周 晉,周 秦
(1.天津理工大學(xué),天津 300384;2.天津科技大學(xué),天津 300457)
收費(fèi)制度下的生活垃圾處理研究
周 晉1,周 秦2
(1.天津理工大學(xué),天津 300384;2.天津科技大學(xué),天津 300457)
近年來(lái),我國(guó)城市生活垃圾數(shù)量不斷增加,不少城市出現(xiàn)了“垃圾圍城”的現(xiàn)象,嚴(yán)重阻礙了城市的可持續(xù)化發(fā)展進(jìn)程。目前,國(guó)際上對(duì)生活垃圾的處理通常采取填埋、焚燒和堆肥3種方式[1]。不同的垃圾處理方式產(chǎn)生的社會(huì)影響不同。因此,查閱文獻(xiàn)資料,嘗試在界定生活垃圾處理全過(guò)程、各環(huán)節(jié)內(nèi)容的前提下,明確生活垃圾處理總成本的組成,即包括直接成本、間接成本、自然資源損耗費(fèi)用和可回收收入,然后以垃圾收集、垃圾清運(yùn)為主體處理框架,分析垃圾產(chǎn)生量與堆肥處理、填埋處理、焚燒處理、運(yùn)輸、收集等15項(xiàng)垃圾處理成本的關(guān)系,并引入綠色核算理論,通過(guò)建立城市垃圾處理費(fèi)用模型,對(duì)現(xiàn)行垃圾處理方式產(chǎn)生的成本進(jìn)行計(jì)算、比較,為社會(huì)提供生活垃圾管理的成本信息,從而促進(jìn)垃圾分類。
處理成本;垃圾分類;灰度預(yù)測(cè);綠色核算理論
城市生活垃圾,是指在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的污染環(huán)境的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,生活垃圾的產(chǎn)量也隨之增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),2014年,我國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量達(dá)到了1.79×108t[2],而由此產(chǎn)生的垃圾處理成本也是一筆令人不可小覷的數(shù)字。如果不及時(shí)轉(zhuǎn)變垃圾處理模式,對(duì)垃圾進(jìn)行有效的分類收集和環(huán)保的消滅處理,垃圾圍城將成為現(xiàn)實(shí)。因此,選擇合適的方案處理垃圾是我們現(xiàn)階段需要考慮的重要問(wèn)題之一。
國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家為了解決垃圾過(guò)盛和處理成本過(guò)高的問(wèn)題,對(duì)垃圾處理實(shí)行分類收費(fèi)制度,我國(guó)也正積極探索有效的垃圾處理方式。為此,我們需要明確垃圾處理總成本的構(gòu)成,核算垃圾處理成本,探討不同處理方式下對(duì)消耗的成本和環(huán)境的影響,并積極采取垃圾分類收費(fèi)制度,從源頭上減輕環(huán)境污染和成本負(fù)擔(dān)。
為了推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綠色發(fā)展,提升城市管理和服務(wù)水平,優(yōu)化人居環(huán)境,必須對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行合理的分類和處理,并且要考慮到經(jīng)濟(jì)成本的問(wèn)題[3]。所以,在開(kāi)展工作時(shí),先要明確垃圾處理總成本的概念,然后構(gòu)建加權(quán)模型,計(jì)算各個(gè)處理環(huán)節(jié)的成本,將得到的計(jì)算結(jié)果匯總求和得到垃圾處理的總成本。
為了能比較全面、真實(shí)地描述各種城市生活垃圾的處理成本,筆者查閱資料,運(yùn)用綠色投入產(chǎn)出核算體系的概念[4],即在原來(lái)的一般費(fèi)用核算基礎(chǔ)上,考慮到垃圾污染環(huán)境所造成的經(jīng)濟(jì)損失。具體來(lái)說(shuō),就是在城市生活垃圾處理全過(guò)程中,除了考慮一般的清運(yùn)、收集、處置成本外,還需考慮在處理過(guò)程中產(chǎn)生的對(duì)自然資源的損耗值和環(huán)境污染的損耗。生活垃圾處理總成本分解如圖1所示。
圖1 垃圾處理總成本
1.1.1 運(yùn)輸、回收費(fèi)用
城市垃圾收運(yùn)是由產(chǎn)生垃圾的源頭運(yùn)送至處理處置場(chǎng)的全過(guò)程[5],它包括3個(gè)階段,即收集、清運(yùn)、中轉(zhuǎn)。
1.1.1.1 收集費(fèi)用
1.1.1.1.1 城市生活垃圾未來(lái)產(chǎn)量預(yù)估
城市生活垃圾收運(yùn)方式的設(shè)計(jì)不僅應(yīng)適應(yīng)當(dāng)前垃圾產(chǎn)量的核算需求,還應(yīng)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略價(jià)值。查閱資料,采用單指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)未來(lái)城市垃圾的產(chǎn)量,具體公式是:
式(1)中:t為垃圾的預(yù)估年份;ρ為平滑系數(shù),ρ∈[0,1];Xt為t時(shí)垃圾的實(shí)際產(chǎn)生值;Qt為t時(shí)垃圾的估計(jì)值;Qt+1為t+1時(shí)垃圾產(chǎn)量的估計(jì)值。
1.1.1.1.2 分類收集
1.1.1.1.2.1 源頭分類
Geller等學(xué)者對(duì)生活垃圾源頭分類行為的界定是[6]:將垃圾產(chǎn)生的源頭作為整個(gè)生活垃圾處理過(guò)程的開(kāi)始,處理人員將生活垃圾按照規(guī)定類別分類收集,最后,將裝有不同垃圾的垃圾袋運(yùn)送到指定的地點(diǎn)統(tǒng)一處理。垃圾源頭分類收集可以減少垃圾運(yùn)輸、處置的工作量,減少二次環(huán)境污染,并且簡(jiǎn)化后續(xù)處理工藝并提高效率,降低能耗和成本。
查閱相關(guān)資料,明確城市生活垃圾源頭分類收集的經(jīng)濟(jì)分析[7],即:
式(2)中:L1為垃圾源頭分類收集的產(chǎn)生效益;F1,F(xiàn)2,F(xiàn)2,F(xiàn)4均為變量,分別表示收運(yùn)費(fèi)的減少量、回收資源效益的增加量、污染減少量和健康效益增加量。
1.1.1.1.2.2 末端處置
查閱文獻(xiàn)可知,末端分類主要是以現(xiàn)狀人工分揀為主力的分類方法[3]。本文將末端處置的費(fèi)用分為分揀成本和政府補(bǔ)貼。
查閱文獻(xiàn)得知,分揀工具、水電費(fèi)、勞動(dòng)保護(hù)用品約為1 000元/人,末端處置政府每噸補(bǔ)貼δ元/噸,綜合以上分析,垃圾收集成本W(wǎng)收為:W收=δ×Qt+1 000P人.
1.1.1.2 清運(yùn)費(fèi)用
隨著社區(qū)垃圾收運(yùn)網(wǎng)點(diǎn)與轉(zhuǎn)運(yùn)中心上午重新整合,必然要對(duì)垃圾運(yùn)輸路線進(jìn)行優(yōu)化整合。
城市的垃圾清運(yùn)處理系統(tǒng)可以被看作是一個(gè)非完全無(wú)向有限連通網(wǎng)絡(luò)[8],假設(shè)系統(tǒng)中有p個(gè)垃圾中轉(zhuǎn)站,m個(gè)垃圾收運(yùn)點(diǎn),且至少有N個(gè)卡車(chē)運(yùn)送垃圾,1輛車(chē)可負(fù)責(zé)1個(gè)收運(yùn)點(diǎn)的垃圾,并將垃圾運(yùn)輸?shù)教幚碇行摹?/p>
假設(shè)存在n輛垃圾運(yùn)輸車(chē),它們需要將垃圾收運(yùn)點(diǎn)ai的垃圾運(yùn)輸?shù)嚼D(zhuǎn)運(yùn)中心bi。
每一個(gè)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)中心可有多輛卡車(chē)同時(shí)工作,并且它們的運(yùn)輸費(fèi)用和對(duì)環(huán)境影響的權(quán)重是相同的,則卡車(chē)實(shí)載的費(fèi)用與空載費(fèi)用的比值定為η(η>1)[9]。對(duì)于當(dāng)前需求rj=ai,要找到離社區(qū)垃圾收運(yùn)網(wǎng)點(diǎn)ai最近的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)中心bi。由于此時(shí)bi處已有垃圾車(chē),則把垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)中心bi的垃圾運(yùn)輸車(chē)空載運(yùn)到ai處,然后將垃圾運(yùn)輸車(chē)實(shí)載垃圾調(diào)回到bi處,最后完成rj所需的總的費(fèi)用為(η+1)×d(ai,bi)[10]。
所以,綜上可得垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用W轉(zhuǎn)運(yùn)為:W轉(zhuǎn)運(yùn)=(η+1)×d(ai,bi).
1.1.1.3 中轉(zhuǎn)費(fèi)用
1.1.1.3.1 中轉(zhuǎn)站年均固定成本
查閱文獻(xiàn)得知,在分析垃圾中轉(zhuǎn)站的固定成本時(shí),常用的模型是“數(shù)據(jù)包絡(luò)分析”(DEA)。DEA是運(yùn)籌學(xué)家Charnes、Cooper和Rhodes在1978年提出的。該分析方法基于“相對(duì)效率評(píng)價(jià)”概念,能有效解決具有多輸入、多輸出特征的同行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)率評(píng)價(jià)問(wèn)題[11]。
根據(jù)DEA模型的原理,建立垃圾中轉(zhuǎn)站的DEA模型。其中,DEA1為DEA評(píng)價(jià)下的中轉(zhuǎn)站年均收益,DEA2為DEA評(píng)價(jià)下的中轉(zhuǎn)站年均運(yùn)行成本,DEA3為DEA評(píng)價(jià)下的中轉(zhuǎn)站年均固定成本。
設(shè)服務(wù)區(qū)內(nèi)有k個(gè)垃圾收集點(diǎn),k=1,2,…,m,有i個(gè)已建中轉(zhuǎn)站,i=1,2,…,n,有j個(gè)處理站,j=1,2,…,l.至此,可得中轉(zhuǎn)站年均固定成本為:
1.1.1.3.2 運(yùn)輸成本
設(shè)生活垃圾的基本運(yùn)費(fèi)為C1元/t(10 km以內(nèi)),超過(guò)10 km的增收C2元/t/km,超過(guò)20 km增收C3元/t/km。S為將垃圾從轉(zhuǎn)運(yùn)站運(yùn)輸至處理處置場(chǎng)的距離。所以,綜上可得總運(yùn)輸成本W(wǎng)運(yùn)為:
1.1.2 處理費(fèi)用
1.1.2.1 填埋費(fèi)用
1.1.2.1.1 衛(wèi)生填埋成本
衛(wèi)生填埋成本,主要是指垃圾填埋場(chǎng)的處理成本,包括基建成本、土地成本和運(yùn)行維護(hù)成本。
查閱資料可得,土地成本為:
式(5)中:L為年土地成本;U為基準(zhǔn)年的填埋場(chǎng)地的基準(zhǔn)地價(jià);S為填埋面積;i為利率;n為土地剩余壽命。
綜上可得,衛(wèi)生填埋成本W(wǎng)衛(wèi)生為:
式(6)中:Qw為每年各省垃圾衛(wèi)生填埋的數(shù)量。
1.1.2.1.2 灰渣填埋成本
填埋的灰渣種類主要有3種,即焚燒設(shè)施灰渣、堆肥設(shè)施灰渣和回收設(shè)施灰渣。假設(shè)3種灰渣產(chǎn)生率分別為α,β,γ,則灰渣填埋成本為:W灰渣=α×W衛(wèi)生+β×W衛(wèi)生+γ×W衛(wèi)生.
1.1.2.2 焚燒費(fèi)用
垃圾焚燒是利用高溫氧化方法處理生活垃圾的一種技術(shù),在焚燒處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的污染物。焚燒廠處理費(fèi)主要包括焚燒和煙霧處理設(shè)備費(fèi)、輔助燃料費(fèi)、處理衍生廢物處置費(fèi)等。筆者認(rèn)為,在進(jìn)行費(fèi)用核算時(shí),可將焚燒費(fèi)用分為外部成本和內(nèi)部成本兩部分,其中,外部成本包括土地成本、建設(shè)成本和焚燒成本。建設(shè)成本可以用政府實(shí)際支付的建設(shè)費(fèi)用計(jì)算。焚燒成本采用直接成本法,公式為:
式(7)中:P為單位垃圾處理費(fèi)。
在處置垃圾的過(guò)程中,由于采用的處置技術(shù)會(huì)對(duì)大氣、水體等造成新的污染,即所謂的外部成本,包括未內(nèi)部化的環(huán)境成本[12],比如垃圾焚燒產(chǎn)生的二英對(duì)人體健康造成的損失。查閱文獻(xiàn),二英排放造成的健康損失可以用公式表示為:
2016年,城建部發(fā)布了《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門(mén)關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾焚燒處理工作的意見(jiàn)》,規(guī)定了垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)用分析按《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》執(zhí)行,因此,政府補(bǔ)貼電價(jià)E電為:
現(xiàn)代邊際機(jī)會(huì)成本(MOC)理論認(rèn)為[4],在進(jìn)行一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的過(guò)程中,不僅會(huì)消耗各種生產(chǎn)要素,還會(huì)影響自然環(huán)境。這時(shí),我們需要承擔(dān)其所產(chǎn)生的治理、損失費(fèi)用等。邊際機(jī)會(huì)成本由處理城市生活垃圾產(chǎn)生的直接費(fèi)用、資源的未來(lái)可使用的機(jī)會(huì)成本和外部成本構(gòu)成。其中,與自然資源損耗相關(guān)的指標(biāo)用MUC和MEC表示。
1.3.1MUC的核算
查閱文獻(xiàn)可知,MUC的核算可使用Hotelling模型,即:
式(10)中:i為利率;△為資源剩余量的平均增長(zhǎng)率。
對(duì)于不可再生資源,需要考慮MUC;對(duì)于能合理開(kāi)發(fā)利用的可再生資源,MUC可忽略不計(jì)。
1.3.2MEC的核算
MEC可通過(guò)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)r(jià)值的變動(dòng)來(lái)確定,即分析評(píng)價(jià)其潛在的環(huán)境質(zhì)量的效益或價(jià)值(該資產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值)。
可回收收入是由生活垃圾中的再生資源產(chǎn)生的,具體包括資源再生收入、生物堆肥收入、焚燒熱能再利用。用λi、λC、λP分別代表可用于焚燒、堆肥和回收利用垃圾成分的可利用率(%),Q1表示第t年可燃燒垃圾總量,Q2表示第t年可堆肥垃圾總量,Q3表示第t年可回收垃圾總量,則可回收的收入W回收為:W回收=(λi×Q1+λC×Q2+λP×Q3)×P.
通過(guò)對(duì)不同處置技術(shù)下的不同環(huán)節(jié)的成本分析和計(jì)算,將各個(gè)環(huán)節(jié)的成本加總求和,即可得到不同方案下的垃圾處理社會(huì)總成本。
生活垃圾來(lái)源于居民日常生活,居民的消費(fèi)等行為會(huì)在一定程度上影響垃圾的產(chǎn)量。
居民處理垃圾時(shí)常常采用直接排放和分類回收2種方式,前者需要付費(fèi),而后者則是免費(fèi)的[13]。因此,本文借鑒家庭生產(chǎn)函數(shù)模型來(lái)分析垃圾分類收費(fèi)制度對(duì)垃圾排放量和回收效率的影響,從而分析垃圾分類制度對(duì)垃圾總量減量化效果的影響。
查閱文獻(xiàn)可知,垃圾收集和回收的生產(chǎn)函數(shù)可表示為[13]:
式(11)(12)中:PX和PXX分別為P對(duì)xΨ的一階和二階偏導(dǎo);MX和MXX的含義依此類推。
而埋填、堆肥、焚燒垃圾都會(huì)污染空氣,并且隨著垃圾產(chǎn)量的增加,環(huán)境容污能力會(huì)呈反比變化,此時(shí),處理相同數(shù)量的垃圾所需投入的勞動(dòng)力就會(huì)增加。
查閱文獻(xiàn)知,垃圾處理的利潤(rùn)最大化函數(shù)為:
利用MATLAB對(duì)式(13)進(jìn)行微分、求導(dǎo)化簡(jiǎn)求解,得到狀態(tài)變量E和共態(tài)變量qE的關(guān)系,即:
最后,從求解微分方程得到的結(jié)果中可以看出,隨著垃圾產(chǎn)量的增加,環(huán)境容污能力逐級(jí)下降,垃圾處理的效率也不斷降低。
基于此,為了保證效率,處理相同數(shù)量的垃圾所需的勞動(dòng)力就會(huì)不斷增加。因此,垃圾處理分類收費(fèi)會(huì)影響Pχ的值,從而影響垃圾的收集、回收和最終處理的邊際成本,具體表現(xiàn)為Pχ增加,邊際成本成正相關(guān)增值。根據(jù)價(jià)格偏好理論,消費(fèi)者會(huì)傾向于使成本價(jià)格下降的行為,因此,會(huì)縮減垃圾產(chǎn)生量,從而達(dá)到垃圾減量化的效果。
假設(shè)居民的商品消費(fèi)量為c,消費(fèi)后會(huì)產(chǎn)生q的垃圾,二者滿足以下關(guān)系,即:τ×c=q,0<τ<1.居民對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)生的垃圾可以采取直接排放和分類回收2種處理方式。但是,對(duì)于直接排放的垃圾要支付相應(yīng)的費(fèi)用,而回收垃圾則無(wú)需繳費(fèi)。在垃圾為一固定常數(shù)的情況下,采用分類回收的垃圾數(shù)量越大,垃圾采取直接排放方式的數(shù)量就越小。
查閱資料可知,居民進(jìn)行分類回收后的垃圾產(chǎn)生量為:
式(15)中:Tr是居民進(jìn)行垃圾分類回收所耗用的時(shí)間,為進(jìn)行垃圾分類回收的方便程度。
根據(jù)垃圾按量收費(fèi)的最優(yōu)單位定價(jià)理論,可以得到居民預(yù)算約束為:
式(16)中:pC為復(fù)合商品的價(jià)格;pg為垃圾處理服務(wù)的單位定價(jià)。
在此約束條件下,居民效用極大化可用函數(shù)表示為:
通過(guò)MATLAB對(duì)式(18)進(jìn)行拉格朗日一階求導(dǎo),解得,當(dāng)居民達(dá)到效用最大化時(shí),垃圾的回收量為此時(shí),垃圾的排放量為二者之和。由此可以看出,居民的垃圾費(fèi)支出與排放量呈正比。
由此可以看出,在分類收費(fèi)制度下,居民的垃圾排放量會(huì)減少。綜上所述,如果采取垃圾處理分類收費(fèi)制度,會(huì)對(duì)垃圾總量帶來(lái)更有效的減量化效果。
從對(duì)垃圾分類處理的成本分析中可以看出,經(jīng)過(guò)有效的分類,垃圾的處理成本降低。因此,為了更好地響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能綠色環(huán)?!钡奶?hào)召,在處理垃圾時(shí),可以參考以下幾個(gè)建議:①采取垃圾收集、轉(zhuǎn)運(yùn)(分類)與終處理相分離的模式;②加強(qiáng)宣傳教育,提高全民環(huán)保意識(shí),自覺(jué)促進(jìn)垃圾分類的實(shí)施[14];③進(jìn)一步提高垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的效率,優(yōu)化選擇垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)路線;④擴(kuò)大源頭垃圾處理的規(guī)模,提高人員、技術(shù)投入和管理水平,鼓勵(lì)居民對(duì)垃圾積極進(jìn)行源頭分類處理;⑤提供方便實(shí)用的垃圾分類收集設(shè)施;⑥運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念,形成“環(huán)衛(wèi)清運(yùn)網(wǎng)絡(luò)”和“再生資源回收網(wǎng)絡(luò)”的垃圾收運(yùn)新模式;⑦將促進(jìn)垃圾前段有效分類、強(qiáng)化中間轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)、增強(qiáng)末端處理能力三者結(jié)合[15],建立前端長(zhǎng)期有效的垃圾分類體制,實(shí)現(xiàn)垃圾干濕分離。
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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.061
2095-6835(2018)01-0061-05
〔編輯:白潔〕