中國工業污水研究現狀的量化分析

李一琳,薛曉明,陸 洋,2

(1.南京警察學院,江蘇 南京 210023;2.海安市公安局城南派出所,江蘇 海安 226600)

0 引言

工業污水分為無機污水、有機污水和混合污水3種類型,占我國污水總排放量的一半以上。工業用水規模較大,涉及行業眾多,不僅會對環境造成極大的污染,抑制畜牧業和農業的發展,破壞生態平衡,還會造成工程器物的腐蝕,甚至直接威脅人民群眾的健康和生命[1]。隨著監管趨嚴、標準提高等環保政策要求,工業污水治理受到行業的高度重視。為解決工業污水治理難的問題,不同時期、不同領域的專家,從不同的角度對其進行了多層次的分析研究。但因各地污染類型、環境構成差異較大,專家多從各自的研究領域著手,科研成果在各行業的針對性較強。本文以國內近22年的工業污水相關文獻為樣本,分析工業污水領域的研究熱點和核心群體,理清其發展規律,為今后工業污水研究和排污執法工作提供基礎數據支撐。

1 研究方法

在 CNKI數據庫中選擇“高級檢索”,檢索條件為:主題=“工業污水”,時間跨度為2000—2022年,剔除新聞報道、會議通訊、征稿通知等信息后,得到期刊論文338篇。使用文獻定量分析法對國內工業污水的研究進行可視化分析,并繪制知識圖譜。

使用美國科學計量學專家普萊斯設計的界定公式[2],篩選該領域的核心機構和核心作者,公式為:

(1)

式中:m1、m2分別為核心機構、核心作者的篩選標準;n1、n2分別為最高產機構、最高產作者的發文量。

知識圖譜(Knowledge Graph)通常也叫“知識域可視化”,即表現科學知識發展進程及其結構關聯的一組各類不同的圖像,利用可視化技術手段描繪知識資源與載體,發現、分類、構建、繪制并展示科學知識與它們間的交互聯系。本文利用知識圖譜,從公共政策、發文趨勢、核心作者、研究機構、關鍵詞等多個維度對當前工業污水研究的內容和形勢進行量化分析,梳理該領域相關研究概況。

2 國內工業污水研究的量化分析

2.1 文獻發文量

1960年楊裕文發表在《機械工廠設計》期刊上的《必須認真處理工業廢水——工業廢水處理和生活污水綜合利用現場會議報道》一文開啟了我國對工業污水領域的關注,在之后的40年里,該領域一直處于緩慢的起步階段,平均每年出版2篇論文。進入21世紀后,文獻數量開始有所增長。經統計,2000—2022年涉及工業污水的文獻數量總體呈上升趨勢,年均發文量為14篇。近20年的發文規律可以總結為3個階段:2000—2008基本處于平穩發展期,2009—2012年和2018—2021年出現2次發文高峰期,2022年研究熱度開始降低,進入發文冷靜期(見圖1)。

圖1 我國工業污水研究文獻的發文量(2000—2022年)

文獻的研究層次主要有技術開發、技術研究、工程研究、行業技術發展、實用工程技術、工程與項目管理,研究熱點集中在技術開發和技術研究兩個方面,占總研究類型的15%。

經查,2020年發文量激增主要基于以下3點政策導向。(1)2018年3月11日,十三屆全國人大一次會議第三次全體會議經投票表決,通過了《中華人民共和國憲法修正案》。生態文明歷史性地寫入了憲法,這讓生態文明的主張成為國家意志的生動體現,人們對于生態文明的重視程度日益提升。(2)新修訂的《水污染防治法》于2018年1月1日正式實施。新修改的法律堅持問題導向、目標導向,將生態文明建設新要求和“水十條”提出的新措施予以規范化、法制化,對各地工業污水防治工作提供了一定的指導作用。(3)2018年按照黨中央、國務院決策部署,中央生態環境保護督察組分批對全國多個省(區)開展了“回頭看”督察工作,推動了一批突出的環境問題得到解決。在此過程中,一些疑難問題長期無法解決的原因以及最終的解決方法都具有極高的指導意義。相關學者針對現實案例的研究有所增加,導致發文量劇增。一批熱點論文產出后,必然進入下一個育文階段,2022年發文量降低是符合文獻產出規律的。

2.2 核心作者及機構特征分析

科研人員的研究成果和工作效率可以通過學術論文的數量和質量來反映,在權威期刊上發表的文章數量被認為是衡量科研人員工作能力的一個客觀指標。經統計,最高產機構n1=6、最高產作者n2=6,由公式(1)得,核心機構m1=1.8、核心作者m2=1.8,表明發文量超過2篇為核心機構,個人發文量超過2篇即為核心作者。

繪制作者-機構關系圖(見圖2)可知,各機構作者之間的合作已經形成了幾個核心作者群。圖2中節點之間距離越近,表示作者之間的合作越緊密。主要的核心作者群:(1)北京大學邱國玉-沈小雪-鄒振東-范怡、(2)貴州省交通規劃勘察設計研究院的張國發-丁海燕-武燕、(3)河北科技大學楊亞磊-傅其鳳-安旭朝-陳萬軍。這些作者在工業污水研究領域的交流合作十分密切。但就整體而言,作者合作網絡還是比較零散的,單個節點的數量非常多,說明大部分作者還是獨立開展研究。如西安工業大學的文安、復旦大學的王娜、陜西潤中清潔能源有限公司的段付崗、中國石油烏魯木齊石化分公司研究院的伍曉萍等都有較高的發文量。

圖2 作者和機構的合作關系圖譜

值得注意的是,在工業污水研究領域,除了北京大學、復旦大學、西安工業大學、大慶師范學院、華中科技大學、四川大學、中國工程物理研究院等科研院所,發文量居高的是中國石油烏魯木齊石化分公司(6篇)、蘭州石油化工公司(3篇)、中國石油大慶石化公司(2篇)等石化企業。

工業污水按照行業劃分有化工、冶金、能源、造紙、農藥、選礦和食品等行業污水[3],其中石油化工和鋼鐵行業對于水資源利用存在著高能耗和高排放的特點。對此必須采取科學合理的防污技術進行治理,以有效控制其對水資源的污染。我國《排污許可管理條例》于2021年3月1日起正式施行,該條例強化了排污許可的管理,規范了企業事業單位和其他生產經營者的排污行為。讓污水排放不再是政府包辦式管理,讓排污許可證真正成為排污單位承擔污染排放控制義務和責任的法律文書,讓污水排放治理的責任重新回歸到企業。各大石油化工公司是典型的污源企業,他們能夠參與污水治理技術的研發中,也說明國家治理工業污水的決心之大,促使污源企業從源頭治理,可見對工業污水處理技術和方法的研究才是解決水污染問題的重中之重。

2.3 核心期刊及文獻引用特征分析

據統計,工業污水領域有北大核心論文38篇,EI論文6篇,共占該領域發文總量的13%。發文量和被引率較高的期刊有《資源節約與環?！贰痘す芾怼贰吨袊Y源綜合利用》《工業水處理》,排名前10的期刊及占比如表1所示。這10種期刊共收錄論文68篇,成為工業污水、工業污水處理、污水治理研究領域的領跑者,廣泛受到環境科學與資源利用、自動化技術等學科的關注。

表1 發文量排前10的期刊及占比

涉及工業污水處理領域的期刊有200多個,收稿期刊很分散,其中被北京大學圖書館中文核心期刊庫收錄的有27個,僅收錄38篇高質量論文。從期刊發文量來看,《資源節約與環?！肥崭?2篇總被引30次, 《化工管理》收稿11篇總被引28次,《工業水處理》收稿7篇總被引142次,《中國資源綜合利用》收稿7篇總被引22次。發文量排第3名的《工業水處理》期刊被選入北大核心,被引率(占比11.2%)最高,這反映出同行學者對論文質量的認可還是集中在核心期刊。

被引頻次最高的論文是袁俊生2002年發表在《環境污染治理技術與設備》期刊(該期刊已更名為《環境工程學報》)上的《沸石法工業污水氨氮治理技術研究》,引用頻次高達124次(見表2)。此文研究了斜發沸石法去除工業污水中氨氮的方法,為治理氨氮廢水提供了一定的技術依據?？梢娫诤诵恼撐闹?技術開發始終都是工業污水研究領域關注的重點。

表2 高頻次引文的數據表(TOP10)

文獻被引用的頻次可以反映文章的質量以及作者在該領域的學術地位(見圖3)。圖3中圓點的大小和文獻被引頻次呈正相關,圓點之間的連線代表文獻互引關系。除了表1列出的10篇被引頻次較高的論文,在工業污水智能處理、環境工程工業污水治理中常見問題、工業污水處理技術、處理方法與利用的研究方向存在著較強的互引關系。

圖3 文獻互引關系

2.4 基于關鍵詞共現的研究熱點分析

關鍵詞是一種有效的自然語言工具,可以幫助讀者清晰、準確地把握文獻的主題和內容,更好地理解文獻的核心思想[4]。文獻計量學的共現詞分析法,可以分析已發表文獻的重要詞匯和相似詞匯,通過分析文獻的研究焦點,探索學術問題的內部聯系,最終完成某領域的研究熱點主題分析[5]。

高頻關鍵詞有“工業污水”“水環境”“重金屬污染” “影響因素”“零排放”“標準溶液”等。其中,“工業污水”出現的頻次最高,達到56次,可見我國工業污水研究領域關注的重點內容是以工業污水為中心的處理技術和方法研究。

2.5 學科分布

環境科學與資源利用是工業污水領域的主要學科,發文量占比82.76%。自動化技術、冶金工業、石油天然氣工業、化學專業位列其后,但發文量遠低于環境科學與資源利用專業(見表3)?？梢姽I污水領域的學科建設主要是環境與資源專業,其次是化工專業。經濟發展需要消耗一定的資源,污水排放是消耗水環境資源的主要途徑,若不能管控工業污水排放,革新污水凈化技術,及時修復水體,水資源就會遭到嚴重破壞,進而引發嚴重的用水危機。

表3 高頻次引文的數據表(TOP10)

3 工業污水領域存在的問題

3.1 工業污水治理法律法規及相關標準更新滯后

GB 8978—2002《國家污水綜合排放標準》、GB 8978—1996《污水排放綜合標準》對工業污水的排放提出了相應的控制要求,但該標準屬于綜合性標準,囊括的行業范圍較廣,對環境工程中工業污水排放的針對性不強。按照國家綜合排放標準與國家行業排放標準不交叉執行的原則,各行業分別執行GB 3544—92《造紙工業水污染物排放標準》、GB 4914—85《海洋石油開發工業含油污水排放標準》、GB 13456—2012《鋼鐵工業水污染物排放標準》、GB 4287—2016《紡織染整工業水污染物排放標準》、GB 15580—95《磷肥工業水污染物排放標準》等標準,而其他水污染物排放均按照GB 8978—1996《污水排放綜合標準》執行。

工業污水的污染類型和污染程度在不斷變化,環境質量也是一個動態指標。目前的管理制度、治理技術和檢測方法仍在沿用以前的法規和標準,滯后的技術很難滿足不斷變化的治理要求,影響了污染物檢測的準確性,導致污水治理的全面性受到影響。

3.2 工業排污執法難,污源企業責任差

目前,我國環境執法隊伍的人數約有8萬人,越到基層人越少,人員分布呈“倒金字塔”型?；鶎訄谭ㄈ藛T的年齡普遍偏大,一些區、縣級的執法隊伍年齡在50歲左右,青年力量明顯缺失,在學習和掌握新的執法內容和專業技術方面力不從心。

另外,排污檢查的內容詳細又煩瑣,排污許可證記載著排污單位的詳細信息,污染物排放的各類信息分散在不同的表格上,往往需要用專業的知識和嚴謹的思維在幾張表格之間比對檢查才能發現端倪。對執法人員的專業要求很高,文本資料的可讀性又很低,使得基層執法人員在低技術水平和高執法難度之間產生了矛盾,導致執法效率的降低。

《排污許可管理條例》施行后,工業水污染物排放治理的責任重新回到企業,加強了企業的自主性。但大部分生產企業是自行管理污水處理設備的,有些企業環保意識差,一味追逐效益,拒絕投入資金研發污水處理技術,不配備污水處理設備或設備落后、陳舊,達不到污水處理的標準,嚴重影響污水處理的效果。

4 結論

城市水環境的優劣對人們的生產、生活質量具有重要影響,甚至影響著我國的國際地位。近幾十年來,我國的工業生產規模及生產總值迅速增長,排放的工業污水越來越多,污水成分也越來越復雜,導致水體、土壤等環境問題日益凸顯,因此,工業污水領域的研發工作受到了國家和社會的高度重視。

根據核心作者、核心機構群、作者合作網絡排名等,可知我國從事工業污水研究領域的專家很多,也很集中,發文量高的作者之間協作較多,但聯合規模不大,核心機構群較少,更多的作者是自主研究。該領域的主要研發力量來自國家各大科研機構和高校,而污源企業的參與成為工業污水處理技術研究中重要的實踐載體。

縱觀我國在工業污水領域的整個發展歷程,可知工業污水治理受多方因素的影響,要治理好工業污水,需要多方協作。首先,相關部門應及時修訂行業標準,對具體要求不斷細化,實行源頭控制。環保部門應獎罰分明地督促企業轉型升級,定期維護和更換老舊設備,確保企業的污水治理與廢水排放符合相關規定。其次,在工業污水的治理辦法中將污水轉變為可利用的水資源技術值得借鑒,該技術的研發仍需進一步深化和優化。最后,調整基層執法人員的年齡結構,加強技術培訓,培養年輕力量,逐步提升基層執法人員“依證執法”的能力,是治理工業污水、管控非法排污最后的屏障。