8.0固体废弃物管理规划

环境规划学固体废物管理规划王真Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物概述❖固体废弃物的定义固体废弃物（SolidWaste）指⽣产建设、⽇常⽣活和其他活动中产⽣的污染环境的固态、半固态废弃物物质。❖按照来源分类产业固体废弃物和⼀般固体废弃物（⽇本）⼯业固体废弃物，矿业固体废弃物，城市固体废弃物，农业固体废弃物，放射性固体废弃物（美国）⼯业固体废弃物，危险固体废弃物，城市⽣活垃圾（中国）Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物概述❖⼯业固体废弃物指在⼯业、交通等⽣产活动中产⽣的固体废弃物，如⾼炉渣、钢渣、⾚泥、有⾊⾦属渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、废⽯膏、盐泥废⽯和尾矿等。⾼炉矿渣来源于铁矿⽯的杂质、燃烧中的灰分和造渣剂。钢渣来⾃于铁⽔杂质、造渣剂等⾚泥来⾃于铝⼟矿提炼氧化铝派出的炉渣废⽯膏来源于磷酸盐矿⽯制磷排出的废渣盐泥来⾃于电解⾷盐制烧碱的废渣Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物概述❖危险废弃物⼯业固体废弃物中约5-10%的废弃物具有易燃性、易爆性、化学反应性、腐蚀性、毒性或传染性等。根据国家规定危险废弃物鉴别标准和鉴别⽅法认定的具有危险特性的固体废弃物单独分类，成为危险废弃物。如冶炼渣中排出的放射性固体废物核武器实验产⽣的放射性碎⽚医疗产⽣的纱布、针头等Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物概述❖城市⽣活垃圾指城市⽇常⽣活中或为城市⽇常⽣活提供服务的活动中产⽣的固体废弃物，以及法律、⾏政法规规定视为城市⽣活垃圾的固体废弃物。发达国家粪便全部通过下⽔道输送到污⽔处理⼚处理，因此发达国家的城市固体废弃物不包括城市居民粪便。在我国，由于下⽔道系统不完善，居民的粪便需要收集、清运，也属于城市⽣活垃圾的重要组成部门。城市垃圾可以分为家庭垃圾、⾷品垃圾、零散垃圾、市场垃圾、街道清扫物、医院⼀般垃圾、建筑垃圾等不同城市的发展程度不同，城市垃圾的构成也不同。Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物的危害❖占⽤⼟地美国有1.5万个垃圾处理场，⾯积相当于19个新加坡，占⽤⼟地200万公顷。2007年我国有垃圾处理场2353座，填埋量1.53亿吨，并以10%的速度增长。仅⼯业废渣、煤矸⽯、尾矿堆积量就超过50亿吨，占地超过60万亩。❖污染⽔体固体废弃物随⾬⽔径流进⼊⽔体固体废弃物的渗滤液通过⼟壤进⼊地下⽔颗粒物垃圾随风飘扬落⼊地⾯⽔体固体废弃物被直接倾倒⼊河流、湖泊、海洋Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物的危害❖污染⼤⽓恶臭悬浮颗粒物有害⽓体❖污染⼟壤医院、⾁联⼚、⽣物制品⼚的废渣导致⼟壤病菌、寄⽣⾍污染⼯矿业废弃物破坏⼟壤⽣态系统，导致草⽊不⽣❖影响环境卫⽣和危害⼈体健康Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物管理规划的内容❖规划基础固体废弃物管理是指固体废弃物的产⽣、收集、运输、储存、处理和最终处置的全过程管理。❖固体废弃物管理过程管理三原则减量化资源化⽆害化Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物管理规划的内容❖固体废弃物管理规划的对象⼯业固体废弃物由特定的发⽣源⼤量排出，每个发⽣源排出的固体废物性质、状态基本不变且异于其他发⽣源。因此，坚持企业⾃⾏处理原则，同时⼤⼒推⾏清洁⽣产和循环经济。城市⽣活垃圾通常在全市范围内性质特征相似，原因⼆坚持统⼀收集和处理，⼀般以最经济⼿段进⾏处理。危险废弃物以法律法规规定判别标准、清运、存放和处理处置制度❖对象——城市固体废物的管理系统如何使城市垃圾的收集、运输费⽤最⼩如何给各处理场所分配合适的固体废弃物量，使城市或区域的垃圾处理费⽤最⼩Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废物管理规划的内容❖总体设计确定规划的⽬标、对象、范围和内容确定规划的结构、指标体系❖数据调查与分析污染源数据调查：收集污染源与排放量数据处置现状数据调查：确认收集、存放、运输路线和固体废弃物处理⽅式、填埋场位置与规模、环境影响数据、回收利⽤状况社会经济数据调查分析：经济结构、产业结构、⼯业结构与布局、⼈⼜、社会经济发展远景规划⽬标等其他数据：环境质量、⽔⽂、⽓象、⼟地利⽤、交通、地形地貌等Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废物管理规划的内容❖规划模型开发采⽤适宜的规划⽅法，建⽴规划模型，包括：固体废弃物管理技术的经济评估固体废弃物产⽣与排放预测固体废弃物处置场地选址及交通运输⽹络设计固体废弃物处理量优化分配固体废弃物相关的空⽓污染扩散控制固体废弃物运输、处理相关的噪⾳污染与控制等❖规划⽅案的⽣成与后优化考虑风险分析、效⽤分析评估规划⽅案Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物管理规划的⽅法❖固体废弃物的预测经验预测W=GK0(1+a)tW为预测年的城市固体废物量，G为城市居民⼈数，K0为基准年的⼈均产⽣固体废弃物量，a为⼈均产⽣固体废弃物量的年增长率，t为预测时间段只需要调查⼈均固体废弃物产⽣量，确定⼈均产⽣量的年增长率，简单易⾏。统计⽅法W=a0+a1X1+a2X2+…⼗年以上的统计数据，找出⼈⼜、经济与垃圾产⽣量的模型关系Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物管理规划的⽅法❖固体废弃物的预测⽅法灰⾊预测⽅法⼀时间序列为基础，建⽴递推的灰⾊模型数据只需要固体废弃物产⽣量总量历年统计时间序列⽅法采⽤移动平均建⽴时间序列上的关系只需要废物产⽣量历年统计系统动⼒学⽅法简历废弃物产⽣、⼿机、处理处置、与政策调控等⼦系统所需数据设计⼈⼜、经济、交通等Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物管理规划的⽅法❖选址⽅法叠图法将不同控制因⼦图叠加，利⽤GIS缓冲分析功能和环境因⼦赋权，利⽤多属性决策⽅法计算出适宜度需要不同环境因⼦的地图集，专家偏好多属性决策⽅法在给定选址⽅案和选址影响因素条件下，通过效⽤函数或者超序关系得到最优选址需要给定⽅案，影响因⼦的测量值，专家偏好Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物管理规划的⽅法❖运输⽹络优化属于运输路径优化问题，属于0-1整数规划，与选址优化不同，运输⽹络是特别复杂的⽹络系统，需要协调成本和环境⽬标。通常需要优化以下的0-1变量Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物控制的主要措施❖源削减措施推进清洁⽣产倡导绿⾊包装与绿⾊消费绿⾊包装A级指废弃物能够循环、再⽣、易降解和⽆毒⽆害。绿⾊包装AA级指在⽣命周期内都不对⼈体和环境产⽣危害我国52.6%的⼈不了解绿⾊产品限制⼀次性产品使⽤促进消费观念转变⽴法限制Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物控制的主要措施❖综合利⽤措施发展静脉产业承担从⽣产或消费后的废弃物排放、收集、运输、分解分类、资源化或最终废弃物处置的过程的产业成为静脉产业推⾏城市⽣活垃圾分类收集我国处理⽣活垃圾卫⽣填埋、堆肥和焚烧处理分别占61.4%，2.6%和15.9%，剩余20.1%为简易堆放或简易填埋处理每年仅8000万吨废纸、塑料、废电⼦、废铁等⼀些易于收集的城市⽣活垃圾通过废品回收渠道进⼊到再⽣资源回收体系必须加强基础设施建设、⽴法与执法能⼒建设以及建⽴长效激励机制，同时⿎励新技术在城市⽣活垃圾分类收集中的应⽤Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物控制的主要措施❖综合利⽤措施⿎励发展有机堆肥技术我国厨余垃圾占⽣活垃圾的1/3~2/3，秸秆，污⽔处理⼚活性污泥都有巨⼤潜⼒。全国对废处理仅占垃圾处理总量的2%焚烧核⼼技术为垃圾焚烧锅炉，截⽌2013年9⽉，⼤陆地区焚烧发电⼚约159座，处理规模14.5万吨。⼴东浙江江苏占了总规模的47.2%垃圾减容90%，实现⽆害化，回收热值，实现资源化Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal固体废弃物控制的主要措施❖最终处理措施卫⽣填埋与安全填埋厌氧卫⽣填埋产⽣沼⽓，处理了全国68%的⽣活垃圾。⼟地耕作处理处理污⽔处理⼚污泥、清淤污泥、⾷品加⼯⼚⾼有机废弃物海洋倾倒2012年我国倾倒1.89亿⽴⽅⽶划定21个倾倒区和44个临时倾倒区，主要倾倒疏浚物Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal应⽤实例❖问题描述有两个城市计划联合建设⼀个区域固体废弃物处理系统，处理他们的城市垃圾，可供选择的处理⽅式有三种：卫⽣填埋、焚化和投海。废物处置包括运输和处理两个过程。已知城市A的⼈⼜为4万⼈，固体废弃物产量为700t/周，城市B的⼈⼜为6.5万⼈，固体废弃物产⽣量为1200t/周。处理场I，计划建成焚化场，距离城市A15km，B10km。处理场O，计划建成投海码头，距离A，B的距离分别为5km和15km。卫⽣填埋场L距离A，B的距离分别为30和25km。每个处理场的固体费⽤和可变费⽤及处理能⼒见表8.3。运输费⽤是0.5元/tkm。确定应该建设哪种处理设施，使得两城市总的固体废弃物处置费⽤最⼩。Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal应⽤实例❖问题描述拟建固体废物处置场的费⽤与处理能⼒处置场代处理⽅式固定费⽤（元/可变费⽤（元/处理能⼒（吨/周）I焚化200,000121,000O投海60,00016500L卫⽣填埋100,00061,300!Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal应⽤实例❖模型构建⾸先要考虑是否采⽤某⼀种处理⽅式，这就需要定义⼀个离散变量，这个变量只能取0和1两个值。其次要选定关键决策变量，也就是每个城市焚化、投海和卫⽣填埋的垃圾量，定义为xij，从城市i到第j种处理⽅式的固体废物量，单位：t/周。这样总共有9个变量，其中6个决策变量，3个离散变量。我们可以得到固体废弃物的平衡⽅程⎩⎨⎧=jjyj不采取处理方式采取处理方式01∑==311700jjx∑==3121200jjxZ.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal应⽤实例❖模型构建对某⼀个处理场都存在着处理能⼒的限制，三个处理场的处理能⼒约束分别为：∑=≤2111000iix∑=≤212500iix∑=≤2131300iixZ.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal应⽤实例❖模型构建下⾯我们来研究⽬标函数。⽬标函数要表达的是第⼀个规划⽬的，即使固体废物运输和处理的总费⽤最⼩。固体废物处理的费⽤包括三部分：固定费⽤、运输费⽤和可变费⽤。固定费⽤化为元/周(52周/年)，其量值为3850y1+1150y2+1920y3。运输费⽤由单位重量固体废物的单位距离运费乘以拉运量得到。两个城市的总运费为：城市A：7.5x11+2.5x12+15.0x13城市B：5.0x21+7.5x22+12.5x23焚化、投海和卫⽣填埋的总可变费⽤由单位重量垃圾的处理费⽤乘以每周的处理量得到。两个城市的总可变费⽤为：12.0x11+16.0x12+6.0x13+12.0x21+16.0x22+6.0x23。把固定、运输、可变费⽤加在⼀起，就是两个城市处理固体废弃物的总费⽤：Z=3850y1+1150y2+1920y3+19.5x11+18.5x12+21.0x13+17.0x21+23.5x22+18.5x23Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal模型构建❖模型构建另外为了完成模型，还必须加上离散变量的约束条件❖为什么x1j+x2j0的时候yj必须为1？yj=1x1j+x2j00x1j+x2j=0⎧⎨⎪⎩⎪jyi∀≤1Z.WangSchRes&EnvSciEnvdataanal模型汇总❖所有的最优化模型系数汇总y1y2y3x11x12x13x21x22x2338501150192019.518.521.017.023.518.5=11170011112