基于CiteSpace的國內生活污水處理研究進展的知識圖譜可視化分析

蘭子杰

(福建農林大學公共管理學院，福建 福州 350000)

引言

隨著世界經濟的不斷發展，促使人們更加關注到人居環境的改善。而在人居環境改善的進程當中，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、有機物極其不穩定，在誘發難以忍受惡臭的同時，還毒化周圍生長的植物并且造成淡水的嚴重污染。因此，在當今社會，生活污水的處理已經成為一項十分緊急的任務。在中國國內學術研究領域，對生活污水處理領域的文章研究也呈現逐步增長的態勢。

CiteSpace軟件以Java語言開發為載體，在對相關領域的文獻進行計量之后繪制出科學合理的知識圖譜，以此分析該領域的研究前沿進展并且精準抓住研究熱點[1]。目前，CiteSpace已經成為學術界中非常流行的可視化知識圖譜分析軟件。

為了更加準確地定位國內生活污水處理領域的研究動態及研究熱點，預測國內生活污水處理領域的未來研究趨勢。本研究基于文獻計量的研究方法，采用CiteSpace 5.7.R2文獻計量軟件并輔以Excel軟件，通過對中國知網(CNKI)數據庫中2010—2020近10a國內生活污水處理領域的核心期刊文獻進行計量統計分析以及可視化知識圖譜分析，厘清目前該領域可能存在的問題并把握研究熱點方向，以期為國內生活污水處理的研究進展及應用提供參考借鑒。

1 數據來源及方法

1.1 數據來源

通過計算機在中國知網(CNKI)學術期刊數據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篇該領域的相關文獻。面對數以萬計該領域的相關文獻，為了使分析結果更加科學合理，選擇檢索時間節點跨度為近10a(2010—2020年)，檢索的文獻數據庫為CSSCI和CSCD核心學術期刊數據庫，默認文獻條件“精確”，檢索得到1880篇該領域的核心學術期刊。在檢索到的數據中，經過人工篩選，剔除掉信息不完整、重復、與該領域不相關的文獻、會議通知、工程信息等無效數據信息，最終得到1777篇有效文獻進行后續的文獻計量與可視化科學知識圖譜分析。

1.2 方法

將上述經過人工篩選得到的1777篇有效中文文獻導出為Refworks格式，并將文件命名為download.txt。在CiteSpace5.7.R2中導入文件download.txt并進行格式轉化，新建new project“生活污水處理”，時間切片為1a，時間跨度為2010—2020年。將節點類型設置為作者、機構、關鍵詞，分別進行可視化知識圖譜分析。修剪去重方法選擇尋徑、修剪切片網絡、修剪合并網絡，其它值維持默認設置。

2 文獻統計結果分析

2.1 期刊發文數量統計

一般而言，發文數量的多寡代表著某一領域關注度的多少。在中國知網檢索近10a(2010—2020年)的國內生活污水處理相關領域的文獻，檢索結果得到9439篇相關文獻。從圖1近10a(2010—2020年)學術期刊發文數量來看，學術期刊發文數量總體呈現上升的態勢，表示該領域的學術關注度也在不斷增加。其中大致可以分為2個階段，第1個階段是2010—2018年，在這個階段國內生活污水治理該領域的文獻數量呈現一個平穩增長的趨勢，學術期刊發文量每年均超過了700篇；第2個階段是2019—2020年，相比前一個階段，在這個階段的學術期刊年發文量明顯增多，其中2019年更是達到近10a的峰值1124篇。推測這可能與2018年2月中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《農村人居環境整治三年行動方案》中對農村生活污水的治理要求進一步的強化有關[2]。并且，2018年第四季度國務院辦公廳發布的《國務院辦公廳關于保持基礎設施領域補短板力度的指導意見》指出，促進農村污水處理設施建設；支持城鎮生活污水處理設施建設，加快黑臭水體治理[3]。各項政策的出臺，為生活污水處理領域帶來新的要求和機遇，促使該領域的學術研究成果不斷增多，關注度也明顯增加。

圖1 2010—2020年國內生活污水處理領域期刊發文數量年度分布

2.2 主要期刊發文數量統計

對國內生活污水處理領域中1777篇核心文獻來源期刊(前5)進行分析，結果如表1所示，排名前5的期刊發文數量差距明顯。收錄文獻最多的期刊是環境科學，收錄文獻數量達到48篇，遠多于排名在第2位的農業工程學報的13篇文獻，從側面說明該期刊在國內生活污水處理領域的影響力較強。從復合影響因子來看，復合影響因子最高的是發文數量11篇的排在第3位的中國人口·資源與環境，達到6.010。最后是排名第4位和第5位的中國生態農業學報和生態學報，發文數量均低于5篇。如表1所示，在國內生活污水處理領域文獻來源期刊前5中，學科來源集中在環境科學與資源利用，分布的學科種類不多。

表1 國內生活污水處理領域文獻來源期刊(前5)

2.3 高頻被引文獻統計

從1777篇核心文獻中的前10篇高頻被引文獻來看，前10篇被引文獻總被引頻次1404次，篇均被引數140.4次。文獻發布時間主要集中在2012—2014年，表明在這一時期該領域高水平高質量的文獻較多，近3a來出現的高頻被引文獻只有1篇。而在這10篇高頻被引文獻中，關于生活污水處理相關的研究進展及研究現狀主要占據了4篇，發表時間均在2015年之前，研究的現狀及進展的時效性已經減弱。

2.4 研究作者發文數量統計

研究作者的發文數量代表著對該領域的影響和關注，是績效考評的一項重要指標。從表2中1777篇核心期刊研究作者的發文數量來看，前10名的研究作者發文量均達到5篇以上，排名第10的研究作者何強發文數量也有8篇，說明國內生活污水治理領域的作者較為高產，對領域的影響也比較大。而CiteSpace中對研究作者進行可視化的知識圖譜分析能夠反映出國內生活污水領域作者的影響力、團隊合作關系與強度，具體見圖2，從而更精準地對作者的學術影響力進行評價[4]。如圖2所示，以彭永臻、張杰、李冬節點同心圓最大，表明這3位作者在該領域的影響最大。以這3位作者節點同心圓發出的連線代表合作關系，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，可能具備研究團隊。但是，分析所有研究作者之間的合作關系中發現，合作節點密度只有0.005，表明所有研究作者之間的合作關系比較少。

表2 高頻被引文獻信息(前10)

表3 國內生活污水處理領域作者發文量(前10)

圖2 國內生活污水處理領域作者合作知識圖譜

2.5 研究機構發文數量統計

從1777篇核心文獻來源研究機構的發文數量來看，具體見表4，前10位中，發表文獻的研究機構主要集中在實驗室和高校。各個研究機構之間的發文量層級差距不大。研究機構在全國的中部、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量也相對較高。與分析研究作者的發文數量類似，通過在CiteSpace中分析國內生活污水處理領域研究機構合作知識圖譜，發現研究機構之間合作的密度僅有0.0029，說明研究機構之間的合作關系很少，科研集聚尚未形成，具體見圖3。

表4 國內生活污水處理領域研究機構發文量(前10)

圖3 國內生活污水處理領域機構合作知識圖譜

3 研究熱點分析

論文中的關鍵詞是論文中心主題的高度提煉以及總結，分析國內生活污水處理的高共現頻率和高中心中介性的關鍵詞可以掌握該領域的研究前沿與研究熱點，可以精準把握該領域的發展現狀以及預測領域未來的發展趨勢。

3.1 關鍵詞共現分析

在節點類型中選擇關鍵詞，運行CiteSpace軟件進行可視化分析，得到710個節點，1683條連線。共現知識網絡圖譜如圖4所示，節點越大表示關鍵詞的共現頻率越高。普遍認為，關鍵詞中心性>0.1，代表該關鍵詞在整個網絡中的地位較為重要。根據圖4結果顯示，生活污水、農村生活污水、污水處理、人工濕地、脫氮除磷、脫氮、膜生物反應器、去除率等關鍵詞出現頻次較高，關鍵詞之間的網絡密度0.005，關鍵詞之間的聯系較少。對節點較大的關鍵詞的共現頻率及中心性較高的關鍵詞進行整理統計，見表5。如表5所示，高頻次與高中心性關鍵詞排名第1位的均是“生活污水”，共現頻次達到441次，中心性0.51。前10位的高中心性的關鍵詞的中心性均>0.1，表明這10個關鍵詞在整個網絡中處于較為核心的位置。根據對內容的分析，將前10位的高頻關鍵詞與高中心性關鍵詞大致劃分為3個維度，第1個維度是生活污水的概念性及處理對象類關鍵詞，主要包括生活污水、城市生活污水、農村生活污水、農村污水等；第2個維度是生活污水處理的概念性及處理設備地點類關鍵詞，主要包括污水處理、污水處理設施、污水處理廠、濾柱、總磷、去除率等；第3個維度是生活污水處理過程的反應作用及處理技術工藝類關鍵詞，主要包括反硝化、低溫、人工濕地、脫氮除磷、脫氮、膜生物反應器、對策等。

表5 高頻詞與高中心性關鍵詞(前10)

圖4 國內生活污水處理關鍵詞共線知識圖譜

3.2 關鍵詞聚類分析

在CiteSpace中將1777篇核心文獻數據進行關鍵詞共現可視化分析后，利用“L.I.R”算法對關鍵詞進行聚類分析，得到15個聚類，見圖5。國內生活污水領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，聚類結構顯著，聚類結果合理。根據聚類圖譜中得到的15個聚類可以看出，目前國內生活污水治理的研究熱點主要集中在以下方面。

圖5 國內生活污水處理關鍵詞聚類分析知識圖譜

生活污水處理的含義內容(#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，回收價值較高，因此領域內學者廣泛研究其處理技術，如運用膜生物反應器、人工濕地等處理工藝對其污染物進行處理[6]，以期為分質分流處理生活污水提供更多路徑。而在整個生活污水處理中，農村生活污水處理的研究一直是該領域的熱點。農村人居環境整治的強力政策環境下，農村生活污水處理的研究成果也在不斷增多。研究學者們因地制宜吸取國外處理工藝經驗，針對農村采用生物膜處理技術、人工濕地污水處理系統、塔式蚯蚓生態濾池處理系統[7]、穩定塘處理系統[8]等多種技術工藝處理生活污水。

生活污水處理的設備地點(#10、#15)。生活污水處理設施是指用來處理生活污水的設備。城鎮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，對整個國家的排放控制都具有重要的意義[9]。因此，研究學者對各地污水處理廠的操作運行、物質排放因子分析、處理技術等各個方面都進行了研究。目前，城鎮生活污水處理生活污水的整體運行效率較低[10]。而農村主要采用分散化生活污水一體化模式處理生活污水，處理設施及管理模式都有很大的欠缺[11]。

生活污水處理標準及效果(#1、#3、#8、#9、#12)。生活污水排放標準是指根據污染物的具體來源，項目可以劃分為基本控制項目和選擇控制項目。各個地方依據具體的實際設立污水排放標準各有不同。通過控制污水中污染物的排放并制定污水調試方案，實現污水凈化，達到地表水的三類標準，促進人居環境改善。

生活污水處理的工藝技術(#2、#4、#5、#6、#14)。通過生活污水處理的工藝技術，將生活污水中的有害物質轉化為不損害環境、不對人體造成傷害的無毒無害物質。按照處理原理的不同，我國生活污水處理主要分為生態法、活體污泥法以及生物膜法，不同處理方法之間所產生的效果不同，優缺點也各異[12]。生物接觸氧化是活體污泥法與生物膜法的結合互補，在生活污水處理技術中扮演著重要的角色[13]。近年來，研究學者們也著力于研究新方法對生活污水進行處理。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]；水體曝氣復氧技術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 關鍵詞突現分析

在一段時間內突現的關鍵詞，可以反映該段時間內影響力較大的熱點。通過對近10a發表的1777篇核心文獻中的關鍵詞進行突現分析后，得到前10位突現的關鍵詞，見圖6。2013年之前突現的關鍵詞為中水回用、sbr、化學需氧量。2013—2016年突現的關鍵詞為廢水處理、膜生物反應器、溫度、穩定塘、回流比。2017—2020年突現的關鍵詞為水力停留時間、濾柱。從這些突現詞突現的時間來看，與技術研究的進展以及國家對生活污水治理的政策規定都有密不可分的聯系。從突現詞影響的周期來看，中水回用、膜生物反應器、溫度、回流比、水力停留時間、濾柱突現時間均為4a，研究的熱度在特定時間段居高不下。

圖6 2010—2020年國內生活污水處理突現關鍵詞(前10)

4 結論與建議

4.1 結論

本研究運用CiteSpace 5.7.R2和Excel對近10a國內生活污水處理領域發表的文獻進行文獻計量與可視化圖譜分析，得到以下結論。

國內生活污水處理領域近10a發表的文章數量較多，高質量的核心期刊文獻數量也較多，2019年以后的文獻數量呈現跳躍式上升，表明該領域受到了研究學者的廣泛關注并且關注度持續上升；在該領域中，核心文獻來源期刊中環境科學期刊在該領域的影響力較強，期刊學科集中于環境科學與資源利用；2012—2014年高水平高質量的文獻數量較多，近3a來的高質量高水平的文獻數量較少；在該領域中，彭永臻、張杰、李冬3位研究作者對該領域的影響力最大，具有影響力的研究機構在全國地域分布上較為均勻，研究作者、研究機構之間的合作較為缺乏，尚未形成一個完整的科研群體。

對前10位高頻次及高中心性的關鍵詞進行3個維度的劃分，分別為生活污水的概念性及處理對象類關鍵詞、生活污水處理的概念性及處理設備地點類關鍵詞、生活污水處理過程的反應作用及處理技術工藝類關鍵詞。這3個維度的關鍵詞，在一定程度上代表著該領域研究的熱點。對關鍵詞進行聚類分析后，分析出近10a研究的熱點主要在生活污水處理的含義內容、生活污水處理的設備地點、生活污水處理標準及效果以及生活污水處理的工藝技術4個方面。并且“水力停留時間”、“濾柱”等污水處理技術及設備有望成為未來研究熱點。

4.2 建議

隨著經濟社會的不斷發展，未來國內生活污水處理仍然會是學術界研究的一大重點，針對目前的研究現狀，建議各個學者之間加強學術交流，互相學習；不同機構之間可以多開展跨地區的交流合作，多進行頭腦風暴，分享優秀的經驗以更好地研究生活污水處理的技術工藝。