海岛生活垃圾处置方式的评价模型研究*

郭浩男，丁志斌，董瑞程，赵小兰，连小莹

(中国人民解放军陆军工程大学 国防工程学院，江苏 南京 210007)

0 引言

海岛是海洋的重要组成部分，构成了海洋生态系统的重要一环，我国每年投入大量资金保护海岛环境，截止到2015年，综合整治海岛生态环境共投入64亿元[1]。近年来随着海岛开发利用强度不断加大，生活垃圾产量随之剧增[2]，给海岛生态环境带来严峻影响。粗放的、原始的垃圾处置方式已经不能满足海岛发展需求。但不同海岛之间差异巨大，没有一个统一的方法对其垃圾处置方式进行评价，难以为今后改善海岛环境提供普遍适用的标准，因此有必要从多个因素上整体评价海岛生活垃圾处置方式。通过设计生活垃圾处置方式评价模型，可以为今后海岛环境发展提供参考。

1 生活垃圾处置方式评价指标

对于组分复杂的生活垃圾，单一的处理方式具有局限性，仅对于特定种类的垃圾有效。垃圾堆肥适用于垃圾成分中有机含量较高的组分，如厨余类垃圾；焚烧法适用于垃圾热值较高、土地较少的地区；卫生填埋是垃圾最终处置方法，可适用于垃圾中的无机组分。表1对堆肥、焚烧和卫生填埋进行评价。定量化指标根据小型海岛垃圾产量的预测，并参照《生活垃圾卫生填埋工程项目建设标准》(建标124-2009)、《生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准》(建标142-2010)、《生活垃圾堆肥处理工程项目建设标准》(建标141-2010)，以日处理量小于50 t推算而得。海岛生活垃圾产量小，资源化收益可忽略不计，因此不予考虑。

表1 垃圾处置方式优缺点比较

根据以上评价指标合并出四类生活垃圾处置方式评价指标：技术适用性、环境协调性、经济可行性、社会限制。

技术适用性：指生活垃圾处理技术是否适用于海岛。海岛面积有限，地质条件差，生态系统脆弱；海岛生活垃圾组分复杂，单一的处置方式不能满足海岛需求。垃圾处置方式应立足于海岛以及海岛生活垃圾特点，综合垃圾处置稳定时间考虑。

环境协调性：指垃圾处置过程中对于环境影响的大小，从土壤、大气和水体三方面进行考虑。

经济可行性：海岛生活垃圾产量较小，垃圾处理较难带来经济收益，因此经济可行性主要分为两部分：建设成本和运行成本。

社会限制：指垃圾处置方式与当地政府的政策导向是否相符，民众接受度如何。

2 评价模型指标权重

评价海岛垃圾处置方式的指标很多，但各个指标重要性不同，可以通过层次分析法(AHP)得到各个指标的权重。层次分析法由美国运筹学家SAATY T L教授提出，它是定量与定性相结合的多目标决策分析方法。

2.1 构建层次结构图

通过对海岛生活垃圾处置方案选择影响因素的分析及海岛生活垃圾处理现状的了解，建立技术方案选择层次结构，如图1所示。层次结构中处理方案的选择，决策层中4个指标又可分为若干子指标。

图1 海岛生活垃圾处置方案选择层次结构图

2.2 权重的计算

根据层次结构图构造判断矩阵，即对某因素Ri与该层相关因素Rj的重要性进行比较，重要性通过判断尺度Rij表示，判断尺度定义见表2。若Ri比Rj稍微重要，则Rij=3；反之，若Rj比Ri稍微重要，则Rij=1/3。

表2 判断尺度表

根据专家意见及参考文献[3-6]确定判断矩阵，见表3～表7，并求出决策因素权重。

权重ω计算公式见式(1)。

(1)

表4 判断矩阵B1-C

表5 判断矩阵B2-C

表6 判断矩阵B3-C

表7 判断矩阵B4-C

由B-F权重和C-B权重得到C-F相对权重，按照从大到小排序为C1垃圾特点：0.249 8；C3占用土地：0.177 9；C8建设成本：0.111 9；C2稳定时间：0.078 8；C5对水体污染：0.072 7；C6对大气污染：0.072 7；C7对土壤污染：0.072 7；C10政策与法规：0.062 6；C4减量化程度：0.048 1；C9运行成本：0.037 3；C11公众意见：0.015 6。

2.3 一致性检验

设判断矩阵的一致性指标为CI，即有：

(2)

式中，λmax表示最大特征值；n表示矩阵维数。

CI值的大小表示判断矩阵偏离完全一致性的程度，CI值越大，表明判断矩阵偏离一致性越差，当CI=0时，矩阵具有完全一致性。对于不同阶的判断矩阵，判断误差不同，CI值有所差异。因此，对于不同阶判断矩阵，需引入平均随机一致性指标RI值，表8中列举了1～6阶判断矩阵的RI值。

表8 RI值

因为1、2阶矩阵总是具有完全一致性，其RI值为0。当阶数大于2时，判断矩阵的一致性指标CI与同阶平均随机一致性指标RI之比称为随机一致性比率，记为CR。若满足式(3)时，即可以认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要调整判断矩阵，使之具有满意的一致性。由此得到的权重ω值可以接受。

(3)

从表9可以看出各个矩阵一致性指标均小于0.10， 因此满足一致性检验。

表9 一致性检验表

3 模型指标量化评价方法

模糊决策[7]指在现有评价指标和测量值下，在模糊环境中经过变换对事物作出决策的一种方法。依据模糊数学原理和方法，针对评测对象给予其评价结果(非负实数)。设评价时x个指标其集合为X={x1,x2,x3,…，xm}，y个评语指标，其集合为Y={y1,y2,y3,…，yn}。用sij表示i指标对于j评语的隶属程度，其中sij=xR(xi,yj)，则指标与评语间的模糊关系可以用隶属度矩阵S表示，并且该矩阵中每一行是对每一个单一因素的评价结果。

(4)

其中，0≤sij≤1，i=1,2,3,…,m；j=1,2,3,…,n。

确定权重向量W={w1,w2,w3,…，wn}，其中wi表示因素xi的重要程度，i=1,2,3,…,n,即分配到xi(i=1,2,3,…,n)的权重，满足：

(5)

将W与S的合成看作评价者综合各项指标后作出的最终评价即模糊评价，其数学模型为：

B=W∘S=(b1,b2,…,bm)

(6)

4 海岛垃圾处置方式评价——以外伶仃岛为例

外伶仃岛隶属于珠海市担杆镇，位于珠海香洲东南部，距珠海市27.5海里。海岛气候宜人，是珠海众多海岛中有名的旅游度假区。旅游分为淡季和旺季，旺季为5～10月，上岛旅游人数随季节波动较大。外伶仃岛上设有垃圾转运站、垃圾压缩站、热解炉和垃圾填埋场。

根据前面探讨的4类共11项指标按照优秀、良好、一般和较差进行评价。权重为：w=(0.249 8,0.078 8, 0.177 9,0.048 1,0.072 7,0.072 7,0.072 7,0.111 9,0.037 3,0.062 6,0.015 6)。

由权重可以看出垃圾特点、占用土地和建设成本是影响海岛生活垃圾处置方式的主要因素，经多名专家组成评价小组得到隶属度矩阵为：

运用模型评价如下：

B=W∘S=(0.177 9，0.177 9,0.249 8,0.249 8)

根据最大隶属度原则，对外伶仃岛的现行垃圾处置方法的评价为“一般”或“较差”，该评价结果与实际情况相符。受限于海岛地理条件和基础设施条件的先天不足，现行海岛垃圾处理方式存在许多问题：

(1)异地处置成本高。海路运费高昂，每海里约为70元/t，每年仅垃圾运费一项，外伶仃岛需要190万元，随着海岛旅游业的兴起，迅速增长的垃圾带来的运输费用会给地方政府造成巨大财政压力。

(2)就地处置污染大。外伶仃岛就地处置方式为简易焚烧，焚烧温度较低，焚烧垃圾产生的尾气不达标，污染海岛环境。根据实地调研情况，刺鼻的烟气随海风传播，扩散半径可达500 m，岛上影响面积约为0.3 km2， 占全岛总面积的7%，且基本上都靠近岛上人员居住集中区域，常年在垃圾站的工作人员和附近居民的健康都会受到影响。

5 结论

将层次分析法和模糊数学理论运用到海岛生活垃圾处置方式的综合评价可以消除海岛间差异带来的影响，是一种量化的科学评价方法，对于海岛垃圾处置方式的选取、评价、改进等具有实际参考价值，研究结果表明此方法技术可行，结果可靠。