外賣固體廢棄物處理方案的優化設計

李祚泰

（山東省聊城市第一中學，山東 聊城 252000）

近年來，外賣的迅速發展給人們帶來極大的便利，但也帶來諸多環境問題，如垃圾圍城、垃圾填埋侵占耕地等。所以，外賣垃圾的合理處理與環境、社會以及經濟的發展有著密切的聯系，是人們普遍關心的重要問題。據調查，每周最少有4億份外賣飛馳在中國大街小巷，至少產生4億個一次性打包盒、4億個塑料袋以及4億份一次性餐具。而一個塑料袋降解需要470年，因此塑料袋危害很大，可能會毀了下一代的生存環境，會危及地球的未來生態。制定一個優化、可行的處理方案十分重要。本文根據本地現有垃圾處理能力和外賣產生固體廢棄物數量的調查數據，建立一個數學模型，為本地外賣產生的固體廢棄物設計了一個處理方案，以減少其環境影響。固體廢棄物處理方案模型如下。

1 基本假設

通過調查、分析，本文做出如下假設：優化方案不考慮政府新政策和技術改進的影響；人們存在一定的垃圾分類意識，這是符合實際情況的；不考慮固體廢棄物填埋場、焚燒處理廠、回收站的建設成本。這是基于筆者所在地區已建成相應的固體廢棄物填埋場、焚燒處理廠和回收站提出的。

2 固體廢棄物的分類

本文以所在地區一年內產生的固體廢棄物為研究對象，制定固體廢棄物更優化可行的處理方案。本優化方案是建立在居民有一定的垃圾分類意識的前提下設計的。筆者所在地區已建成固體廢棄物填埋場、焚燒處理廠、回收站，故不考慮其建設成本。

首先對固體廢棄物進行分類，并分析相關的量。本問題按處理方式與固體廢棄物種類綜合考慮進行分類更加方便。將4種處理方式（填埋、焚燒、回收處理、堆肥）分別用i=1，2，3，4表示，它們的單位處理綜合效益分別表示為ai，單位處理成本（單位：元）分別表示為。

值得注意的是，焚燒、回收處理、堆肥這三種處理方式會產生灰渣，灰渣需要填埋（本文中所涉及的“填埋”指含灰渣的填埋，所涉及的“直接填埋”指不含灰渣的填埋）。設焚燒、回收處理、堆肥的產渣率（灰渣質量占所處理的固體廢棄物質量的百分比）分別是α1、α2、α3。

由于居民有一定的垃圾分類意識，并且對于紙質、塑料、金屬、泡沫、食品殘余物這5類固體廢棄物，不同類別的固體廢棄物的處理方案有不同的要求，據此，對5類固體廢棄物進行分類，如表1所示。

固體廢棄物的分類依據為：類別1回收率一般，無法堆肥，可以填埋、焚燒；類別2回收率較高，無法堆肥，可以填埋、焚燒；類別3無法回收，可以堆肥、填埋、焚燒。另外，用M0表示本地區一年內產生的固體廢棄物的質量。

表1 固體廢棄物分類情況

3 線性加權的多目標規劃模型的建立

制定更優化可行的固體廢棄物處理方案，可以認為是一個規劃問題。

首先要明確目標。一個好的固體廢棄物處理方案，應該要做到總綜合效益（設為f1）大，總處理成本（設為f2）小。本文將總綜合效益與總處理成本作差，研究差值f1-f2的大小。其中：

由于國家近年來十分重視環保工作，筆者對總綜合效益和總處理成本分別賦予不同的權重λ和1-λ（0＜λ＜1）[3]。據此可以得到目標函數：

然后，對這個規劃問題的約束條件進行分析。由于3個類別的固體廢棄物中各類處理方式所處理的固體廢棄物的質量之和（焚燒、回收處理、填埋產生的灰渣質量不包含在其對應方式真正處理的固體廢棄物的質量中）等于固體廢棄物的總質量，故：

由于焚燒、回收處理、填埋這3種處理方式對固體廢棄物有一定的要求，并且從可行性方面考慮，符合要求的固體廢棄物又不一定全部能夠被該方式處理（居民有垃圾分類意識，但不能做到將垃圾完全分類），故引入 4個限制比例μ1，μ2，μ3，μ4表示所能用該方式處理的固體廢棄物最大質量占所有固體廢棄物的比例。其中，類別1、2、3固體廢棄物焚燒的限制比例為μ1，類別1固體廢棄物回收處理的限制比例為μ3，類別2固體廢棄物回收處理的限制比例為μ3（類別1、2固體廢棄物的回收處理的現實情況有所不同），類別3固體廢棄物堆肥的限制比例為μ4。

由于焚燒、回收處理、堆肥三種處理方式所處理的固體廢棄物的質量不能大于可以進行該處理方式的固體廢棄物質量的最大值，故：

由于填埋含焚燒、回收處理、堆肥產生的灰渣的質量，故：

由于四類處理方式所處理的固體廢棄物質量均不小于0，故：

綜合以上分析，可以得出一個進行了線性加權的規劃模型：

4 模型求解

本文通過查找資料、實地參觀調查和計算，得到以下數據[2]。

表2 規劃模型參數的值

對于偏好系數λ，由于國家對環保工作的重視，本文取λ=0.7。由于計算結果為比值，為方便計算，取M0=1。

將數據帶入后，在matlab中利用lineprog函數求得最優解為[2]：

由于上文中取M0=1，故真正的最優解為：

由于填埋量xk（k=1，4，7）中含灰渣填埋量，故直接填埋比例不可以使用計算，應使用直接填埋量進行相應計算或使用“1-其他處理方式處理量的比例之和”計算。

5 結論

對于優化方案中占比最大的焚燒，目前有許多技術可以對其燃燒產生的廢氣進行處理，其中致癌物二噁英可以降低至遠低于危險值的水平，對環境危害較小[3]。經過實地調查，本地的固體廢棄物焚燒廠處理水平可以達到相應標準，這也是數據中焚燒的綜合效益較高的原因。對于填埋，其在優化方案中占比已降至較低水平，影響大大減小。值得注意的是，優化方案的實現需要社會各界的共同努力：政府應指導處理方案的實施，注意垃圾分類處理；公民應養成垃圾分類的好習慣。結合目前實際情況，在社會各界共同努力的前提下，該優化后的垃圾處理方案可行性較高。