西安市食物垃圾收運(yùn)系統(tǒng)及處理方式研究

楊向平++楊鑫越++金穎++王夢(mèng)欣++陳博宇

摘 要：本文主要研究因目前西安市食物垃圾處理不當(dāng)而造成的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染問題，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外食物垃圾處理方式以及居民所持態(tài)度進(jìn)行相關(guān)調(diào)查，利用層次分析法對(duì)現(xiàn)存的垃圾處理技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，采取機(jī)械生物處理（MBT）技術(shù)作為處理方法。最終對(duì)食物垃圾的收集、運(yùn)輸、處理提出一套系統(tǒng)的方案，為相關(guān)部門提出建議，實(shí)現(xiàn)食物垃圾資源的最大化利用。

關(guān)鍵詞：食物垃圾；機(jī)械生物處理（MBT）技術(shù)；層次分析法

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0214-02

西安市生活垃圾組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，食物垃圾約占生活垃圾總量的40%。目前西安市日產(chǎn)生活垃圾7000噸以上，由此估算全市食物垃圾日產(chǎn)量約為2800噸。相對(duì)于其他垃圾，食物垃圾具有普遍性、資源性、污染性等特點(diǎn)，如果不能妥善處理，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水體污染、土壤污染和空氣污染。與此同時(shí)，西安市食物垃圾的收運(yùn)處理系統(tǒng)仍存在收集不完全、運(yùn)輸體系不完善、處理方式不恰當(dāng)?shù)蓉酱鉀Q的問題。

1 食物垃圾的收集

本文將西安市的食物垃圾分為居民生活廚余垃圾、高校餐余垃圾、飯店餐余垃圾和街邊餐余垃圾。據(jù)了解，西安市的居民生活廚余垃圾主要由物業(yè)人員使用垃圾收運(yùn)車從居民區(qū)垃圾桶運(yùn)到垃圾壓縮站進(jìn)行壓縮填埋處理；西安各高校、飯店每日餐余垃圾由西安周邊養(yǎng)殖戶收購直接用于養(yǎng)殖；街邊餐余垃圾一般直接倒于下水道、街邊處或者不經(jīng)分類和其他垃圾混合收運(yùn)。對(duì)街邊餐余垃圾收集的缺失，不僅會(huì)導(dǎo)致垃圾二次分類成本的增加，造成水體污染，而且會(huì)增加地溝油提煉的可能性，增大其流入餐桌的風(fēng)險(xiǎn)[1]。問卷調(diào)查顯示，超過九成的受訪者會(huì)在街邊食用食物，20%以上的受訪者表示經(jīng)常在街邊進(jìn)食，這表明街邊餐余垃圾是食物垃圾中不可忽視的重要組成部分。96%的被調(diào)查者愿意將在街邊食用后的食物垃圾分類投放在垃圾桶中，故若在街邊專設(shè)食物垃圾箱，存在可行的客觀條件。所以針對(duì)西安市食物垃圾收集現(xiàn)狀，提出高校、飯店餐余垃圾定點(diǎn)回收；設(shè)置街邊餐余垃圾桶，鼓勵(lì)市民將產(chǎn)生于街邊的食物垃圾進(jìn)行專門放置，定點(diǎn)定向回收的建議[2]。

2 食物垃圾的運(yùn)輸

當(dāng)前西安的食物垃圾主要有廚余垃圾和非廚余垃圾，本文針對(duì)不同類型的食物垃圾制定不同的運(yùn)輸方案[3]。

2.1 廚余垃圾運(yùn)輸方式

由于廚余垃圾的特殊性，建議實(shí)行單獨(dú)循回收運(yùn)，或由專門人員將廚余垃圾集中運(yùn)輸，形成獨(dú)立的收運(yùn)體系。系統(tǒng)主要由專用廚余垃圾收集桶（筒）、專用全封閉結(jié)構(gòu)收運(yùn)車組成，使用真空吸污泵吸入餐廚垃圾，無需人工搬運(yùn)，整個(gè)運(yùn)輸過程對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生二次污染。

2.2 非廚余垃圾運(yùn)輸方式

非廚余垃圾有移動(dòng)容器式收集和固定容器式收集兩種方式。移動(dòng)容器收集操作法是指將收集容器和裝滿的垃圾一起運(yùn)往轉(zhuǎn)運(yùn)站或垃圾處理廠，卸空后將空容器送回原處或下個(gè)集裝點(diǎn)；固定容器操作法就是指用垃圾車到各容器集裝點(diǎn)裝載垃圾，容器倒空后固定在原地不動(dòng)，車裝滿后運(yùn)往轉(zhuǎn)運(yùn)站或處置場(chǎng)。固定容器收集法的一次行程中，裝車時(shí)間是關(guān)鍵因素。

影響收運(yùn)的主要因素有：清運(yùn)操作方式；收集清運(yùn)車輛數(shù)量；裝載量及機(jī)械化裝卸程度；清運(yùn)次數(shù)、時(shí)間及勞動(dòng)定員；清運(yùn)路線等，結(jié)合兩種方法的收運(yùn)時(shí)間和費(fèi)用出發(fā)，對(duì)于西安市來講，當(dāng)運(yùn)輸距離小于12.04km采用移動(dòng)容器式收集運(yùn)輸合理；當(dāng)運(yùn)行距離大于12.04km時(shí)，采用固定容器收集運(yùn)輸合理。

3 食物垃圾的處理

食物垃圾經(jīng)分類收集和運(yùn)輸后，需進(jìn)行集中處理。而對(duì)于食物垃圾處理方（包括西安市地方政府和垃圾處理廠）而言，如何根據(jù)西安市食物垃圾生產(chǎn)現(xiàn)狀選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄒ詫?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境資源效益、技術(shù)效益和社會(huì)效益的整體共贏具有重大意義。目前，國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的食物垃圾處理技術(shù)和方法主要有微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法、厭氧消化技術(shù)和機(jī)械生物處理（MBT）技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文采取層次分析法（AHP）對(duì)以上三種方法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而選出最佳方法對(duì)西安市食物垃圾進(jìn)行處理[4]。

3.1 微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法、厭氧消化技術(shù)和機(jī)械生物處理技術(shù)（MBT）概況

微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法，即通過微生物（主要是復(fù)合菌種）對(duì)食物殘?jiān)M(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，充分利用其中剩余的營(yíng)養(yǎng)成分從而將其生產(chǎn)成為高蛋白飼料。此類方法具有周期短、產(chǎn)率高、能耗低的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)專業(yè)食品處理技術(shù)和反應(yīng)條件有嚴(yán)格要求；有學(xué)者對(duì)該種方法在食物垃圾處理上的應(yīng)用進(jìn)行過廣泛研究，且在日本已投入使用。其優(yōu)點(diǎn)在于可減少食物殘?jiān)袪I(yíng)養(yǎng)成分的浪費(fèi)，同時(shí)可緩解蛋白飼料不足的現(xiàn)狀；局限在于餐廚垃圾飼料化可能具有潛在食物鏈風(fēng)險(xiǎn)。

厭氧消化技術(shù)，即在無氧條件下，利用兼性及厭氧微生物的代謝作用將復(fù)雜有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物及無機(jī)物，并在此過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)食物垃圾的減容減量及資源化利用。目前該種方法已在歐美部分國(guó)家的食物垃圾處理應(yīng)用及國(guó)內(nèi)有機(jī)廢物處理領(lǐng)域積累了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)在于自動(dòng)化程度高、人力資本較少、易控制惡臭散發(fā)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高；局限性則在于處理技術(shù)較為復(fù)雜，且消化時(shí)間不持續(xù)、反應(yīng)器狀態(tài)不穩(wěn)定以及產(chǎn)生沼渣處理問題。機(jī)械生物處理技術(shù)（MBT），即將機(jī)械過程與生物過程結(jié)合起來處理原始垃圾，通常作為焚燒、填埋等其他簡(jiǎn)易處理方式的預(yù)處理技術(shù)。目前已在許多發(fā)展中國(guó)家投入使用，其優(yōu)點(diǎn)在于可提高食物垃圾中資源的可回收率、同時(shí)可增加填埋及焚燒處理的生物穩(wěn)定性。MBT技術(shù)的局限性則在于其不能單獨(dú)作為食物垃圾處理的方式，處理不徹底[5]。

3.2 西安市食物垃圾處理方法的AHP評(píng)價(jià)

3.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

食物垃圾處理方法的綜合評(píng)價(jià)涉及到諸多因素，本文主要將其劃分為四個(gè)指標(biāo)作為準(zhǔn)則層，即經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（主要包括垃圾處理成本、投資收益、經(jīng)濟(jì)效益等因素）、環(huán)境指標(biāo)（主要包括環(huán)境污染程度、資源回收率等因素）、技術(shù)指標(biāo)（主要包括技術(shù)可行性及管理水平等因素）和社會(huì)指標(biāo)（主要包括居民滿意度等因素）；目標(biāo)層為食物垃圾處理方法；微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法、厭氧消化技術(shù)、機(jī)械生物處理技術(shù)三種方法作為方案層，并分別用方法一、方法二、方法三表示，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[6]。

3.2.2 層次分析法（AHP）確定各層權(quán)向量及組合權(quán)向量

（1）準(zhǔn)則層權(quán)向量及一致性檢驗(yàn)。比較準(zhǔn)則層是對(duì)目標(biāo)層食物垃圾處理方法的影響，取兩個(gè)因素和，公司做投資決策時(shí)，最看重的是技術(shù)指標(biāo)，其次是環(huán)境指標(biāo)，再次是社會(huì)指標(biāo)，最后是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。利用1-9尺度和成對(duì)比較法確定其對(duì)目標(biāo)層的影響之比，全部比較結(jié)果組成以下成對(duì)比較矩陣：

調(diào)用EIG函數(shù)求出輸入矩陣的特征值與特征向量。由公式：

得

隨機(jī)一致性比率

由于，則可認(rèn)為的不一致程度在其容許范圍內(nèi)，故可用向量作為準(zhǔn)則層的權(quán)向量。

最后，利用MATLAB輸出歸一化后的權(quán)向量為：

（2）方案層權(quán)向量。通過查閱相關(guān)資料，三種方法對(duì)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)越性排序?yàn)椋簷C(jī)械生物處理技術(shù)>微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法>厭氧消化技術(shù)，由1-9尺度和成對(duì)比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進(jìn)行一致性檢驗(yàn)并得到歸一化后的權(quán)向量分別為：

三種方法對(duì)于環(huán)境指標(biāo)的優(yōu)越性排序?yàn)椋何⑸锞w蛋白固態(tài)發(fā)酵法>厭氧消化技術(shù)>機(jī)械生物處理技術(shù)，由1-9尺度和成對(duì)比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進(jìn)行一致性檢驗(yàn)并得到歸一化后的權(quán)向量分別為：

三種方法對(duì)于技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)越性排序?yàn)椋簷C(jī)械生物處理技術(shù)>微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法>厭氧消化技術(shù)，由1-9尺度和成對(duì)比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進(jìn)行一致性檢驗(yàn)并得到歸一化后的權(quán)向量分別為：

三種方法對(duì)于社會(huì)指標(biāo)的優(yōu)越性排序?yàn)椋簠捬跸夹g(shù)>微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法>機(jī)械生物處理技術(shù)，由1-9尺度和成對(duì)比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進(jìn)行一致性檢驗(yàn)并得到歸一化后的權(quán)向量分別為：

（3）組合權(quán)向量。對(duì)于微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法，它在三個(gè)準(zhǔn)則層中權(quán)重記為向量：

，

而三個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于目標(biāo)的權(quán)重又可表示為

，

所以微生物菌體蛋白固態(tài)發(fā)酵法在目標(biāo)中的組合權(quán)向量應(yīng)為向量與向量之積；同理，厭氧消化技術(shù)和機(jī)械生物處理技術(shù)在準(zhǔn)則層中中的權(quán)重分別記為和，故方法2、3在目標(biāo)中的組合權(quán)向量應(yīng)分別為與向量之積和與向量之積，得

綜上所述，組合權(quán)量，且通過一致性檢驗(yàn)，所以處理食物垃圾的最佳方法為機(jī)械生物處理技術(shù)。

4 結(jié)論及建議

綜上所述，將西安市的食物垃圾分為廚余垃圾和非廚余垃圾，對(duì)于廚余垃圾，由專用廚余垃圾收集桶（筒）收集，使用真空吸污泵吸入并用全封閉結(jié)構(gòu)收運(yùn)車運(yùn)輸；對(duì)于非廚余垃圾，建議高校、飯店餐余垃圾定點(diǎn)回收，并使用移動(dòng)容器和固定容器兩種方式進(jìn)行回收。特別的，為全面收集街邊非廚余垃圾，鼓勵(lì)市民將產(chǎn)生于街邊的食物垃圾分類放置，設(shè)立街邊餐余垃圾桶對(duì)其進(jìn)行專門收集，定點(diǎn)定向回收。最后，運(yùn)用機(jī)械生物處理（MBT）技術(shù)對(duì)食物垃圾進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)其綜合效益的最大化。

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