析后，得到前10位突現(xiàn)的關(guān)鍵詞，見圖6。2013年之前突現(xiàn)的關(guān)鍵詞為中水回用、sbr、化學(xué)需氧量。2013—2016年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞為廢水處理、膜生物反應(yīng)器、溫度、穩(wěn)定塘、回流比。2017—2020年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞為水力停留時(shí)間、濾柱。從這些突現(xiàn)詞突現(xiàn)的時(shí)間來看，與技術(shù)研究的進(jìn)展以及國家對生活污水治理的政策規(guī)定都有密不可分的聯(lián)系。從突現(xiàn)詞影響的周期來看，中水回用、膜生物反應(yīng)器、溫度、回流比、水力停留時(shí)間、濾柱突現(xiàn)時(shí)間均為4a，研究的熱度在特定時(shí)間段居高不下。

圖6 2010—2020年國內(nèi)生活污水處理突現(xiàn)關(guān)鍵詞(前10)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本研究運(yùn)用CiteSpace 5.7.R2和Excel對近10a國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量與可視化圖譜分析，得到以下結(jié)論。

國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域近10a發(fā)表的文章數(shù)量較多，高質(zhì)量的核心期刊文獻(xiàn)數(shù)量也較多，2019年以后的文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)跳躍式上升，表明該領(lǐng)域受到了研究學(xué)者的廣泛關(guān)注并且關(guān)注度持續(xù)上升；在該領(lǐng)域中，核心文獻(xiàn)來源期刊中環(huán)境科學(xué)期刊在該領(lǐng)域的影響力較強(qiáng)，期刊學(xué)科集中于環(huán)境科學(xué)與資源利用；2012—2014年高水平高質(zhì)量的文獻(xiàn)數(shù)量較多，近3a來的高質(zhì)量高水平的文獻(xiàn)數(shù)量較少；在該領(lǐng)域中，彭永臻、張杰、李冬3位研究作者對該領(lǐng)域的影響力最大，具有影響力的研究機(jī)構(gòu)在全國地域分布上較為均勻，研究作者、研究機(jī)構(gòu)之間的合作較為缺乏，尚未形成一個(gè)完整的科研群體。

對前10位高頻次及高中心性的關(guān)鍵詞進(jìn)行3個(gè)維度的劃分，分別為生活污水的概念性及處理對象類關(guān)鍵詞、生活污水處理的概念性及處理設(shè)備地點(diǎn)類關(guān)鍵詞、生活污水處理過程的反應(yīng)作用及處理技術(shù)工藝類關(guān)鍵詞。這3個(gè)維度的關(guān)鍵詞，在一定程度上代表著該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析后，分析出近10a研究的熱點(diǎn)主要在生活污水處理的含義內(nèi)容、生活污水處理的設(shè)備地點(diǎn)、生活污水處理標(biāo)準(zhǔn)及效果以及生活污水處理的工藝技術(shù)4個(gè)方面。并且“水力停留時(shí)間”、“濾柱”等污水處理技術(shù)及設(shè)備有望成為未來研究熱點(diǎn)。

4.2 建議

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，未來國內(nèi)生活污水處理仍然會是學(xué)術(shù)界研究的一大重點(diǎn)，針對目前的研究現(xiàn)狀，建議各個(gè)學(xué)者之間加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流，互相學(xué)習(xí)；不同機(jī)構(gòu)之間可以多開展跨地區(qū)的交流合作，多進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，分享優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)以更好地研究生活污水處理的技術(shù)工藝。