污泥处理技术英文文献计量分析

赵 峪，刘 萍，赵卓溢

（1.潍坊市生态环境监控中心，山东省 潍坊市 261041；2.潍柴动力股份有限公司，山东省 潍坊市 261061）

随着全球工业化发展以及环境排放标准的完善，世界各国污泥产量正在不断提高[1-2]，与世界各国空间环境对污泥的研究方向有所差异。日本的主要处理方式为浓缩、脱水、厌氧消化、堆肥、焚烧等；欧洲的主要处理方式为好氧消化、厌氧消化、脱水、干化等；中国目前以浓缩、脱水、焚烧、填埋为主[3]。因此了解污泥处理领域的研究现状、发展历程、前沿热点等并对其进行归纳总结，对把握未来研究动态具有重要意义。

科学知识图谱以知识域为对象，可显示知识单元或知识群之间网络、结构、互动、交叉、演化或衍生等诸多隐含的复杂关系[4]。Citespace软件是由陈超美教授团队开发的可进行多元、分时的动态复杂网络分析的可视化分析软件，其可以呈现出共现网络、科学知识的合作网络及突现性分析图谱。目前张猛等人[5]基于Citespace 对20 年来我国重金属风险评价研究动态进行分析后掌握了该领域合作情况、未来的研究趋势；肖涵彬[6]等人基于Citespace 分析了碳中和背景下碳捕捉、利用与封存技术专利的时间线图以及当前的研究动态。然而目前污泥处理研究领域尚未有定量、时间与空间分布上的总结，无法从宏观上对污泥处理领域中各国家和机构间的合作情况、研究发展动态、未来研究趋势进行梳理。

1 数据来源及统计方法

1.1 数据来源

以2006-2020 年间刊发在Web of scienceTM核心合集中的文献资料为数据源，检索日期为2021 年1 月。利用Web of science 的高级检索功能，文件类型选择“article”和“review”、语种选择“English”、随后分别以“sludge treatment”为主题进行检索。整理并剔除重复以及不相干文献，最终确定污泥处理相关文献为29 040 篇。

1.2 统计方法

基于Web of science 初步分析并统计污泥处理领域于2006年至今各年间的发文量。将检索后得到的数据导入到Citespace中，并将时间切片统一设置为一年，节点类型（nodetype）分别勾选为“country”、“institution”“catagory”以及“keyword”，选择标准（selection critria)的勾选以出图明了清晰为宜，修剪（pruning)的勾选统一选择合并网络修剪以及切片网络修剪，其余为默认参数。最终得到国家发文量及合作关系图谱、机构发文量及合作关系图谱、关键词共现图表以及突现性关键词图表。

2 结果分析

2.1 年间发文量变化趋势分析

发文量可以反应出研究人员对该领域的重视程度与该研究领域的发展势态。由图1 可以发现：污泥处理领域年间发文量整体呈稳步增长态势。2018 年污泥处理发文量增长率达到顶峰，为18.9%。

图1 污泥处理领域的发文量

2.2 研究力量分析

2.2.1 国际主要研究国家分析

国家及地区的发文量与合作网站在一定程度上代表了该国家或地区对这一领域研究的活跃程度以及国家间合作的密切程度。图2 为污泥处理研究的国家合作知识图谱，阈值为20，选取标准为g=25，其网络密度较低，仅有0.014 9，说明各个国家间的联系较弱。

表1 为污泥处理领域发文量排名前十的国家。污泥处理方面：中国以8 447 篇的发文量排名第一，其次是美国为3 035篇以及西班牙为2 156 篇。中国发文量是美国、印度、西班牙、加拿大以及澳大利亚发文量之和，足以证明近年来中国在污泥处理领域的活跃与重视程度，其原因为二十一世纪初期我国逐渐开始重视保护和改善环境、防治污染，并发布《城镇污水处理厂污染物排放标准》等一系列文件。但中国的中介中心性较低，从图2 可以看出与中国相连的节点仅有朝鲜与新加坡，且节点连线较细。

表1 污泥处理领域发文量前10 的国家

图2 污泥处理领域国家合作知识图谱

（注：节点大小代表国家的发文量，节点与节点之间的连线表明国家之间的合作情况，连线越粗代表合作越紧密，颜色越深代表时间越接近2020 年）

2.2.2 国际主要研究机构分析

通过对研究机构的共现分析有助于辨别出该学科领域的主要研究机构及相互间的合作强度。图3 为污泥处理研究机构合作知识图谱，阈值为50，选取标准为top=50，图中有231 个节点，网络密度为0.082。

表2 为污泥处理领域发文量排名前10 的机构。在污泥处理方面：中国科学研究院以1 093 篇的发文量排名第一，其次是哈尔滨工业大学为719 篇以及同济大学为552 篇。发文量排名前10 的研究机构有7 家来自中国，但国内各研究机构与国外研究机构合作较少，从图3 可以看出，仅仅是国内各机构间的合作较频繁，例如中国科学研究院与中国科学院大学、同济大学、南京农业大学以及北京林业大学等国内机构形成了规模稳定的合作关系。外国研究机构中发文量排名第一的是昆士兰大学（359篇），中介中心性达到了0.52，说明其在污泥处理领域占有重要地位，其与我国的华南理工大学有着密切合作。

图3 污泥处理领域机构合作知识图谱

表2 污泥处理领域发文量前10 的机构

（注：节点大小代表机构的发文量，节点与节点之间的连线表明机构之间的合作情况，连线越粗代表合作越紧密，颜色越深代表时间越接近2020 年）

2.3 发展历程与趋势分析

2.3.1 污泥处理领域发展历程分析

关键词是文献主要内容和研究主题的高度提炼，应用Citespace 软件的keyword 功能将2006～2020 年分为2006～2010、2011～2015、2015～2020 年三个时间段并对关键词进行了分析，最终得到关键词分布表（如表3 所示）。选取标准为top50。

从关键词分布表可以看出，在2006～2010 年、2011～2015年间有关污泥处理的研究侧重点变化不大，主要为两部分：一部分是从源头对污泥进行减量化。与此相关的关键词有：污废水、活性污泥、膜生物反应器。膜生物反应器具有水质适应性强，占用空间小，水力停留时间（HRT)和固体保留时间（SRT)完全分离等优点。但由于膜污染造成能源消耗大及膜折旧等原因，在实际工程应用时，其投资成本为2 500～5 000 元/（m3·d-1）（含土建、膜系统和其他设备投资)，远高于全国城镇污水处理厂平均为2 200 元/（m3·d-1)的投资水平。因此有关膜生物反应器的研究可以从降低膜污染速率、减小运行成本等方面入手。另一部分是有关污泥稳定化和无害化的研究，与此相关的关键词有：重金属、生物降解、厌氧消化。但在土地利用过程中，重金属在环境介质中长期积累，对人体与生态环境造成不可逆的损伤。目前主流的重金属去除方法大致分为物理、化学以及生物方法，物理和化学方法去除重金属的成本较高，有造成二次污染的风险，而通过生物去除重金属更加经济且利于环境，因此更受到科研工作者的关注。在厌氧消化方面，科研工作者的研究主要集中在改善污泥厌氧消化性能以提高反应效率、污染物去除率和沼气产生率上，例如将有机废物或无机添加剂与污泥混合、在污泥消化前进行预处理以改善污泥消化性能。

在2016～2020 年间，Microbial community 微生物群落、Extracellular polymeric substance 胞外聚合物这两个关键词的词频排名首次进入前十。关键词“微生物群落”表明科研工作者对污泥处理领域的关注逐渐由微观转向宏观。胞外聚合物（EPS）具有蓄磷、吸附重金属的功能，其理化性质会影响污泥脱水絮凝沉降功能，对膜生物反应器中的膜污染具有重要影响，对胞外聚合物的研究有助于提高污水、污泥处理系统的性能，但由于胞外聚合物作用机理复杂，对胞外聚合物的机理与作用尚处于探索阶段，需要科研工作者的深入思考与关注。

2.3.2 国际发展趋势分析

关键词突变性是指在某段时间内关键词的频率突然上升或下降，其表征研究领域的趋势转变方向。以近五年为研究时段对污泥处理进行突现性分析，选取标准为top50。由表4 可知，在污泥处理方面，厌氧消化技术的研究将成为未来研究热点。目前主流的研究方向从影响效率的因素（温度、pH 值、碳氮比等）、促进剂（绿色生物质、无机添加剂等）、反应器（传统厌氧生物反应器、厌氧膜生物反应器等）以及厌氧消化工艺等方面入手。其次为磷元素的回收，在污泥中含有大量的磷元素，若对其进行回收利用，可以替代在农业中使用的矿质磷肥料，目前主流的磷回收工艺有湿式化学法、热化学法等，热处理工艺在技术上相对较为复杂，成本相对较高，但回收效果较好。最后为个人护理品，个人护理品常常伴随沐浴等进入污水管道，随后通过污水处理厂处理后经浓进缩入污泥中，如果不对其进行处理可能会富集于土壤或者水体，因此研究污泥中个人护理用品的去除、分析其降解产物分析以及对其进行环境评价等具有重要意义。

表4 污泥处理领域突现性词汇检测表

3 结论

（1）在过去十五年中关于污泥处理的发文数量呈稳定增长态势。其中我国在污泥处理领域表现最为活跃。但中国与其他国家合作相对来说不够紧密。在研究机构方面，我国的研究机构对污泥处理领域的关注程度远高于国外机构，其中就有中国科学研究院、哈尔滨工业大学、同济大学等。但我国各个研究机构更偏向于国内间的合作交流，国际间合作交流相对较少。

（2）近15 年来，污泥处理领域研究在国际上可以分为两个阶段：2006-2015 年研究主题侧重于两个方面，一是污泥的源头减量化、另一个是污泥的稳定化及无害化。2016-2020 年新增研究主题“胞外聚合物”。

（3）在未来的污泥处理领域，厌氧消化技术、磷元素回收、个人护理用品的去除、其降解产物的分析等可能成为研究热点。