基于离散模型的落叶资源利用方案评价

王凤琳　夏博梦雪　杨郁鑫　张亻全　白秉锋　渠月桐　王谦

(武汉科技大学城市学院　武汉 430083)



基于离散模型的落叶资源利用方案评价

王凤琳夏博梦雪杨郁鑫张亻全白秉锋渠月桐王谦

(武汉科技大学城市学院武汉 430083)

摘要结合社会调查，对落叶资源利用的几种方案进行评估分析，运用离散模型分析得到影响资源利用方案的各因素的比重，找到最优的落叶资源利用方案。以武汉市为例，分析表明将落叶进行生物质发电能有效利用落叶资源且资源利用率高，能为我国环保事业做出贡献。

关键词落叶资源离散模型生物质发电

0引言

落叶，常常被人们当做垃圾焚烧、填埋或简单堆肥，却不知道白白浪费了每年几十亿t的巨大自然资源。注重环保一方面要节能减排，一方面更要学会资源合理利用，尤其是这种自然资源。本文对落叶资源利用的几种落叶处理方案进行评估分析，并结合社会调查，找到最优的落叶资源处理方案，激发更多人的环保意识，也为后期落叶资源利用方案的深入改进做好铺垫。

1落叶资源利用方案

目前未能全面普及但更为科学环保的落叶利用方式：研磨作饲料、生物降解作菌种、提取落叶中纤维素做环保制品、制沼气以及生物质发电。

1.1研磨作饲料

将树叶洗净、晾晒、研磨成粉末状，将其与米糠、鱼粉混合搅拌成稀糊状，待发酵完成后，混入饲料中喂给动物。

1.2生物降解作菌种

将树叶粉碎成粗粉状，按一定的配比与稻谷混合加入石灰水浸拌后，再添加石膏粉搅拌均匀，搅拌均匀后装瓶常压灭菌后接入菌种，储存在消毒后的室内培养，菌丝满瓶后即可使用。

1.3提取落叶中纤维素做环保制品

通过将落叶粉碎、烘干，用碱法制浆，原料置入一定浓度的氢氧化钠溶液中煮沸，然后捞取纸浆灌入模具中压制成型，最后经一定温度烘干制成环保成品。

1.4制沼气

将落叶与废渣、废料、粪便、桔杆、杂草等集中投入沼气池，在厌氧的环境下，通过微生物分解有机物得到沼气。

1.5生物质发电

将落叶简单的粉碎、磁选后，将其焚烧，通过干燥、燃烧、燃烬的三个过程后，产生的大量高温烟气进入余热锅炉换热，经过热水蒸气进入汽轮发电机组发电。

2基于离散模型的落叶资源利用方案分析

根据上文所述资料，落叶处理方案的最优选择是一个复杂的、多目标决策问题，各种方法的优劣难以直观的对照比较，故运用离散模型中的层次分析法进行分析。

2.1影响城市落叶处理方案选择的因素

影响方案选择的最首要的6个因素：减量化程度、资源利用率、经济投入度、市场认可度、技术与设备要求和环保程度。

2.2建立模型

该模型的目标层是选择出最优落叶处理方案，准则层即影响落叶处理方案选择6个因素分别用B1、B2、B3、B4、B5、B6来表示，方案层即落叶处理的5个方案分别用C1、C2、C3、C4、C5来表示(见表1)。模型如图1。

图1　落叶优化处理方案模型

比较项目研磨做饲料(C1)生物降解做菌种(C2)回收做成环保纸袋(C3)制沼气(C4)生物能源发电(C5)减量化程度(B1)40%30%35%70%80%资源利用率(B2)30%60%50%60%70%经济投入(B3)最低较低高低最高市场认可度(B4)较为满意满意较为满意最满意最不满意技术与设备要求(B5)最低较高高一般较低环保程度(B6)最高高较高低最低

2.3构造判断矩阵并进行层次单排序及其一致性检验

用强制确定法将各个方案层定量，对各方案进行两两对比之后，按9分位比率排定各评价指标的相对优劣顺序，依次构造出评价指标的判断矩阵。若两元素同等重要，则在矩阵中填1；稍微重要则填3；较强重要则为5……以此类推，判断出各方案在某一准则层下的重要程度。

对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量(归一化后)即为权向量；若不通过，则需要重新构造对比矩阵，直到满足条件为止，见表2～表8。

表2　判断矩阵A-B

6阶矩阵，RI=1.24

表3　判断矩阵B1-C

5阶矩阵，RI=1.12

表4　判断矩阵B2-C

5阶矩阵，RI=1.12

表5　判断矩阵B3-C

5阶矩阵，RI=1.12

表6　判断矩阵B4-C

5阶矩阵，RI=1.12

表7　判断矩阵B5-C

5阶矩阵，RI=1.12

表8　判断矩阵B6-C

5阶矩阵，RI=1.12

2.4层次总排序表(表9)

表9　层次总排序表

层次总排序一致性检验如下：

从离散模型研究成果来看，5种方案的优劣排序是：

C5>C3>C2>C4>C1

即:生物能发电>回收做成环保纸袋>生物降解做菌种>制沼气>研磨做饲料

这个排序结果符合问卷调查的结果，也符合现实情况。

3落叶资源进行生物质发电的效果预测

落叶用于发电是通过合理改变落叶焚烧法，让落叶中的生物质能转换为电能。目前广泛运用的三种方法：直燃发电、气化发电和混合发电，这些方式对落叶的预处理要求较低，落叶经过简单处理甚至无须处理就可投入炉内燃烧，大大提高了处理的效率，减量化程度高且资源利用率高。

以武汉市为例，武汉市区面积约为8 494km2，绿化覆盖率约为39.2%，绿化面积约为：8 494×39.2%=3 329.648 (km2)。

保守估计，一年中可回收的落叶平均为3 964kg/km2

则一年可回收的落叶约为：332 964.8×3 964=131 987 246 7 (kg)

一般生活垃圾每吨产生的热量是800大卡,而落叶可产生2 000大卡。

目前国家标准煤按6 000大卡/kg折算：

Q=0.24×3 600=864[大卡/(kW·h)]

一吨标煤得而发电量是：6 000÷864×1 000=6 944.4 (kW·h)

一吨树叶的发电量：2 000÷864×1 000=2 314.81 (kW·h)，即一年的树叶发电量为：2 314.81×131.99×10 000=305 531 771 9 (kW·h)，相当于节约标准煤44万t。

数据显示，武汉市一年落叶回收的发电量是惊人的。如果我国在全国范围内实行生物质发电来处理落叶，产生的能源是不可估量的，这也将会是我国在新能源的探索上的又一次飞越性的突破。

4结语

将落叶资源进行生物质发电，不仅资源利用率高，且不同于煤在燃烧过程中会产生大量大气污染颗粒，生物质发电不会残留有害物质，是一种清洁的能源。落叶资源的生物质发电技术的应用将极大的改善我国目前不可再生能源短缺的现状，改善能源结构，缓解能源危机，减少落叶焚烧、填理等带来的环境影响。

夏博梦雪，女，研究方向：工程管理、节能环保。

作者简介王凤琳，女，1974年生，高级经济师，主要从事工程管理、节能环保等应用研究。

(收稿日期：2016-03-10)

LeavesResourceUtilizationSchemeEvaluationBasedonDiscreteModel

WANGFenglinXIABOMengxueYANGYuxinZHANGQuanBAIBinfengQUYuetongWANGQian

(City College, Wuhan University Of Science And TechnologyWuhan 430083)

AbstractBased on the social survey，this paper assesses and analyzes several kinds of schemes of leaves resource utilization. The discrete model analysis is applied to find out the weights of every factor affecting resource utilization scheme, as well as the optimal leaves resource utilization scheme. Taking Wuhan for example, biomass power generation can make effective use of leaves resource with high utilization rate, which contributes to the environmental protection in China.

Key Wordsdeciduous resourcesdiscrete modelbiomass power generation

节能减排与综合利用