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城市生活垃圾处理方案优选模型的研究及应用

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[摘要]城市生活垃圾的处理处置也逐渐摆脱了只依靠单一填埋的局面。各国都逐渐重视城市生活垃圾基本性质的研究,根据本地实际情况和掌握的本底资料,并运用一定的评价模型与程序,选择有效的垃圾处理方式。本文以烟台经济技术开发区城市生活垃圾处理系统为研究对象,运用多层次、多目标模糊决策模型理论,采用二元对比法客观地确定定性指标与权重,并运用评价结果发散的单元系统模糊优选理论模型进行合成评价,确定出环境可持续、经济可承受以及社会可接受的垃圾处理处置系统。与传统的规划模型相比,多层次、多目标模糊决策模型是以环境、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;另外,该模型可以同时接受定性与定量两种数据,解决了决策过程中定性数据的不确定性对模型的影响,使决策过程更加客观明确,更容易为人们所接受。1烟台经济技术开发区垃圾产生量及成分分析烟台经济技术开发区是1984年由国务院批准设立的中国首批14个国家级开发区之一,它地处山东半岛中部,东与烟台市接壤

城市生活垃圾的处理处置也逐渐摆脱了只依靠单一填埋的局面。各国都逐渐重视城市生活垃圾基本性质的研究,根据本地实际情况和掌握的本底资料,并运用一定的评价模型与程序,选择有效的垃圾处理方式。本文以烟台经济技术开发区城市生活垃圾处理系统为研究对象,运用多层次、多目标模糊决策模型理论,采用二元对比法客观地确定定性指标与权重,并运用评价结果发散的单元系统模糊优选理论模型进行合成评价,确定出环境可持续、经济可承受以及社会可接受的垃圾处理处置系统。
与传统的规划模型相比,多层次、多目标模糊决策模型是以环境、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;另外,该模型可以同时接受定性与定量两种数据,解决了决策过程中定性数据的不确定性对模型的影响,使决策过程更加客观明确,更容易为人们所接受。
1烟台经济技术开发区垃圾产生量及成分分析
烟台经济技术开发区是1984年由国务院批准设立的中国首批14个国家级开发区之一,它地处山东半岛中部,东与烟台市接壤,北与黄海相连,地理位置优越,是21世纪中国重点开发的环渤海经济圈内的重要经济增长点。但是与经济迅速增长情形不相适宜的是该区的垃圾处理系统仍停留在简单填埋方式,而且唯一的填埋场目前也已超过服务年限。
根据烟台经济技术开发区历年垃圾产生量统计数据,运用灰色动态模型[2]对垃圾产生量及进行预测。预测到2005年城市生活垃圾产生量将达到7万t,日需处理量约为190t。另外,根据我国垃圾成分的变化规律[3],预计2005年的垃圾主要成分如表1所示。
表1 2005年城市生活垃圾成分预测(%)


2构筑多方案城市生活垃圾处理系统
根据烟台经济技术开发区垃圾成分估计,垃圾的热值为6000kJ/kg以上,回收物质含量28.8%,结合开发区重点强调资源与能源的循环利用的策略,可选择的处理方案主要有:卫生填埋、堆肥-卫生填埋、焚烧-卫生填埋、回收利用-卫生填埋与综合处理。各方案的具体情况如表2所示。
3利用多层次多目标模糊优选模型选择方案
3.1影响因素及评价因子指标分析
对开发区现有城市垃圾处理系统进行分析,并借鉴国外的经验,选取分别属于环境、经济与社会限制因素的14个评价指标作为评价方案优越性的准则(如图1所示)。
根据当地废物流的特点、经济技术条件及参考国内外其他地区同类设施的运行情况,各指标的特征值如表3所示。其中定性指标采用二元对比标度矩阵进行量化。
表2城市固体废物治理备选方案简介


 

图1模糊优选模型层次分析图
3.2指标相对优属度的确定
在模糊优选过程中,起决定作用的不是指标特征值的绝对值,而是其相对大小。为此,定义相对优属度,用Ci指标评价第j个方案的相对优属度用rij表示:若对于特征值越大越优的指标,则:

表3各指标的特征值及相对优属度


若特征值越小越优,则:


式中:xij为用ci评价j方案的特征值,VjXij与^jXij分别为用于评价所有方案特征值的最大和最小值。

3.3权重分析
根据影响因素或评价指标所处的地位和相对重要性,赋予不同的权重。在该模型中有两级权重需要确定:评价指标对于所属影响因素的一级权重以及影响因素对目标的二级权重,两者的确定方法相同。首先确定最重要的影响因素或指标,将其属于‘重要性’的隶属度定为l,它比其他因素或指标的重要程度由11种语气算子加以描述,转换成相应的隶属度值,再归一化得到权重。依据参考文献[1,9]及咨询专家得到的权重分析如表4所示。 
表4权重分析表



3.4方案的优劣排序
采用单元系统模糊优选模型:


式中:Upj表示bp影响因素评价第j个方案的决策相对优属度,h=1。
对相对优属度与权重进行综合加权评价,确定方案的优劣排序。单元系统模糊优选模型与一般的线性平均加权法相比,得出的评价结果具有更大的分散性,易于做出决策与选择。由层次分析图可以看出该模型需要二级综合评价。首先利用单元系统模糊优选模型对指标的相对优属度与一级权重进行一级综合评价。由此得到影响因素向量:经济因素={0.73,0.99,0.42,1,0.85};环境因素{0.06,0.12,0.74,0.42,0.97};限制条件因素{0.78,0.79,0.63,0.93,0.73}。然后再次利用单元系统模型优选模型对影响向量构成的矩阵和二级权重进行二级综合评价,得到最终的评价结果:{0.37,0.58,0.71,0.86,0.98}。
4结论与建议
由评价结果显示,综合处理方案是烟台经济技术开发区城市生活垃圾处理的最适用方案,这主要是因为该方案在综合环境影响及经济收益方面具有很大的优势。回收利用-填埋也是较好的处理方案,但为了实现方案中较高的再生资源回收率,有必要运用一定的经济刺激手段,促进再生资源市场的形成,为可再生材料的循环利用创造良好的市场环境。焚烧因具有良好的环境效益也成为较可行的方案,但投资运行费用较高,操作水平要求高,要在近期内实现全部城市生活垃圾焚烧是比较困难的。但从发展的观点看,城市垃圾中有机物含量和热值越来越高,此方案可作为长期规划方案。堆肥-卫生填埋方案的可行性较差,主要是因为堆肥量较少,堆制过程以及施用后对环境造成一定的影响。因此,通过提高可堆肥物回收率,增加堆肥量,提高堆肥质量,减少环境影响,该方案也是值得考虑的。单一填埋方案为最不可行的方案,而且随着土地资源的短缺,环境标准的提高,它在经济及管理方面的优势逐渐减弱,只作为最终处置方式。
参考文献略



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