外卖固体废弃物处理方案的优化设计

李祚泰

（山东省聊城市第一中学，山东 聊城 252000）

近年来，外卖的迅速发展给人们带来极大的便利，但也带来诸多环境问题，如垃圾围城、垃圾填埋侵占耕地等。所以，外卖垃圾的合理处理与环境、社会以及经济的发展有着密切的联系，是人们普遍关心的重要问题。据调查，每周最少有4亿份外卖飞驰在中国大街小巷，至少产生4亿个一次性打包盒、4亿个塑料袋以及4亿份一次性餐具。而一个塑料袋降解需要470年，因此塑料袋危害很大，可能会毁了下一代的生存环境，会危及地球的未来生态。制定一个优化、可行的处理方案十分重要。本文根据本地现有垃圾处理能力和外卖产生固体废弃物数量的调查数据，建立一个数学模型，为本地外卖产生的固体废弃物设计了一个处理方案，以减少其环境影响。固体废弃物处理方案模型如下。

1 基本假设

通过调查、分析，本文做出如下假设：优化方案不考虑政府新政策和技术改进的影响；人们存在一定的垃圾分类意识，这是符合实际情况的；不考虑固体废弃物填埋场、焚烧处理厂、回收站的建设成本。这是基于笔者所在地区已建成相应的固体废弃物填埋场、焚烧处理厂和回收站提出的。

2 固体废弃物的分类

本文以所在地区一年内产生的固体废弃物为研究对象，制定固体废弃物更优化可行的处理方案。本优化方案是建立在居民有一定的垃圾分类意识的前提下设计的。笔者所在地区已建成固体废弃物填埋场、焚烧处理厂、回收站，故不考虑其建设成本。

首先对固体废弃物进行分类，并分析相关的量。本问题按处理方式与固体废弃物种类综合考虑进行分类更加方便。将4种处理方式（填埋、焚烧、回收处理、堆肥）分别用i=1，2，3，4表示，它们的单位处理综合效益分别表示为ai，单位处理成本（单位：元）分别表示为。

值得注意的是，焚烧、回收处理、堆肥这三种处理方式会产生灰渣，灰渣需要填埋（本文中所涉及的“填埋”指含灰渣的填埋，所涉及的“直接填埋”指不含灰渣的填埋）。设焚烧、回收处理、堆肥的产渣率（灰渣质量占所处理的固体废弃物质量的百分比）分别是α1、α2、α3。

由于居民有一定的垃圾分类意识，并且对于纸质、塑料、金属、泡沫、食品残余物这5类固体废弃物，不同类别的固体废弃物的处理方案有不同的要求，据此，对5类固体废弃物进行分类，如表1所示。

固体废弃物的分类依据为：类别1回收率一般，无法堆肥，可以填埋、焚烧；类别2回收率较高，无法堆肥，可以填埋、焚烧；类别3无法回收，可以堆肥、填埋、焚烧。另外，用M0表示本地区一年内产生的固体废弃物的质量。

表1 固体废弃物分类情况

3 线性加权的多目标规划模型的建立

制定更优化可行的固体废弃物处理方案，可以认为是一个规划问题。

首先要明确目标。一个好的固体废弃物处理方案，应该要做到总综合效益（设为f1）大，总处理成本（设为f2）小。本文将总综合效益与总处理成本作差，研究差值f1-f2的大小。其中：

由于国家近年来十分重视环保工作，笔者对总综合效益和总处理成本分别赋予不同的权重λ和1-λ（0＜λ＜1）[3]。据此可以得到目标函数：

然后，对这个规划问题的约束条件进行分析。由于3个类别的固体废弃物中各类处理方式所处理的固体废弃物的质量之和（焚烧、回收处理、填埋产生的灰渣质量不包含在其对应方式真正处理的固体废弃物的质量中）等于固体废弃物的总质量，故：

由于焚烧、回收处理、填埋这3种处理方式对固体废弃物有一定的要求，并且从可行性方面考虑，符合要求的固体废弃物又不一定全部能够被该方式处理（居民有垃圾分类意识，但不能做到将垃圾完全分类），故引入 4个限制比例μ1，μ2，μ3，μ4表示所能用该方式处理的固体废弃物最大质量占所有固体废弃物的比例。其中，类别1、2、3固体废弃物焚烧的限制比例为μ1，类别1固体废弃物回收处理的限制比例为μ3，类别2固体废弃物回收处理的限制比例为μ3（类别1、2固体废弃物的回收处理的现实情况有所不同），类别3固体废弃物堆肥的限制比例为μ4。

由于焚烧、回收处理、堆肥三种处理方式所处理的固体废弃物的质量不能大于可以进行该处理方式的固体废弃物质量的最大值，故：

由于填埋含焚烧、回收处理、堆肥产生的灰渣的质量，故：

由于四类处理方式所处理的固体废弃物质量均不小于0，故：

综合以上分析，可以得出一个进行了线性加权的规划模型：

4 模型求解

本文通过查找资料、实地参观调查和计算，得到以下数据[2]。

表2 规划模型参数的值

对于偏好系数λ，由于国家对环保工作的重视，本文取λ=0.7。由于计算结果为比值，为方便计算，取M0=1。

将数据带入后，在matlab中利用lineprog函数求得最优解为[2]：

由于上文中取M0=1，故真正的最优解为：

由于填埋量xk（k=1，4，7）中含灰渣填埋量，故直接填埋比例不可以使用计算，应使用直接填埋量进行相应计算或使用“1-其他处理方式处理量的比例之和”计算。

5 结论

对于优化方案中占比最大的焚烧，目前有许多技术可以对其燃烧产生的废气进行处理，其中致癌物二噁英可以降低至远低于危险值的水平，对环境危害较小[3]。经过实地调查，本地的固体废弃物焚烧厂处理水平可以达到相应标准，这也是数据中焚烧的综合效益较高的原因。对于填埋，其在优化方案中占比已降至较低水平，影响大大减小。值得注意的是，优化方案的实现需要社会各界的共同努力：政府应指导处理方案的实施，注意垃圾分类处理；公民应养成垃圾分类的好习惯。结合目前实际情况，在社会各界共同努力的前提下，该优化后的垃圾处理方案可行性较高。