關于減少塑料污染的研究

馬世豪 陳雅琳秦夢鑫

1.華北理工大學,機械工程學院 河北 唐山063210

2.華北理工大學,冶金與能源學院 河北 唐山063210

一、引言

塑料是一種特殊的材料,由于便宜,用途廣泛,重量輕且具有抵抗力,在諸多領域均有重要作用,塑料制造業(yè)呈指數(shù)型增長,產(chǎn)品使用時間明顯少于適當減少塑料污染物所需時間,與此同時,增加塑料生產(chǎn)所帶來的消極影響值得關注。塑料產(chǎn)品不易分解,難以處理,大約9%塑料杯回收利用,每年約400-1200萬噸塑料污染物進入海洋。解決塑料污染問題刻不容緩。

二、正文

(一)問題分析。為估算最大限度安全減輕一次性塑料浪費,但不造成進一步環(huán)境破壞,首先需要考慮塑料污染物來源,我們從塑料污染物的材質(zhì)入手,研究其污染的嚴重程度以及處理后污染物的資源可用性。討論材質(zhì)權重及占比,最終建立了減輕一次性塑料浪費的估算模型。

(二)減輕一次性塑料污染的限度模型

1.塑料污染的因素選取。如今,塑料生產(chǎn)速度增長是非同尋常的,超過了大多數(shù)其他人造材料,塑料污染問題也隨之而來,塑料丟棄在環(huán)境中不僅產(chǎn)生視覺上的污染,更重要的是對人的潛在危害,對生態(tài)的影響,侵占土地,污染空氣,污染水體等。我們決定從污染物的來源入手,最終選取了三個塑料污染的因素,塑料污染物來源,一次性塑料污染嚴重程度和處理后污染物的資源可用性三方面。

2.塑料污染的因素定義

塑料來源的說明

PET或PETE:市售飲料瓶,食用油瓶等

HDPE或PEHD:瓶子,購物袋等

PVC或V:管子,圍墻與非實物用瓶等

LDPE或PELD:塑料袋,各種容器等

PP:汽車零件,工業(yè)纖維等

PS:食品用餐具,玩具等

OTHER或O:食品餐器具

(2)本文用每克垃圾污染土地面積來衡量材質(zhì)污染的嚴重程度,并用Ai表示。

(3)用資源可利用率來衡量處理后污染物的資源可用性,并用Bi表示。

3.估算模型的準備

(1)材質(zhì)占比。設材質(zhì)的質(zhì)量為xi,i且xi∈[ximin,ximax],即每種材質(zhì)有保障正常生活的基礎值和環(huán)境承受最大值。

i=1

(2)權重。本文用每克垃圾污染土地面積來衡量材質(zhì)污染的嚴重程度,并用Ai表示,污染程度所占權重為a;用資源可利用率來衡量處理后污染物的資源可用性,并用Bi表示,處理后污染物資源可用性所占權重為b。

(3)歸一化。由于各項指標的計量單位不統(tǒng)一,因此,先要進行標準化處理,從而解決各項不同質(zhì)指標值的同質(zhì)化問題。

為方便統(tǒng)一衡量材質(zhì)污染嚴重程度和處理后污染物的資源可用性,對Ai和Bi進行了歸一化運算得到A'i,B'i,詳細說明見下表2。

塑料材質(zhì)的數(shù)據(jù)說明

PET或PETE:Ai0.06、Bi40、Ai’0.09、Bi’0.30

HDPE或PEHD:Ai0.06、Bi40、Ai’0.09、Bi‘0.30

PVC或V:Ai0.13、Bi7、Ai’0.20、Bi’0.05

LDPE或PELD:Ai0.13、Bi10、Ai’0.27、Bi’0.07

PP:Ai0.08、Bi15、Ai’0.12、Bi’0.12

PS:Ai0.10、Bi13、Ai’0.08、Bi’0.06

OTHER或O:Ai0.05、Bi9、Ai’0.15、Bi’0.10

4.估算模型的建立。本文令f(x)表示一次性塑料的環(huán)境污染值,令F(x)表示最大限度安全減輕一次性塑料浪費量。

其中(A'i·a-B'i·b)表示該材質(zhì)污染和處理后資源可利用率歸一化加和后的值,A'i為正向指標,B'i為負向指標,因此二者采用負號加和,該值乘以材質(zhì)占比qi并作加和,得到一次性塑料環(huán)境污染值。

顯然,F(x)=f(x)max-f(x)min

因此,減輕一次性塑料浪費的估算模型為:

1.指標因素的確立

來源和用途:食品包裝、消費品、醫(yī)療設備、工業(yè)制品

塑料替代品可利用性:食品包裝、消費品、醫(yī)療設備、工業(yè)制品

人均塑料使用量

該地政策下塑料件少量

其中,來源和用途方面用各類塑料產(chǎn)品的使用量表示,塑料替代品可利用性用各類塑料產(chǎn)品可替換率來表示,而該地區(qū)政策下塑料減少量是指無塑料管控政策下塑料生產(chǎn)量和有政策管控下塑料生產(chǎn)量之差。

2.塑料污染指標

利用第一問的方法,本文以寧波市為例,求出各指標的權重如下:

食品包裝:26%、消費品:20%、醫(yī)療設備:20%、工業(yè)制品:34%

設各個指標為x1,x2,……,x10,各指標所占權重為i1,i2,……,i10,將指標因素整合為一個數(shù)值,即塑料污染指標值Q:

3.N-Q的卡方檢驗

為了確認所選指標因素和塑料污染物量之間存在關聯(lián),對此采用卡方檢驗的方法驗證其相關性。根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù),我們獲得基本矩陣N:

而K值越高,塑料污染指標與塑料污染量之間的關聯(lián)性越強。

4.N-Q耦合模型

由上述方法求得六組數(shù)據(jù)

N:57.2 、60.3 、32.1 、64.7 、65.9 、67.1

Q:40.11807、42.45572、44.93783、46.15343、47.86651、49.20156

為了明確二者之間的關系,設塑料污染物量為N,用SPSS對數(shù)據(jù)進行回歸擬合,建立N-Q耦合模型如下:

N=0.0083Q5-1.9 Q4+2Q3+3Q2+5Q-5.6e+6該回歸擬合過程進行殘差分析可靠

用方程求得極值Nmax=67.86,Nmin=56.04則最大可減少的塑料污染物Z為:Z=Nmax-Nmin=11.82(萬噸)也就是說,寧波市在各方面改變下,最大程度上可減少11.28萬噸塑料污染物來達到環(huán)境安全水平。

同樣,N-Q耦合模型可以根據(jù)需要求出不同國家、地區(qū)最大程度可減少的塑料污染物,對于不同情況能做到因地制宜,分析不同原因對于塑料污染物的影響。