基于文献计量的垃圾填埋场污染物研究现状与趋势分析*

2023-01-30龙於洋范丽娇沈东升

环境污染与防治 2023年1期

龙於洋范丽娇沈东升朱敏#

(1.浙江工商大学环境科学与工程学院，浙江杭州 310012；2.浙江省固体废物处理与资源化重点实验室，浙江杭州 310012)

目前，垃圾填埋场仍是我国生活垃圾的主要处置场所之一。由于早期生活垃圾并未经过严格分类，因此各种有毒有害物质会随着生活垃圾进入垃圾填埋场，然后在填埋处置过程中随着雨水渗透等作用溶出，形成含有较高浓度重金属和有机污染物的垃圾渗滤液[1]。一些非正规垃圾填埋场以及封场后未经严格维护的垃圾填埋场容易出现垃圾渗滤液的泄漏、溢流而进入环境，对垃圾填埋场周边的水、大气、土壤等造成不同程度的污染[2-7]。因此，有诸多学者围绕垃圾填埋场污染物的赋存状态、去除效果及环境影响等问题展开了大量研究，并取得了重要进展[8-10]。关于垃圾填埋研究趋势[11]、垃圾填埋气[12]和温室效应影响[13]等已有一些梳理和总结。然而，针对垃圾填埋场各种污染物对水、大气、土壤等多种环境介质的影响还未有全面系统的分析。

文献计量学是一门运用数学与统计学方法定量分析文献分布结构、变化规律和数量关系，进而探讨科学技术发展方向的学科[14]。目前，该研究方法已成为学者们分析文献获取领域研究热点和发展动态等方面信息的重要途径[15-17]。本研究以Web of Science (WOS)核心合集数据库中2000—2020年相关文献为基础，借助科学知识图谱绘制工具VOSviewer和CiteSpace软件[18]，通过文献计量学的方法对垃圾填埋场污染物领域相关文献进行量化分析，围绕垃圾填埋场影响的不同环境介质中重点关注污染物进行现状和趋势分析，以期为垃圾填埋场污染防治相关研究提供有益借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

2021年3月1日在WOS核心合集数据库中以“landfill”和“pollutant”或“contaminant”为检索词，设置检索年限为2000—2020年，文献类型为Article和Review，检索得到3 240篇文献。

1.2 研究方法

借助VOSviewer软件(https://www.vosviewer.com/)对文献的合作网络中的作者、机构和国家(地区)进行分析，利用共现网络分析方法对文献中关键词的共现信息进行量化分析，基于共现聚类的分析单元和聚类可视化效果解析信息的内容关联和特征项所隐含的共现关系。使用CiteSpace软件(https://citespace.podia.com/)对文献中关键词进行突现分析，揭示该研究领域的热点动态和发展趋势。

2 结果与讨论

2.1 发文量及主要发文机构

由图1可见，2000—2020年关于垃圾填埋场污染物研究的发文量总体呈逐年增加态势，表明垃圾填埋场污染物持续受到世界各国的普遍关注。2015年以后总发文量更是直线上升，其中中国的发文量变化趋势与总发文量高度一致，表明我国对垃圾填埋场污染问题的重视程度越来越高。

垃圾填埋场污染物领域论文发表数量前十的机构主要是高校和研究所(见表1)，其中有6个机构来自中国，分别是中国科学院、浙江大学、同济大学、清华大学、中国环境科学研究院和上海交通大学，说明我国的研究机构在垃圾填埋场污染物领域已经具备较强实力。但需要注意的是，丹麦科技大学的发文量虽然排名第五，然而其发表的文章均篇被引频次(86.00)和H指数(23)均为最高，在该领域有很大的影响力，同时也说明我国在垃圾填埋场污染物研究领域的单篇文章影响力还有待进一步提升。

图1 2000—2020年垃圾填埋场污染物发文量变化趋势Fig.1 Trends in the number of publications about landfill pollutants during 2000-2020

2.2 主要发文作者

本研究在WOS核心合集数据库检索到的2000—2020年垃圾填埋场污染物领域发文作者共11 439位，其中发文量排名前十的作者(不区分作者在文献中的排序)见表2。其中，贝尔法斯特女王大学的ROWE R K、浙江大学的XIE H J和武汉大学的ZHANG H是发文量排名前三的学者。ROWE R K主要关注污染物阻隔屏障系统如土工合成材料黏土垫(GCL)、高密度聚乙烯(HDPE)土工膜等的长期性能研究[19-20]；XIE H J致力于填埋场多组分污染物在阻隔屏障中的运移机理与污染控制方法等研究[21-22]；而ZHANG H则聚焦于高级氧化技术如芬顿氧化处理垃圾渗滤液的研究[23-24]。拉曼大学的BASHIR M J K和华东师范大学的XIE B虽然发文量不是最多，但他们的均篇被引频次排在前三，两位学者分别致力于垃圾渗滤液的处理、垃圾填埋场新污染物的环境效应与控制研究。

表1 发文量前十的机构Table 1 Top 10 institutions in the number of publications

进一步利用共现网络分析方法对垃圾填埋场污染物领域相关论文发表作者之间的合作关系进行分析可知(见图2)，国内垃圾填埋场污染物研究领域发文较多的学者XIE H J与同属于浙江大学的CHEN Y M存在密切的团队合作关系，而发文量次高的国内学者ZHANG H与浙江工商大学的SHEN D S研究团队也存在密切合作关系。发文量排名前十中华东师范大学XIE B和同济大学ZHAO Y C为核心的研究团队也存在一定的合作关系，而ROWE R K、AZIZ H A等国外高发文量的学者未出现在作者的共现网络图中。

2.3 高被引文章分析

对垃圾填埋场污染物研究领域的高被引文章进一步分析发现(见表3)，被引频次排序前十的论文均属于综述型文章。这些高被引文章主要围绕垃圾填埋场污染物的环境行为和垃圾渗滤液中污染物的去除技术，其中被引频次排序前三的文章关注的是新污染物(如药物、微塑料)、垃圾渗滤液的高级氧化和生物处理技术，说明垃圾填埋场污染物及其处理技术持续得到关注，特别是一些新污染物越来越受到关注，这也是这些高被引文章虽已发表超过10年，但仍得到大量关注的原因。

表2 发文量前十的作者Table 2 Top 10 authors in number of papers published

注：同一虚线圈表示可以聚为一类。图3、图5同。图2 作者共现网络Fig.2 Co-occurrence network of authors

表3 被引频次前十的论文Table 3 Top 10 highly cited papers

2.4 垃圾填埋场污染物研究的热点和发展趋势

利用共现网络分析方法对垃圾填埋场污染物领域相关论文高频关键词进行分析，形成5个主要聚类(见图3)。聚类1主要是关于城市固体废弃物及其处置过程中所关注的污染问题，包括垃圾填埋场土壤、污泥、飞灰等固相环境载体中重金属、持久性有机污染物的毒性和风险评估等相关内容，出现频次较高的关键词有heavy metal、PAHs、VOCs、POPs和PBDEs等。城市固体废弃物的处置及其污染控制一直是垃圾填埋场相关研究的热点，其中重金属污染问题最受关注[25-26]。同时，固体废弃物处置过程中往往还涉及到有机污染物和填埋气等的污染问题[27-28]。

聚类2主要是关于垃圾渗滤液或污废水中有机污染物的去除、降解问题，出现频次较高的关键词有landfill leachate、removal、wastewater、organic pollutants、oxidations等。随着生活垃圾数量及种类逐渐增多，垃圾渗滤液处理问题也日益严峻，由于其水质复杂、危害性大，特别是一些有机污染物通常很难去除，因此废水处理工艺中的高级氧化技术如芬顿氧化、电化学氧化等受到广泛关注，进一步开发绿色、高效的综合处理技术处理垃圾渗滤液仍是当前世界各国急需解决的难题。

聚类3主要是关于垃圾填埋场周边地表水和地下水中污染物的环境行为问题，出现频次较高的关键词有landfill、water、groundwater、heavy metal、transport等。在垃圾填埋处理过程中，防渗衬里由于机械、自然作用等会遭到破坏，垃圾渗滤液的收集和排泄系统也会因腐蚀而失去作用，导致垃圾渗滤液进入到周边环境中，污染物经过一系列的吸附、迁移转化最终进入到地下水、地表水等环境介质中，使得垃圾填埋场周边地表水及地下水环境的污染问题日益突出。此外，垃圾填埋场污染物在阻隔屏障中的运移过程和阻控机理研究也是热点问题之一[29-30]。因此，明确污染物在垃圾填埋场中的环境行为，如吸附、衰减、迁移转化等，可为后续垃圾填埋场周边环境风险评估及修复提供一定的理论依据。

聚类4主要是关于无机污染物氮元素的去除问题，denitrification、nitrification、nitrogen removal等关键词集聚出现。垃圾填埋场是地下水氮污染的重要来源之一[31]，因此关于垃圾渗滤液中氮元素的去除是其处理中必不可少的步骤之一，主要工艺包括活性污泥法、生物反应器、序批式反应器等。

聚类5主要是关于垃圾填埋场中新污染物的环境行为和去除问题，出现频次较高的关键词有BPA、emerging pollutants、PAHs、personal care products、pharmaceuticals、pesticides等。这表明垃圾填埋场中新污染物的研究已引起学者们关注[32-33]，越来越多的新污染物可能在垃圾填埋场中被检出，关于新污染物在垃圾填埋场中的环境行为和去除或将成为未来垃圾填埋场污染物研究领域的一大热点。

使用CiteSpace软件对关键词进行突现分析，获得了25个垃圾填埋场污染物领域的关键词(见表4)，可以从一定程度上看出垃圾填埋场污染物研究的发展趋势。分析可知：(1)最早开始突现的关键词为Denmark，突现持续时间为2000—2006年，表明在该时间段内，丹麦在垃圾填埋场污染物领域的研究成果受到了广泛关注，其中丹麦科技大学属于发文量排名前十的机构，其发表的文章均篇被引频次和H指数均最高(见表1)。(2)突现强度最高的关键词为management，突现强度达到11.66，从2017年才开始突现，这是因为随着城市固体废弃物数量快速增长，世界各国都在迫切地寻找对城市固体废弃物进行有效管理的可持续方法。2017年也正是我国开始大力推行垃圾分类之年。(3)突现持续时间最长的关键词为organic compound，突现持续时间为2001—2016年，说明有机化合物在相当长的时间内都属于垃圾填埋场污染物领域的重要关注对象，包括增塑剂、磷酸酯、取代酚类、芳香烃类等[34-35]。(4)突现时间出现最晚的关键词为mechanism，最初突现时间为2018年，说明近年已开始着眼于垃圾填埋场污染物的环境行为和去除机制研究。

2.5 垃圾填埋场污染物在不同环境介质中的研究重点

垃圾填埋场污染物总体可以分为有机污染物和重金属两大类，大多随垃圾渗滤液运移进入地表水、地下水、沉积物、土壤等其他环境介质中，有机污染物主要包括多氯联苯、多环芳烃、酚类以及一些新污染物等，重金属中铅、镉、锌、铜、铬、镍出现频率较高。图4统计了垃圾填埋场主要污染物在不同环境介质中的出现频次。相比地下水和沉积物，垃圾渗滤液、地表水和土壤中的污染问题更受关注。重金属在不同环境介质中出现的频次高于有机污染物。不同环境介质中不同重金属出现频次的比例总体相似，铅为最受关注的重金属。地表水中有机污染物出现的频次比例与垃圾渗滤液中高度相似，但有机污染物在土壤和沉积物中出现的频次比例却与垃圾渗滤液、地表水存在明显差异，不过多环芳烃在不同环境介质中出现的频次都较高。

由于垃圾填埋场污染物研究中最关注的介质是垃圾渗滤液，而该介质对水土的影响远大于对大气的影响，导致温室气体(如甲烷等)和恶臭气体(如硫化氢等)在关键词共现网络中出现频次并不高，然而碳减排已是当前各个领域的研究热点，恶臭问题又直接关乎民生，因此这两类污染物也不应忽视。因此，下面分别以landfill和greenhouse gas、landfill和methane、landfill和carbon dioxide、landfill和hydrogen sulfide为检索词得到3 234篇文献，其发文量与本研究检索得到的发文总量(3 240篇)相当，表明垃圾填埋场的气态污染物也备受关注，但目前的研究还不深入。垃圾填埋场气态污染物的关键词共现网络如图5所示，主要涵盖的内容是垃圾填埋场的甲烷排放及甲烷氧化过程(聚类1)、厌氧消化及产甲烷过程(聚类2)、能源(沼气)利用和管理(聚类3)、填埋气(如甲烷、二氧化碳、硫化氢、氢气等)的去除或利用(聚类4)。

3 总结

(1) 2000—2020年，垃圾填埋场污染物领域的发文量总体呈逐年增加态势，2015年后中国的发文量直线上升。

(2) 垃圾填埋场污染物研究发文的主要作者包括ROWE R K、XIE H J、ZHANG H、AZIZ H A、CHIEMCHAISRI C等，主要发文机构为中国科学院、浙江大学、同济大学、清华大学、丹麦科技大学等。中国的机构虽然发文量多，但均篇被引频次不是很高，表明我国在垃圾填埋场污染物研究领域的影响力还有待进一步提升。

(3) 垃圾填埋场污染物研究的热点问题主要有5大类：①城市固体废弃物及其处置过程；②垃圾渗滤液或污废水中有机污染物的去除、降解；③垃圾填埋场周边地表水和地下水中污染物的环境行为；④无机污染物氮元素的去除；⑤垃圾填埋场中新污染物的环境行为和去除。

(4) 垃圾填埋场污染物主要分为重金属和有机污染物两大类，其中重金属在不同环境介质中出现的频次高于有机污染物，填埋气等气态污染物造成的环境问题也不容忽视。

(5) 由于分析计量过程中筛选阈值设定等问题，分析结果存在一定的局限性，如新型阻燃剂、抗生素、抗性基因、病原菌等前沿问题因发表的文献数量有限而未被作为热点问题分析。