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,塑料制造業呈指數型增長,產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,增加塑料生產所帶來的消極影響值得關注。塑料產品不易分解,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,塑料生產速度增長是非同尋常的,超過了大多數其他人造材料,塑料污染問題也隨之而來,塑料丟棄在環境中不僅產生視覺上的污染,更重要的是對人的潛在危害,對生態的影響,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)材質占比。設材質的質量為xi,i且xi∈[ximin,ximax],即每種材質有保障正常生活的基礎值和環境承受最大值。

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一,因此,先要進行標準化處理,從而解決各項不同質指標值的同質化問題。

為方便統一衡量材質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。

塑料材質的數據說明

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,該值乘以材質占比qi并作加和,得到一次性塑料環境污染值。

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、醫療設備、工業制品

塑料替代品可利用性:食品包裝、消費品、醫療設備、工業制品

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品的使用量表示,塑料替代品可利用性用各類塑料產品可替換率來表示,而該地區政策下塑料減少量是指無塑料管控政策下塑料生產量和有政策管控下塑料生產量之差。

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%、醫療設備:20%、工業制品: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,對此采用卡方檢驗的方法驗證其相關性。根據搜集到的數據,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性越強。

4.N-Q耦合模型

由上述方法求得六組數據

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對數據進行回歸擬合,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境安全水平。

同樣,N-Q耦合模型可以根據需要求出不同國家、地區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。