今天為大家介紹的是——飲用水消毒技術(shù)發(fā)展趨勢分析，下面是具體內(nèi)容。
一，引言
飲用水消毒是飲用水凈化過程中的比較后一個環(huán)節(jié)，也是和人體健康比較直接相關(guān)的技術(shù)單元，始終作為飲用水安全保障的研究熱點.20世紀初，研究者主要致力于控制飲用水中的大腸桿菌和釋放有害物質(zhì)的細菌.隨著氯、氯胺 、臭氧等消毒技術(shù)的出現(xiàn)，人們有效抑制了上述污染物導致的病原性傳染病，從而保證了飲用水的微生物安全性.但與此同時，這些氧化劑與原水中有機物發(fā)生加成、取代和氧化等反應，生成大量消毒副產(chǎn)物，對水體產(chǎn)生了二次污染.1974年，Rock等首次在飲用水氯化過程中檢測出消毒副產(chǎn)物-三氯甲烷，在隨后的40年中，越來越多對人體健康具有潛在風險的消毒副產(chǎn)物被研究者報道.在飲用水消毒過程中如何平衡飲用水微生物安全性與化學安全性是亟待攻克的一個重大難題，成為當前飲用水消毒技術(shù)研究的重要內(nèi)容.針對消毒過程的基礎(chǔ)和應用研究發(fā)展迅速的現(xiàn)狀，亟需系統(tǒng)梳理和分析飲用水消毒與風險控制研究的熱點和趨勢.因此，分析全球飲用水消毒技術(shù)研究總體情況以及我國在該領(lǐng)域的研究水平和與發(fā)達國家之間的差距，對明確我國飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究人員選題具有重要意義.
文獻計量分析法是利用統(tǒng)計學的方法將來自圖書館學和信息科學的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，從而定量描述和解釋一個給定主題、領(lǐng)域、機構(gòu)和國家的文章或?qū)＠植记闆r和變化規(guī)律.該方法在許多領(lǐng)域研究發(fā)展趨勢分析中得以應用，并做出了如下假定，即：① 一個國家在某個領(lǐng)域的文章和專利發(fā)表量代表該國對此領(lǐng)域研究的關(guān)注程度;② 文章被引頻次與該國在此領(lǐng)域的研究水平相關(guān); ③關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次與該技術(shù)在某階段的研究熱點相關(guān).本研究利用文獻計量分析方法對2000—2012年間與飲用水消毒相關(guān)的SCI論文和專利進行了統(tǒng)計分析.我們首先對論文和專利的發(fā)文量、被引頻次、領(lǐng)先國家進行定量描述，然后通過關(guān)鍵詞分析了解飲用水消毒技術(shù)的研究趨勢和熱點以及我國與發(fā)達國家存在的差距.
二，研究方法
本研究所獲得的數(shù)據(jù)分別來自文獻檢索和專利檢索，并通過文獻計量分析法對其進行統(tǒng)計分析.文獻和專利檢索的時間跨度均為2000—2012年.
2.1 文獻檢索
學術(shù)論文主要反映基礎(chǔ)研究情況.文獻檢索采用Web of Science中的科學引文索引數(shù)據(jù)庫，其檢索領(lǐng)域包括“evironmental sciences”，“water resources”和“environmental engineering”.文獻檢索式為：“drinking water*” AND(disinfect* OR disfection*); “drinking water*” AND(adsorpt* OR sorpt*); “drinking water*” AND(chlorin* OR(chlorine dioxide)OR chloramin* OR monochloramin*); “drinking water*” AND(ozone OR ozonation); “drinking water*” AND(hydrogen-peroxide OR(hydrogen NEAR/1 peroxide)OR H2O2); “drinking water*” AND(UV* OR ultraviolet*)NOT visible; “drinking water*” AND(photodegrad* OR photooxid* OR photolysis OR photocatalysis).
2.2 專利檢索
專利申請更多反映技術(shù)應用研究情況.專利檢索選取Web of Science中德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫，在專利分類為C02F*下進行.專利檢索式為：((“drinking water” AND((“disinfect*” AND(“ozone” OR “chlorin*” OR UV))OR “disinfect*”))OR((((“disinfect*” AND(“ozone” OR “chlorin*” OR UV))OR “disinfect*”)AND water)NOT(“waste* water*” OR “atmosphere” OR “circulat* water” OR “deionized water” OR “wastewater” OR “industr*” OR “sewage”))).
三，結(jié)果與討論
3.1 總體情況
根據(jù)檢索結(jié)果，共有2119篇文獻和2856項專利符合檢索條件.為了進一步了解2000—2012年飲用水消毒領(lǐng)域的發(fā)展狀況，文獻和專利檢索結(jié)果按時間(年)展開.由圖 1可以看出在這13年間，全球飲用水消毒領(lǐng)域發(fā)文和專利數(shù)量呈逐年上升的趨勢，且2012年發(fā)文數(shù)量達到了2000年發(fā)文量的2.6倍，專利申請量達到了2000年專利申請量的2.5倍，表明研究者對飲用水消毒領(lǐng)域的科學研究和技術(shù)轉(zhuǎn)化應用的關(guān)注一直處于持續(xù)增長中.此外，飲用水消毒領(lǐng)域的專利數(shù)略高于發(fā)文數(shù)，表明這13年間研究者不僅關(guān)注了飲用水消毒領(lǐng)域的科學研究，并且致力于將研究成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)應用于實際生產(chǎn)中.
圖1 2000—2012年飲用水消毒技術(shù)文章和專利發(fā)表數(shù)量
3.2 研究趨勢及熱點
為了了解2000—2012年飲用水消毒領(lǐng)域的主要研究方向及整體變化趨勢，我們對本領(lǐng)域處于前10位的關(guān)鍵詞及其出現(xiàn)的頻次進行了統(tǒng)計，并且細分了3個階段(2000—2004年、2005—2008年和2009—2012年)來研究.如圖 2所示，“消毒副產(chǎn)物”、“氯和氯化”、“臭氧和臭氧發(fā)生器”、“三鹵甲烷”、“鹵乙酸”和“腐殖質(zhì)”這幾個關(guān)鍵詞在3個階段均排在前10位，表明這13年來飲用水的消毒研究方向主要集中在消毒工藝方法和消毒副產(chǎn)物兩方面.其中“消毒副產(chǎn)物”、“氯和氯化”、和“臭氧和臭氧發(fā)生器”這3個關(guān)鍵詞在3個時間段的出現(xiàn)頻次始終處于領(lǐng)先地位，進一步確定消毒工藝方法和消毒副產(chǎn)物研究在飲用水消毒領(lǐng)域研究的重要性.
圖2 2000—2012年飲用水消毒技術(shù)的關(guān)鍵詞
在消毒工藝方法方面，由圖 2可以看出關(guān)鍵詞“氯和氯化”出現(xiàn)的頻次由2000—2004年的139上升到2008—2012年的291，關(guān)鍵詞“臭氧和臭氧發(fā)生器”出現(xiàn)的頻次由2000—2004年119上升到2008—2012年的139，表明在這13年間，研究者持續(xù)高度地關(guān)注了氯化和臭氧氧化消毒工藝.這主要是由于氯是一種世界范圍內(nèi)使用比較廣的消毒劑，而臭氧消毒是歐洲主要城市飲用水深度凈化的重要手段.此外，“二氧化氯”作為十大關(guān)鍵詞之一出現(xiàn)在2000—2008年，隨后消失，表明該技術(shù)在近幾年受到的關(guān)注度有所降低.
在消毒副產(chǎn)物方面，圖 2顯示2000—2012年間，生成消毒副產(chǎn)物的反應動力學、生成種類以及消毒副產(chǎn)物的去除持續(xù)受到研究者的關(guān)注.常規(guī)的消毒副產(chǎn)物“三鹵甲烷”和“鹵乙酸”一直是研究熱點，并呈逐年增長的趨勢.在2005—2008年間，“溴化物”次成為前10個熱點關(guān)鍵詞之一，表明研究者開始重點關(guān)注消毒過程中產(chǎn)生的溴代物.并且溴代物已被證實其毒性要遠高于氯代物，可能對人類健康造成較強的潛在危害.此外，一些新型的消毒副產(chǎn)物如含氮消毒副產(chǎn)物，由于研究時間不長，發(fā)文數(shù)量較少，在2000—2012年間未能成為高頻關(guān)鍵詞.但考慮到它們對人體健康和生態(tài)環(huán)境存在較高的潛在風險，因此未來很可能得到研究者的重點關(guān)注.在2005—2008年，研究者開始將目光轉(zhuǎn)移到消毒副產(chǎn)物生成的源頭-“前驅(qū)物”上，其中比較受關(guān)注的是“腐殖酸”.研究者主要是通過“混凝”的方法去除這類大分子前驅(qū)體，從而達到控制消毒副產(chǎn)物的目的.在2009—2012年，上述關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次均有一定的上升.與此同時，關(guān)鍵詞“基因毒性”的出現(xiàn)，表明研究者的關(guān)注重點不再局限于消毒副產(chǎn)物種類和含量的測定或是簡單的去除，已經(jīng)著眼于它們的毒性檢測及對人體健康的風險評估方面.
我們對2000—2012年消毒技術(shù)熱點專利進行分析，了解研究者重點將哪些研究成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)應用于實際生產(chǎn)中.根據(jù)圖 3和表 1我們發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的技術(shù)熱點集中在飲用水消毒工藝技術(shù)和消毒副產(chǎn)物去除兩方面.研究者重點關(guān)注的消毒技術(shù)從高到低依次為：消毒劑消毒、紫外消毒、電化學消毒、臭氧消毒、電解消毒.可以看出除傳統(tǒng)消毒技術(shù)以外，越來越多新型消毒技術(shù)被應用.這些技術(shù)可以控制消毒過程中副產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而降低消毒副產(chǎn)物對人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來的潛在危害和風險.
圖3 2000—2012年飲用水消毒技術(shù)熱點專利分類
3.3 領(lǐng)先國家飲用水消毒技術(shù)及我國與其研究差距
3.3.1 領(lǐng)先國家消毒領(lǐng)域總體情況
為了進一步了解各國飲用水消毒領(lǐng)域發(fā)展狀況，我們選擇5個在該領(lǐng)域研究處于領(lǐng)先地位的國家進行調(diào)查，并將我國的發(fā)展情況與其他國家進行對比分析.
可以看出在2000—2012年間，美國不但發(fā)文量位列，而且文章被引頻次(16736)也遠高于其他國家，表明美國在飲用水消毒領(lǐng)域做了大量高水平的研究.瑞士發(fā)文量和文章被引頻次(2464)雖遠低于美國，但其篇均被引頻次(36.78)要遠高于美國(21.76)，可以認為瑞士在這方面的研究得到廣泛的認可，居于領(lǐng)先水平.而我國發(fā)文量雖僅次于美國，但篇均被引頻次只有8.14，與其他4個領(lǐng)先國家相比差距明顯，表明我國在飲用水消毒方面的研究雖投入大量的精力，但仍處于追隨者的階段，缺乏原創(chuàng)性的研究.
通過對5個國家研究可以看出這5個國家發(fā)文數(shù)的總體趨勢是隨時間而增加，尤其在近5年來達到了新高，表明這些國家越來越重視飲用水消毒領(lǐng)域方面的研究.通過對比各國每年發(fā)文數(shù)量可以看出，在2000年我國的發(fā)文量比較低，因而我國在該領(lǐng)域的研究起步要晚于其他領(lǐng)先國家.但我國發(fā)展勢頭迅猛，近年來發(fā)文數(shù)量已經(jīng)趕超除美國以外的其他國家，進一步表明我國對飲用水消毒研究的高度重視.
3.3.2 領(lǐng)先國家研究熱點
我們分3個階段(2000—2004年、2005—2008年和2009—2012年)列出美國、瑞士和中國排在前10位的關(guān)鍵詞，從而反映這3個國家的研究熱點及趨勢.
根據(jù)表 2可知，美國在飲用水消毒領(lǐng)域比較為關(guān)注的是消毒副產(chǎn)物和消毒方法工藝.在消毒工藝技術(shù)方面，該國主要是以氯化和臭氧氧化消毒研究為主.而在消毒副產(chǎn)物方面，“三鹵甲烷”和“鹵乙酸”持續(xù)受到研究者的重點關(guān)注.2005—2012年期間，“腐殖酸”和“天然有機物”作為前驅(qū)體對消毒副產(chǎn)物生成的影響以及其去除方法引起美國研究者的高度關(guān)注.2009—2012年，關(guān)鍵詞“基因毒性”首次出現(xiàn)，消毒副產(chǎn)物的毒性檢測及其對人體健康的影響已成為美國的研究熱點.
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