屈若然

（中化商務(wù)有限公司，北京 100045）

對(duì)于城市生活垃圾的研究，無論是技術(shù)層面的創(chuàng)新優(yōu)化，還是政策層面提出驗(yàn)證，近幾十年來都取得了十分卓越的成效[1]。很多學(xué)者對(duì)生活垃圾的相關(guān)研究做了回顧與總結(jié)[2]，但是基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行整體性回顧的研究卻鮮有報(bào)道。

本文對(duì)國內(nèi)普遍使用的城市生活垃圾處理方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用了文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的方法并利用CiteSpace、VOSviewer、Tableau和SPSS等軟件進(jìn)行可視化分析和統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)庫采用CNKI中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)，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(xiàn)狀與今后面臨的挑戰(zhàn)，以期對(duì)今后的進(jìn)一步研究提供一定參考。

1 城市生活垃圾處理的現(xiàn)狀、數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)方法

1.1 城市生活垃圾處理現(xiàn)狀

城市生活垃圾的產(chǎn)生量、各類垃圾的具體含量和垃圾性質(zhì)與各地的城市規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民收入情況和消費(fèi)水平、地理位置甚至城市風(fēng)俗歷史均有很深的聯(lián)系。我國城市生活垃圾總體產(chǎn)生量巨大，并且依然處于快速增長階段[2]。國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020年由于新冠疫情的爆發(fā)，國內(nèi)正常社會(huì)生產(chǎn)生活秩序受到一定波及，生活垃圾清運(yùn)量出現(xiàn)一定程度的下滑，2020年中國生活垃圾清運(yùn)量為23 511.7萬噸，較2019年同比減少2.87%。隨著疫情的好轉(zhuǎn)，2021年中國生活垃圾清運(yùn)量繼續(xù)呈增長趨勢(shì)。

面對(duì)如此龐大數(shù)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(wèi)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(fā)展城市生活垃圾分類綜合處理技術(shù)成為現(xiàn)在固體廢棄物處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

1.2 數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)方法

本研究的數(shù)據(jù)來源為CNKI中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫。研究以主題為檢索項(xiàng)，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(jìn)行檢索，并采用同義詞拓展，檢索范圍為全部期刊，時(shí)間為數(shù)據(jù)庫包含的所有年份。按此檢索條件共檢索到8 077條結(jié)果。再將中英文重復(fù)、會(huì)議與期刊重復(fù)、一稿多發(fā)以及非學(xué)術(shù)性文章去除后，得到相關(guān)研究論文共5 516篇，本文以此作為分析樣本進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 論文總量的統(tǒng)計(jì)與分析

某領(lǐng)域內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量在一定程度上可以很好地反映出該領(lǐng)域的受重視程度，本文對(duì)最終選取的5 516篇文獻(xiàn)的年度發(fā)表量進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我國對(duì)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(fā)文量基本在個(gè)位數(shù)徘徊；而從1994年開始，發(fā)文量出現(xiàn)了明顯的快速增長趨勢(shì)，1994～2003年是發(fā)文量增速最快的10年；從2004年開始，相關(guān)的發(fā)文量一直保持振蕩性的持續(xù)增長，2021年達(dá)到了391篇。采用SPSS軟件進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)2022年全年的發(fā)文量可達(dá)405篇。

2.2 期刊分布統(tǒng)計(jì)與分析

在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中，期刊的發(fā)文數(shù)量一般符合布拉德福定律，亦稱“文獻(xiàn)分散定律”[3]。使用Tableau軟件對(duì)發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，發(fā)文數(shù)量最多的期刊為《環(huán)境衛(wèi)生工程》，該期刊是由天津市市容環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究所主辦的環(huán)衛(wèi)行業(yè)學(xué)術(shù)期刊，主要刊發(fā)環(huán)境衛(wèi)生工程（特別是固體廢物）及相關(guān)領(lǐng)域的研究成果。該刊的發(fā)文數(shù)量高居榜首，達(dá)到474篇，是發(fā)文量排名第二的《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》93篇發(fā)文量的5倍多，在此之后的《環(huán)境工程》、《環(huán)境與發(fā)展》和《資源節(jié)約與環(huán)保》等期刊的發(fā)文量均在80篇左右。

2.3 論文作者與機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析

研究利用CiteSpace及Tableau軟件進(jìn)行可視化分析，對(duì)近30年來城市生活垃圾研究領(lǐng)域的作者、研究機(jī)構(gòu)與發(fā)文量分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1和圖2所示。從發(fā)文量、被引頻次、篇均被引次數(shù)以及H指數(shù)4方面綜合來看，同濟(jì)大學(xué)的趙由才老師各項(xiàng)數(shù)值均位于榜首，其實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向?yàn)樯罾?、泥質(zhì)廢物、建筑廢物、危險(xiǎn)廢物、工業(yè)廢物處理與資源化研究和應(yīng)用，發(fā)文量達(dá)到了196篇[4]。

圖1 城市生活垃圾處理技術(shù)作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

圖2 城市生活垃圾處理技術(shù)研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量統(tǒng)計(jì)圖（前10）

使用CiteSpace可視化手段對(duì)發(fā)文機(jī)構(gòu)進(jìn)行共現(xiàn)分析，可獲得城市生活垃圾處理研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖，結(jié)果如圖3所示。可以看到，體現(xiàn)出明顯合作關(guān)系的有3組，分別為：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院與中國環(huán)境科學(xué)研究院；同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司與上海市衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)有限公司；中科院生態(tài)環(huán)境研究中心鄂爾多斯固體廢棄物資環(huán)化工程技術(shù)研究所和鄂爾多斯市城市礦產(chǎn)研究開發(fā)有限責(zé)任公司。

圖3 城市生活垃圾處理技術(shù)研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

2.4 文獻(xiàn)被引頻次分析

表1按照被引量統(tǒng)計(jì)了前10篇被引文獻(xiàn)，其中來自浙江大學(xué)的陳云敏老師于2000年發(fā)表的《城市生活垃圾土性參數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)研究》[5]文章被引171次，位居榜首。此文章的主要內(nèi)容是對(duì)杭州天子嶺城市生活垃圾填埋場(chǎng)中的填埋垃圾進(jìn)行取樣，通過成分分析、理化性質(zhì)檢測(cè)、有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定以及三軸剪切試驗(yàn)，探明該垃圾填埋場(chǎng)的運(yùn)行情況，為中國生活垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定性分析、變形計(jì)算以及作為建筑地基的可行性研究奠定了基礎(chǔ)并提供了數(shù)據(jù)；其次，來自同濟(jì)大學(xué)的何品晶老師于2002年發(fā)表的《城市生活垃圾焚燒灰渣及其性質(zhì)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(shù)均超過了100次。這也從一定程度上說明了對(duì)城市生活垃圾處理的研究是環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

表1 被引文獻(xiàn)及其被引數(shù)量（前10）

2.5 關(guān)鍵詞的聚類分析與突現(xiàn)分析

使用VOSviewer可視化分析手段對(duì)檢索出的5 516篇文章中出現(xiàn)的593個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)頻次密度和聚類分析，見圖4。

從圖4可以看到，90個(gè)關(guān)鍵詞被分為4個(gè)聚類。整體來看，各個(gè)聚類聯(lián)系緊密，關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。聚類1的關(guān)鍵詞集中在衛(wèi)生填埋、堆肥化、填埋處理、封場(chǎng)、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(wèi)生填埋中的封場(chǎng)問題以及在填埋過程中的滲濾液處理問題；聚類2的關(guān)鍵詞則集中在產(chǎn)氣速率、垃圾成分、產(chǎn)氣量、填埋氣體和填埋襯墊等，該聚類是從相關(guān)處理處置手段具體內(nèi)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(duì)產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量的影響；聚類3的關(guān)鍵詞則集中在工程角度；聚類4的關(guān)鍵詞則包含了垃圾堆肥、垃圾產(chǎn)量、現(xiàn)狀、對(duì)策等問題，是對(duì)城市生活垃圾處理的總體性思考。

圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次密度及聚類網(wǎng)絡(luò)圖

2.6 基于關(guān)鍵詞分析的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

分析關(guān)鍵詞的出現(xiàn)熱點(diǎn)可以很好地梳理城市生活垃圾處理技術(shù)研究的演進(jìn)路徑。本文使用VOSviewer對(duì)不同的處理技術(shù)分別進(jìn)行關(guān)鍵詞的時(shí)間分析，默認(rèn)按關(guān)鍵詞的平均年份取score值進(jìn)行顏色映射，見圖5。

我國的垃圾能源化具有很強(qiáng)的發(fā)展活力，因?yàn)槲覈丝诿芏却?，填埋?chǎng)的選址越來越困難，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源化和減量化的焚燒技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，不僅可以很好地應(yīng)對(duì)由于人口增長帶來的城市生活垃圾快速增長，同時(shí)可以通過產(chǎn)熱發(fā)電的方式緩解對(duì)能源的需求。另一方面，焚燒產(chǎn)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(duì)焚燒技術(shù)的研究熱點(diǎn)從最初的焚燒效率到對(duì)污染物的研究的趨勢(shì)變化?，F(xiàn)在垃圾焚燒領(lǐng)域有兩個(gè)熱點(diǎn)，一是對(duì)污染物的研究，例如“飛灰”“二噁英”“重金屬”等，二是對(duì)管理的研究，例如“可持續(xù)發(fā)展”“環(huán)境監(jiān)理”“協(xié)同處置”等[5]。

圖5 生活垃圾處理技術(shù)研究

厭氧消化技術(shù)是環(huán)保的生活垃圾處理技術(shù)之一[7]，該技術(shù)不但可以有效處理我國城市生活垃圾中龐大的有機(jī)質(zhì)部分，而且可以產(chǎn)生清潔能源——甲烷，這也是相關(guān)研究文章數(shù)量最多的原因之一。但由于工藝的不穩(wěn)定性、基質(zhì)的質(zhì)量以及操作過程的大量參數(shù)選擇等原因，該技術(shù)依然無法廣泛應(yīng)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(shù)從單一參數(shù)研究到相關(guān)機(jī)理以及共消化技術(shù)的研究熱點(diǎn)變化趨勢(shì)，但共消化工藝的技術(shù)復(fù)雜性以及如何從實(shí)驗(yàn)室小試轉(zhuǎn)向較大規(guī)模的應(yīng)用依然是現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

好氧堆肥是通過微生物的作用將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的固態(tài)發(fā)酵過程，其堆肥產(chǎn)品可直接用作肥料或土壤改良劑。堆肥技術(shù)由于其環(huán)境兼容性好，在城市生活垃圾處理的研究中發(fā)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(zhì)顆粒等的影響，因此對(duì)這些因素進(jìn)行控制調(diào)節(jié)成為以往研究的重點(diǎn)，通過研究相關(guān)因素的最優(yōu)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(shù)研究到估計(jì)模型建立的熱點(diǎn)變化趨勢(shì)，且常規(guī)的研究手段已經(jīng)不能滿足這種復(fù)雜體系的研究需求，一些動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型及機(jī)器學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也被廣泛應(yīng)用于堆肥技術(shù)領(lǐng)域的研究。

垃圾填埋技術(shù)的特點(diǎn)是操作簡單，并且可以處理各種類型的垃圾。通過衛(wèi)生填埋場(chǎng)處理城市生活垃圾，由于其經(jīng)濟(jì)性較好，所以被廣泛應(yīng)用[8]。垃圾填埋需要大量土地作為支撐，但是隨著城市的發(fā)展，其選址問題變得尤為困難。填埋產(chǎn)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(rèn)為是地下水的重要污染源。通過圖5（d）可以看到有關(guān)填埋技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在三方面：一是填埋場(chǎng)的建設(shè)、二是滲濾液和填埋氣的處理、三是填埋的技術(shù)革新。

3 結(jié)論

（1）我國關(guān)于城市生活垃圾處理的首篇文獻(xiàn)發(fā)表于1983年，且該領(lǐng)域的文章數(shù)量處于逐年遞增的趨勢(shì)，發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。同時(shí)根據(jù)時(shí)間序列分析未來城市生活垃圾處理的研究文章將進(jìn)一步增多。（2）我國對(duì)城市生活垃圾處理的研究呈現(xiàn)“局部集中，整體分散”的特點(diǎn)，少部分團(tuán)隊(duì)以及其核心作者在某些方向上貢獻(xiàn)了大量的論文，整體上顯現(xiàn)出“百花齊放”的特點(diǎn)。（3）關(guān)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(duì)處理處置手段中的相關(guān)具體工藝參數(shù)；第三類是工程工藝及后續(xù)二次污染物的處理問題；第四類是對(duì)城市生活垃圾處理的整體性思考。（4）從關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次和突現(xiàn)強(qiáng)度來看，針對(duì)中國城市生活垃圾高有機(jī)質(zhì)含量、高水分含量的特點(diǎn)，使用生物處理技術(shù)以達(dá)到減量化、無害化和資源化目標(biāo)將會(huì)是未來的重點(diǎn)方向。（5）我國城市生活垃圾處理已經(jīng)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(fā)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(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)行垃圾分類及分類運(yùn)輸、分類處理，構(gòu)建精細(xì)、多元、整體性的處理處置體系。