李祚泰
(山東省聊城市第一中學(xué),山東 聊城 252000)
近年來,外賣的迅速發(fā)展給人們帶來極大的便利,但也帶來諸多環(huán)境問題,如垃圾圍城、垃圾填埋侵占耕地等。所以,外賣垃圾的合理處理與環(huán)境、社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系,是人們普遍關(guān)心的重要問題。據(jù)調(diào)查,每周最少有4億份外賣飛馳在中國(guó)大街小巷,至少產(chǎn)生4億個(gè)一次性打包盒、4億個(gè)塑料袋以及4億份一次性餐具。而一個(gè)塑料袋降解需要470年,因此塑料袋危害很大,可能會(huì)毀了下一代的生存環(huán)境,會(huì)危及地球的未來生態(tài)。制定一個(gè)優(yōu)化、可行的處理方案十分重要。本文根據(jù)本地現(xiàn)有垃圾處理能力和外賣產(chǎn)生固體廢棄物數(shù)量的調(diào)查數(shù)據(jù),建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型,為本地外賣產(chǎn)生的固體廢棄物設(shè)計(jì)了一個(gè)處理方案,以減少其環(huán)境影響。固體廢棄物處理方案模型如下。
通過調(diào)查、分析,本文做出如下假設(shè):優(yōu)化方案不考慮政府新政策和技術(shù)改進(jìn)的影響;人們存在一定的垃圾分類意識(shí),這是符合實(shí)際情況的;不考慮固體廢棄物填埋場(chǎng)、焚燒處理廠、回收站的建設(shè)成本。這是基于筆者所在地區(qū)已建成相應(yīng)的固體廢棄物填埋場(chǎng)、焚燒處理廠和回收站提出的。
本文以所在地區(qū)一年內(nèi)產(chǎn)生的固體廢棄物為研究對(duì)象,制定固體廢棄物更優(yōu)化可行的處理方案。本優(yōu)化方案是建立在居民有一定的垃圾分類意識(shí)的前提下設(shè)計(jì)的。筆者所在地區(qū)已建成固體廢棄物填埋場(chǎng)、焚燒處理廠、回收站,故不考慮其建設(shè)成本。
首先對(duì)固體廢棄物進(jìn)行分類,并分析相關(guān)的量。本問題按處理方式與固體廢棄物種類綜合考慮進(jìn)行分類更加方便。將4種處理方式(填埋、焚燒、回收處理、堆肥)分別用i=1,2,3,4表示,它們的單位處理綜合效益分別表示為ai,單位處理成本(單位:元)分別表示為。
值得注意的是,焚燒、回收處理、堆肥這三種處理方式會(huì)產(chǎn)生灰渣,灰渣需要填埋(本文中所涉及的“填埋”指含灰渣的填埋,所涉及的“直接填埋”指不含灰渣的填埋)。設(shè)焚燒、回收處理、堆肥的產(chǎn)渣率(灰渣質(zhì)量占所處理的固體廢棄物質(zhì)量的百分比)分別是α1、α2、α3。
由于居民有一定的垃圾分類意識(shí),并且對(duì)于紙質(zhì)、塑料、金屬、泡沫、食品殘余物這5類固體廢棄物,不同類別的固體廢棄物的處理方案有不同的要求,據(jù)此,對(duì)5類固體廢棄物進(jìn)行分類,如表1所示。
固體廢棄物的分類依據(jù)為:類別1回收率一般,無法堆肥,可以填埋、焚燒;類別2回收率較高,無法堆肥,可以填埋、焚燒;類別3無法回收,可以堆肥、填埋、焚燒。另外,用M0表示本地區(qū)一年內(nèi)產(chǎn)生的固體廢棄物的質(zhì)量。
表1 固體廢棄物分類情況
制定更優(yōu)化可行的固體廢棄物處理方案,可以認(rèn)為是一個(gè)規(guī)劃問題。
首先要明確目標(biāo)。一個(gè)好的固體廢棄物處理方案,應(yīng)該要做到總綜合效益(設(shè)為f1)大,總處理成本(設(shè)為f2)小。本文將總綜合效益與總處理成本作差,研究差值f1-f2的大小。其中:
由于國(guó)家近年來十分重視環(huán)保工作,筆者對(duì)總綜合效益和總處理成本分別賦予不同的權(quán)重λ和1-λ(0<λ<1)[3]。據(jù)此可以得到目標(biāo)函數(shù):
然后,對(duì)這個(gè)規(guī)劃問題的約束條件進(jìn)行分析。由于3個(gè)類別的固體廢棄物中各類處理方式所處理的固體廢棄物的質(zhì)量之和(焚燒、回收處理、填埋產(chǎn)生的灰渣質(zhì)量不包含在其對(duì)應(yīng)方式真正處理的固體廢棄物的質(zhì)量中)等于固體廢棄物的總質(zhì)量,故:
由于焚燒、回收處理、填埋這3種處理方式對(duì)固體廢棄物有一定的要求,并且從可行性方面考慮,符合要求的固體廢棄物又不一定全部能夠被該方式處理(居民有垃圾分類意識(shí),但不能做到將垃圾完全分類),故引入 4個(gè)限制比例μ1,μ2,μ3,μ4表示所能用該方式處理的固體廢棄物最大質(zhì)量占所有固體廢棄物的比例。其中,類別1、2、3固體廢棄物焚燒的限制比例為μ1,類別1固體廢棄物回收處理的限制比例為μ3,類別2固體廢棄物回收處理的限制比例為μ3(類別1、2固體廢棄物的回收處理的現(xiàn)實(shí)情況有所不同),類別3固體廢棄物堆肥的限制比例為μ4。
由于焚燒、回收處理、堆肥三種處理方式所處理的固體廢棄物的質(zhì)量不能大于可以進(jìn)行該處理方式的固體廢棄物質(zhì)量的最大值,故:
由于填埋含焚燒、回收處理、堆肥產(chǎn)生的灰渣的質(zhì)量,故:
由于四類處理方式所處理的固體廢棄物質(zhì)量均不小于0,故:
綜合以上分析,可以得出一個(gè)進(jìn)行了線性加權(quán)的規(guī)劃模型:
本文通過查找資料、實(shí)地參觀調(diào)查和計(jì)算,得到以下數(shù)據(jù)[2]。
表2 規(guī)劃模型參數(shù)的值
對(duì)于偏好系數(shù)λ,由于國(guó)家對(duì)環(huán)保工作的重視,本文取λ=0.7。由于計(jì)算結(jié)果為比值,為方便計(jì)算,取M0=1。
將數(shù)據(jù)帶入后,在matlab中利用lineprog函數(shù)求得最優(yōu)解為[2]:
由于上文中取M0=1,故真正的最優(yōu)解為:
由于填埋量xk(k=1,4,7)中含灰渣填埋量,故直接填埋比例不可以使用計(jì)算,應(yīng)使用直接填埋量進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算或使用“1-其他處理方式處理量的比例之和”計(jì)算。
對(duì)于優(yōu)化方案中占比最大的焚燒,目前有許多技術(shù)可以對(duì)其燃燒產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理,其中致癌物二噁英可以降低至遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)值的水平,對(duì)環(huán)境危害較小[3]。經(jīng)過實(shí)地調(diào)查,本地的固體廢棄物焚燒廠處理水平可以達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),這也是數(shù)據(jù)中焚燒的綜合效益較高的原因。對(duì)于填埋,其在優(yōu)化方案中占比已降至較低水平,影響大大減小。值得注意的是,優(yōu)化方案的實(shí)現(xiàn)需要社會(huì)各界的共同努力:政府應(yīng)指導(dǎo)處理方案的實(shí)施,注意垃圾分類處理;公民應(yīng)養(yǎng)成垃圾分類的好習(xí)慣。結(jié)合目前實(shí)際情況,在社會(huì)各界共同努力的前提下,該優(yōu)化后的垃圾處理方案可行性較高。