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应用模糊数学方法对延安市区生活垃圾处理方案的优选

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[摘要]城市生活垃圾处置系统中模糊的概念普遍存在,如技术适合程度、当地经济承受能力、对环境的影响等均没有明确的界定。因此,在选择具体的处理方案时,往往采用专家打分的方法,使整个方案的选择带有一定程度的主观人为性。如果采用多层次模糊综合评判[1~5],运用多层次模糊决策理论,将定量指标作为模糊评语进行评价,定性指标采用三标度层次分析法[6,7]进行量化,采用层次分析法客观地确定定性指标与权重,可解决决策过程中定性数据的不确定性对模型的影响。与传统的规划模型相比,这种模型可以以环境、经济与社会限制条件多目标优化作为目标,克服了传统的优化模型——经济优化单目标模型对环境与社会影响因素考虑不全面的缺点,使决策过程更加客观明确,更容易为人们所接受。1根据延安市区生活垃圾的特点构建层次结构模型延安市区日产生活垃圾165.5t,年产生活垃圾6.04万t(2002年),年增长速度在3.9%以上,预计到2010年,垃圾年产量将达到8.27万t。1998年以前,延安市区的垃圾处理采用简易填埋法,由于填埋场位于延河河

城市生活垃圾处置系统中模糊的概念普遍存在,如技术适合程度、当地经济承受能力、对环境的影响等均没有明确的界定。因此,在选择具体的处理方案时,往往采用专家打分的方法,使整个方案的选择带有一定程度的主观人为性。如果采用多层次模糊综合评判[1~5],运用多层次模糊决策理论,将定量指标作为模糊评语进行评价,定性指标采用三标度层次分析法[6,7]进行量化,采用层次分析法客观地确定定性指标与权重,可解决决策过程中定性数据的不确定性对模型的影响。与传统的规划模型相比,这种模型可以以环境、经济与社会限制条件多目标优化作为目标,克服了传统的优化模型——经济优化单目标模型对环境与社会影响因素考虑不全面的缺点,使决策过程更加客观明确,更容易为人们所接受。
1根据延安市区生活垃圾的特点构建层次结构模型
延安市区日产生活垃圾165.5t,年产生活垃圾6.04万t(2002年),年增长速度在3.9%以上,预计到2010年,垃圾年产量将达到8.27万t。1998年以前,延安市区的垃圾处理采用简易填埋法,由于填埋场位于延河河道两岸,对延河水质造成了一定程度的污染。1998年以后,在市区东郊清凉山北侧建成卫生填埋场并投入使用,设计能力为日处理垃圾140~160t,以现在的垃圾增长速度,预计填埋场使用到2020年封场。垃圾渗滤液虽采用回灌技术处理,但对周围林区土壤,地下水源的污染仍不容忽视。填埋气体自然导排也具有一定的安全隐患[8]。因此,填埋气体和渗滤液的问题影响到单纯采用填埋法的处理效果。
考虑到卫生填埋只能是最终处理手段,近年来,城市生活垃圾中的有机质含量和热值在稳步增长,市区燃料结构也在发生变化(集中供热和普及天然气),因此能否对生活垃圾进行焚烧处理或者选择更加优化的处理系统成为研究的重点。2002-11~2003-11,在对市区生活垃圾的组成、热值等参数进行深入调查、测定和分析的基础上,得到延安市区生活垃圾的基础数据(其中的百分含量均为质量分数),即无机物平均含量50.98%,可腐有机物平均含量31.38%,容重0.3486kg/L,含水率32.69%,可燃分含量21.22%,灰分含量46.10%,湿基低位热值4260.41kJ/kg;如去除清扫区垃圾样品的影响,可腐有机物含量为36.04%,无机物44.71%,含水率35.41%,低位热值4419.25kJ/kg。
根据延安市区生活垃圾的特性,对拟采用的3种处理方案(填埋、焚烧+填埋、堆肥+填埋)进行比较,结果见表1。其中的定量化指标是根据对延安市区生活垃圾产量的预测,并参照国家建设标准[9,10],以日需处理量200t推算出来的。其中,填埋法采用单层合成衬底,进口压实机,设有渗滤液收集、处理及填埋气收集、发电等污染预防措施,垃圾先送至各垃圾中转站,经压缩后再送至填埋场。焚烧+填埋法中焚烧采用马丁炉,设备国产化率为50%,设有能使烟气达到国家焚烧炉气体污染控制标准的处理系统,余热对外供热,产渣率为20%。堆肥+填埋法中采用高温好氧堆肥法制取复合有机肥,售价为100元/t左右,得出率50%,设备国产率60%。

根据层次分析法的基本原理,以垃圾处理的经济适用性为目标层,以技术适合程度、占用土地量等15个因素为准则层,以3种处理方案为方案层构建层次结构模型。
采用三标度层次分析法构造比较矩阵和判断矩阵,确定各个因素的权重系数向量A=(0.137,0.067,0.015,0.032,0.008,0.164,0.164,0.164,0.018,0.018,0.056,0.056,0.011,0.058,0.030)。
2用模糊数学的方法进行方案优选
2.1建立评价集和单因素评价子集
根据延安市区生活垃圾的特点建立评价集,如表2所示。 
为便于计算,对每一评判因素取所有指标值的平均值作为标准值进行标准化处理,确定各单因素评价子集。进行归一化后,各个因素分别为u1=(0.732,2.022,0.245),u2=(0.772,1.365,0.863),u3=(2.333,0.333,0.333),u4=(0.663,1.243,1.094),u5=(1.365,1.365,0.270),u6=(1.160,0.796,1.044),u7=(1.189,0.832,0.978),u8=(2.022,0.245,0.732),u9=(0.925,0.808,1.287),u10=(0.732,2.022,0.245),u11=(0.608,1.176,1.216),u12=(0.245,2.022,0.732),u13=(0.734,1.696,0.565),u14=(2.022,0.245,0.732),u15=(0.200,1.400,1.400)。
表2根据延安市区生活垃圾的特点建立的评价集


2.2建立隶属函数和单因素评价矩阵
计算出3种技术对评价集V的隶属度,得到3个单因素评价的子集RiL1,RiI+L1和RiC+L1,作为每种技术单因素评价矩阵RiL,RiI+L和RiC+L的一行,对于以其他方法做了初步量化的因素或指标,可以先标准化后,再建立一个统一的隶属函数加以标准量化,得到单因素评价的各个模糊子集。作隶属函数:


单因素评价矩阵为:


其中,1表示填埋,2表示焚烧+填埋,3表示堆肥+填埋,下同。
2.3确定最优方案
令B=A×R;B1=(0.307,0.312,0.046);B2=(0.643,0.553,0.503);B3=(0.081,0.204,0.153)。采取对3个方案等级定量记分为P(30,20,10)的方法,分别与3种技术的评价结果相乘,可以得到3种技术的相应分数,分数越高,方法越适用。即

可得出各种垃圾处理方法的总评分值分别为:W1=15.913,W2=35.386,W3=8.029。结果表明焚烧+填埋法是最适用的方法。
3结论与建议
1)由评价结果可以看出,焚烧+填埋的方案为延安市区生活垃圾的最佳处理方案。但是,根据延安市区生活垃圾的特点,生活垃圾中无机物的比例高达50.98%(质量分数)。因此,在采用焚烧处理时,应加强预处理,去除大部分灰分,提高可燃物质的含量,以有利于提高焚烧效率。在条件许可的情况下,推广生活垃圾分类收集,减小生活垃圾预处理成本。
2)根据延安市的经济条件,并参照宁波市垃圾焚烧厂的建设经验,在选择焚烧设备及一系列配套设施时,应充分发挥国内成熟技术的优势,在引进国外先进设备的同时,充分利用国内的设备配套能力。选用关键设备,如焚烧炉等核心部分可以采用国外先进技术,其余配套设备尽可能做到国产化。做到技术先进,节约投资。
3)与其他建设费用相比,建设垃圾焚烧和填埋场投资和运营管理费用较高。因此,如果单纯靠国家出资或筹资有一定难度,可参照深圳、宁波垃圾焚烧厂的经验,采用股份制运作。即主要采用股份制投资公司的方式筹集资金,由政府进行协调并参与指导,短缺资金由银行贷款提供。在运营和管理模式上亦采用公司制的模式,参与市场运作。
参考文献略



来源:环境科学
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