垃圾分類回收系統(tǒng)中的碳排放監(jiān)測與優(yōu)化技術

摘要：隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，垃圾分類回收系統(tǒng)作為城市管理的重要組成部分，正面臨著嚴格控制碳排放的要求。針對垃圾分類回收系統(tǒng)中的碳排放問題，系統(tǒng)分析了碳排放的主要來源，評估了現(xiàn)有監(jiān)測技術的應用情況，并提出基于大數(shù)據和物聯(lián)網技術的優(yōu)化方案。研究表明，采取優(yōu)化運輸路線、提升回收效率以及改進處理技術等措施，可以有效控制垃圾分類回收系統(tǒng)的碳排放。該研究為進一步推進垃圾分類回收系統(tǒng)的低碳化管理提供了理論支持和實踐指導。

關鍵詞：垃圾分類；碳排放；監(jiān)測技術；優(yōu)化技術；回收系統(tǒng)

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-0-03

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Carbon Emission Monitoring and Optimization Technology in Garbage Classification and Recycling Systems

WEN Caixia

（Ordos Ecological Environment Vocational College， Ordos 017010， China）

Abstract： With the increasingly severe global climate change problem， the garbage classification and recycling system， as an important component of urban management， is facing the requirement of strict control of carbon emissions. In response to the carbon emissions issue in the garbage classification and recycling system， the main sources of carbon emissions were analyzed， the application of existing monitoring technologies was evaluated， and optimization solutions based on big data and IoT technology were proposed. Research has shown that measures such as optimizing transportation routes， improving recycling efficiency， and improving treatment technologies can effectively control the carbon emissions of garbage classification and recycling systems. This study provides theoretical support and practical guidance for further promoting low-carbon management of garbage classification and recycling systems.

Keywords： garbage classification; carbon emission; monitoring technology; optimization technology; recycling system

垃圾分類回收系統(tǒng)是實現(xiàn)資源循環(huán)利用的重要措施，也是減緩全球氣候變化的一項關鍵策略。然而，隨著垃圾分類工作的深入開展，系統(tǒng)運行過程中所產生的碳排放問題日益凸顯。垃圾分類回收系統(tǒng)涉及的環(huán)節(jié)眾多，包括垃圾收集、運輸、處理及再生利用等，每個環(huán)節(jié)均可能成為碳排放的來源。實踐表明，垃圾分類回收系統(tǒng)的碳排放主要來自3個方面：一是垃圾運輸車輛的燃料消耗；二是垃圾處理過程中的能源使用；三是資源回收過程中不可避免的碳排放。隨著技術的發(fā)展，針對這些環(huán)節(jié)的碳排放監(jiān)測和優(yōu)化技術逐漸受到重視。通過評價現(xiàn)有監(jiān)測技術的優(yōu)缺點，結合最新的物聯(lián)網和大數(shù)據技術，提出一套系統(tǒng)的碳排放優(yōu)化方案，為城市垃圾分類管理提供新的思路和技術支持，是實現(xiàn)環(huán)境保護的重要路徑。

1 垃圾分類回收系統(tǒng)的碳排放源分析

1.1 垃圾收集階段的碳排放

垃圾收集階段的碳排放主要來源于垃圾收集車輛的燃料消耗。隨著城市化進程的加快，垃圾產量顯著增加，垃圾收集的頻率加快，收集范圍也隨之擴大，導致車輛燃料消耗量大幅上升。燃料燃燒不僅會產生二氧化碳，還會排放其他有害氣體，如氮氧化物和顆粒物，進一步加劇空氣污染。不同地區(qū)的垃圾分類方式和收集路線設計也影響碳排放量。科學合理地設計垃圾收集路線，避免重復路徑，可以顯著減少車輛的行駛距離，從而降低燃料消耗和碳排放。

1.2 垃圾運輸階段的碳排放

垃圾運輸階段的碳排放主要來自長距離的垃圾轉運。通常，垃圾在收集后需要運輸至中轉站或處理廠，這一過程涉及大量的燃料消耗。由于垃圾處理設施的地理分布不均衡，某些區(qū)域可能需要長距離運輸，進一步增加了燃料消耗。運輸車輛的選擇和燃料種類也是決定碳排放的重要因素。柴油車雖然具有較高的燃油效率，但其碳排放量相對較大。通過引入新能源車輛并利用大數(shù)據分析和智能交通管理系統(tǒng)來優(yōu)化運輸路線，能夠有效降低運輸階段的碳排放。

1.3 垃圾處理階段的碳排放

垃圾處理階段的碳排放主要取決于處理方式。焚燒處理是眾多城市廣泛采用的垃圾處理方法之一，盡管其可以迅速減少垃圾體積，并且通過發(fā)電實現(xiàn)部分能源回收，但其高溫燃燒過程會產生大量的二氧化碳、一氧化碳、二噁英等有害物質[1]。填埋處理是另一種常見的垃圾處理方式，但垃圾在填埋場的降解過程中會釋放出大量的甲烷，對全球氣候的影響更大[2]。資源化利用（堆肥和回收再利用等）是一種更環(huán)保的處理方式，但在廢物的分選、清洗和再加工過程中，同樣會消耗大量能源，并產生相應的碳排放。因此，在選擇垃圾處理方式時，必須權衡其碳排放量和資源利用效率，以實現(xiàn)環(huán)境效益的最大化。

1.4 回收利用階段的碳排放

回收利用階段的碳排放主要來自廢物的再加工過程。雖然資源化利用可以減少對原生材料的需求，從而降低整體碳足跡，但是再加工過程中的能源消耗仍然是不可忽視的碳排放源。例如，金屬的再熔煉、塑料的再生加工等過程都需要消耗大量的電力或燃料，這些能源消耗在較大，其碳排放量也相當可觀。為減少回收利用階段的碳排放，可以提高廢物的回收效率，降低資源的損耗。同時，推廣低能耗的回收技術，如利用太陽能、風能等可再生能源供電的加工設施，能夠顯著減少碳排放。此外，鼓勵產業(yè)鏈上下游的協(xié)同合作，共享資源和信息，有助于提高整個回收利用過程的能源使用效率。

2 碳排放監(jiān)測技術現(xiàn)狀及評估

2.1 傳統(tǒng)碳排放監(jiān)測技術

在垃圾分類回收系統(tǒng)中，傳統(tǒng)碳排放監(jiān)測技術主要包括燃料消耗法和碳排放因子法。燃料消耗法通過計算燃料的使用量來估算車輛和設備的碳排放，這是基于燃料燃燒時的化學反應，將燃料消耗量轉換為二氧化碳排放量。碳排放因子法是根據不同的處理工藝和材料類型，使用固定的排放因子計算碳排放。實踐中，焚燒處理的碳排放因子與填埋處理的因子不同，這些因子通?；诖罅繉嶒灪徒y(tǒng)計數(shù)據得出。這些方法具有實施簡單、成本低的特點，適用于資源有限的情況。然而，這些傳統(tǒng)方法在面對復雜的系統(tǒng)時，難以提供精確和實時的碳排放數(shù)據，尤其在垃圾分類回收系統(tǒng)中，排放源眾多且動態(tài)變化，單一的監(jiān)測方法難以全面覆蓋所有碳排放環(huán)節(jié)。此外，傳統(tǒng)方法依賴于平均值和假設條件，可能忽略實際操作中的多樣性和不確定性，從而導致結果出現(xiàn)偏差。

2.2 物聯(lián)網與大數(shù)據監(jiān)測技術

近年來，物聯(lián)網技術的快速發(fā)展為垃圾分類回收系統(tǒng)的碳排放監(jiān)測提供了新的可能。通過在垃圾收集、運輸和處理設備中安裝傳感器，可以實時采集碳排放數(shù)據，這些數(shù)據包括車輛的燃料消耗、設備的能耗、垃圾的重量和種類等。傳感器數(shù)據通過無線網絡傳輸至大數(shù)據平臺，在平臺上進行數(shù)據的存儲、處理及分析。與傳統(tǒng)方法相比，物聯(lián)網技術不僅可以提供更高精度、更實時的碳排放監(jiān)測數(shù)據，還能捕捉系統(tǒng)中細微的變化，有助于管理者識別異常狀態(tài)和優(yōu)化操作。例如，通過分析收集到的數(shù)據，可以識別出燃料消耗異常的車輛或設備，及時進行維護或調整。此外，大數(shù)據分析技術能夠處理海量的歷史數(shù)據，為系統(tǒng)的碳排放趨勢和潛在的減排措施提供數(shù)據支持。這些新技術的應用，不僅提高了碳排放監(jiān)測的精度和實時性，還為管理者的決策提供了更為全面和深入的支持。

2.3 人工智能在碳排放監(jiān)測中的應用

人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術在碳排放監(jiān)測中的應用主要體現(xiàn)在數(shù)據處理和預測模型的構建上。通過機器學習算法，可以分析大量的碳排放數(shù)據，識別系統(tǒng)的主要排放源。具體來說，AI可以分析不同收集路線的燃料消耗數(shù)據，找出最優(yōu)的收集路線，以最小化車輛的碳排放。同時，AI可以根據歷史數(shù)據，預測未來的碳排放趨勢，幫助管理者提前制定應對策略。除了數(shù)據分析，AI還可以通過強化學習技術，在模擬環(huán)境中測試不同的操作策略，從中選出最優(yōu)的方案。結合物聯(lián)網和大數(shù)據技術，AI可以實現(xiàn)碳排放的自動化監(jiān)測和管理，從而大幅度提高系統(tǒng)的運營效率和環(huán)保效益。

3 垃圾分類回收系統(tǒng)碳排放的優(yōu)化技術方案

基于前述碳排放監(jiān)測技術的發(fā)展，進一步探討垃圾分類回收系統(tǒng)的優(yōu)化技術方案，旨在通過技術手段盡可能降低碳排放量。優(yōu)化技術方案的設計應從系統(tǒng)的整體性和協(xié)同性出發(fā)，不僅要考慮各個環(huán)節(jié)的碳排放量，還需要考慮整個系統(tǒng)的碳排放平衡。

3.1 運輸路線優(yōu)化與智能調度系統(tǒng)

運輸階段是垃圾分類回收系統(tǒng)碳排放的重要來源之一。傳統(tǒng)的運輸路線設計和調度方案無法最小化燃料消耗，從而導致不必要的碳排放。為優(yōu)化運輸路線和調度，應當從多種技術方案入手。因此，可以考慮基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）進行路線優(yōu)化。利用GIS技術，精確建模城市的道路網絡、垃圾投放點和處理中心的地理位置，并結合實時交通數(shù)據，設計最優(yōu)的運輸路線，以減少運輸距離和時間，從而降低燃料消耗和碳排放。同時，引入智能調度系統(tǒng)。通過智能調度系統(tǒng)，將垃圾收集車輛的運行數(shù)據實時傳輸至中央控制平臺。基于大數(shù)據分析，系統(tǒng)可以動態(tài)調整車輛的調度方案，合理分配資源，避免車輛空載或不必要的繞路行駛。另外，可以推廣新能源運輸車輛，引入電動垃圾收集車或混合動力車，逐步替代傳統(tǒng)燃油車輛。這不僅能有效降低運輸過程中的碳排放，還能減少對化石燃料的依賴，促進城市交通系統(tǒng)的低碳化轉型。

3.2 垃圾處理技術的升級與優(yōu)化

垃圾處理過程的碳排放直接影響整個系統(tǒng)的低碳化效果。針對現(xiàn)有處理技術的不足，提出多種優(yōu)化措施。

一是應用高效的焚燒技術。改進焚燒技術，采用低氧焚燒和余熱利用技術，降低焚燒過程中的二氧化碳和其他溫室氣體排放。同時，通過余熱回收技術，將焚燒產生的熱量用于發(fā)電或供暖，進一步減少系統(tǒng)的碳足跡。

二是推廣填埋氣體收集與利用技術。填埋場在垃圾降解過程中會產生大量的甲烷，這是一種比二氧化碳更為強效的溫室氣體。在填埋場安裝氣體收集系統(tǒng)，收集并處理填埋氣體，轉化為能源利用或處理后達標排放，從而減少甲烷對大氣的污染。

三是推進生物處理與資源化利用。針對有機垃圾，推廣厭氧消化和堆肥技術，通過生物處理減少碳排放，并生產出可用于農業(yè)的肥料或生物燃氣。對于可回收垃圾，優(yōu)化分類和再利用技術，提高資源化利用率，減少對原材料的需求，進而降低碳排放。

3.3 信息化管理與公眾參與

信息化管理和公眾參與是垃圾分類回收系統(tǒng)優(yōu)化的重要組成部分[3]。通過信息技術的應用和公眾的積極參與，可以顯著提高系統(tǒng)的運行效率，減少不必要的碳排放。其中，通過物聯(lián)網技術，將垃圾分類、收集、運輸、處理等各個環(huán)節(jié)的數(shù)據集中到一個智能管理平臺，實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題并調整方案，確保系統(tǒng)始終處于最優(yōu)運行狀態(tài)。

碳排放的減少不僅依賴于技術手段，還需要公眾積極參與。通過開展垃圾分類和低碳生活的宣傳教育活動，提高居民的環(huán)保意識和分類投放的準確率，從源頭上減少垃圾的產生和不必要的碳排放[4]。為鼓勵居民參與垃圾分類和低碳生活，可以設計相應的激勵機制，如積分獎勵、社區(qū)榮譽等，以調動公眾的參與積極性，形成全民共建低碳城市的良好氛圍。

4 結論

垃圾分類回收系統(tǒng)的碳排放監(jiān)測與優(yōu)化技術是應對全球氣候變化的重要手段之一。通過分析垃圾分類回收系統(tǒng)中的碳排放源，評估現(xiàn)有的監(jiān)測技術，并提出一套系統(tǒng)的優(yōu)化技術方案。未來，應當進一步探索低碳技術的經濟性和可行性分析，推動政策制定，以促進垃圾分類回收系統(tǒng)的優(yōu)化實施。

參考文獻

1 何偉煜.城市生活垃圾處理行業(yè)溫室氣體減排機會分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2023（5）：9-17.

2 楊露露，楊 愛.溫室氣體減排可持續(xù)發(fā)展綜述[J].廣州化工，2013（9）：46-47.

3 李 柱.打造“無廢城市”精細化智慧管理樣本構建“線上+線下”新型一體化平臺[J].中國建設信息化，2020（23）：42-45.

4 黃耀文.環(huán)保社會組織參與城市生活垃圾分類治理路徑研究：以L組織為例[D].天津：天津商業(yè)大學，2022：12-15.