基于Citespace的生活垃圾热解技术前沿态势分析*

刘红盼，倪海涛，朱 江，杨和山，段亨攀，李忠彬

(1 重庆文理学院化学与环境工程学院和环境材料与修复技术重庆市重点实验室，重庆 402160；2 重庆文理学院药学院，重庆 402160)

生活垃圾是人们在日常生活或为日常生活提供服务活动中产生的固体废物，以及法律、行政法规所规定的视为城市生活垃圾的固体废物[1]。因其具有混杂性、波动性、时间与空间性和持久危害性的特点而被广泛关注[2]。一直一来对于生活垃圾大都采用填埋、堆肥、焚烧等方式进行处理和处置。卫生填埋的方法简单、处理量大、成本低，但减量化程度低、周期长，在填埋过程中易产生垃圾渗滤液而污染地下水[3-4]；堆肥对有机物含量要求高且由于含水率高易造成运输费用高，堆肥过程中无法去除有毒有害物质极易造成地下水污染和土壤板结，占地较大、周期较长[5]；焚烧技术处理能力强、造价低、消除了恶臭气体且占地面积小、减容率高，但在焚烧过程中易产生二噁英等污染气体从而发生“邻避效应”[6]。热解技术是在一定温度和条件下，使有机质发生分解的过程，把大分子物质转化为小分子物质以获得产品(气体、液体和炭黑)的过程[7-8]。对于热化学方式处理生活垃圾的示意图如图1所示[9-10]。安淼等[11]从技术特性、环保指标、投资、运营成本与收益和公众接受程度等5个方面对比分析了焚烧、气化和热解三种废弃物热化学处理方法，发现焚烧技术适用于大规模废弃物的处理，气化和热解技术更适合小规模废弃物处理且获得的产品更加多样化。

图1 城市生活垃圾热解、气化、焚烧过程示意图[9-10]Fig.1 Schematic diagram of pyrolysis, gasification and combustion of municipal solid waste

文献计量学是利用统计学和数学方法对各类型文献的数量、结构和运用上研究和分析学科结构和发展趋势的方法之一[12]。该方法已被广泛应用于多学科前沿领域的现状和发展趋势，李文斌等[13]运用Thomson Data Analyzer (TDA)和UCINET软件对Web of Science信息平台提供的 SCIE(网络版)数据库中的有机、重金属同时吸附的研究论文进行数据挖掘和定量分析。陈晓杰[14]采用文献计量和知识图谱可视化的方法对农业地理信息的论文开展研究。串丽敏等[15]对2005-2013年土壤污染修复技术专利进行了计量学统计，并探讨了土壤污染修复技术的研究布局、研究重点及发展趋势。邓晶[16]对修饰土吸附多环芳烃(PAHs)的研究论文进行数据挖掘和定量分析。随着信息科学的飞速发展，从文献计量的角度对不同研究领域进行归纳和预测具有重要意义。

本文基于中国知网数据库，利用文献计量分析软件Citespace对国内发表的关于生活垃圾热解技术领域的研究热点演化过程及发展趋势进行可视化分析以为广大相关研究人员提供参考。

1 数据来源

本文的数据来源于中国知网数据库，包括期刊论文、硕士论文和博士论文。数据采集时间从1989年1月1日至2020年7月11日。主题词为“生活垃圾+热解”、“生活垃圾+裂解”和“生活垃圾+干馏”，共获得578条文献记录。通过对文献记录进行去重清洗，去除资讯和无作者的文献记录，共获取527条文献记录进行分析研究。

采用Citespace 5.6.R5文献计量可视化分析软件，分析时间为1989-2020年，设定“Year Per Slice”=1，“Node Types”=Keyword，“Minimun Duration”=1。

2 文献分析

2.1 研究论文年变化趋势及机构分布

从生活垃圾热解处理技术的发表论文年度来看，1989年出现第一篇关于生活垃圾热解处理的文献，总体呈上升趋势，如图2所示。对于生活垃圾热解处理技术的研究大体上可分为三个阶段：第一个阶段从1989-1999年，是生活垃圾热解处理技术的初始研究阶段，发表论文数量较少，每年均在5篇以下；第二个阶段从1999-2004年，是研究的飞速发展阶段，论文数量呈指数增长；第三个阶段从2004至今，是稳步增长阶段，论文数量呈波动增长趋势，说明对于生活垃圾热解处理技术的研究越来越受到科研工作者的关注。从生活垃圾热解处理技术研究机构分布中可以看出对于生活垃圾研究最多的浙江大学，其次是华中科技大学，图3所示。其中浙江大学能源工程学院依托能源清洁利用国家重点实验室开展对生活垃圾的研究，而华中科技大学能源与动力工程学院则依托煤燃烧国家重点实验室开展能源高效安全利用。对于生活垃圾热解技术的研究大多是与能源与工程热物理领域相关且依托重点实验开展相关研究。

图2 生活垃圾热解处理技术研究论文年度分布Fig.2 Annual distribution of research papers on domestic waste pyrolysis treatment

图3 生活垃圾热解处理技术研究机构分布Fig.3 Distribution of research institutions on domestic waste pyrolysis treatment

2.2 关键词突显分析

图4 生活垃圾热解处理技术关键词突显分析Fig.4 Keywords prominence analysis of domestic waste pyrolysis treatment

通过对生活垃圾热解处理技术相关文献的关键词统计分析发现，其中有8个关键词得以突显。最早出现的是“焚烧”关键词，持续时间为9年，说明对于生活垃圾的研究前期更多的关注是焚烧过程，主要原因是生活垃圾焚烧过程中包含了有机质的热解阶段；2004年出现的“热重分析”关键词更多的是提供了生活垃圾分析的一种技术手段，可通过热重分析对生活垃圾热解过程进行详细研究；“流化床”的出现则是对生活垃圾能源化过程中试的体现；“rdf”是垃圾衍生燃料的表示，其作为垃圾能源利用领域新的生长点应运而生，具有可燃性、环保性、运行性、防腐性、利用性和残渣特性等；而后对于生活垃圾处理过程中的“热解炉”、“重金属”等也受到关注。

2.3 关键词时序及聚类分析

图5 生活垃圾热解处理技术关键词时序及聚类分析图Fig.5 Keywords sequence and cluster analysis diagram of domestic waste pyrolysis treatment

利用文献计量可视化分析软件对生活垃圾热解处理技术领域的关键词时序分布和聚类分析可得到十三个大类，如图5所示。第一类是生活垃圾，包含了生活垃圾、农业秸秆、外热式热解、热解气化、工艺流程等关键词节点；第二类是活性炭，包括废物处理方法、生活垃圾、生活废物、垃圾焚化、家庭废物、微波热解、微波干燥、垃圾焚化炉、动力学模型等；第三类是城市生活垃圾，包括气化反应、平衡组成、原位水蒸气气化、积灰腐蚀、O2/CO2燃烧、数学模型、处置系统等；第四类是二噁英，包括细胞相对存活率、吸附效率、在线检测等；第五类是流化床，包热化学转化特性、氧化钙炉内添加、旋风熔融炉、数值模拟、工业应用、气固两相流等；第六类是热解动力学， 包括热重分析、混合热解、热解模型、BP神经网络、热能动力工程、垃圾混合组分、反应机理、程序升温热解等；第七类是垃圾焚烧，包括了垃圾处理技术、TG-MS、可燃烟气、协同处理、资源化利用、水泥生产过程等；第八类是堆肥，包含了渗沥液回流、厌氧发酵、温室气体排放、生命周期评价、有机垃圾、卫生填埋等；第九类是垃圾处理，焚烧技术、废物处置、消毒处理、高温热解、垃圾收集等；第十类是垃圾热解，包含了过量空气系数、二燃室温度、垃圾含水率、乡村生活垃圾、热解残渣、有机废弃物等；第十一类是垃圾衍生燃料，包括生物质复合型煤、洁净煤技术、燃烧特性、污染特性等；第十二类是干馏，包括化工单元操作、洁净燃烧等；第十三类是混合热解。从关键词时序及聚类分析中可以看出对于生活垃圾的处理技术关注点在前期的堆肥处理(垃圾收集、消毒处理、厌氧发酵)和干燥、过程中的反应机理和污染物(如二噁英、重金属等)以及后期的热解残渣和气体等，对其技术的研究也从实验室阶段的热重分析、热解模型的建立到工业化的流化床的模拟研究；其垃圾处理成分也从单一组分的研究向混合组分协同处理方向展开。

3 结 论

通过对国内发表的关于生活垃圾热解技术领域相关文献的分析可以看出其研究方向及热点呈多样化。随着生活垃圾的环境污染和能源危机的加重，更多学者把环境与能源结合起来，共同探讨对于生活垃圾能源化的可行性，从实验室阶段也进入工业化时期。对于生活垃圾的研究需在原有研究的基础上，把环境学科、能源学科、化学学科等各学科进行交叉融合提升其研究的广度和深度，共同促进生活垃圾热处理技术的健康发展。