蔗糖产业废弃物逆向物流回收模式初探

段 瑞，成志平

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000)

0 引言

甘蔗和甜菜是主要糖料作物，在我国以甘蔗产量为最多，其种植面积与其他糖料种植面积比约为8.5︰1.5，主要集中在我国广西、云南、琼北和粤西一带[1]。甘蔗在收获与制糖过程中均会产生大量的废弃物如甘蔗叶(约占单株甘蔗整重的 16%左右)、甘蔗渣、废蜜、滤泥等。据有关学者统计，每生产1 kg的蔗糖，通常会产生1～2 kg甘蔗叶、2～3 kg甘蔗渣、0.8 kg废蜜和0.25 kg的滤泥[2]。对这一部分废弃物和副产品进行充分回收，是实现甘蔗制糖资源可回收利用、产业增值的基础。

甘蔗制糖工业是我国最早开展逆向物流的产业形态之一，2001年我国建立了第一批国家级生态工业园-广西贵糖(制糖)生态工业园区等，初步建立了“再制造”与“再利用”逆向物流试点[3]。部分糖企在逆向物流回收模式理念下，通过建立现代甘蔗园实现了生产端产能科学规划与控制；利用蔗髓热电联产技术，将蔗渣中无法用于造纸的 30%～35%蔗髓进行发电，保护环境的同时节省了大量的生产用燃料；利用逆向物流技术进行废弃物再利用，实现资源输出端控制，将糖蜜制酒产生的废醪液进行浓缩，生产出极其适合蔗田使用的有机复合肥，完整实现了甘蔗“蔗田-甘蔗-制糖-废糖蜜-制酒精-酒精废液-制复合肥-回到蔗田”的逆向物流回收。

本研究以蔗糖产业为出发点，构建了产业级废弃物逆向物流回收体系，旨在为我国未来蔗糖产业、环保事业等的发展提供理论与技术支持。

1 蔗糖产业废弃物综合回收利用现状

1.1 田间废弃物

2018/19 年榨季，我国甘蔗种植面积 138.19万hm2，同比下降1.7%[4]。按照甘蔗叶(含叶梢)产量为6～10 t/hm2计算，我国2018/19年榨季糖料甘蔗叶年产量为 829.14万～1381.9万 t。甘蔗叶含有丰富的营养元素、粗纤维、蛋白质等，属于可再生生物质能源；叶片含水量少，经晾晒储藏之后不易霉变。甘蔗叶的回收再利用能够极大地提高甘蔗种植地区的资源循环利用率，降低资源浪费的同时解决环境污染问题。当前我国大部分回收的甘蔗叶被广泛应用于生产饲料、栽培食用菌等，蔗叶田间废弃物回收利用途径见图1。

图1 蔗糖产业田间废弃物回收利用途径

据学者实验表明，以甘蔗叶梢加尿素为主要饲料进行畜牧育肥，平均日增重约为 0.568 kg，与对照组相比增重效果更加明显[5]。广西柳城县甘蔗叶直燃发电项目为我国首个利用甘蔗叶直燃技术进行发电的项目，该项目建成至今已拥有超过 1.8亿kW·h的发电能力，较同等规模燃煤发电厂减少CO2、SO2和粉尘排放量分别超过 10万 t/年、600 t/年和400 t/年[6]。同时电厂向当地农户收购甘蔗叶的价格始终保持在 120元/t左右，为柳城县蔗农增加年均2000万元以上的收入。可见，蔗糖产业田间废弃物回收再利用，既能够帮助甘蔗制糖产业实现循环生产，同时也充分利用了资源，保护了生态平衡。

1.2 制糖副产物

进入21世纪以来，制糖成本的提高、土地资源的短缺以及全球能源危机的出现，我国制糖工业逐渐从饱和状态下的粗犷生产转型为合理、科学的精细化经营，对糖业副产物的综合利用思维与技术重视程度逐渐提高，初步形成了图2所示的甘蔗制糖产业“糖酒-糖纸”联产模式[7]。

甘蔗制糖副产物回收对象主要为蔗渣、滤泥、废蜜3方面：将甘蔗压榨后形成的蔗渣进行充分干燥后可以为糖厂锅炉提供燃料，再通过汽轮机、发电机为糖厂生产提供蒸汽或电力，剩余的蔗渣可以经过除髓后，打包销往木糖醇生产厂家或造纸厂；滤泥可以为畜牧业、种植业提供饲料、肥料原材料；废蜜通过发酵及一系列蒸馏、脱水工艺可以生成酒精酿酒[8]。

随着现代工业生产工艺、管理模式的不断发展以及全球范围内环保意识的不断提高，按照上述方式对蔗糖产业田间废弃物、制糖副产物进行综合利用，已经逐渐无法满足我国经济体制改革的基本要求。众多学者、糖厂都在不断探索糖业废弃物的综合利用新途径、新方法[9]。利用逆向物流理念对蔗糖产业废弃物回收模式和体系进行构建，逐渐成为未来我国制糖工业领域的研究重点。

2 蔗糖产业废弃物逆向物流回收模式构建

2.1 逆向物流内涵

逆向物流至今未形成完备或公认的统一定义，但多种描述方式基本思想内涵一致，主要包含：①处理对象为各类型原材料、产品、废弃物以及包装容器等；②实施目的是为了正确处理废弃物从而降低人类活动给自然环境带来的危害，在重新获得资源利用价值的同时实现社会的可持续发展；③具体活动为对原材料、产品、废弃物等的回收、检测、处理、再利用以及废气处理等。图3所示为典型的逆向物流流程。

图2 甘蔗制糖产业“糖酒”联产模式

图3 典型逆向物流流程

其中，废弃物逆向物流回收最常见的方法有：再使用，对部分废弃物经过简单的分类、检测、清理、维修等，产品即可直接进入回收再利用系统；再制造，该工艺过程较为复杂，需要在保证产品质量的前提下，综合考虑产品功能、资源利用率等充分提升废弃物附加值；再循环，将废弃物中的原材料加以提炼，用于该产业或其他产业的生产加工。

2.2 蔗糖产业废弃物逆向物流回收特征

由1.1、1.2节分析可知，蔗糖产业废弃物甘蔗叶、蔗渣、滤泥、废蜜等涵盖了种植到生产等各个环节，且废弃物种类繁多、富含多种有机成分，因此，其逆向物流流程与图3相比存在较大差异[10]。本研究将在以下特征基础上构建蔗糖产业废弃物逆向物流回收模式。

2.2.1 复杂性

蔗糖产业废弃物逆向物流回收涉及原料蔗种植、收割、运输、生产等各类节点，各环节对应不同的物流特点。如甘蔗属于宿根性植物，原料蔗种植、收割环节的逆向物流需要充分考虑甘蔗植株的地下部分重新萌芽生长问题等；甘蔗制糖副产物成分复杂，尤其与造纸、酒精生产工艺结合的生产线，还需充分考虑甘蔗制糖工艺以外的废弃污染物成分等。

2.2.2 动态性

蔗糖产业废弃物逆向物流动态性主要体现在：①市场需求的动态性，蔗糖产业废弃物逆向物流需要根据市场的实际需求进行调整，物流链条上各节点成员也会随之更新；②生产工艺的动态性，在制糖工艺不断进步情况下，蔗糖产业废弃物的种类、含量等将会不断处于动态变化中，逆向物流回收模式需要根据废弃物的动态变化做出及时调整。

2.2.3 不确定性

蔗糖产业与其他产业如造纸、酒精生产具有一定的交叉，糖企既可作为产业链主体也可以作为其他产业链中的节点成员。不同产业链节点成员之间的相互交叉、合作、竞争，给蔗糖产业废弃物逆向物流回收形成了不同影响，逆向物流回收网络复杂庞大，形成了蔗糖产业废弃物种类、形态、回收模式的不确定性。

2.3 蔗糖产业废弃物逆向物流回收模型构建

通过对蔗糖产业废弃物逆向物流回收环节的复杂性、动态性、不确定性进行分析，在图3基础上构建了图4所示逆向物流回收模型。该模型基于一般蔗糖产业废弃物回收流程，从甘蔗全产业链视角出发，充分融合大数据技术，实现了蔗糖产业废弃物回收水平预测、回收模式选择以及回收网络模式规划。与一般传统蔗糖产业废弃物回收方式相比，本模型能够充分掌握全甘蔗产业链废弃物回收量、回收水平；能够基于利益分配等规划甘蔗全产业链废弃物回收主体、分配成员利润；能够通过模型性能稳健指数，对蔗糖产业废弃物回收设备选用、设施选址等进行规划，从而获得逆向回收利用效率最佳的流量分配方案。

图4 蔗糖产业废弃物逆向物流回收模型

蔗糖产业废弃物逆向物流回收系统中的决策多属于模糊多目标决策，即群体的、模糊的、多目标和多层次的非半结构性决策。甘蔗自蔗田流入蔗糖产业链后，系统将在大数据、云计算以及模糊运算技术支持下对某区域甘蔗总产量、田间废弃物产量、蔗糖及其副产物产量等进行预测。与一般废弃物逆向物流回收模式相比，本研究所构建模型充分考虑了蔗糖产业废弃物逆向物流的复杂性、动态性和不确定性，降低了3项指标对逆向物流回收系统性能的影响。系统完成各环节废弃物种类、产量等预测之后，会将预测结果转接分销、回收环节以及糖厂、其他产业等，经由系统进行统一的废弃物回收模式和网络模式规划，以建立产业绿色形象为目标，在蔗糖产业及各地区环保政策的约束下，对不同环节、不同产业链主体进行废弃物回收的能力进行规划。该模式既能够从定性方面实现蔗糖产业废弃物逆向物流回收，又能从定量方面实现甘蔗全产业链主体废弃物回收利用中的利益分配。

2.3.1 废弃物回收水平预测

针对甘蔗制糖产业产品全寿命周期从种植到进入废弃处理等各阶段，分析影响蔗糖产业废弃物回收水平的因素并加以提炼，利用模糊运算法则对其中关键因素进行模糊化描述。作为逆向物流回收系统首要环节，影响蔗糖产业废弃物回收水平的因素众多，同时系统各影响因素之间又互相影响。因此，系统在进行废弃物回收水平预测之前第一步，需要基于蔗糖产业产品全寿命周期的回收影响因素进行分析，从孕育期、生产期、市场期等视角挖掘影响蔗糖产业废弃物回收水平各因素。废弃物回收水平预测第二步，需要对各不同的影响因素权重进行计算，由于蔗糖产业废弃物具有复杂性、动态性和不确定性等特征，因而本系统引入模糊神经网络对各因素权重进行计算，通过构建5层网络系统(即输入层、模糊化层、规则层、结论层、输出层)等进行权重计算。废弃物回收水平预测第三步，是基于蔗糖产业废弃物逆向物流回收权重指标构建废弃物回收水平预测模型，将得到的模糊化描述要素在模糊神经网络支持下，对蔗糖产业废弃物逆向物流体系中的产品回收时间间隔和回收量进行预测，从而保证逆向物流回收系统能够获得准确的二维预测结果，辅助系统进行回收模式选择以及网络结构规划。

2.3.2 回收模式选择

蔗糖产业废弃物逆向物流回收模式的选择，是在充分分析蔗农、蔗糖厂家、产业链其他企业和第三方物流企业多种不同产业链主体力量领导下废弃物逆向物流回收模式基础上，对不同废弃物逆向物流回收模式进行多层次规划，通过充分考虑逆向物流回收废弃物产品质量所造成的再利用成本，获得最适合某厂家或某地区蔗糖产业链的逆向物流回收模型。回收模式选择可主要分为3大环节：第一，根据不同的物流回收模式如制造商自营模式、经销商负责模式以及第三方运营模式等进行模型构建；第二，通过分析不同模型下逆向物流回收体系各主体利润、利益分配等情况得到最适合糖企自身发展情况的回收模式；第三，在糖企所处蔗糖产业链合作契约约束下，对回收体系利益分配机制进行设计，得到符合企业所处产业链的利益分配模型。回收模式选择应按照最优零售价、回收率、利润率等标准，设计合理的回收机制达到“最满意”模型建设。

2.3.3 网络结构规划

逆向物流网络是由蔗糖产业链各参与主体共同构建所得，无论选择何种废弃物回收模式，都需要适当的物流网络体系进行支持。蔗糖产业废弃物逆向物流回收体系网络结构规划，首先需要对蔗糖产业逆向物流回收网络各主体进行分析，逆向物流网络由糖企、分销中心、消费区、回收中心、再制造环节、废弃处置点等六部分硬件设施组成，蔗糖产业废弃物回收包括了收集并运送废弃物到指定地点的所有相关活动；其次，网络结构规划过程中需要蔗糖产业链中各主体遵循成本最低目标和模糊线性规划构建复合产业特色的模糊混合整数线性规划模型，将制糖企业废弃物供求数量和处理能力作为蔗糖产业链条模糊数并进行求解[1]；再次，蔗糖产业废弃物逆向物流回收体系网络结构规划，需要利用不确定环境下网络结构的稳健性求解结果分别进行废弃物逆向物流回收系统的流量分配和稳健性分析。

3 结语

本文对蔗糖产业废弃物逆向物流回收模式进行了初步分析，对蔗糖产业废弃物逆向物流回收的复杂性、动态性以及不确定性等特征进行了总结，初步构建了一种能够应用于蔗糖产业废弃物逆向物流回收的模式。该模式基于现代信息技术对一般逆向物流回收体系进行优化，使之更加贴合蔗糖产业特征。逆向物流回收模式对于蔗糖产业树立绿色环保形象、实现绿色可持续发展有重要价值，广西贵糖集团等企业在利用废弃物逆向物流回收体系构建循环经济过程中，获得了良好的经济与环保效益。然而由于逆向物流回收模式在蔗糖产业应用时间尚短，应用企业也较少，本文仅能从回收模式选择等视角得到部分浅显结论，对于蔗糖企业逆向物流回收模式的多元开发、具体应用实践效果等尚有待进一步研究。