城市生活垃圾處理技術的文獻計量分析

屈若然

（中化商務有限公司，北京 100045）

對于城市生活垃圾的研究，無論是技術層面的創新優化，還是政策層面提出驗證，近幾十年來都取得了十分卓越的成效[1]。很多學者對生活垃圾的相關研究做了回顧與總結[2]，但是基于文獻計量學方法對該領域進行整體性回顧的研究卻鮮有報道。

本文對國內普遍使用的城市生活垃圾處理方法進行統計分析，采用了文獻計量學的方法并利用CiteSpace、VOSviewer、Tableau和SPSS等軟件進行可視化分析和統計分析，數據庫采用CNKI中國知網數據，梳理并分析了近40年來我國城市生活垃圾處理資源化利用的研究現狀與今后面臨的挑戰，以期對今后的進一步研究提供一定參考。

1 城市生活垃圾處理的現狀、數據來源及統計方法

1.1 城市生活垃圾處理現狀

城市生活垃圾的產生量、各類垃圾的具體含量和垃圾性質與各地的城市規模、經濟發展水平、居民收入情況和消費水平、地理位置甚至城市風俗歷史均有很深的聯系。我國城市生活垃圾總體產生量巨大，并且依然處于快速增長階段[2]。國家統計局發布的數據顯示，2020年由于新冠疫情的爆發，國內正常社會生產生活秩序受到一定波及，生活垃圾清運量出現一定程度的下滑，2020年中國生活垃圾清運量為23 511.7萬噸，較2019年同比減少2.87%。隨著疫情的好轉，2021年中國生活垃圾清運量繼續呈增長趨勢。

面對如此龐大數量的城市生活垃圾，主流的處理方法依然是混合收集，大部分采用衛生填埋或焚燒的方式，少部分采用堆肥或厭氧消化的處理方法。但單一的處理方法無法從根本上滿足城市生活垃圾的減量化、無害化以及資源化的要求，發展城市生活垃圾分類綜合處理技術成為現在固體廢棄物處理領域的熱點問題。

1.2 數據來源及統計方法

本研究的數據來源為CNKI中國知網期刊全文數據庫。研究以主題為檢索項，以“城市生活垃圾處理”“城市生活垃圾資源化利用”“城市生活垃圾綜合處理”“生活垃圾堆肥”“城市生活垃圾再生”“生活垃圾焚燒”“生活垃圾填埋”“生活垃圾厭氧消化”為檢索詞進行檢索，并采用同義詞拓展，檢索范圍為全部期刊，時間為數據庫包含的所有年份。按此檢索條件共檢索到8 077條結果。再將中英文重復、會議與期刊重復、一稿多發以及非學術性文章去除后，得到相關研究論文共5 516篇，本文以此作為分析樣本進行文獻計量學統計分析。

2 結果與討論

2.1 論文總量的統計與分析

某領域內文獻發表數量在一定程度上可以很好地反映出該領域的受重視程度，本文對最終選取的5 516篇文獻的年度發表量進行了分析。結果發現，我國對于城市生活垃圾的研究始于1983年，前11年為我國城市生活垃圾處理研究的初始階段，年發文量基本在個位數徘徊；而從1994年開始，發文量出現了明顯的快速增長趨勢，1994～2003年是發文量增速最快的10年；從2004年開始，相關的發文量一直保持振蕩性的持續增長，2021年達到了391篇。采用SPSS軟件進行時間序列預測2022年全年的發文量可達405篇。

2.2 期刊分布統計與分析

在文獻計量學中，期刊的發文數量一般符合布拉德福定律，亦稱“文獻分散定律”[3]。使用Tableau軟件對發文量進行統計，結果顯示，發文數量最多的期刊為《環境衛生工程》，該期刊是由天津市市容環境工程設計研究所主辦的環衛行業學術期刊，主要刊發環境衛生工程（特別是固體廢物）及相關領域的研究成果。該刊的發文數量高居榜首，達到474篇，是發文量排名第二的《中國環保產業》93篇發文量的5倍多，在此之后的《環境工程》、《環境與發展》和《資源節約與環保》等期刊的發文量均在80篇左右。

2.3 論文作者與機構統計分析

研究利用CiteSpace及Tableau軟件進行可視化分析，對近30年來城市生活垃圾研究領域的作者、研究機構與發文量分別進行了統計，結果如圖1和圖2所示。從發文量、被引頻次、篇均被引次數以及H指數4方面綜合來看，同濟大學的趙由才老師各項數值均位于榜首，其實驗室的主要研究方向為生活垃圾、泥質廢物、建筑廢物、危險廢物、工業廢物處理與資源化研究和應用，發文量達到了196篇[4]。

圖1 城市生活垃圾處理技術作者共現網絡圖

圖2 城市生活垃圾處理技術研究機構發文量統計圖（前10）

使用CiteSpace可視化手段對發文機構進行共現分析，可獲得城市生活垃圾處理研究機構共現圖，結果如圖3所示。可以看到，體現出明顯合作關系的有3組，分別為：清華大學環境學院與中國環境科學研究院；同濟大學環境科學與工程學院、上海市環境工程設計科學研究院有限公司與上海市衛生工程設計有限公司；中科院生態環境研究中心鄂爾多斯固體廢棄物資環化工程技術研究所和鄂爾多斯市城市礦產研究開發有限責任公司。

圖3 城市生活垃圾處理技術研究機構共現網絡圖

2.4 文獻被引頻次分析

表1按照被引量統計了前10篇被引文獻，其中來自浙江大學的陳云敏老師于2000年發表的《城市生活垃圾土性參數的室內試驗研究》[5]文章被引171次，位居榜首。此文章的主要內容是對杭州天子嶺城市生活垃圾填埋場中的填埋垃圾進行取樣，通過成分分析、理化性質檢測、有機質含量測定以及三軸剪切試驗，探明該垃圾填埋場的運行情況，為中國生活垃圾填埋場的穩定性分析、變形計算以及作為建筑地基的可行性研究奠定了基礎并提供了數據；其次，來自同濟大學的何品晶老師于2002年發表的《城市生活垃圾焚燒灰渣及其性質分析》和《城市生活垃圾焚燒灰渣的資源化利用》[6]均為前10高被引文章；余下7篇文章的被引次數均超過了100次。這也從一定程度上說明了對城市生活垃圾處理的研究是環境領域的熱點問題。

表1 被引文獻及其被引數量（前10）

2.5 關鍵詞的聚類分析與突現分析

使用VOSviewer可視化分析手段對檢索出的5 516篇文章中出現的593個關鍵詞進行共現頻次密度和聚類分析，見圖4。

從圖4可以看到，90個關鍵詞被分為4個聚類。整體來看，各個聚類聯系緊密，關聯性較強。聚類1的關鍵詞集中在衛生填埋、堆肥化、填埋處理、封場、滲濾液、焚燒和熱值等，該聚類主要聚焦城市生活垃圾處理處置的具體方法以及影響因素，例如在衛生填埋中的封場問題以及在填埋過程中的滲濾液處理問題；聚類2的關鍵詞則集中在產氣速率、垃圾成分、產氣量、填埋氣體和填埋襯墊等，該聚類是從相關處理處置手段具體內容的角度入手，例如在生活垃圾厭氧消化過程中不同垃圾成分對產氣速率和產氣量的影響；聚類3的關鍵詞則集中在工程角度；聚類4的關鍵詞則包含了垃圾堆肥、垃圾產量、現狀、對策等問題，是對城市生活垃圾處理的總體性思考。

圖4 關鍵詞共現頻次密度及聚類網絡圖

2.6 基于關鍵詞分析的研究熱點與發展趨勢

分析關鍵詞的出現熱點可以很好地梳理城市生活垃圾處理技術研究的演進路徑。本文使用VOSviewer對不同的處理技術分別進行關鍵詞的時間分析，默認按關鍵詞的平均年份取score值進行顏色映射，見圖5。

我國的垃圾能源化具有很強的發展活力，因為我國人口密度大，填埋場的選址越來越困難，可同時實現資源化和減量化的焚燒技術呈現快速發展趨勢，不僅可以很好地應對由于人口增長帶來的城市生活垃圾快速增長，同時可以通過產熱發電的方式緩解對能源的需求。另一方面，焚燒產生的煙氣中二噁英和重金屬等二次污染物的處理也急需解決。從圖5（a）可以看出，對焚燒技術的研究熱點從最初的焚燒效率到對污染物的研究的趨勢變化?，F在垃圾焚燒領域有兩個熱點，一是對污染物的研究，例如“飛灰”“二噁英”“重金屬”等，二是對管理的研究，例如“可持續發展”“環境監理”“協同處置”等[5]。

圖5 生活垃圾處理技術研究

厭氧消化技術是環保的生活垃圾處理技術之一[7]，該技術不但可以有效處理我國城市生活垃圾中龐大的有機質部分，而且可以產生清潔能源——甲烷，這也是相關研究文章數量最多的原因之一。但由于工藝的不穩定性、基質的質量以及操作過程的大量參數選擇等原因，該技術依然無法廣泛應用于城市生活垃圾的處理。從圖5（b）可以看出厭氧消化技術從單一參數研究到相關機理以及共消化技術的研究熱點變化趨勢，但共消化工藝的技術復雜性以及如何從實驗室小試轉向較大規模的應用依然是現階段研究的重點和難點。

好氧堆肥是通過微生物的作用將有機質轉化為腐殖質的固態發酵過程，其堆肥產品可直接用作肥料或土壤改良劑。堆肥技術由于其環境兼容性好，在城市生活垃圾處理的研究中發文量僅次于厭氧消化。堆肥過程受到許多因素如溫度、通氣效果、含水量、pH值、基質顆粒等的影響，因此對這些因素進行控制調節成為以往研究的重點，通過研究相關因素的最優值以獲得堆肥過程的最佳條件。從圖5（c）中可以看出好氧堆肥的研究從參數研究到估計模型建立的熱點變化趨勢，且常規的研究手段已經不能滿足這種復雜體系的研究需求，一些動態的數學模型及機器學習神經網絡的發展也被廣泛應用于堆肥技術領域的研究。

垃圾填埋技術的特點是操作簡單，并且可以處理各種類型的垃圾。通過衛生填埋場處理城市生活垃圾，由于其經濟性較好，所以被廣泛應用[8]。垃圾填埋需要大量土地作為支撐，但是隨著城市的發展，其選址問題變得尤為困難。填埋產生的滲濾液由于高COD、高氨氮含量、高致病微生物含量和持久性污染物等原因，被認為是地下水的重要污染源。通過圖5（d）可以看到有關填埋技術的研究主要體現在三方面：一是填埋場的建設、二是滲濾液和填埋氣的處理、三是填埋的技術革新。

3 結論

（1）我國關于城市生活垃圾處理的首篇文獻發表于1983年，且該領域的文章數量處于逐年遞增的趨勢，發展態勢良好。同時根據時間序列分析未來城市生活垃圾處理的研究文章將進一步增多。（2）我國對城市生活垃圾處理的研究呈現“局部集中，整體分散”的特點，少部分團隊以及其核心作者在某些方向上貢獻了大量的論文，整體上顯現出“百花齊放”的特點。（3）關鍵詞聚類分析聚焦于4類：第一類是城市生活垃圾處理處置的具體方法及影響因素；第二類是針對處理處置手段中的相關具體工藝參數；第三類是工程工藝及后續二次污染物的處理問題；第四類是對城市生活垃圾處理的整體性思考。（4）從關鍵詞的共現頻次和突現強度來看，針對中國城市生活垃圾高有機質含量、高水分含量的特點，使用生物處理技術以達到減量化、無害化和資源化目標將會是未來的重點方向。（5）我國城市生活垃圾處理已經從單一的末端處理方式向城市生活垃圾的綜合處理體系發展，并致力于從前端垃圾分類開始到終端垃圾處置的全過程管理。未來城市生活垃圾處理的發展趨勢是進行垃圾分類及分類運輸、分類處理，構建精細、多元、整體性的處理處置體系。