尚彬 赵世豪

摘要：生活垃圾合理有效地处理是解决我国环境问题的重要措施。文章主要基于我国生活垃圾处理方式及收费制度现状，建立了我国生活垃圾处理所需总成本模型、不同垃圾处理方式的“三化”综合评价指标模型和垃圾分类率与减量化率分析模型，计算工具是MATLAB。最后通过理论分析，证明该模型具有良好的实用性。

关键词：生活垃圾：减量化；计量收费

1 生产垃圾研究背景

近年来，我国的生活垃圾产出量不断增加，生活垃圾的合理有效处理成为我国目前亟待解决的问题之一。目前，我国的生活垃圾一般可分为4大类：可回收垃圾、厨房垃圾、有害垃圾和堆肥垃圾。我国常用的垃圾处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥3种。

本研究搜集了我国生活垃圾相关数据，建立了数学模型对以下问题进行了分析研究：（1）建立合理的指标，分析得到我国生活垃圾处理所需的总成本；（2）对不同生活垃圾处理方式的实际效果进行分析；（3）对于采用垃圾处理分类收费制度是否会对垃圾总量带来有效的减量化效果进行分析。

2 我国生活垃圾处理所需的总成本模型

根据国家统计局官网显示的有关我国2006-2015年总的生活垃圾处理量以及填埋、焚烧和堆肥3种无害化处理方式处理量的相关数据，可以在矩阵实验室（MatrixLaboratory， MATLAB）中对其进行线性拟合得到：

Y=1078x-2154 000

（1）

其中，x为年份，y为我国年度无害化垃圾处理总量。

因三类生活垃圾的卫生无害化处理量以及不同垃圾处理方式的处理量占总垃圾量的百分比均随年份呈线性变化趋势，可以设生活垃圾卫生填埋无害化处理量占垃圾处理总量百分比为：Yi=k1x+b1；生活垃圾焚烧无害化处理量占垃圾处理总量百分比为：Y2=k2X+b2；生活垃圾堆肥无害化处理量占垃圾处理总量百分比为：Y3=k3x+b3。

則我国生活垃圾处理所需的总成本可以表示为：S=YY1M1+YY2M2+YY3M3 =Y（k1x+b1） M1+Y（k2x+b，） M2+Y（k3x+b3）M3。通过将相关数据分别导入MATLAB中进行拟合可以得到：

Y1=0.022 4x+45.79

（2）

Y2=0.001 342x+2.723

（3）

Y3=0.001 342x+2.723

（4）

经查阅文献资料可知填埋无害化垃圾处理单价M1约为84.1元/t，焚烧无害化垃圾处理单价M2约为178.0元/t，堆肥无害化垃圾处理单价M3约为132.8元/t。最终可知我国生活垃圾处理所需的总成本为：

S=2.030 e12x2 +1.182 810x-9.89256 e12

（5）

3 不同垃圾处理方式的“三化”综合评价指标模型

减量化是指垃圾减量的过程和水平。狭义的减量化针对己产生的垃圾，主要有3个阶段的含义：（1）减少源头产生量；（2）减少中端清运量；（3）减少末端处理量。减量化评价的是减量结果，即减量化率，即我国每年总垃圾清运量减去每种垃圾处理方式处理量的结果除以总清运量的商。

资源化是指各类垃圾资源利用的过程和水平。本研究主要从能量角度建立模型，因此可以得到3种垃圾无害化处理方式对应的资源化率的计算方法：填埋资源化率=（填埋气发电能量+供热能量）/填埋垃圾产气热值总量；焚烧资源化率=（焚烧发电能量+供热能量）/焚烧垃圾热值总量；堆肥资源化率=堆肥产品量/堆肥垃圾总量。

无害化是指垃圾对环境的污染达到排放和评价标准的过程或水平。无害化的评价指标无害化率为每一种生活垃圾处理方式的无害化处理量除以全国每年总生活垃圾产生量的商。

本研究采用三角状雷达图来描绘“三化”评价模型。即通过计算雷达图中标记点所围成的三角形面积与总面积的比值，来表示“三化”综合评价水平（范围为0-1），由此可得：“三化”综合评价指标模型为（ab+ac+bc） 0.4/1.3。

其中，a为无害化率，b为资源化率，c为减量化率。

本研究选取了我国2015年生活垃圾的相关数据进行计算。2015年，我国生活垃圾卫生填埋无害化处理量为11 483.1万t，单位重量的垃圾最大理论产气量为87/t m3，计算出总共的产气量为9.99×109 m3。再根据1立方米的填埋气体发电量按1.3 kw·h，计算出填埋气发电能量为4.675 459× 1013 kJ。经查阅资料可知填埋气热值可达7 450-22 350 kJ/m3（本研究以7 450 kJ/m3来计算），得到填埋垃圾产气热值总量为7.442 771 3×1013 kJ。最终代入填埋资源化率计算公式可得填埋方式的资源化率为62.80%。

采用焚烧垃圾处理方式，1吨垃圾燃烧被有效利用的热量为5.023×106 kJ，1t垃圾燃烧产生的蒸汽量为1881.771 kg，1t垃圾燃烧发电量为365.14 kw·h，1t垃圾燃烧上网电量为292.11 kw·h，代入焚烧资源化率计算公式可以得到焚烧方式的资源化率为56.02%。

堆肥得出率一般根据生产性试验确定或参照类似垃圾成分的堆肥厂选取。目前，各种类型垃圾堆肥厂的堆肥得出率一般为40%～60%。结合实际情况，选取40%作为堆肥资源化率。

最终得到3种垃圾处理方式的三化指标如表1所示。

根据模型分别代入3种垃圾处理方式的无害化率、资源化率和减量化率可以得到一种垃圾处理方式的综合效果，指数如表2所示。

根据以上数据可以看出，焚烧垃圾处理综合效果最好，其次为堆肥垃圾处理方式，最后为填埋垃圾处理方式。

4 垃圾分类率与减量化率分析模型

本研究采取“广义”的垃圾分类收集概念，即从垃圾产生的源头开始，按照垃圾的不同成分、属性以及对环境的影响，将垃圾分类后收集、储存以及运输的全过程。本文将我国垃圾种类大致分为3类：回收利用垃圾、填埋方式处理的垃圾以及综合处理、堆肥和焚烧等方式处理的垃圾。通过查阅文献得到，垃圾的减量化指标包括回收减量化和处理减量化两部分，在计算其总减量率时需要综合此两部分指标：

回收减量化率y1=回收量/清运量+回收量=W1/W1+W

处理减量化率y2=清运量-填埋量-堆肥量/清运量=W-W2-W3/W

总减量化率y= Y1+y2（1-y1）

其中，W为我国每年垃圾总清运量，W1为可再生资源回收量，W2为填埋垃圾处理量，W3为综合处理、堆肥和焚烧等方式处理量。

垃圾分类收集率是垃圾分类的重要评价指标之一，此外还有居民知晓率、居民参与率以及分类准确率等。我国每年的垃圾总排放量约为10亿t，本研究选取垃圾分类收集率作为评价垃圾分类的指标，则分类收集率Z=回收量/垃圾排放总量=W1/100 000。

将二者的关系在MATLAB中进行二次拟合可以得到：

y=2.641*Z2-1.43*Z+ 0.862

（7） 即y=2.641* （W1/100 000）2-1.43* （W1/100 000）+ 0.862

不难看出，垃圾减量化率会随垃圾分类化率的上升而不断提高，呈正相关关系。因此我们得出结论，垃圾的分类收费会给我国的垃圾总量带来有效的减量化效果。

5 結语

随着经济的迅速发展，城市规模的不断扩大，生活垃圾产生量也逐年提高。经查阅资料发现，目前我国很多城市的生活垃圾仍采取混合收集方式，导致垃圾成分组成复杂、有机物含量高、水分含量高、热值相对低等。同时，大量有害物质如干电池等未经过分类就直接进入垃圾场，造成了严重的环境污染，增加了垃圾无害化处理的难度，导致垃圾的处理成本偏高。因此，在政府有限财源的前提下及兼顾满足社会公平正义原则下，需要建立合理收费制度来促进垃圾减量化并降低垃圾管理成本。可回收垃圾宜采取负收费方式，有害垃圾，也宜采取负收费的方式。当负收费的收益不足以激励市民时，则采用计量收费的方式。对于厨余垃圾和其他垃圾宜采取计量收费的方式。