中国工业污水研究现状的量化分析

李一琳,薛晓明,陆 洋,2

(1.南京警察学院,江苏 南京 210023;2.海安市公安局城南派出所,江苏 海安 226600)

0 引言

工业污水分为无机污水、有机污水和混合污水3种类型,占我国污水总排放量的一半以上。工业用水规模较大,涉及行业众多,不仅会对环境造成极大的污染,抑制畜牧业和农业的发展,破坏生态平衡,还会造成工程器物的腐蚀,甚至直接威胁人民群众的健康和生命[1]。随着监管趋严、标准提高等环保政策要求,工业污水治理受到行业的高度重视。为解决工业污水治理难的问题,不同时期、不同领域的专家,从不同的角度对其进行了多层次的分析研究。但因各地污染类型、环境构成差异较大,专家多从各自的研究领域着手,科研成果在各行业的针对性较强。本文以国内近22年的工业污水相关文献为样本,分析工业污水领域的研究热点和核心群体,理清其发展规律,为今后工业污水研究和排污执法工作提供基础数据支撑。

1 研究方法

在 CNKI数据库中选择“高级检索”,检索条件为:主题=“工业污水”,时间跨度为2000—2022年,剔除新闻报道、会议通讯、征稿通知等信息后,得到期刊论文338篇。使用文献定量分析法对国内工业污水的研究进行可视化分析,并绘制知识图谱。

使用美国科学计量学专家普莱斯设计的界定公式[2],筛选该领域的核心机构和核心作者,公式为:

(1)

式中:m1、m2分别为核心机构、核心作者的筛选标准;n1、n2分别为最高产机构、最高产作者的发文量。

知识图谱(Knowledge Graph)通常也叫“知识域可视化”,即表现科学知识发展进程及其结构关联的一组各类不同的图像,利用可视化技术手段描绘知识资源与载体,发现、分类、构建、绘制并展示科学知识与它们间的交互联系。本文利用知识图谱,从公共政策、发文趋势、核心作者、研究机构、关键词等多个维度对当前工业污水研究的内容和形势进行量化分析,梳理该领域相关研究概况。

2 国内工业污水研究的量化分析

2.1 文献发文量

1960年杨裕文发表在《机械工厂设计》期刊上的《必须认真处理工业废水——工业废水处理和生活污水综合利用现场会议报道》一文开启了我国对工业污水领域的关注,在之后的40年里,该领域一直处于缓慢的起步阶段,平均每年出版2篇论文。进入21世纪后,文献数量开始有所增长。经统计,2000—2022年涉及工业污水的文献数量总体呈上升趋势,年均发文量为14篇。近20年的发文规律可以总结为3个阶段:2000—2008基本处于平稳发展期,2009—2012年和2018—2021年出现2次发文高峰期,2022年研究热度开始降低,进入发文冷静期(见图1)。

图1 我国工业污水研究文献的发文量(2000—2022年)

文献的研究层次主要有技术开发、技术研究、工程研究、行业技术发展、实用工程技术、工程与项目管理,研究热点集中在技术开发和技术研究两个方面,占总研究类型的15%。

经查,2020年发文量激增主要基于以下3点政策导向。(1)2018年3月11日,十三届全国人大一次会议第三次全体会议经投票表决,通过了《中华人民共和国宪法修正案》。生态文明历史性地写入了宪法,这让生态文明的主张成为国家意志的生动体现,人们对于生态文明的重视程度日益提升。(2)新修订的《水污染防治法》于2018年1月1日正式实施。新修改的法律坚持问题导向、目标导向,将生态文明建设新要求和“水十条”提出的新措施予以规范化、法制化,对各地工业污水防治工作提供了一定的指导作用。(3)2018年按照党中央、国务院决策部署,中央生态环境保护督察组分批对全国多个省(区)开展了“回头看”督察工作,推动了一批突出的环境问题得到解决。在此过程中,一些疑难问题长期无法解决的原因以及最终的解决方法都具有极高的指导意义。相关学者针对现实案例的研究有所增加,导致发文量剧增。一批热点论文产出后,必然进入下一个育文阶段,2022年发文量降低是符合文献产出规律的。

2.2 核心作者及机构特征分析

科研人员的研究成果和工作效率可以通过学术论文的数量和质量来反映,在权威期刊上发表的文章数量被认为是衡量科研人员工作能力的一个客观指标。经统计,最高产机构n1=6、最高产作者n2=6,由公式(1)得,核心机构m1=1.8、核心作者m2=1.8,表明发文量超过2篇为核心机构,个人发文量超过2篇即为核心作者。

绘制作者-机构关系图(见图2)可知,各机构作者之间的合作已经形成了几个核心作者群。图2中节点之间距离越近,表示作者之间的合作越紧密。主要的核心作者群:(1)北京大学邱国玉-沈小雪-邹振东-范怡、(2)贵州省交通规划勘察设计研究院的张国发-丁海燕-武燕、(3)河北科技大学杨亚磊-傅其凤-安旭朝-陈万军。这些作者在工业污水研究领域的交流合作十分密切。但就整体而言,作者合作网络还是比较零散的,单个节点的数量非常多,说明大部分作者还是独立开展研究。如西安工业大学的文安、复旦大学的王娜、陕西润中清洁能源有限公司的段付岗、中国石油乌鲁木齐石化分公司研究院的伍晓萍等都有较高的发文量。

图2 作者和机构的合作关系图谱

值得注意的是,在工业污水研究领域,除了北京大学、复旦大学、西安工业大学、大庆师范学院、华中科技大学、四川大学、中国工程物理研究院等科研院所,发文量居高的是中国石油乌鲁木齐石化分公司(6篇)、兰州石油化工公司(3篇)、中国石油大庆石化公司(2篇)等石化企业。

工业污水按照行业划分有化工、冶金、能源、造纸、农药、选矿和食品等行业污水[3],其中石油化工和钢铁行业对于水资源利用存在着高能耗和高排放的特点。对此必须采取科学合理的防污技术进行治理,以有效控制其对水资源的污染。我国《排污许可管理条例》于2021年3月1日起正式施行,该条例强化了排污许可的管理,规范了企业事业单位和其他生产经营者的排污行为。让污水排放不再是政府包办式管理,让排污许可证真正成为排污单位承担污染排放控制义务和责任的法律文书,让污水排放治理的责任重新回归到企业。各大石油化工公司是典型的污源企业,他们能够参与污水治理技术的研发中,也说明国家治理工业污水的决心之大,促使污源企业从源头治理,可见对工业污水处理技术和方法的研究才是解决水污染问题的重中之重。

2.3 核心期刊及文献引用特征分析

据统计,工业污水领域有北大核心论文38篇,EI论文6篇,共占该领域发文总量的13%。发文量和被引率较高的期刊有《资源节约与环保》《化工管理》《中国资源综合利用》《工业水处理》,排名前10的期刊及占比如表1所示。这10种期刊共收录论文68篇,成为工业污水、工业污水处理、污水治理研究领域的领跑者,广泛受到环境科学与资源利用、自动化技术等学科的关注。

表1 发文量排前10的期刊及占比

涉及工业污水处理领域的期刊有200多个,收稿期刊很分散,其中被北京大学图书馆中文核心期刊库收录的有27个,仅收录38篇高质量论文。从期刊发文量来看,《资源节约与环保》收稿12篇总被引30次, 《化工管理》收稿11篇总被引28次,《工业水处理》收稿7篇总被引142次,《中国资源综合利用》收稿7篇总被引22次。发文量排第3名的《工业水处理》期刊被选入北大核心,被引率(占比11.2%)最高,这反映出同行学者对论文质量的认可还是集中在核心期刊。

被引频次最高的论文是袁俊生2002年发表在《环境污染治理技术与设备》期刊(该期刊已更名为《环境工程学报》)上的《沸石法工业污水氨氮治理技术研究》,引用频次高达124次(见表2)。此文研究了斜发沸石法去除工业污水中氨氮的方法,为治理氨氮废水提供了一定的技术依据。可见在核心论文中,技术开发始终都是工业污水研究领域关注的重点。

表2 高频次引文的数据表(TOP10)

文献被引用的频次可以反映文章的质量以及作者在该领域的学术地位(见图3)。图3中圆点的大小和文献被引频次呈正相关,圆点之间的连线代表文献互引关系。除了表1列出的10篇被引频次较高的论文,在工业污水智能处理、环境工程工业污水治理中常见问题、工业污水处理技术、处理方法与利用的研究方向存在着较强的互引关系。

图3 文献互引关系

2.4 基于关键词共现的研究热点分析

关键词是一种有效的自然语言工具,可以帮助读者清晰、准确地把握文献的主题和内容,更好地理解文献的核心思想[4]。文献计量学的共现词分析法,可以分析已发表文献的重要词汇和相似词汇,通过分析文献的研究焦点,探索学术问题的内部联系,最终完成某领域的研究热点主题分析[5]。

高频关键词有“工业污水”“水环境”“重金属污染” “影响因素”“零排放”“标准溶液”等。其中,“工业污水”出现的频次最高,达到56次,可见我国工业污水研究领域关注的重点内容是以工业污水为中心的处理技术和方法研究。

2.5 学科分布

环境科学与资源利用是工业污水领域的主要学科,发文量占比82.76%。自动化技术、冶金工业、石油天然气工业、化学专业位列其后,但发文量远低于环境科学与资源利用专业(见表3)。可见工业污水领域的学科建设主要是环境与资源专业,其次是化工专业。经济发展需要消耗一定的资源,污水排放是消耗水环境资源的主要途径,若不能管控工业污水排放,革新污水净化技术,及时修复水体,水资源就会遭到严重破坏,进而引发严重的用水危机。

表3 高频次引文的数据表(TOP10)

3 工业污水领域存在的问题

3.1 工业污水治理法律法规及相关标准更新滞后

GB 8978—2002《国家污水综合排放标准》、GB 8978—1996《污水排放综合标准》对工业污水的排放提出了相应的控制要求,但该标准属于综合性标准,囊括的行业范围较广,对环境工程中工业污水排放的针对性不强。按照国家综合排放标准与国家行业排放标准不交叉执行的原则,各行业分别执行GB 3544—92《造纸工业水污染物排放标准》、GB 4914—85《海洋石油开发工业含油污水排放标准》、GB 13456—2012《钢铁工业水污染物排放标准》、GB 4287—2016《纺织染整工业水污染物排放标准》、GB 15580—95《磷肥工业水污染物排放标准》等标准,而其他水污染物排放均按照GB 8978—1996《污水排放综合标准》执行。

工业污水的污染类型和污染程度在不断变化,环境质量也是一个动态指标。目前的管理制度、治理技术和检测方法仍在沿用以前的法规和标准,滞后的技术很难满足不断变化的治理要求,影响了污染物检测的准确性,导致污水治理的全面性受到影响。

3.2 工业排污执法难,污源企业责任差

目前,我国环境执法队伍的人数约有8万人,越到基层人越少,人员分布呈“倒金字塔”型。基层执法人员的年龄普遍偏大,一些区、县级的执法队伍年龄在50岁左右,青年力量明显缺失,在学习和掌握新的执法内容和专业技术方面力不从心。

另外,排污检查的内容详细又烦琐,排污许可证记载着排污单位的详细信息,污染物排放的各类信息分散在不同的表格上,往往需要用专业的知识和严谨的思维在几张表格之间比对检查才能发现端倪。对执法人员的专业要求很高,文本资料的可读性又很低,使得基层执法人员在低技术水平和高执法难度之间产生了矛盾,导致执法效率的降低。

《排污许可管理条例》施行后,工业水污染物排放治理的责任重新回到企业,加强了企业的自主性。但大部分生产企业是自行管理污水处理设备的,有些企业环保意识差,一味追逐效益,拒绝投入资金研发污水处理技术,不配备污水处理设备或设备落后、陈旧,达不到污水处理的标准,严重影响污水处理的效果。

4 结论

城市水环境的优劣对人们的生产、生活质量具有重要影响,甚至影响着我国的国际地位。近几十年来,我国的工业生产规模及生产总值迅速增长,排放的工业污水越来越多,污水成分也越来越复杂,导致水体、土壤等环境问题日益凸显,因此,工业污水领域的研发工作受到了国家和社会的高度重视。

根据核心作者、核心机构群、作者合作网络排名等,可知我国从事工业污水研究领域的专家很多,也很集中,发文量高的作者之间协作较多,但联合规模不大,核心机构群较少,更多的作者是自主研究。该领域的主要研发力量来自国家各大科研机构和高校,而污源企业的参与成为工业污水处理技术研究中重要的实践载体。

纵观我国在工业污水领域的整个发展历程,可知工业污水治理受多方因素的影响,要治理好工业污水,需要多方协作。首先,相关部门应及时修订行业标准,对具体要求不断细化,实行源头控制。环保部门应奖罚分明地督促企业转型升级,定期维护和更换老旧设备,确保企业的污水治理与废水排放符合相关规定。其次,在工业污水的治理办法中将污水转变为可利用的水资源技术值得借鉴,该技术的研发仍需进一步深化和优化。最后,调整基层执法人员的年龄结构,加强技术培训,培养年轻力量,逐步提升基层执法人员“依证执法”的能力,是治理工业污水、管控非法排污最后的屏障。