尚彬 趙世豪

摘要：生活垃圾合理有效地處理是解決我國環(huán)境問題的重要措施。文章主要基于我國生活垃圾處理方式及收費(fèi)制度現(xiàn)狀，建立了我國生活垃圾處理所需總成本模型、不同垃圾處理方式的“三化”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)模型和垃圾分類率與減量化率分析模型，計(jì)算工具是MATLAB。最后通過理論分析，證明該模型具有良好的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：生活垃圾：減量化；計(jì)量收費(fèi)

1 生產(chǎn)垃圾研究背景

近年來，我國的生活垃圾產(chǎn)出量不斷增加，生活垃圾的合理有效處理成為我國目前亟待解決的問題之一。目前，我國的生活垃圾一般可分為4大類：可回收垃圾、廚房垃圾、有害垃圾和堆肥垃圾。我國常用的垃圾處理方式主要有填埋、焚燒和堆肥3種。

本研究搜集了我國生活垃圾相關(guān)數(shù)據(jù)，建立了數(shù)學(xué)模型對(duì)以下問題進(jìn)行了分析研究：（1）建立合理的指標(biāo)，分析得到我國生活垃圾處理所需的總成本；（2）對(duì)不同生活垃圾處理方式的實(shí)際效果進(jìn)行分析；（3）對(duì)于采用垃圾處理分類收費(fèi)制度是否會(huì)對(duì)垃圾總量帶來有效的減量化效果進(jìn)行分析。

2 我國生活垃圾處理所需的總成本模型

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)顯示的有關(guān)我國2006-2015年總的生活垃圾處理量以及填埋、焚燒和堆肥3種無害化處理方式處理量的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以在矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory， MATLAB）中對(duì)其進(jìn)行線性擬合得到：

Y=1078x-2154 000

（1）

其中，x為年份，y為我國年度無害化垃圾處理總量。

因三類生活垃圾的衛(wèi)生無害化處理量以及不同垃圾處理方式的處理量占總垃圾量的百分比均隨年份呈線性變化趨勢(shì)，可以設(shè)生活垃圾衛(wèi)生填埋無害化處理量占垃圾處理總量百分比為：Yi=k1x+b1；生活垃圾焚燒無害化處理量占垃圾處理總量百分比為：Y2=k2X+b2；生活垃圾堆肥無害化處理量占垃圾處理總量百分比為：Y3=k3x+b3。

則我國生活垃圾處理所需的總成本可以表示為：S=YY1M1+YY2M2+YY3M3 =Y（k1x+b1） M1+Y（k2x+b，） M2+Y（k3x+b3）M3。通過將相關(guān)數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入MATLAB中進(jìn)行擬合可以得到：

Y1=0.022 4x+45.79

（2）

Y2=0.001 342x+2.723

（3）

Y3=0.001 342x+2.723

（4）

經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料可知填埋無害化垃圾處理單價(jià)M1約為84.1元/t，焚燒無害化垃圾處理單價(jià)M2約為178.0元/t，堆肥無害化垃圾處理單價(jià)M3約為132.8元/t。最終可知我國生活垃圾處理所需的總成本為：

S=2.030 e12x2 +1.182 810x-9.89256 e12

（5）

3 不同垃圾處理方式的“三化”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)模型

減量化是指垃圾減量的過程和水平。狹義的減量化針對(duì)己產(chǎn)生的垃圾，主要有3個(gè)階段的含義：（1）減少源頭產(chǎn)生量；（2）減少中端清運(yùn)量；（3）減少末端處理量。減量化評(píng)價(jià)的是減量結(jié)果，即減量化率，即我國每年總垃圾清運(yùn)量減去每種垃圾處理方式處理量的結(jié)果除以總清運(yùn)量的商。

資源化是指各類垃圾資源利用的過程和水平。本研究主要從能量角度建立模型，因此可以得到3種垃圾無害化處理方式對(duì)應(yīng)的資源化率的計(jì)算方法：填埋資源化率=（填埋氣發(fā)電能量+供熱能量）/填埋垃圾產(chǎn)氣熱值總量；焚燒資源化率=（焚燒發(fā)電能量+供熱能量）/焚燒垃圾熱值總量；堆肥資源化率=堆肥產(chǎn)品量/堆肥垃圾總量。

無害化是指垃圾對(duì)環(huán)境的污染達(dá)到排放和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的過程或水平。無害化的評(píng)價(jià)指標(biāo)無害化率為每一種生活垃圾處理方式的無害化處理量除以全國每年總生活垃圾產(chǎn)生量的商。

本研究采用三角狀雷達(dá)圖來描繪“三化”評(píng)價(jià)模型。即通過計(jì)算雷達(dá)圖中標(biāo)記點(diǎn)所圍成的三角形面積與總面積的比值，來表示“三化”綜合評(píng)價(jià)水平（范圍為0-1），由此可得：“三化”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)模型為（ab+ac+bc） 0.4/1.3。

其中，a為無害化率，b為資源化率，c為減量化率。

本研究選取了我國2015年生活垃圾的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。2015年，我國生活垃圾衛(wèi)生填埋無害化處理量為11 483.1萬t，單位重量的垃圾最大理論產(chǎn)氣量為87/t m3，計(jì)算出總共的產(chǎn)氣量為9.99×109 m3。再根據(jù)1立方米的填埋氣體發(fā)電量按1.3 kw·h，計(jì)算出填埋氣發(fā)電能量為4.675 459× 1013 kJ。經(jīng)查閱資料可知填埋氣熱值可達(dá)7 450-22 350 kJ/m3（本研究以7 450 kJ/m3來計(jì)算），得到填埋垃圾產(chǎn)氣熱值總量為7.442 771 3×1013 kJ。最終代入填埋資源化率計(jì)算公式可得填埋方式的資源化率為62.80%。

采用焚燒垃圾處理方式，1噸垃圾燃燒被有效利用的熱量為5.023×106 kJ，1t垃圾燃燒產(chǎn)生的蒸汽量為1881.771 kg，1t垃圾燃燒發(fā)電量為365.14 kw·h，1t垃圾燃燒上網(wǎng)電量為292.11 kw·h，代入焚燒資源化率計(jì)算公式可以得到焚燒方式的資源化率為56.02%。

堆肥得出率一般根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)確定或參照類似垃圾成分的堆肥廠選取。目前，各種類型垃圾堆肥廠的堆肥得出率一般為40%～60%。結(jié)合實(shí)際情況，選取40%作為堆肥資源化率。

最終得到3種垃圾處理方式的三化指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)模型分別代入3種垃圾處理方式的無害化率、資源化率和減量化率可以得到一種垃圾處理方式的綜合效果，指數(shù)如表2所示。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以看出，焚燒垃圾處理綜合效果最好，其次為堆肥垃圾處理方式，最后為填埋垃圾處理方式。

4 垃圾分類率與減量化率分析模型

本研究采取“廣義”的垃圾分類收集概念，即從垃圾產(chǎn)生的源頭開始，按照垃圾的不同成分、屬性以及對(duì)環(huán)境的影響，將垃圾分類后收集、儲(chǔ)存以及運(yùn)輸?shù)娜^程。本文將我國垃圾種類大致分為3類：回收利用垃圾、填埋方式處理的垃圾以及綜合處理、堆肥和焚燒等方式處理的垃圾。通過查閱文獻(xiàn)得到，垃圾的減量化指標(biāo)包括回收減量化和處理減量化兩部分，在計(jì)算其總減量率時(shí)需要綜合此兩部分指標(biāo)：

回收減量化率y1=回收量/清運(yùn)量+回收量=W1/W1+W

處理減量化率y2=清運(yùn)量-填埋量-堆肥量/清運(yùn)量=W-W2-W3/W

總減量化率y= Y1+y2（1-y1）

其中，W為我國每年垃圾總清運(yùn)量，W1為可再生資源回收量，W2為填埋垃圾處理量，W3為綜合處理、堆肥和焚燒等方式處理量。

垃圾分類收集率是垃圾分類的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，此外還有居民知曉率、居民參與率以及分類準(zhǔn)確率等。我國每年的垃圾總排放量約為10億t，本研究選取垃圾分類收集率作為評(píng)價(jià)垃圾分類的指標(biāo)，則分類收集率Z=回收量/垃圾排放總量=W1/100 000。

將二者的關(guān)系在MATLAB中進(jìn)行二次擬合可以得到：

y=2.641*Z2-1.43*Z+ 0.862

（7） 即y=2.641* （W1/100 000）2-1.43* （W1/100 000）+ 0.862

不難看出，垃圾減量化率會(huì)隨垃圾分類化率的上升而不斷提高，呈正相關(guān)關(guān)系。因此我們得出結(jié)論，垃圾的分類收費(fèi)會(huì)給我國的垃圾總量帶來有效的減量化效果。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生活垃圾產(chǎn)生量也逐年提高。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，目前我國很多城市的生活垃圾仍采取混合收集方式，導(dǎo)致垃圾成分組成復(fù)雜、有機(jī)物含量高、水分含量高、熱值相對(duì)低等。同時(shí)，大量有害物質(zhì)如干電池等未經(jīng)過分類就直接進(jìn)入垃圾場(chǎng)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，增加了垃圾無害化處理的難度，導(dǎo)致垃圾的處理成本偏高。因此，在政府有限財(cái)源的前提下及兼顧滿足社會(huì)公平正義原則下，需要建立合理收費(fèi)制度來促進(jìn)垃圾減量化并降低垃圾管理成本?？苫厥绽瞬扇∝?fù)收費(fèi)方式，有害垃圾，也宜采取負(fù)收費(fèi)的方式。當(dāng)負(fù)收費(fèi)的收益不足以激勵(lì)市民時(shí)，則采用計(jì)量收費(fèi)的方式。對(duì)于廚余垃圾和其他垃圾宜采取計(jì)量收費(fèi)的方式。