基于CiteSpace 水體曝氣分析

楊繼翔

（山東農業大學，山東 泰安 271018）

0 引言

在社會飛速發展的21 世紀，人類科學技術發展取得了輝煌成就，現在由數字信息化時代逐步邁進大數據信息化時代[1]。各行各業都有序對于本行業專業進行大數據信息化改革，水體凈化[2]行業也迎來新的發展機遇。依照我國國情以及時代的發展，綠色發展[3]已經成為必然趨勢，生態環境保護各項措施的實施有助于實現我國水體凈化行業向現代化邁進。近些年，在信息建設的發展的帶動下，水體凈化行業與其他行業取長補短、相互融合，信息化水體凈化更是取得了卓越的成就，依托互聯網＋模式、云服務計算平臺、大數據平臺、物聯網技術的進步，逐步實現了我國水體凈化信息的采集、儲存、分析、處理、共享。

而在水體凈化行業中，水體曝氣是至關重要的一環，影響著整個行業的發展，把握水體曝氣的大眾話題和前沿方向顯得尤為重要。本文將基于CiteSpace 對水體曝氣進行分析[4]，結合相關學術觀點和政策，對其原因進行研究。

1 可視化分析軟件CiteSpace

CiteSpace 是陳超美博士[5]依托于Java 計算機編程語言開發的實現文獻計量分析、文獻關聯性分析、前沿展現、熱點展現等可視化分析軟件，其中包括聚類分析、突顯點分析、關聯點數量分析等多種方法[6]。CiteSpace軟件是目前國內為人說熟知的文獻分析軟件，因為其強大的關鍵詞分析技術對擬定課題有著極大的幫助，受到廣大學術研究者喜愛。此軟件支持從中國知網（CNKI）、中文社會科學引文索引（CSSCI）等網站直接下載原數據文件，將每個文獻與文獻之間的關系以更加立體可視化的知識圖譜的方式呈現，使使用者能夠一眼看出所研究的熱點與前沿點[7]。此軟件還能幫助使用者理清搜索關鍵詞過去的研究軌跡。

2 數據來源

本研究以“水體曝氣”作為主題詞進行檢索，統計了2011 年1 月1 日—2022 年1 月1 日收錄在中國知網（CNKI）上的所有中文期刊、學位論文、會議和成果，最終得到了246 篇文獻，包含學術期刊88 篇、學位論文150 篇、會議2 篇、成果5 個。借助CiteSpace5.8.R3軟件，生成知識圖譜[8]，用以研究中國水體曝氣的發展歷程和前沿發展。

3 水體曝氣相關分析

3.1 數量分析

從CiteSpace 得出2011 年1 月1 日—2022 年1 月1 日水體曝氣的發文數量。我國水體曝氣發文數量總體處于上升趨勢，但相較于2019 年最大值39 篇逐漸回落，2011—2019 年，我國水體曝氣發文數量呈爆發趨勢，在2020—2021 年水體曝氣熱度回落。2019 年生態環境部公布統籌強化監督，將黑臭水體[9]專項摸排放到第一階段，注重強調黑臭水體專項清治。在整個專項行動公布數據中，南方黑臭水體明顯多于北方，原因是南方雨水充足，雨水落到地面后，由于地形起伏不定，水流匯集到坑洼地方形成水坑，再加上腐殖質和其他微生物的共同作用下，發生厭氧反應，發出惡臭氣體。

3.2 關系詞聚類分析

通過關鍵詞聚類可以研究水體曝氣在2011 年1月1 日—2022 年1 月1 日的研究共性，利用CiteSpace 軟件按照聚類大小提取前9 項聚類關系網絡，如表1 所示。聚類分析指出前9 項分別是城市河道、微孔曝氣[10]、黑臭河道、原位恢復[11]、揚水曝氣、黑臭水體、生態浮床、曝氣深度、溫度梯度，此外還有微曝氣、遷移轉化、硝化作用、內源氮[12]。

表1 聚類分析時間線

從聚類分析不難看出，水體曝氣與黑臭水體關系密切。曝氣主要是由曝氣機將水和空氣同時注入水體中，使空氣與水體接觸發生氧化反應，抑制厭氧反應，從而達到凈化水體的目的。黑臭水體污染部分來自化學肥料的大量使用，環保高效的曝氣方式成為水體凈化方面急需尋找的方法。對于現代農業，水體曝氣目前只能起到一定的作用，只有人們對水體溫度和濕度的控制做到實時的對水體環境做出改變，曝氣也隨之改變，才能更好的反應出水體曝氣與黑臭水體關系密切。

3.3 關鍵詞共現分析

通過關鍵詞可以反映該領域內的熱點問題及演進方向。利用CiteSpace 軟件生成的關鍵詞知識圖譜并列出目錄表格如表2 所示。

表2 關鍵詞知識圖譜目錄

2011 年1 月1 日—2022 年1 月1 日期間，關于水體曝氣的文獻和曝氣、黑臭水體、城市河道、揚水曝氣、微孔曝氣等關鍵詞密切相關，其中曝氣和黑臭水體的頻次更是達到了20 次以上，由此可以反映出近年來曝氣和黑臭水體為研究的熱點問題。

由CiteSpace 分析水體曝氣得出兩個最多引用的關鍵詞：生態浮床[13]和黑臭水體，可以引證近些年尤其2019 年以來，對于黑臭水體的解決問題成為重點，水體曝氣是解決辦法之一。

進一步分析結合國家政策可知：現在“十四五”規劃綱要明確要基本消除城市黑臭水體，黑臭水體攻堅戰的全面啟動，不論南方北方，不論城市農村，凡是涉及黑臭水體的地方都要根本性解決此類問題，杜絕黑臭水體再生。根據住建部發布的《城市黑臭水體整治工作指南》中指出，使人感到厭惡或引發人體不適的水體都可納入黑臭水體的范疇，黑臭水體不僅破壞生態環境，更對人體有著重大威脅，黑臭水體中含有各種致病原、人體有害微生物甚至還有寄生蟲。

3.4 熱點演進

為進一步研究水體曝氣領域內研究熱點隨時間變化的動態演進，運用CiteSpace 軟件構建智慧水利領域關鍵詞時間線視圖，2011—2022 中國水體曝氣領域內前時間演進過程河道水體研究現在成為研究的最前沿。

根據聚類分析時間線圖，2011—2022 年對于水體曝氣的研究進程可分為2 個研究階段。

（1）2011—2018 年是我國生態文明建設時期[14]，中共中央辦公廳國務院辦公廳印發《生態文明建設目標評價考核辦法》指出，全社會應該建立更加對環境友好的社會，生態文明建設刻不容緩。生態文明建設是為了人類的未來，為了子子孫孫可以更好地生活在這片土地上。根據CiteSpace 顯示，在此階段關于人類與環境的關系、生態基礎設施改善等話題眾多。

（2）2019 至今是我國污染防治治理時期，“十四五”時期要加快跨區域、跨流域的協同污染治理，要打破已有行業壁壘，進行數據上的互通，逐步建立并完善污染防治數據統一大平臺，提高數據的傳輸效率，防止形成行業孤島，防止數據碎片化。

4 水體曝氣的前景和建議

隨著社會的發展，工業、農業生產以及人口急劇增長所帶來的污染同比增長。當污染進入河道的速度大于河流本身的自凈能力，就容易導致黑臭河道的形成。

曝氣設備行業地位表現在三個方面：行業的產值、勞動力的數量在工業總產值、財務收入和就業總盤中的比例；行業的現狀和未來對整個社會經濟以及其他行業發展影響的程度，行業在國際市場上競爭、創新能力。

在水體曝氣行業中，曝氣機巨大的能耗是一大問題，建立更加清潔的能源去曝氣是行業需求。本人認為可以設計并制作的風力曝氣水體增氧裝置，以風能為能源，帶動空氣壓縮機運轉，產生有壓氣體形成曝氣，增加水體含氧量。裝置將布置在沿海地區和風能豐富的內陸地區，應用范圍較廣。風力曝氣水體增氧裝置啟動風速約4m/s（3 級風速）。隨著風速加大，可增大供氧量。同時采用時段水體含氧量監測技術，實時了解水體含氧量變化。在水體含氧量滿足的條件下，曝氣裝置自動停止向水體通氣，將壓力氣體存儲于儲氣罐。當水體含氧量低于標準值時，再將空氣存儲罐中氣體通入水體，實現水體的長時間供氧。

相較于傳統曝氣裝置，新型裝置由風力傳動，推動空氣壓縮機運轉，產生曝氣。直接將風能轉換為機械能，機械能轉換成空氣壓能，并且可以利用任何方向的風能，能夠減少能量損失，提高能量利用率。目前市面上曝氣裝置大都采用電力驅動，增加了能源消耗的同時，也增加了生產成本。裝置將直接利用清潔能源——風能產生曝氣，即減低了運營成本，又可持續不間斷運轉。新型曝氣裝置不需電能而利用風能驅動，在風能滿足的條件下，可取代傳統曝氣裝置，極大節省能源動力消耗。部署在城市公園可豐富城市景觀，具有美觀、節能，綠色環保的優點。該設備可在一定程度上降低生態凈水運行成本，實現增收、環保雙贏。我國沿海風能資源豐富，這種曝氣設備能很好的利用這一自然資源，將很好地適用于近海水產養殖。增加河湖或水庫水體的溶解氧，從而增強水體的自凈能力，或者應用于污水處理，與傳統的曝氣裝置相比，將大大的節約成本。

5 結語

本研究基于CiteSpace 可視化分析軟件，對2011年1 月1 日—2022 年1 月1 日期間中國知網（CNKI）有關于水體曝氣的中文文獻進行整理分析，并結合有關政策得出以下結論。

（1）2011—2022 年，中國水體曝氣的熱點從生態文明建設到污染防治治理階段，主要集中在黑臭水體、揚水曝氣、微孔曝氣、微曝氣、遷移轉化等方面，反映了中國政府環境保護管理人員和公眾的環境保護意識逐漸增強，已經落實到行動階段，對于污染問題零容忍的態度、對于污染問題追查到底的決心和對于防治污染都做出了自己的貢獻。

（2）2011—2022 年，水體曝氣的研究進程可分為2 個研究階段，未來隨著智慧化水平的不斷提高，對于污染管理要求不斷嚴格，各大高校、職業院校也正在培養基本具備污染防治專業素養的專業人才，適應時代發展的要求，使得云服務、大數據、物聯網、人工智能等新技術得到廣泛應用，不斷培養掌握大數據等新技術、創新能力強的污染防治科技創新人才隊伍。

污染防治治理道路任重而道遠，不僅僅在水體曝氣要做到與時俱進，更要在其他方面跟隨時代腳步。水體曝氣建設更是擔任著水體凈化工作的第一線，在做好上層建筑的同時，也有兼顧基層建設，強化水體凈化行業監管，打好黑臭水體攻堅戰，維護水生態文明，實現水資源高質量發展。