垃圾分类处理与清运方案2.docx

垃圾分类处理与清运方案摘要本文给出了在垃圾处理过程中的清运路线的具体方案，同时给出了各转运站 橱余垃圾处理设备的设计方案我们首先将南山区居民小区按照就近原则划分成 39 个片区，统计出各个片 区的人数等各方面的综合信息，利用熵值分析法与灰色预测分析法，运用 matlab 编程求解，分别预测出各个片区的垃圾产生量，两次结果的加权平均值作为最终 的推荐使用值然后，我们按照能够方便、有效收集垃圾，尽量避免污染环境的 原则，在各个片区确定垃圾收集点，进而确定相关距离（垃圾收集点与转运站之 间的距离、转运站与转运站之间的距离、转运站与垃圾处理中心的距离、垃圾收 集点与垃圾处理中心之间的距离）最后我们建立了以考虑环境因素的综合经济 效益最大为目标的优化模型，运用 lingo 编程求解的得到了大、小型设备设计的 具体方案以及具体的清运路线在第二问中，我们首先用集合覆盖模型，确定垃圾转运站的待选点，然后， 建立了以垃圾收运系统中收集、清运、中转过程中所发生的费用的最小值为目标 函数的优化模型，最终求解得到转运站的设计情况关键词：熵值分析法；灰色预测；集合覆盖；优化一、问题提出1、问题概况 垃圾分类化收集与处理是有利于减少垃圾的产生，有益于环境保护，同时也 有利于资源回收与再利用的城市绿色工程。

由于经济的高速发展，对各种资源的 需求量不断加大，伴随而来的是生活垃圾总量的逐年上升，环境污染问题日益严 重；除了减少资源利用量及废物排放量更多地需要先在立法上予以明确外；生活 垃圾的循环利用和废弃物的回收利用，则直接依赖于环卫部门的分类收集、运输 和处置方式等的管理与规划，从而达到生活垃圾源头减量化，资源化利用和无害 化处置的要求在深圳，垃圾分为四类：1）橱余垃圾，可用处理装置处理后作为饲料加工 厂做原料；2）可回收垃圾，将收集后分类再利用；3）有害垃圾，运送到固废处 理中心集中处理；4）其他不可回收垃圾，将运送到填埋场或焚烧场处理所有 垃圾将从小区运送到附近的转运站，再运送到少数几个垃圾处理中心显然，1） 和 2 ）两项中，经过处理，回收和利用，产生经济效益，而 3 ）和 4 ）只有消耗 处理费用，不产生经济效益2、相关信息1）大型厨余垃圾处理设备（如南山餐厨垃圾综合利用项目，处理能力为 200 吨/日，投资额约为 4500 万元，运行成本为 150 元/吨小型餐厨垃圾处理机， 处理能力为200-300 公斤/日，投资额约为 28 万元，运行成本为 200 元/吨橱 余垃圾处理后产物价格在 1000-1500 元/吨。

2）四类垃圾的平均比例，橱余垃圾：可回收垃圾：有害垃圾：其他不可回 收垃圾比例约为 4：2：1：3可回收垃圾划分为纸类、塑料、玻璃、金属四大 类，大概比例分别是：55%、35%、6%、4%纸类、塑料、玻璃、金属四类的废品 回收价格是每公斤：1 元、2.5 元、0.5 元、2.5 元3）南山区的垃圾清运设备情况：拖车，只拖十吨的大型厢，只用于从转运 站到垃圾中心，每次只拖一个大型“厢”，平均吨公里耗油 25L—30L 柴油/百公 里收集车辆，只负责从小区的垃圾站到转运站运输100 辆 2.5 吨汽车，每车 耗油20L—35L 70#汽油/百公里司机月薪平均3500元4）垃圾转运站垃圾转运量等情况统计表（南山）5） 南山区居民数据6） 中转站位置图3、需要解决的问题 1）假定现有垃圾转运站规模与位置不变条件下，给出大、小型设备（橱余 垃圾）的分布设计，同时在目前的运输装备条件下给出清运路线的具体方案以 期达到最佳经济效益和环保效果2）假设转运站允许重新设计，请为问题 1）的目标重新设计二、问题分析1、问题一的分析 首先对整个南山区进行分片，按照距离接近归为同一片区的原则；然后，运 用熵值分析法与灰色预测分析法分别预测出各片区产生的垃圾总量，将两种方法 计算出的预测值的加权平均值作为垃圾产生总量的推荐值；接着，在每一个片区 内确定一个垃圾收集点，则该片区的垃圾全部从垃圾收集点运出，我们按照便于 垃圾迅速收集、方便居民生活、避免影响环境的原则，给出垃圾收集点的位置； 再运用测量查找统计的数据，确定各垃圾收集点与各转运站之间的距离、各个转 运站之间的距离、各转运站与各垃圾处理中心之间的距离、各垃圾收集点与各垃 圾处理中心之间的距离；最后，建立以考虑了环保效果的经济效益为目标，以处 理橱余垃圾的设备的个数为决策变量的优化模型，约束条件分别为每个收集点的 垃圾必须全部被运完，不能遗留；各转运站橱余垃圾总量不能超过该转运站设备 的日处理能力；各转运站垃圾的总量不能超过该转运站的容量；收集车在运送垃 圾的过程中所行使的总路程，不能超过其在允许工作的最长时间内可以行驶的最 大里程；拖车在运送垃圾的过程中所行使的总路程，不能超过其在允许工作的最 长时间内可以行驶的最大里程。

2、问题二的分析首先应用集合覆盖模型，确定垃圾转运站的待选点，该模型以需要重新设置 的转运站数量最少为目标函数，决策变量为垃圾收集点是否位于垃圾转运站附近 和垃圾收集点是否有垃圾收运到转运站；然后，引入整数规划构建垃圾收运系统 费用的现值最小模型，建立以垃圾收运系统中收集、清运、中转过程中所发生的 费用的最小值为目标函数的优化模型，从待选点中选出垃圾转运站的最优组合三、基本假设1．垃圾的产生以片区为单位； 2．每个片区的垃圾产生量与该片区的人数和住宅用途有关； 3．橱余垃圾在变废为宝的过程中没有质量损耗； 4．大型小型橱余设备的使用寿命都为 20*365 天（忽略中途的维修费用和最终设 备的贱卖所得）；5.垃圾由收集点运往垃圾处理中心使用的是收集车；6.转运站之间橱余垃圾的运输使用的是拖车；四、符号说明D ：南山区垃圾的日产生量；E ：每吨橱余垃圾产生的效益；f ：司机的工资；Z ：第 i 个垃圾转运站垃圾转运量；iL ：第 m 个片区的垃圾日产生量；mO ：第 m 个片区向第 i 个垃圾焚烧填埋处理厂运送的垃圾量；mjT ：第 m 个片区到第 j 个垃圾焚烧填埋处理厂的距离；mjP ：从第 m 个片区向第 i 个垃圾转运站运送垃圾的量；miM ：从第 m 个片区到第 i 个垃圾转运站运的距离；miQ ：从第 i 个垃圾转运站向第 j 个垃圾焚烧填埋处理厂运送的垃圾量；ijN : 从第 i 个垃圾转运站到第 j 个垃圾焚烧填埋处理厂的距离； ijI ：第 k 个垃圾转运站向第 i 个垃圾转运站运送橱余垃圾的量； ikR ：第 i 个垃圾转运站到第 k 个垃圾转运站的距离； ikK ：在第 i 个垃圾转运站拥有第 n 种橱余垃圾处理设备的数量； inC ：第 n 种橱余垃圾处理设备的日处理能力； nT ：第 n 种橱余垃圾处理设备的投资额（由于此投资时长期投资，在计算是把它 n转化为每一天的投资）；Y ：第 n 种橱余垃圾处理设备的运行成本； nA ：单位垃圾中含有第 a 种成分所占的百分比；aB ：单位可回收垃圾中第 b 种成分所占的百分比；bJ ：可回收垃圾中第 b 种成分每吨的价格；bS ：第 c 种类型的车的数量； cSY ：第 c 种类型的车的最终使用数量；cH ：第 c 种类型的车运送一次的最大转运量； cZ ：第 c 种类型的车运送一吨垃圾走一公里的费用；ci :第i个垃圾转运站（i = 1,2, ^,38）；j :第j个垃圾焚烧填埋处理场（j =1南山垃圾焚烧厂，j =2下坪固体废弃物填埋场）；m :第m个片区（m = 1,2, —,39）；n :第n种类型的橱余垃圾处理设备（n=1小型设备n =2大型设备）；k :第k个垃圾转运站（k = 1,2, —,38 ）；a :每吨垃圾中含有第a种成分（a=l表示橱余垃圾，a=2表示可回收垃圾，a=3表 示有害垃圾，a=4表示其他不可回收垃圾）；b :每吨可回收垃圾中含有第b种成分（b=l表示纸类，b=2表示塑料，b=3表示玻 璃，b=4表示金属）；c :第c种类型的车（c=l收集车，c=2拖车）；五、模型的建立与求解居民区的垃圾收运是由产生垃圾的源头，运送至垃圾处理中心的全过程操 作，包括3个阶段：①收集，垃圾从产生源到垃圾收集点的过程；②清运，指收 集车沿一定路线清除垃圾收集点内垃圾并将其转运到垃圾转运站的过程（在一定 情况下，清运车可直接将垃圾运送至垃圾处理中心）；③中转，指在转运站将垃 圾装载至大容量拖车，远途运输至垃圾处理中心。

前1个阶段需要对垃圾产生源 分布情况、垃圾产生量及成分等进行调查和预测；后2个阶段需要运用最优化技 术对清运线路和转运站垃圾分配运输进行优化1、各片区垃圾总量的预测模型（1） 居民区的分片由于南山区的居民小区众多，若在每一个小区都设置一个垃圾收集点，这样 不仅使收集车工作效率降低、油耗增加，而且还严重影响了多数小区的环境，显 然这样做很不合理我们应该将这些居民小区距离较接近的划分到一个片区，这 样分片后集中管理既科学又合理，而且尽量减少了对环境的影响在我们生活的 实际情况中，垃圾清转的问题确实是需要分片管理操作的对于本文的分片原则 在此需要说明的是：第一，我们运用测量、统计、计算的方法将地理距离相对靠 近的居民小区划分为同一片区；第二，本文给出的各片区的划分结果，并不一定 是最合理的，但确是一种可行的方法；第三，划分方法并不唯一，可根据实际情 况及要求灵活操作根据附录2 中南山区居民数据、中转站位置图以及我们查找的相关信息，我们通 过测量统计比较数据的方法，将南山区划分成 39个片区，各个片区的详细情况 如 Excel 文件表格2） 各片区垃圾总量的预测1）熵值分析法模型我们可以根据 Excel 文件表格中各片区的详细信息，处理： a 是根据已有南 山区居民区数据得到的，将非自建房产定义为 1，自建房产定义为 2，办公定义 为 1，仓库定义 2，厂房定义为 3，临时建筑定义为 4，商业定义成 6，住宅定义 为 7，综合定义 8，在归一化后，运用熵值分析法（程序见附录）对各片区垃圾 产生量进行预测：二'二且满足二二,=-Q = WR = (w ,w ,・・・,w ) x1 2 nr11r21r12r22r1mr2mr rn1 n 2rnm式中：Q为各片区垃圾预测产生量占总量的比例，再乘以1286吨，即是各个片区 通过熵值分析法得到的垃圾产生量预测值。

由于影响垃圾产生的因素有很多，对于众多因素，我们可以采用变量聚类法， 对数据进行预处理经过变量与处理后，实际运算时，相当于一元回归的“人口 模式”预测法运用熵值分析法的方法，通过 Matlab 编程计算得到，各片区产生垃圾总量的预 测值，详细情况如 Excel 文件表格2）灰色预测模型 通过查找、统计数据，可以得到我们划分出的各片区以往的垃圾产生量（即 模型中的原始时间序列数据）我们选择使用灰色预测其原因在于：① 灰色预测比较适合于数据量较少的情形，即少数据建模由于时间有限数 据信息不全我们无法统计处很多数据② 对原始数据的分布和个数无严格要求③ 我们的原始数据是非负序列，且是等时距的 灰色预测方法的步骤：I •若给定原始数据数列：x（0）=「X（0）（1）, X（0）（2）,..., x（0）（n ）「检查原始数据是否满足：非负性；等时距性原始数据的级比检验：定义(k )=X(o)(k— 1)X (o)(k )(k > 2 )为原始数。