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城市生活垃圾是指人们日常生活中产生的固体废弃物,主要包括各种包装物、旧报纸书刊以及玻璃、铁、铝和饮料容器等,其余为家用电器、厨余物(kitchens surplus)、污泥[2~3]。随着社会经济的发展,人民生活水平日益提高,产生的城市生活垃圾、固体废弃物也大幅增加。从1987年到1996年10年间,我国城市生活垃圾产生量增加了将近1倍。1996年我国城市生活垃圾清运量已经达到1亿吨,1998年则为1.13亿吨,2001年达到1.347亿吨,2002年达到1.5亿吨,并且每年以8%-10%的速度增长,到2010年,年产量将达到5.5亿吨,紧随美国之后排在第二位[1]。许多城市出现了垃圾包围城市的情况,严重的污染了土地、空气及水体。白色污染、垃圾围城已经成为困扰城市发展的大问题。
固体废弃物处理产业化是实现固体废弃物资源化、降低环境污染和保护生态系统的最佳途径,世界发达国家十分重视对固体废弃物处理的产业化发展。美国、德国、日本等纷纷制定促进固体废弃物处理产业化的法律,出台鼓励废弃物处理产业化的政策,采取积极有效的措施回收并再生利用废弃物,努力提高固体废弃物资源化利用率、缓解资源短缺和减轻环境压力,产生了显著的效果。到2005,全美国共有5.6万家公私企业涉及废弃物的回收利用行业,为国民提供110多万个就业岗位,每年销售额达到2360亿美元,形成了较为完善的固体废弃物处理产业体系,其规模与美国的汽车业相当。日本是推行固体废弃物产业化最成功的国家。日本将固体废弃物分为七大类,由环保部门将这些废弃物收集、运输、回收、利用,几乎没有废弃物排放到自然界,基本实现了“零排放”。到2002年,全日本回收家电850多万台,资源利用率空调为78%,电视73%,冰箱59%,洗衣机56%[4]。目前,我国固体废弃物的处理方式主要是填埋、焚烧和堆肥,而综合处理和资源回收利用已经得到了国家的重视。国家发展计划委员会、财政部、建设部、国家环保总局等四部委联合颁发了《关于实施城市生活垃圾处理收费制度促进垃圾处理产业化的通知》。实际数据表明,资源回收利用方法工艺技术先进,社会、环境、经济效益高,适合我国国情,是处理城市垃圾的根本出路。
2建立固体废弃物转运站和处理站选址需要考虑的因素
(1)确定建立转运站的位置和数量。
(2)确定建立处理站的位置和数量。
(3)每个居民区由哪个转运站负责其产生的固体废弃物的回收。
(4)确定每个转运站配置的运输车辆数。
解决以上问题也就构建了城市固体废弃物的逆向物流网络。
对于建立转运站,一般都是建在靠近居民区。按规定建立用人力收集车收集垃圾的小型转运站,服务半径不宜超过0.5km;用小型机动车收集垃圾的小型转运站,服务半径不宜超过2.0km。垃圾运输距离超过20km时,应设置大、中型转运站。转运站规模可分为小型、中型和大型。转运量小于150t/天的为小型;转运量为150~450t/天的为中型;转运量大于450吨/天的为大型[5]。而处理站由于会对周围的居民、商业甚至房地产产生不良影响,则要与这些区域等保持一定的距离。根据指标体系初步选出被选建站的地址。采用层次分析法获得每个被选地址的权重。
通常在一个区域只建立1~2个处理站,因此对于处理站的建站容量,可以根据整个规划区域所产生的废弃物数量来确定。对于如何确定转运站的位置和数量,以及每个居民区由哪个转运站负责其产生的固体废弃物的回收等问题,则要通过建立数学模型求解得到。考虑的情况不同则建立的模型也不同。
通常要建立多目标的数学模型才能更好的反映实际情况[6],目标函数可以要求包括建站成本和运输成本的总成本最小。对于我国的情况,从产生点到中转站的运输和从中转站到处理站的运输分别由不同的机构承担,因此成本目标函数会有差别。另外目标可以考虑对周围居民产生的影响,最小化不良的影响。还可以考虑最小化风险等。
求解模型得到每个服务区域的实际人数,通过公式(1)可以计算出建立每个转运站的规模。
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其中Q为转运站的日转运量(t/天);n是服务区域的实际人数;q是服务区域居民固体废弃物人均日产量(kg/人•t),按当地实际资料采用;无当地资料时,人均日产量可采用1.0~1.2kg/人•t,δ为固体废弃物产量变化系数,可按当地实际资料采用,如无资料时,δ值可采用1.3~1.4。由于废弃物的产量和当地的社会经济发展密切相关,因此我们可以通过一些预测方法如指数平滑,回归分析等得到未来年的人均废弃物产生率和产生量。对于每个中转站配置的运输车辆的数量,则可以根据公式(2)计算得到:
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其中M是运输车辆数量;Q日转运量(t/d);W运输车载重量(t);U为每部车日转运次数;η备用车系数。U=T/t,式中T是额定日运输时间;t是一次作业时间。
3建立废弃物逆向物流网络的一般步骤
步骤1:采用预测方法得到规划区域人均废弃物日产生量。
步骤2:按照图2的评价指标体系,采用层次分析法进行综合评价,得到中转站和处理站的被选地址。
步骤3:确定建立的处理站的规模和位置。
步骤4:建立相应的数学模型。求解得到建立的中转站的数量和位置。
步骤5:根据式(1)确定建立中转站的规模。
步骤6:根据式(2)确定每个中转站要配置的运输车辆的数量。
步骤7:对提出的方案,通过专家做进一步论证,通过则建立设施;否则回到上面的步骤重新进行规划。
4进一步研究展望
(1)每一个中转站负责的服务区,考虑运送废弃物的路线,即从直线运输变成巡回运输,将降低运输费用,如图3所示。
图3运输方式的变化
因此建立的数学模型将包含一个选址-路径问题(Location-Routing Problem)。
(2)考虑废弃物在中转站的存放时间,因此将变成带有库存的选址问题。
(3)考虑废弃物的收费问题。目前政府将很多这类设施建设通过各种方式招商,由一些企业承包建设并经营,因此企业要考虑对废弃物进行收费来回收投资且要盈利,要做成本效益分析。这种收费属于公用事业收费,不能只考虑企业的经营,因此其定价是一个复杂的问题。
[参考文献]
[1]彭晓明,迟光宇,王红瑞,等.城市生活垃圾收费的定价模型及其应用[J].资源科学,2006,28(1):19-24.
[2]刘迎飞,赵旭.优化城市生活垃圾管理系统[J].上海综合经济,2002,(6):40~42.
[3]苗建青.论循环经济的效率问题[J].外国经济与管理,2005,27(12):51-57.
[4]江东权.关于我国固体废弃物处理产业化的思考和对策[J].集团经济研究,2005,(7):72-74.
[5]中华人民共和国建设部.城市垃圾转运站设计规范[Z].1991.
[6]何波,杨超,张华.固体废弃物逆向物流网络优化设计问题研究[J].系统工程,2006(9)(特刊).