垃圾分類處理與清運(yùn)方案設(shè)計

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垃圾分類處理與清運(yùn)方案設(shè)計

摘要

本文通過深圳市南山區(qū)的垃圾分類狀況，分別在現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)模與位置不變條件下和轉(zhuǎn)運(yùn)站允許重新設(shè)計的條件下對如何在現(xiàn)有條件下求得清運(yùn)路線方案追求最正確經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。

隨著人口的增長，居住環(huán)境的密集化，城市的垃圾急需采取一些合理的方式收集與處理。

對于問題一，我們已經(jīng)知道垃圾中轉(zhuǎn)站的位置及數(shù)量，所以首要的是對垃圾處理中心的數(shù)量進(jìn)行一定的假設(shè)，其次根據(jù)大小型櫥余垃圾設(shè)備的處理能力，以及各自的投資額比例，再結(jié)合實(shí)際初步確認(rèn)大型櫥余垃圾設(shè)備的個數(shù)，并以此為入口點(diǎn)，對擁有大型設(shè)備的中心，考慮垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的聚集狀況和日垃圾量?？梢酝ㄟ^坐標(biāo)表示聚集狀況，而日垃圾量也可通過附錄2的資料查出，這樣就可以初步圈定垃圾處理中心負(fù)責(zé)的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站。然后通過重心選址法，確定中心處理站的位置，自然清運(yùn)路線方案也出來了。

對于問題二，實(shí)際上是問題一的推廣，只是增加了轉(zhuǎn)運(yùn)站的選址問題，后面的操作可參照第一問。求解轉(zhuǎn)運(yùn)站的位置時，考慮實(shí)際合理性和可行性，可以給轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)定每天最大轉(zhuǎn)運(yùn)量，利用每天轉(zhuǎn)運(yùn)站所負(fù)責(zé)片區(qū)的垃圾量和當(dāng)?shù)氐娜丝诜植紨?shù)量成正比的關(guān)系，分狀況探討，利用最優(yōu)矩陣求法確定其個數(shù)，然后采用重心選址模型求出轉(zhuǎn)運(yùn)站的分布。最終再根據(jù)模型一來求解最優(yōu)清運(yùn)路線方案。

關(guān)鍵字：設(shè)備處理能力坐標(biāo)法重心選址法人口密度與垃圾量成正比最優(yōu)

矩陣求解

1

1、問題的重述

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與城市化進(jìn)程加快，我國大城市的垃圾分類化處理市場已從導(dǎo)入期進(jìn)入到成長期，并逐步邁向成熟期。在中國每年1億多噸的城市年產(chǎn)生活垃圾中，其中填埋占70%，燃燒和堆肥占10%，剩余20%難以回收。在廢棄資源和回收再利用加工過程中，不但解決了資源短缺問題，同時降低了垃圾排放，順應(yīng)了低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢。雖然我們在垃圾的合理利用比以往進(jìn)步了，但是依舊存在一些問題，譬如在不同人口密集度，不同職能區(qū)域等因素影響下，為了更好的分派回收和處理垃圾設(shè)備資源、獲取最大經(jīng)濟(jì)效益和最正確環(huán)保效果，如何設(shè)置適合的轉(zhuǎn)運(yùn)站和垃圾處理中心。針對上述問題，本文探討了深圳市南山區(qū)在不同條件下垃圾處理中心的分布狀況和清運(yùn)路線（1）假定轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)模與位置一定，利用給出的垃圾站轉(zhuǎn)運(yùn)量統(tǒng)計表和轉(zhuǎn)運(yùn)站分布圖，建立求取垃圾處理設(shè)備分布模型

（2）假設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)站等待設(shè)計，根據(jù)給出的南山區(qū)居民數(shù)據(jù)表，求取轉(zhuǎn)運(yùn)站和垃圾處理中心的分布

2、模型的假設(shè)

（1）假設(shè)題目中所給的數(shù)據(jù)真是可靠，能夠反映實(shí)際（2）假設(shè)每個小區(qū)生活生產(chǎn)的垃圾比例一定（3）假設(shè)每人每天垃圾制造量一致

（4）假設(shè)從中轉(zhuǎn)站出發(fā)的車要運(yùn)往目的地的都是直達(dá)目的地（5）假設(shè)一個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站只能運(yùn)輸?shù)揭粋€垃圾處理中心（6）假設(shè)一垃圾處理中心負(fù)責(zé)一個或者多個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站（7）假設(shè)一垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站間的距離為直線（8）假設(shè)每個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站在同一平面上。

（9）第問題的模型中，假設(shè)每個中轉(zhuǎn)站的處理垃圾能力的基準(zhǔn)點(diǎn)一致

3、符號說明

符號QT1T2T3T4T5TM1M2Pxijyij意義垃圾總數(shù)（單位：噸）小區(qū)到轉(zhuǎn)運(yùn)站的總費(fèi)用垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站四處理中心的總運(yùn)費(fèi)垃圾處理中心的櫥余垃圾處理設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用從中轉(zhuǎn)站出發(fā)，有毒垃圾到固廢處理中心和所有不可回收垃圾到燃燒場或者填埋場的總運(yùn)費(fèi)櫥余垃圾設(shè)備的總投資額總的開銷每天櫥余垃圾創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利潤每天櫥余垃圾創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利潤經(jīng)濟(jì)效益第j個小區(qū)到第i個轉(zhuǎn)運(yùn)站的距離第j個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站到第i個垃圾處理中心的距離某個轉(zhuǎn)運(yùn)站負(fù)責(zé)的小區(qū)數(shù)第j個小區(qū)擁有的收集車輛數(shù)一個垃圾處理中心負(fù)責(zé)的中轉(zhuǎn)站的個數(shù)第j個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站擁有的拖車數(shù)量第i個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站所分類的不可回收垃圾運(yùn)往填埋場或者燃燒場的最小距離第i個垃圾處理中心到填埋場或者燃燒場的次數(shù)深圳市南山區(qū)的轉(zhuǎn)運(yùn)站的個數(shù)70#汽油價格柴油價格每百公里汽油的耗油量每百公里柴油的耗油量垃圾處理中心數(shù)量大型櫥余垃圾處理設(shè)備數(shù)小型櫥余垃圾處理設(shè)備數(shù)小型設(shè)備處理垃圾的能力（單位：公斤，200

4、問題分析

通過建立數(shù)學(xué)模型來尋覓深圳市南山區(qū)垃圾處理中心的位置，以追求高經(jīng)濟(jì)效益和最正確環(huán)保效果，實(shí)現(xiàn)對資源的有效利用。

針對問題一，題目要求我們在現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)模與位置不變的前提下，給出大、小型設(shè)備的分布設(shè)計，同時在目前的運(yùn)輸裝備條件下給出清運(yùn)路線的具體方案，以期達(dá)到最正確經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。從這我們可以讀出題目是要我們給出的大小型設(shè)備的分派，和清運(yùn)的路線方案，而這些都是基于可以得到最正確的經(jīng)濟(jì)效益。又由題目可知，對垃圾進(jìn)行處理過程中，只能對櫥余垃圾和可回收垃圾獲取利益，而其他的兩種垃圾是只有消耗成本的，而對于成本，包括運(yùn)輸費(fèi)用、投資額、處理費(fèi)用，其中路費(fèi)又有從各小區(qū)的收集站到中轉(zhuǎn)站的費(fèi)用、垃圾從中轉(zhuǎn)站四處理中心的費(fèi)用、垃圾從中轉(zhuǎn)站到燃燒場填埋場的費(fèi)用，且這些費(fèi)用又都是是和處理中心的位置有關(guān)的，因此我們可以得出如下方程：

P=M-（T1+T2+T4+T5），由可得，只有垃圾處理中心的位置確定了，才能求出總的效益。對如何求中心位置，和如何求最正確效益，我們根據(jù)費(fèi)用和效益和中心位置的相互制約關(guān)系建立了模型一。在模型一中，我們根據(jù)題目中給出的數(shù)據(jù)約束對大小型設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行了探討，并根據(jù)實(shí)際狀況確定大型設(shè)備的數(shù)量，并劃分了其所負(fù)責(zé)的站點(diǎn)位置數(shù)，再結(jié)合地圖，及模型求解的結(jié)果，即可確定處理中心的位置，并求出清運(yùn)路線方案。

在問題二中，我們是在轉(zhuǎn)運(yùn)站允許重新設(shè)計的狀況下求出理想的清運(yùn)路線以求最正確經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。在此我們根據(jù)附件2中的南山居民區(qū)數(shù)據(jù)表格通過spss軟件得出了圖12的南山區(qū)人口分布圖，由于片區(qū)人口數(shù)量與片區(qū)垃圾產(chǎn)量是成正比的，所以我們可以假設(shè)片區(qū)人口分布就是片區(qū)垃圾產(chǎn)量分布，而且我們還可以將人數(shù)較少的又比較相鄰的片區(qū)集聚成一個片區(qū)，這樣就減少了增設(shè)中轉(zhuǎn)站的個數(shù)，減小了各種成本，此時我們就可以考慮在人員較多的地方增設(shè)中轉(zhuǎn)站點(diǎn)數(shù)。首要問題是要求出中轉(zhuǎn)站、處理中心的位置和個數(shù)，對此，我們采用覆蓋模型初步確立中轉(zhuǎn)站的位置。考慮到中轉(zhuǎn)站的個數(shù)越多，環(huán)境影響點(diǎn)越多，所以在不影響當(dāng)?shù)乩Ｊ占那疤嵯?，根?jù)人口分布，考慮用最少的垃圾中轉(zhuǎn)站去覆蓋所有的片區(qū)的收集站，建立了模型二。在模型二中，我們首要解決的就是垃圾中轉(zhuǎn)站的選址問題，其中我們采用最優(yōu)矩陣法進(jìn)行了求解，在垃圾中轉(zhuǎn)站的位置初步確定之后，我們所要考慮的就是處理中心的選址問題，此時的方法就可以參照模型一求解了。

5、模型建立與求解

5.1問題一

假定現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)模與位置不變，為達(dá)到最正確經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果，求解大小型櫥余設(shè)備的分布狀況以及運(yùn)輸設(shè)備的清運(yùn)路線。

5.1.1櫥余垃圾處理設(shè)備的數(shù)量模型

假設(shè)大型櫥余垃圾處理設(shè)備數(shù)量為b，小型櫥余垃圾處理設(shè)備數(shù)量為s，其中b≥0，s≥0，并設(shè)小型櫥余垃圾處理設(shè)備的處理能力為a公斤/噸（200≤a≤300），則需滿足：

4200×1000×b＋a×s≥804×1000×（1）

10由于投資額不能太多，所以在選擇櫥余垃圾處理設(shè)備數(shù)量的時候應(yīng)當(dāng)考慮使投資額盡量的少些。設(shè)投資額為T5，則：

T5=b×45000000+s×280000（2）

作線性規(guī)劃可知，只有當(dāng)大型櫥余垃圾設(shè)備的數(shù)量越多，投資額為T5才能越少。又由（1）可知，b的可能值有0，1，2，3……，但是考慮使投資額盡量少些，而且b=3已經(jīng)可以在不用小型櫥余設(shè)備的狀況下單獨(dú)使用，所以只考慮b≤3。

又由于若b＝2，則假使小型櫥余設(shè)備的處理能力為200公斤，至少還要680臺小型櫥余設(shè)備，假使小型櫥余設(shè)備的處理能力為300公斤，至少還要456臺小型櫥余設(shè)備的設(shè)備，即最少需要456臺，而456臺小型櫥余設(shè)備需要12768萬元，遠(yuǎn)大于投入一臺大型的櫥余設(shè)備的投資額，即總投資額為：T5=4500×2﹢12693=21693萬元。

以此類推，若b=1，則T5=35860萬元，若b=0，則T5=50027萬元，而若b=3，則T5=13500萬元。

由b=0，b=1，b=2，b=3，對應(yīng)的總投資額來看，選擇b=2或3進(jìn)行探討比較合理，雖然投資的設(shè)備與之后的投入使用時垃圾的運(yùn)輸費(fèi)用也有關(guān)系，但是考慮b=0和1時，投資額實(shí)在太多，而舍棄。所以此題只探討投資大型櫥余垃圾設(shè)備的數(shù)量為2臺和3臺的狀況。

5.1.2櫥余垃圾處理設(shè)備的分布設(shè)計模型

假設(shè)一個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站只能運(yùn)輸?shù)揭粋€垃圾處理中心，一個垃圾處理中心負(fù)責(zé)一個或者多個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站并且每個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站間的