我国生活垃圾处理社会总成本分析

1我国生活垃圾处理社会总成本分析摘要国务院向全国发布了《生活垃圾分类制度实施方案》，我们对这一政策制定了三种垃圾处理模式。但三个垃圾处理模式的成本计算只涉及了部分直接业务成本，未涉及其他社会成本，导致成本最终计算结果过低，需要我们建立新的成本分析模型，重新计算三个模式的垃圾处理成本，此问题实为模型优化问题。针对问题一，建立垃圾处理成本模型，可在三个处理模式基础上完善成本计算，加入未涉及的其他社会成本。完善的成本计算一为垃圾焚烧补贴，三个垃圾处理模式都涉及到垃圾焚烧，却只计算了焚烧的直接处理成本，焚烧补贴费用其实高于垃圾焚烧费用，加入焚烧补贴后，垃圾处理模式一成本迅速提高超过垃圾处理模式三；二为焚烧灰渣填埋成本，垃圾填埋只填埋垃圾灰渣可以有效保护环境，降低土地使用率。原模式一却假设不计算灰渣填埋成本；三为干湿垃圾分类，模式二与模式三队干湿垃圾进行分类处理计算成本，所以干湿垃圾分类比例直接影响成本计算，原模式却对分类比例进行估计预测，直接导致成本数据不真实，我们采用MATLAB对干湿垃圾比例进行预测增加数据可信度。针对问题二，使用问题一完善后的成本计算方式，对未来十年垃圾总量进行预测，采用C++编程计算未来十年垃圾处理总成本。针对问题三，将三个模式垃圾处理总成本进行比较。从经济，环保等方面考虑，垃圾处理模式三为优选模式，该模式垃圾处理成本最低，并且对干湿垃圾进行分类处理，有效防止二恶英排放，保护环境与市民权益。关键词：模型优化；干湿垃圾分类；MATLAB；焚烧补贴；填埋成本2一、问题重述（1）建立我国生活垃圾处理所需总成本分析模型；（2）尝试建立数学模型分析不同方式下生活垃圾的的处理效果；（3）给出生活垃圾处理的对策；（4）如果采取垃圾处理分类收费制度，试分析会不会对垃圾总量带来更有效的减量化效果；（5）基于第4问建立的数学模型，试尝试构建一个更合理的垃圾收费制度，并进行科学性分析。二、问题分析2.1问题一的分析问题一要求建立我国垃圾处理所需总成本分析模型，但问题二提到要计算三个垃圾处理模式的成本，则建立的模型必须与三个垃圾处理模式相关联。《生活垃圾处理工作志愿者调研笔记》提及三个模式只涉及了部分直接业务成本，未涉及其他社会成本。这导致计算的成本过低，以及三个模式的成本排序有误，无法选出优选模型。所以新建立的模型需要在原成本计算模型基础上，加入未涉及成本的计算。并且原模型在垃圾分类中的分类一环采用的是简单估算，结论不可信，并会直接影响成本计算，为了响应《生活垃圾分类制度实施方案》，需要对分类一环进行完善，使数据真实可靠。将以上情况全部考虑以后，将从模型建立问题变为模型优化问题。2.2问题二的分析问题二尝试建立数学模型分析不同方式下生活垃圾的的处理效果；重新对三个模式的当前处理成本进行计算，并且对未来十年的成本进行预估。在相关预测，可以用MATLAB曲线拟合功能进行预测。未来十年的垃圾总量成长情况资料已经给出，因此预测出相关数值后，可直接用C++编辑程序，代入模型与相关数值，计算出三个模式未来十年的总成本及成本变化情况。并可用MATLAB做出曲线图，对三个模式成本增长趋势做出直观观察。2.3问题三的分析问题三需要给出生活垃圾处理的对策；一为垃圾焚烧补贴，二为焚烧灰渣填埋成本，三为干湿垃圾分类。2.4问题四的分析问题四需要我们在模型以及成本，资源，环境等情况的考虑下，选择出最优模式。并根据相关法律法规以及环境等角度考虑，向政府部门提出建议。模式一在之前成本计算中成本最低，但对环境危害最大，但是当加入垃圾处理其他社会成本后，因为垃圾焚烧涉及社会成本最多，模式一成本将会大大提高，便可用成本直接剔除模式一，之后对于模式二与模式三，在考虑成本与环境等因素情况下，进行优选。3三、模型假设1.假设垃圾处理设施都是新建设，未来十年在新设施使用年限内。2.假设焚烧灰渣体积为10~15%的中间值，取12.5%。3.假设焚烧补贴不变。4.假设垃圾含水量比例为湿垃圾比例。5.假设模型设立完成后立即推广使用，不存在近期使用以前的填埋模式远期使用新模式。6.假设湿垃圾生物降解技术成熟不可用，不存在湿垃圾过多技术不够无法生物降解湿垃圾。7.假设年垃圾清运量等于年垃圾总量。四、符号说明x年垃圾总量y湿垃圾比例m干垃圾比例B垃圾焚烧补贴H灰渣填埋成本1C模式一垃圾处理成本2C模式二垃圾处理成本3C模式三垃圾处理成本C垃圾处理成本Z垃圾转运成本G干垃圾处理成本S湿垃圾处理成本F分类收集成本五、模型的建立与求解5.1.问题一的分析与求解《生活垃圾处理工作志愿者调研笔记》【1】中提及的三个垃圾处理模式，在概念以及很完善，也对分类要求进行了配置，不需要我们去设计新的垃圾处理模式。但是在成本计算上，只涉及直接业务成本，未涉及其他社会成本，导致计算出的成本数值过低，无法选出优选模型，因此我们只需要在原有模式中，加入未涉及的成本计算，以及对分类4方式用科学方式重新计算比例，代入原有模式，优化模型便可。垃圾焚烧是三个模式都需要使用的处理方式，在三个模式的垃圾处理成本中占据极大比例，例如模式一对于垃圾的处理全用了垃圾焚烧，而计算成本时却只计算了焚烧成本，对于焚烧后的灰渣处理与一系列焚烧相关补贴没有计算在内。从成本角度，垃圾焚烧补贴价格要高于焚烧处理价格，若是将这些成本全部计算进入，三个模式成本都将提高，模式一成本提高最大，会直接影响成本排序；从民生角度，垃圾焚烧产生二恶英，危害居民身体健康，为保障市民权益，也为垃圾处理模式能顺利推广，垃圾焚烧补贴必须计算入成本。填埋场只填埋填埋焚烧灰渣，能降低土地使用率，并且保护卫生环境，因此焚烧灰渣填埋成本也需要计算。模式二与模式三相比于模式一，不是将垃圾直接焚烧，而是将干湿垃圾分开处理，处理方式两模式相同，只在分的过程有区别。湿垃圾单独处理，进行生物降解，能有效遏制二恶英排放造成的污染，因此干湿垃圾需要进行准确分类，但是对于干湿垃圾分类上，两模式采用的是估计数值计算成本，既使焚烧数值不准确，可能造成环境污染，也会使计算出的成本值不精确，可能过高也可能过低，所以干湿垃圾分类比例需要建立模型重新计算，在此可采用MATLAB进行预测。所以我们需要对垃圾焚烧成本进行完善，并且对干湿垃圾比例进行合理分类。5.1.1垃圾焚烧补贴成本根据《北京市城市生活垃圾焚烧成本评估报告》【2】提及，垃圾焚烧产生二恶英对人产生危害，因此每焚烧一吨垃圾都有相关社会补贴。考虑到二恶英是对人产生影响，所以假设焚烧补贴与人口相关。《北京市城市生活垃圾焚烧成本评估报告》中2014年北京市焚烧一吨垃圾补贴1088.94元，从国家统计局查询到北京2014年人口13334000人，深圳市3322100人。计算深圳市焚烧补贴：3.271,94.1088332210013334000BB可得每焚烧一吨垃圾，深圳市补贴271.3元5.1.2焚烧灰渣填埋成本《生活垃圾处理工作志愿者调研笔记》【1】中提及，垃圾焚烧后产生的灰渣的体积仅为原来的10~15%，在此我们取12.5%进行计算。并且国内目前各大填埋场的运营管理情况，填埋场内的垃圾堆填密度一般为0.8吨/立方米，填埋场的投资规模可按20元/立方米库容估算。综合以上可得到焚烧灰渣填埋成本公式：xHxH6,60125.08.0(1)5.1.3干湿垃圾分类5模式二中，将厨余垃圾假设为湿垃圾，则湿垃圾比假设为百分之四十。模式三中假设干湿垃圾比为五比五。假设并没有科学依据，干湿垃圾的比例会影响垃圾处理模式的使用，每一种处理模式，都有着不同成本，因此干湿垃圾比例需要更准确的分类。将垃圾的理化性质进行了分类，对于湿垃圾并没有一种既定概念去分类某一种垃圾为湿垃圾，而是垃圾含水都为湿垃圾，其中厨余垃圾就属于湿垃圾范围，根据《2015某市生活垃圾基础数据调查》【4】中2010年至2015年深圳市垃圾比例显示，每年厨余垃圾占垃圾总成分中很大一部分。表一某市生活垃圾物理组分（单位：%）（2010-2015）年份厨余纸类橡塑纺织木竹灰土砖瓦玻璃金属201050.5415.1320.827.131.310.222.022.300.43201153.1017.1019.913.433.210.001.091.680.35201250.4215.5419.864.743.771.100.851.530.49201356.3514.0815.058.940.920.031.642.310.57201457.9014.0815.246.430.930.191.013.310.67201558.1213.3015.407.120.950.171.432.330.77表中显示厨余垃圾以及超过每年垃圾总量的一半，垃圾处理模式二便是将厨余垃圾假设为湿垃圾，以厨余垃圾比例作为湿垃圾比例进行处理，然而厨余垃圾只是干垃圾的一部分，虽占较大比例，但不能代表湿垃圾，考虑到湿垃圾燃烧产生二恶英对环境的污染，湿垃圾处理比例需要在厨余垃圾比例上进一步提高。表二某市近年垃圾含水率比较（单位：%）（2010-2015）年份厨余类纸类橡塑类纺织类木竹类混合类总含水率201062.2355.8142.4649.0037.4052.7252.10201169.1455.0846.3450.3141.6053.7257.26201271.1661.7941.8245.2753.0144.2558.52201375.0159.4337.5459.1835.50—62.08201477.4657.8441.9959.8535.11—63.39201568.5546.8834.4653.4632.81—57.32表二来自《2015某市生活垃圾基础数据调查》，显示了2010年至2015年垃圾的总含水率，与表一进行对比，年总含水率略高于年厨余垃圾比，将垃圾含水率作为湿垃圾处理比例，既能在厨余垃圾比例上处理更多湿垃圾，也能有效防止二恶英产生。因为问题二需要预测接下来十年垃圾处理成本，而湿垃圾比例每年并不相同，可以使用MATLAB软件，将每年垃圾总量与湿垃圾比例进行拟合，预测接下来十年干湿垃圾6比例。图1某市2000-2014年城市生活垃圾清运量图1来自《2015某市生活垃圾基础数据调查》，给了我们14年的年垃圾量，《生活垃圾处理工作志愿者调研笔记》提及，“根据近年来全市生活垃圾产生量的平均增长速度（6~8%），取2014~2020年、2021~2025年、2026~2030年期间的年平均增长速度分别为6%、4%和3%”，便可预测2015年至2017年的年垃圾总量。表三某市垃圾总量预测（2011-2027）2011年4820000吨2012年4900000吨2013年5220000吨2014年5410000吨2015年5734600吨2016年6078700吨2017年6443400吨2018年6830000吨2019年7239800吨2020年7674200吨2021年7981200吨2022年8300400吨2023年8632400吨2024年8977700吨2025年9336800吨2026年9616900吨2027年9905400吨2022192213253473333604074414764794824905225410100200300400500600200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014生活垃圾清运量(万吨/年)年份7再与2011年至2015年湿垃圾比例使用MATLAB进行拟合，得到湿垃圾比例预测公式：0251.520147.0xy（2）通过垃圾总量数据预测2017年至2027年湿垃圾比例表四某市垃圾预测数据（2017-2027）年份垃圾总量湿垃圾比例干垃圾比例2017年6443400吨61.4969%38.5031%2018年6830000吨62.0652%37.9348%2019年7239800吨62.6676%37.3324%2020年7674200吨63.3062%36.6938%2021