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制度現狀，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”綜合評價指標模型和垃圾分類率與減量化率分析模型，計算工具是MATLAB。最后通過理論分析，證明該模型具有良好的實用性。

關鍵詞：生活垃圾：減量化；計量收費

1 生產垃圾研究背景

近年來，我國的生活垃圾產出量不斷增加，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數據，建立了數學模型對以下問題進行了分析研究：（1）建立合理的指標，分析得到我國生活垃圾處理所需的總成本；（2）對不同生活垃圾處理方式的實際效果進行分析；（3）對于采用垃圾處理分類收費制度是否會對垃圾總量帶來有效的減量化效果進行分析。

2 我國生活垃圾處理所需的總成本模型

根據國家統(tǒng)計局官網顯示的有關我國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數據，可以在矩陣實驗室（MatrixLaboratory， MATLAB）中對其進行線性擬合得到：

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，可以設生活垃圾衛(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。通過將相關數據分別導入MATLAB中進行擬合可以得到：

Y1=0.022 4x+45.79

（2）

Y2=0.001 342x+2.723

（3）

Y3=0.001 342x+2.723

（4）

經查閱文獻資料可知填埋無害化垃圾處理單價M1約為84.1元/t，焚燒無害化垃圾處理單價M2約為178.0元/t，堆肥無害化垃圾處理單價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”綜合評價指標模型

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

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應的資源化率的計算方法：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=堆肥產品量/堆肥垃圾總量。

無害化是指垃圾對環(huán)境的污染達到排放和評價標準的過程或水平。無害化的評價指標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生量的商。

本研究采用三角狀雷達圖來描繪“三化”評價模型。即通過計算雷達圖中標記點所圍成的三角形面積與總面積的比值，來表示“三化”綜合評價水平（范圍為0-1），由此可得：“三化”綜合評價指標模型為（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年生活垃圾的相關數據進行計算。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氣量為87/t m3，計算出總共的產氣量為9.99×109 m3。再根據1立方米的填埋氣體發(fā)電量按1.3 kw·h，計算出填埋氣發(fā)電能量為4.675 459× 1013 kJ。經查閱資料可知填埋氣熱值可達7 450-22 350 kJ/m3（本研究以7 450 kJ/m3來計算），得到填埋垃圾產氣熱值總量為7.442 771 3×1013 kJ。最終代入填埋資源化率計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垃圾燃燒上網電量為292.11 kw·h，代入焚燒資源化率計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生產性試驗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%。結合實際情況，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如表1所示。

根據模型分別代入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，指數如表2所示。

根據以上數據可以看出，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，即從垃圾產生的源頭開始，按照垃圾的不同成分、屬性以及對環(huán)境的影響，將垃圾分類后收集、儲存以及運輸的全過程。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。通過查閱文獻得到，垃圾的減量化指標包括回收減量化和處理減量化兩部分，在計算其總減量率時需要綜合此兩部分指標：

回收減量化率y1=回收量/清運量+回收量=W1/W1+W

處理減量化率y2=清運量-填埋量-堆肥量/清運量=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價指標之一，此外還有居民知曉率、居民參與率以及分類準確率等。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價垃圾分類的指標，則分類收集率Z=回收量/垃圾排放總量=W1/100 000。

將二者的關系在MATLAB中進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，垃圾減量化率會隨垃圾分類化率的上升而不斷提高，呈正相關關系。因此我們得出結論，垃圾的分類收費會給我國的垃圾總量帶來有效的減量化效果。

5 結語

隨著經濟的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，生活垃圾產生量也逐年提高。經查閱資料發(fā)現，目前我國很多城市的生活垃圾仍采取混合收集方式，導致垃圾成分組成復雜、有機物含量高、水分含量高、熱值相對低等。同時，大量有害物質如干電池等未經過分類就直接進入垃圾場，造成了嚴重的環(huán)境污染，增加了垃圾無害化處理的難度，導致垃圾的處理成本偏高。因此，在政府有限財源的前提下及兼顧滿足社會公平正義原則下，需要建立合理收費制度來促進垃圾減量化并降低垃圾管理成本。可回收垃圾宜采取負收費方式，有害垃圾，也宜采取負收費的方式。當負收費的收益不足以激勵市民時，則采用計量收費的方式。對于廚余垃圾和其他垃圾宜采取計量收費的方式。