海島生活垃圾處置方式的評價模型研究*

郭浩男，丁志斌，董瑞程，趙小蘭，連小瑩

(中國人民解放軍陸軍工程大學(xué) 國防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007)

0 引言

海島是海洋的重要組成部分，構(gòu)成了海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要一環(huán)，我國每年投入大量資金保護(hù)海島環(huán)境，截止到2015年，綜合整治海島生態(tài)環(huán)境共投入64億元[1]。近年來隨著海島開發(fā)利用強(qiáng)度不斷加大，生活垃圾產(chǎn)量隨之劇增[2]，給海島生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)峻影響。粗放的、原始的垃圾處置方式已經(jīng)不能滿足海島發(fā)展需求。但不同海島之間差異巨大，沒有一個統(tǒng)一的方法對其垃圾處置方式進(jìn)行評價，難以為今后改善海島環(huán)境提供普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要從多個因素上整體評價海島生活垃圾處置方式。通過設(shè)計生活垃圾處置方式評價模型，可以為今后海島環(huán)境發(fā)展提供參考。

1 生活垃圾處置方式評價指標(biāo)

對于組分復(fù)雜的生活垃圾，單一的處理方式具有局限性，僅對于特定種類的垃圾有效。垃圾堆肥適用于垃圾成分中有機(jī)含量較高的組分，如廚余類垃圾；焚燒法適用于垃圾熱值較高、土地較少的地區(qū)；衛(wèi)生填埋是垃圾最終處置方法，可適用于垃圾中的無機(jī)組分。表1對堆肥、焚燒和衛(wèi)生填埋進(jìn)行評價。定量化指標(biāo)根據(jù)小型海島垃圾產(chǎn)量的預(yù)測，并參照《生活垃圾衛(wèi)生填埋工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)124-2009)、《生活垃圾焚燒處理工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)142-2010)、《生活垃圾堆肥處理工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)141-2010)，以日處理量小于50 t推算而得。海島生活垃圾產(chǎn)量小，資源化收益可忽略不計，因此不予考慮。

表1 垃圾處置方式優(yōu)缺點(diǎn)比較

根據(jù)以上評價指標(biāo)合并出四類生活垃圾處置方式評價指標(biāo)：技術(shù)適用性、環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟(jì)可行性、社會限制。

技術(shù)適用性：指生活垃圾處理技術(shù)是否適用于海島。海島面積有限，地質(zhì)條件差，生態(tài)系統(tǒng)脆弱；海島生活垃圾組分復(fù)雜，單一的處置方式不能滿足海島需求。垃圾處置方式應(yīng)立足于海島以及海島生活垃圾特點(diǎn)，綜合垃圾處置穩(wěn)定時間考慮。

環(huán)境協(xié)調(diào)性：指垃圾處置過程中對于環(huán)境影響的大小，從土壤、大氣和水體三方面進(jìn)行考慮。

經(jīng)濟(jì)可行性：海島生活垃圾產(chǎn)量較小，垃圾處理較難帶來經(jīng)濟(jì)收益，因此經(jīng)濟(jì)可行性主要分為兩部分：建設(shè)成本和運(yùn)行成本。

社會限制：指垃圾處置方式與當(dāng)?shù)卣恼邔?dǎo)向是否相符，民眾接受度如何。

2 評價模型指標(biāo)權(quán)重

評價海島垃圾處置方式的指標(biāo)很多，但各個指標(biāo)重要性不同，可以通過層次分析法(AHP)得到各個指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法由美國運(yùn)籌學(xué)家SAATY T L教授提出，它是定量與定性相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。

2.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)圖

通過對海島生活垃圾處置方案選擇影響因素的分析及海島生活垃圾處理現(xiàn)狀的了解，建立技術(shù)方案選擇層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。層次結(jié)構(gòu)中處理方案的選擇，決策層中4個指標(biāo)又可分為若干子指標(biāo)。

圖1 海島生活垃圾處置方案選擇層次結(jié)構(gòu)圖

2.2 權(quán)重的計算

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)圖構(gòu)造判斷矩陣，即對某因素Ri與該層相關(guān)因素Rj的重要性進(jìn)行比較，重要性通過判斷尺度Rij表示，判斷尺度定義見表2。若Ri比Rj稍微重要，則Rij=3；反之，若Rj比Ri稍微重要，則Rij=1/3。

表2 判斷尺度表

根據(jù)專家意見及參考文獻(xiàn)[3-6]確定判斷矩陣，見表3～表7，并求出決策因素權(quán)重。

權(quán)重ω計算公式見式(1)。

(1)

表4 判斷矩陣B1-C

表5 判斷矩陣B2-C

表6 判斷矩陣B3-C

表7 判斷矩陣B4-C

由B-F權(quán)重和C-B權(quán)重得到C-F相對權(quán)重，按照從大到小排序為C1垃圾特點(diǎn)：0.249 8；C3占用土地：0.177 9；C8建設(shè)成本：0.111 9；C2穩(wěn)定時間：0.078 8；C5對水體污染：0.072 7；C6對大氣污染：0.072 7；C7對土壤污染：0.072 7；C10政策與法規(guī)：0.062 6；C4減量化程度：0.048 1；C9運(yùn)行成本：0.037 3；C11公眾意見：0.015 6。

2.3 一致性檢驗

設(shè)判斷矩陣的一致性指標(biāo)為CI，即有：

(2)

式中，λmax表示最大特征值；n表示矩陣維數(shù)。

CI值的大小表示判斷矩陣偏離完全一致性的程度，CI值越大，表明判斷矩陣偏離一致性越差，當(dāng)CI=0時，矩陣具有完全一致性。對于不同階的判斷矩陣，判斷誤差不同，CI值有所差異。因此，對于不同階判斷矩陣，需引入平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值，表8中列舉了1～6階判斷矩陣的RI值。

表8 RI值

因為1、2階矩陣總是具有完全一致性，其RI值為0。當(dāng)階數(shù)大于2時，判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI與同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI之比稱為隨機(jī)一致性比率，記為CR。若滿足式(3)時，即可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調(diào)整判斷矩陣，使之具有滿意的一致性。由此得到的權(quán)重ω值可以接受。

(3)

從表9可以看出各個矩陣一致性指標(biāo)均小于0.10， 因此滿足一致性檢驗。

表9 一致性檢驗表

3 模型指標(biāo)量化評價方法

模糊決策[7]指在現(xiàn)有評價指標(biāo)和測量值下，在模糊環(huán)境中經(jīng)過變換對事物作出決策的一種方法。依據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理和方法，針對評測對象給予其評價結(jié)果(非負(fù)實數(shù))。設(shè)評價時x個指標(biāo)其集合為X={x1,x2,x3,…，xm}，y個評語指標(biāo)，其集合為Y={y1,y2,y3,…，yn}。用sij表示i指標(biāo)對于j評語的隸屬程度，其中sij=xR(xi,yj)，則指標(biāo)與評語間的模糊關(guān)系可以用隸屬度矩陣S表示，并且該矩陣中每一行是對每一個單一因素的評價結(jié)果。

(4)

其中，0≤sij≤1，i=1,2,3,…,m；j=1,2,3,…,n。

確定權(quán)重向量W={w1,w2,w3,…，wn}，其中wi表示因素xi的重要程度，i=1,2,3,…,n,即分配到xi(i=1,2,3,…,n)的權(quán)重，滿足：

(5)

將W與S的合成看作評價者綜合各項指標(biāo)后作出的最終評價即模糊評價，其數(shù)學(xué)模型為：

B=W°S=(b1,b2,…,bm)

(6)

4 海島垃圾處置方式評價——以外伶仃島為例

外伶仃島隸屬于珠海市擔(dān)桿鎮(zhèn)，位于珠海香洲東南部，距珠海市27.5海里。海島氣候宜人，是珠海眾多海島中有名的旅游度假區(qū)。旅游分為淡季和旺季，旺季為5～10月，上島旅游人數(shù)隨季節(jié)波動較大。外伶仃島上設(shè)有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站、垃圾壓縮站、熱解爐和垃圾填埋場。

根據(jù)前面探討的4類共11項指標(biāo)按照優(yōu)秀、良好、一般和較差進(jìn)行評價。權(quán)重為：w=(0.249 8,0.078 8, 0.177 9,0.048 1,0.072 7,0.072 7,0.072 7,0.111 9,0.037 3,0.062 6,0.015 6)。

由權(quán)重可以看出垃圾特點(diǎn)、占用土地和建設(shè)成本是影響海島生活垃圾處置方式的主要因素，經(jīng)多名專家組成評價小組得到隸屬度矩陣為：

運(yùn)用模型評價如下：

B=W°S=(0.177 9，0.177 9,0.249 8,0.249 8)

根據(jù)最大隸屬度原則，對外伶仃島的現(xiàn)行垃圾處置方法的評價為“一般”或“較差”，該評價結(jié)果與實際情況相符。受限于海島地理條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件的先天不足，現(xiàn)行海島垃圾處理方式存在許多問題：

(1)異地處置成本高。海路運(yùn)費(fèi)高昂，每海里約為70元/t，每年僅垃圾運(yùn)費(fèi)一項，外伶仃島需要190萬元，隨著海島旅游業(yè)的興起，迅速增長的垃圾帶來的運(yùn)輸費(fèi)用會給地方政府造成巨大財政壓力。

(2)就地處置污染大。外伶仃島就地處置方式為簡易焚燒，焚燒溫度較低，焚燒垃圾產(chǎn)生的尾氣不達(dá)標(biāo)，污染海島環(huán)境。根據(jù)實地調(diào)研情況，刺鼻的煙氣隨海風(fēng)傳播，擴(kuò)散半徑可達(dá)500 m，島上影響面積約為0.3 km2， 占全島總面積的7%，且基本上都靠近島上人員居住集中區(qū)域，常年在垃圾站的工作人員和附近居民的健康都會受到影響。

5 結(jié)論

將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論運(yùn)用到海島生活垃圾處置方式的綜合評價可以消除海島間差異帶來的影響，是一種量化的科學(xué)評價方法，對于海島垃圾處置方式的選取、評價、改進(jìn)等具有實際參考價值，研究結(jié)果表明此方法技術(shù)可行，結(jié)果可靠。