基于CiteSpace的葡萄酒生产废水处理文献可视化分析

2022-12-08常洁郑兰香

中外葡萄与葡萄酒 2022年6期

常洁，郑兰香

（1. 宁夏大学地理科学与规划学院，宁夏银川 750021；2. 宁夏大学生态环境学院宁夏，宁夏银川 750021；3. 中国葡萄酒产业技术研究院，宁夏银川 750021）

根据国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）统计，2021年世界葡萄酒产量250.3亿升，中国葡萄酒产量26.8亿升[1]。随着环保意识的加强和研究的不断深入，葡萄酒生产中产生的废水问题得到更多的关注。葡萄酒废水产生的主要途径有压榨、发酵、过滤、灌装等设备的清洗、葡萄汁及葡萄酒外溢等[2]。葡萄酒废水属于有机废水[3]，含有葡萄汁（酒）的糖、酸、醇等有机组分、投加的辅料中所含的无机组分、生活污水中存在的大肠杆菌以及少量随冲洗水流走的葡萄皮籽等[4]。这些废水经处理后大多直接排入自然水体或回用于园区绿地和葡萄园灌溉[5]，但处理不当也会存在一定风险。

近年来，关于葡萄酒生产废水处理及资源化的研究逐渐增多，其理论依据及处理技术不断完善。面对该研究领域取得的相关成果，如何从多元和动态的角度了解当前的研究现状，掌握国内外研究的前沿热点以及演进脉络，需要深度挖掘该研究领域的科学文献信息[6]。文献计量学（Bibliometrics）被广泛地用于文献情报分析，进而对某领域科学发展现状及水平进行评价[7]。CiteSpace是基于Java程序语言开发的一款适用多元、分时、动态复杂网络分析的信息可视化分析工具[8]，该软件可将某研究领域庞大复杂的文献数据和演进历程具象化为可视的知识图谱[9]。本研究采用CiteSpace文献计量工具，绘制相关可视化图谱，从发文量、关键词聚类等评价指标分析2001—2021年葡萄酒生产废水处理及资源化利用研究领域的国家（地区）、研究机构、发文期刊、高被引文章，构建国家、研究机构间的合作关系，揭示研究热点和未来发展趋势，以期为今后的相关研究提供借鉴和参考。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

本文以Web of Science（WOS）核心数据库和CNKI资源总库作为检索平台。在WOS中以“Winery wastewater”为主题词，文献类型选择“article”and“review”，检索时间范围选择2001—2021年，检索到文献405篇，经去重处理之后得到404篇文献。在中国学术期刊出版总库（CNKI总库）中，以“葡萄酒废水”“葡萄酒生产废水”以及“葡萄酒厂废水”为关键词进行高级检索，检索时间为2001—2021年，经过剔除无效文献，共得到22条文献记录。

1.2 分析方法

将WOS得到的文献以纯文本形式导出，CNKI数据库中的文献以Refworks格式导出。利用CiteSpace软件对导出文献进行除重，删除与研究领域关联性弱的文章。对导出文献在CiteSpace软件中选择Author（作者）、Institution（机构）、Keywords（关键词）、Cited Reference（被引文献）等选项进行分析，文献数据处理所采用的CiteSpace软件为5.8.R2版本。

2 结果与分析

2.1 发文量分析

发文数量随时间的变化能够反映一个领域的发展趋势。对2001—2021年葡萄酒生产废水处理及资源化研究的发文量进行统计，如图1所示，该领域发文数量整体上呈现上升趋势。国外在21世纪初期对葡萄酒生产废水处理已有相关方面的研究，2001—2004年每年发文数量保持在6篇；在2006年出现了此领域研究的低谷期，发文量仅有两篇；2007—2015年期间发文量有所增加，但连续年份间存在数量上的波动；2016—2021年，出现较多研究文献，研究进入热门阶段，达到近20年来发文数量的顶峰。国内此领域的研究远远少于国外，分别在2008年和2017年有3篇文献发表，是近20年内最多的两年，有很多年份存在发文量为零的情况，文献发表的数量比较平均，数量少，也还未出现此领域研究的热点，可见国内在葡萄酒生产废水处理及资源化利用方面的研究还较为欠缺。

图1 2001—2021年葡萄酒生产废水处理及资源化研究发文量Figure 1 The trend of winery wastewater treatment and recovery research from 2001 to 2021

2.2 主要文献作者分析

对样本文献的发文作者进行定量分析，不仅可以探索在葡萄酒生产废水处理与资源化方面的主要研究代表性学者，而且可以作为衡量研究共同体形成状况的重要依据[10]。借助CiteSpace软件，设置“Author”为选择节点，选取数据标准为Top50，绘制出发文作者合作知识图谱（图2）。Jose Aperes和Marco S Lucas是2001年以来该领域发文量最多的作者，共发表了19篇。在2001—2021年间发文量超过10篇的作者还有Myburgh P A，发表了11篇。作者图谱中，节点大小表示作者发文的数量多少，线的粗细表示作者合作强度的关系[11]。Steyerj P、Vg Alvarze、Esandi F是一个团队，研究主题为“Model based analysis”；还有研究主题为“Mesophilic anaerobic digestion”的Ruizfilippi G团队等。从贡献图谱可以看出，葡萄酒生产废水研究的核心作者虽然并未构成一个群体，研究主题也比较分散，但已经具有小的规模。各作者的研究主题各有侧重，缺乏横向交流合作，在一定程度上对该研究区域带来局限性。

图2 主要研究作者合作网络图谱Figure 2 Cooperation network of principal authors

2.3 主要发文国家及地区分析

为研究葡萄酒生产废水处理及资源化的发文国家合作特点，运用CiteSpace软件对WOS中所提取的文献进行计量分析。统计结果表明，共有65个国家和地区发表过相关领域的文献，如图3所示。由于某些国家发表数量太少，在图中未显示出来。图中节点的大小代表了国家发文数量的多少，节点越大发文量越多，线条的粗细表示了国家之间合作程度的高低[12]。可见，西班牙发表的文章最多，从2001—2021年发表了76篇，是唯一超过50篇的国家。西班牙的葡萄酒生产历史悠久，产量居世界前列，对于葡萄酒生产废水的处理也是十分重视。同时，西班牙和意大利以及法国在早期合作紧密，之后西班牙、葡萄牙、意大利、英格兰、澳大利亚、南非等国家和地区合作紧密。我国在此方向的研究还比较薄弱，需要扩展对葡萄酒生产废水处理及资源化的研究，扩大我国该领域文献的影响力。

表1 2001—2021年葡萄酒生产废水处理及资源化主要研究发文作者Table 1 The authors of winery wastewater treatment and recovery research from 2001 to 2021

图3 主要发文国家及地区分布网络图谱Figure 3 Distribution network map of publishing countries and regions

2.4 主要发文科研机构分析

分析节点选择“Institution”，数据选择标准为Top50，其他设置不变。表2列出了2001年到2021年该领域发文量前10名的研究机构。其中，发文量最高的是法国农业科学研究院（INRA），第二位是西班牙的卡斯蒂利亚-拉查曼大学（Universidad de Castilla-La Mancha），以及南非的斯泰伦博斯大学（University Stellenbosch），发文量排名靠前的机构很多都是高等院校，说明较大比例的科研力量都存在高等教育机构中。

表2 葡萄酒生产废水处理及资源化研究排名前10名的科研机构Table 2 Top 10 scientific research institutions of winery wastewater treatment and recovery

2.5 主要载文期刊分析

表3列出了2001—2021年该领域载文数量排名前十的期刊。其中New York Pergamon Press 出版的《Water Science and Technology》发文数量最多。此外，《Water Research》《Bioresource Technology》《Journal of Hazardous Materials》《Process Biochemistry》可以看出，葡萄酒生产废水处理及资源化相关文章的发文期刊所属学科以环境科学、工程技术、生物方向为主。

表3 2001—2021年葡萄酒生产废水处理及资源化研究文献载文期刊Table 3 Literature and periodicals on the treatment and recovery of winery wastewater from 2001 to 2021

2.6 变化趋势与研究热点

关键词是对论文研究重点和方向的提炼，是对文章中心的概括。分析高频率出现的关键词能够进一步了解一个领域的主要研究方向、技术方法和研究热点[13]。利用CiteSpace软件，选择“Keyword”为分析节点，时间跨度及切片保持不变，数据选择标准为Top5%，生成关键词共现图谱（图4）。关键词共现可直观展示出该领域的关注度与关联度，从宏观上揭示一个研究领域内的重点研究内容[14]。节点的大小表示关键词出现的频率，节点越大，出现的频率则越高，关键词共现能够显示出研究主题间的网络关系，体现出该领域的核心知识点，以便揭示其发展变化。

图4 葡萄酒生产废水处理及资源化研究关键词共现网络图谱Figure 4 Network map of key words co-produced in winery wastewater treatment and recovery research

“Winery wastewater”是所有研究中出现频率最高的关键词，充分体现了研究的重点。节点“Waste water”“Water”一起构成了研究分析的基础。高频关键词显示出了研究的几个方面：（1）废水处理技术主要为活性污泥（Activated sludge）、厌氧消化处理（Anaerobic digestion）、高级氧化技术（Advanced oxidation process）等；（2）研究内容有：降解（Degradation）、人工湿地（Constructed wetland）、活性污泥（Sludge）、化学需氧量（Chemical oxygen demand）、水溶液（Aqueous solution）等；（3）研究方向：废水处理产生的反应、影响、表现、作物的生长、最佳化问题、质量等。钾（Potassium）、钠（Sodium）等化学元素的高频出现葡萄酒生产废水，说明葡萄酒生产废水对水体以及土壤等方面的理化性质的影响研究也是重点[15]。高频关键词代表了研究的基础，可以为后面的研究者提供更清晰的思路。

通过CiteSpace可以得到8个突现关键词以及其对应的突现率，如表4所示。突现关键词是在某一时间段内大量关键词中具有明显变化的主题词，代表了这一时间内的研究热点，2005—2014年活性淤泥（Activation sludge）是此领域的研究热点，即活性淤泥的方法进行废水处理，在这期间2005—2007两年间厌氧消化处理（Anaerobic digestion）成为研究热点，使用的废水处理技术发生了变化[16]。2015年开始对废水的化学需氧量进行主要研究，2016年回归到污水处理，2017年开始废水处理对环境质量方面的影响成为了研究的热点，随着社会经济的发展，对于葡萄酒生产废水处理及资源化方面的研究不但从技术上有了新的革新，研究热点逐渐从如何处理转变为对处理工艺的改进以及环境质量的研究。

表4 高频关键词突现表Table 4 High-frequency keyword highlighting form

关键词聚类展示了该领域的前沿研究热点[5]。不同国家或地区的文献共被引时间线聚类图谱反映了各聚类形成时间以及持续时间不一[11]。如图5所示，共生成6个聚类标签。其中生物处理（Biological treatment）方面的研究最为持久；利用葡萄酒生产废水进行发电（Electricity generation）是研究的一项热点内容；人工湿地（Constructed wetlands”）以及土壤结构（Soil structure）是葡萄酒生产废水处理产生的影响所关注的两个重要方面，化学需氧量（Chemical oxygen demand）和过硫酸氢钾复合盐（Peroxymonosulphate）是研究葡萄酒生产废水处理过程中的重要因素，可持续的葡萄酒生产（Sustainable wine production”）是研究的重要方向。随着科学技术的发展和完善，废水处理所产生的环境问题受到更多的关注，可持续理念的发展尤为重要。

图5 废水处理及资源化研究关键词聚类时间线图谱Figure 5 Keyword clustering timeline map of winery wastewater treatment and recovery research

葡萄酒生产废水处理及资源化的研究要秉持可持续发展理念，在处理废水的过程中更要注重生态环境的保护。随着人们生活水平的提高，葡萄酒的需求量会逐年提高，葡萄酒生产及产业提升提出了更高要求[17]，所产生的废水会得到更多关注。废水的排放对土壤等方面产生的影响也是需要关注的重点，更多科学有效的处理手段的发展能够使其资源化效益达到更高水平，可持续的葡萄酒生产是未来该领域的发展目标[18]。

2.7 文献共被引分析

高频率被引文献可以显示出该领域研究的基础知识和演进脉络，同时可以展示出其研究思路的相似之处以及核心点，能够为之后的研究者提供思路[20]。对葡萄酒生产废水处理及资源化进行文献共被引分析，了解此领域的主要研究成果。分析节点选择参考文献（Reference），选取标准为TOP 50%，得到引文共现图谱。研究领域被引文献最多的前10名如表5所示。

表5 葡萄酒生产废水处理及资源化研究前十名高被引文献Table 5 Highly cited references of top ten keywords in winery wastewater treatment and recovery research

Ioannou L A综述了目前葡萄酒废水处理工艺应用和试验的最新进展，分物化、生物、膜过滤与分离、高级氧化工艺、生物与高级氧化组合工艺五大类，讨论了酒厂废水处理的优缺点以及影响处理效果的主要参数[20]。Mosse K P M总结了葡萄酒废水的处理方法，阐明过程机理以及各方法的优点和缺点，分析了澳大利亚当前酒厂废水的组成成分，以及当前对酒厂废水处理最新的管理方法[21]。Welz P J研究了葡萄酒生产废水的储存方法，对葡萄酒厂废水中的有机物以及化学需氧量进行了分析，认为葡萄酒生产所产生的废水由于季节性的原因可以储存在池体当中[22]。Lucas M S在中试规模的鼓泡塔反应器中，考察了臭氧基高级氧化工艺（O3、O3/UV和O3/UV/H2O2）对葡萄酒生产废水的处理效果[23]。Christen EW概述了一种利用土地过滤（过滤和灌溉土地处理和污水回用）系统处理葡萄酒生产废水的新方法[24]。Brucculeri M研究了采用传统活性污泥法工艺对市政废水和葡萄酒生产废水进行协同处理的可行性[25]。Arienzo M设计了盆栽实验模拟了微型人工湿地的葡萄酒厂废水处理系统，对酒厂废水进行快速、廉价的植物毒性生物测定进行了研究[26]。Moletta R通过使用厌氧消化技术处理废水，经过厌氧处理后再进行好氧后处理，使处理后的水达到排放要求[27]。Mosteo R提出了非均相光催化Fenton法处理葡萄酒厂废水的替代方法，采用实验设计方法研究了各种变量的影响和相互作用，得到了一个有机物降解过程的简化经验模型[28]。Ganesh R采用三流式厌氧固定床反应器，以不同尺寸和比表面积的低密度浮动床为载体，对葡萄酒厂废水进行了处理研究[29]。可见，被引量排名前十的文献多以葡萄酒废水处理方法和工艺为主题，葡萄酒生产废水处理技术仍是重要的研究方向。

2.8 国内葡萄酒生产废水处理及资源化研究文献现状

通过对已发表的葡萄酒生产废水处理及资源化的中文文献进行关键词共现分析，可以发现国内对这一领域的研究较少，研究热点为废水的处理工艺以及处理方法，出现接触氧化、水解酸化、厌氧等关键词。国内葡萄酒生产废水处理及资源化研究发文量较多的作者有李金成4篇，唐国东和夏文香以及张旭均为3篇，孙凤娟2篇，他们是目前国内此领域研究的重要学者。发表期刊主要为《环境工程学报》《给水排水》《节能与环保》《环境与发展》等。国内对此领域研究较多的机构以大学和环境研究中心为主，如青岛理工大学环境与市政工程学院、西北农林科技大学、石河子大学等。