應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)延安市區(qū)生活垃圾處理方案的優(yōu)選.pdf

第33卷 第4期西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 Vol 33 No 4 2005年4月Jour of Northwest Sci2Tech U niv of A gri and For N at Sci Ed April 2005 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)延安市區(qū) 生活垃圾處理方案的優(yōu)選 劉曉紅1 2 劉 莉3 曾現(xiàn)來2 王 俏1 張?jiān)鰪?qiáng)2 1 延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院 陜西 延安716000 2西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 陜西 楊凌712100 3延安市水利工作隊(duì) 陜西 延安716000 摘 要 以延安市區(qū)生活垃圾處理方案為研究對(duì)象 采用模糊數(shù)學(xué)模型對(duì)3種生活垃圾處理方案 填埋 焚 燒 填埋 堆肥 填埋 進(jìn)行優(yōu)選 針對(duì)延安市區(qū)生活垃圾的特點(diǎn)和城市特征以及方案論證必須要考慮的因素 分 別從技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 環(huán)境 管理 政策等5個(gè)層次 選取15個(gè)準(zhǔn)則作為比選的依據(jù) 以選擇經(jīng)濟(jì)適用的處理方案為目標(biāo) 層 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型 運(yùn)用三標(biāo)度法對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行量化 對(duì)可以定量的因素直接進(jìn)行歸一化處理 建立各層次 間的判斷矩陣 確定各個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)向量 并由單因素評(píng)價(jià)子集建立隸屬函數(shù)和單因素評(píng)價(jià)矩陣 最后根據(jù)模 糊綜合評(píng)判確定各個(gè)備選方案的總評(píng)分值 從中選出最優(yōu)方案 結(jié)果表明 焚燒 填埋法是環(huán)境可持續(xù) 經(jīng)濟(jì)可承 受及社會(huì)可接受的最優(yōu)方案 其次為填埋法 堆肥 填埋的方案可行性最差 關(guān)鍵詞 模糊數(shù)學(xué) 延安市區(qū) 生活垃圾 處理方案 中圖分類號(hào) X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 167129387 2005 0420157204 城市生活垃圾處置系統(tǒng)中模糊的概念普遍存 在 如技術(shù)適合程度 當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)承受能力 對(duì)環(huán)境的 影響等均沒有明確的界定 因此 在選擇具體的處理 方案時(shí) 往往采用專家打分的方法 使整個(gè)方案的選 擇帶有一定程度的主觀人為性 如果采用多層次模 糊綜合評(píng)判 1 5 運(yùn)用多層次模糊決策理論 將定量 指標(biāo)作為模糊評(píng)語進(jìn)行評(píng)價(jià) 定性指標(biāo)采用三標(biāo)度 層次分析法 6 7 進(jìn)行量化 采用層次分析法客觀地確 定定性指標(biāo)與權(quán)重 可解決決策過程中定性數(shù)據(jù)的 不確定性對(duì)模型的影響 與傳統(tǒng)的規(guī)劃模型相比 這 種模型可以以環(huán)境 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)限制條件多目標(biāo)優(yōu) 化作為目標(biāo) 克服了傳統(tǒng)的優(yōu)化模型 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化 單目標(biāo)模型對(duì)環(huán)境與社會(huì)影響因素考慮不全面的缺 點(diǎn) 使決策過程更加客觀明確 更容易為人們所接 受 1 根據(jù)延安市區(qū)生活垃圾的特點(diǎn)構(gòu)建 層次結(jié)構(gòu)模型 延安市區(qū)日產(chǎn)生活垃圾165 5 t 年產(chǎn)生活垃圾 6 04萬t 2002年 年增長速度在3 9 以上 預(yù)計(jì) 到2010年 垃圾年產(chǎn)量將達(dá)到8 27萬t 1998年以 前 延安市區(qū)的垃圾處理采用簡易填埋法 由于填埋 場位于延河河道兩岸 對(duì)延河水質(zhì)造成了一定程度 的污染 1998年以后 在市區(qū)東郊清涼山北側(cè)建成 衛(wèi)生填埋場并投入使用 設(shè)計(jì)能力為日處理垃圾 140 160 t 以現(xiàn)在的垃圾增長速度 預(yù)計(jì)填埋場使 用到2020年封場 垃圾滲濾液雖采用回灌技術(shù)處 理 但對(duì)周圍林區(qū)土壤 地下水源的污染仍不容忽 視 填埋氣體自然導(dǎo)排也具有一定的安全隱患 8 因 此 填埋氣體和滲濾液的問題影響到單純采用填埋 法的處理效果 考慮到衛(wèi)生填埋只能是最終處理手段 近年來 城市生活垃圾中的有機(jī)質(zhì)含量和熱值在穩(wěn)步增長 市區(qū)燃料結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化 集中供熱和普及天然 氣 因此能否對(duì)生活垃圾進(jìn)行焚燒處理或者選擇更 加優(yōu)化的處理系統(tǒng)成為研究的重點(diǎn) 2002211 2003211 在對(duì)市區(qū)生活垃圾的組成 熱值等參數(shù)進(jìn) 行深入調(diào)查 測定和分析的基礎(chǔ)上 得到延安市區(qū)生 活垃圾的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 其中的百分含量均為質(zhì)量分 數(shù) 即無機(jī)物平均含量50 98 可腐有機(jī)物平均 收稿日期 2004207205 基金項(xiàng)目 陜西省攻關(guān)項(xiàng)目 2003K022 J13 作者簡介 劉曉紅 1972 女 陜西延安人 講師 碩士 主要從事固體廢棄物資源化研究 E2mail xiaohliu eyou com 含量31 38 容重0 348 6 kg L 含水率32 69 可燃分含量21 22 灰分含量46 10 濕基低位 熱值4 260 41 kJ kg 如去除清掃區(qū)垃圾樣品的影 響 可腐有機(jī)物含量為36 04 無機(jī)物44 71 含 水率35 41 低位熱值4 419 25 kJ kg 根據(jù)延安市區(qū)生活垃圾的特性 對(duì)擬采用的3 種處理方案 填埋 焚燒 填埋 堆肥 填埋 進(jìn)行比 較 結(jié)果見表1 其中的定量化指標(biāo)是根據(jù)對(duì)延安市 區(qū)生活垃圾產(chǎn)量的預(yù)測 并參照國家建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 9 10 以日需處理量200 t推算出來的 其中 填埋法采用 單層合成襯底 進(jìn)口壓實(shí)機(jī) 設(shè)有滲濾液收集 處理 及填埋氣收集 發(fā)電等污染預(yù)防措施 垃圾先送至各 垃圾中轉(zhuǎn)站 經(jīng)壓縮后再送至填埋場 焚燒 填埋法 中焚燒采用馬丁爐 設(shè)備國產(chǎn)化率為50 設(shè)有能 使煙氣達(dá)到國家焚燒爐氣體污染控制標(biāo)準(zhǔn)的處理系 統(tǒng) 余熱對(duì)外供熱 產(chǎn)渣率為20 堆肥 填埋法中 采用高溫好氧堆肥法制取復(fù)合有機(jī)肥 售價(jià)為100 元 t左右 得出率50 設(shè)備國產(chǎn)率60 表1 延安市區(qū)3種生活垃圾處理方案的比較 Table 1 Comparison of three treatment schemes according to M SW characteristics in Yan an 因素 Different factors 填埋 Landfill 焚燒 填埋 Incineration landfill 堆肥 填埋 Compost landfill 技術(shù)適合程度C1 Technical adaptability degree 不適合U nfit適合Fit不適合U nfit 占用土地量C2 萬m2 Occupied land 15 48 7213 8 穩(wěn)定化時(shí)間C3 Stabilized time 12 5年2 h25 d 減量化程度C4 Reducing quantity degree 087 565 氣候適用性C5 Climate adaptability 適宜Fit適宜Fit不適宜U nfit 投資費(fèi)用C6 萬元 Investment 4 5006 5605 000 處理成本C7 元 t 1 Treatment cost 355042 5 當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)承受能力C8 Local economy bearing ability 易于承受Easily born較難承受Hardly born 介于填埋與焚燒 填埋之間 Between landfill and incineration landfill 收益C9 萬元 Receipts 160142 9227 5 產(chǎn)品的市場銷路C10 M arket of product 好Good好Good不好Bad 溫室氣體排放量C11 kg t 1 Ejection quantity of greenhouse gas 0 580 300 29 對(duì)水體的污染程度C12 Degree of water pollution 須嚴(yán)格采用防滲工程 否則污染 嚴(yán)重 Leaking2proof projectadopted or else polluted badly 灰渣中無有機(jī)物污染 僅須在填 埋時(shí)采取固化措施 污染輕微 No organic matter pollution in ash solid phase adopted as land2 fill polluted slightly 對(duì)于填埋區(qū)采用防滲工程 有機(jī) 污染程度低于填埋 Leaking2proof adopted in land2 fill area organic pollution de2 gree blow landfill 廢物削減率C13 Reducing ratio of wastematerial 0 170 390 13 人員培訓(xùn)要求C14 Personnel trained demand 要求較高Demand highly要求高Demand more highly要求較高Demand highly 政策鼓勵(lì)方向C15 Policy encouraging direction 不鼓勵(lì)No encouragement鼓勵(lì)Encouragement鼓勵(lì)Encouragement 根據(jù)層次分析法的基本原理 以垃圾處理的經(jīng) 濟(jì)適用性為目標(biāo)層 以技術(shù)適合程度 占用土地量等 15個(gè)因素為準(zhǔn)則層 以3種處理方案為方案層構(gòu)建 層次結(jié)構(gòu)模型 采用三標(biāo)度層次分析法構(gòu)造比較矩陣和判斷矩 陣 確定各個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)向量A 0 137 0 067 0 015 0 032 0 008 0 164 0 164 0 164 0 018 0 018 0 056 0 056 0 011 0 058 0 030 2 用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行方案優(yōu)選 2 1 建立評(píng)價(jià)集和單因素評(píng)價(jià)子集 根據(jù)延安市區(qū)生活垃圾的特點(diǎn)建立評(píng)價(jià)集 如 表2所示 為便于計(jì)算 對(duì)每一評(píng)判因素取所有指標(biāo)值的 平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理 確定各單因素 評(píng)價(jià)子集 進(jìn)行歸一化后 各個(gè)因素分別為 851 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 第33卷 u1 0 732 2 022 0 245 u2 0 772 1 365 0 863 u3 2 333 0 333 0 333 u4 0 663 1 243 1 094 u5 1 365 1 365 0 270 u6 1 160 0 796 1 044 u7 1 189 0 832 0 978 u8 2 022 0 245 0 732 u9 0 925 0 808 1 287 u10 0 732 2 022 0 245 u11 0 608 1 176 1 216 u12 0 245 2 022 0 732 u13 0 734 1 696 0 565 u14 2 022 0 245 0 732 u15 0 200 1 400 1 400 表2 根據(jù)延安市區(qū)生活垃圾的特點(diǎn)建立的評(píng)價(jià)集 Table 2 Evaluation anthology based onM SW characteristics of Yan an city SchemesC1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15 L0 3620 56610 53311110 7030 3620 5000 1210 43610 143 I L110 143110 6860 7000 1210 62810 967110 1211 C L0 1210 6320 1430 8800 1980 9000 8230 36210 12110 3620 3330 3621 注 L I L 和 C L 分別表示填埋 焚燒 填埋和堆肥 填埋 Note L I L and C L stand for landfill incineration landfill and compost landfill respectively 2 2 建立隸屬函數(shù)和單因素評(píng)價(jià)矩陣 計(jì)算出3種技術(shù)對(duì)評(píng)價(jià)集V的隸屬度 得到3 個(gè)單因素評(píng)價(jià)的子集RiL1 RiI L1和RiC L1 作為每種 技術(shù)單因素評(píng)價(jià)矩陣RiL RiI L和RiC L的一行 對(duì)于 以其他方法做了初步量化的因素或指標(biāo) 可以先標(biāo) 準(zhǔn)化后 再建立一個(gè)統(tǒng)一的隸屬函數(shù)加以標(biāo)準(zhǔn)量化 得到單因素評(píng)價(jià)的各個(gè)模糊子集 作隸屬函數(shù) f1 x 1x 1 534 x 1 086 0 451 086 1 086 x 0 636 0 450 636 0 636 0 636 x 0 45 0 186 x 0 636 1x 0 186 單因素評(píng)價(jià)矩陣為 R1 010 00 620 100 00 3490 018 0 620 620 0 16400 0 22900 100 000 447 010 00 2000 289 010 010 100 00 6980 698 R2 0 21310 0 30210 504 100 0 06011 110 10 3560 907 10 4360 760 100 213 0 6420 3821 0 21310 011 010 213 0 21810 100 213 011 R3 000 869 000 00 6730 673 000 000 813 000 000 00 8690 000 000 869 0 06200 0 86900 000 158 00 8690 0 96900 其中 1表示填埋 2表示焚燒 填埋 3表示堆肥 填埋 下同 2 3 確定最優(yōu)方案 令B A R B1 0 307 0 312 0 046 B2 0 643 0 553 0 503 B3 0 081 0 204 0 153 采取對(duì)3個(gè)方案等級(jí)定量記分為P 30 20 10 的方法 分別與3種技術(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果相乘 可以得到 3種技術(shù)的相應(yīng)分?jǐn)?shù) 分?jǐn)?shù)越高 方法越適用 即 W B P T 可得出各種垃圾處理方法的總評(píng)分值 分別為 W1 15 913 W2 35 386 W3 8 029 結(jié) 果表明焚燒 填埋法是最適用的方法 3 結(jié)論與建議 1 由評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出 焚燒 填埋的方案為 951 第4期劉曉紅等 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)延安市區(qū)生活垃圾處理方案的優(yōu)選 延安市區(qū)生活垃圾的最佳處理方案 但是 根據(jù)延安 市區(qū)生活垃圾的特點(diǎn) 生活垃圾中無機(jī)物的比例高 達(dá)50 98 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 因此 在采用焚燒處理時(shí) 應(yīng)加強(qiáng)預(yù)處理 去除大部分灰分 提高可燃物質(zhì)的含 量 以有利于提高焚燒效率 在條件許可的情況下 推廣生活垃圾分類收集 減小生活垃圾預(yù)處理成本 2 根據(jù)延安市的經(jīng)濟(jì)條件 并參照寧波市垃圾 焚燒廠的建設(shè)經(jīng)驗(yàn) 在選擇焚燒設(shè)備及一系列配套 設(shè)施時(shí) 應(yīng)充分發(fā)揮國內(nèi)成熟技術(shù)的優(yōu)勢 在引進(jìn)國 外先進(jìn)設(shè)備的同時(shí) 充分利用國內(nèi)的設(shè)備配套能力 選用關(guān)鍵設(shè)備 如焚燒爐等核心部分可以采用國外 先進(jìn)技術(shù) 其余配套設(shè)備盡可能做到國產(chǎn)化 做到技 術(shù)先進(jìn) 節(jié)約投資 3 與其他建設(shè)費(fèi)用相比 建設(shè)垃圾焚燒和填埋 場投資和運(yùn)營管理費(fèi)用較高 因此 如果單純靠國家 出資或籌資有一定難度 可參照深圳 寧波垃圾焚燒 廠的經(jīng)驗(yàn) 采用股份制運(yùn)作 即主要采用股份制投資 公司的方式籌集資金 由政府進(jìn)行協(xié)調(diào)并參與指導(dǎo) 短缺資金由銀行貸款提供 在運(yùn)營和管理模式上亦 采用公司制的模式 參與市場運(yùn)作 參考文獻(xiàn) 1 崔兆杰 宋 薇 張國英 城市生活垃圾優(yōu)選模型的應(yīng)用 J 環(huán)境保護(hù) 2003 11 14 16 2 陳紹偉 郭廣寨 陸正明 模糊數(shù)學(xué)決策法的改進(jìn)及在生活垃圾處理方式評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 J 上海環(huán)境科學(xué) 2002 21 7 426 428 3 黃 飛 陶進(jìn)慶 采用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)城市生活垃圾處理方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) J 環(huán)境工程 2000 18 3 54 55 4 Bhat V N Model for the optimal allocation of trucks for solid waste management J W asteM anagement 2College of L if e S ciences N orthw est A 3W ater Conservancy W orking T eam of Yan an City Yan an S haanx i716000 China Abstract Fuzzifying mathematics was adopted for optim ization by studyingM SW treatment scheme of Yan an city The three drifted schemes were landfill incineration plus landfill and compost plus landfill The fifteen norm s stemmed from technology economy environment management policy stratum s were aimed at characteristics of Yan anM SW The econom ic and