城市固廢綜合處理廠的選址研究

城市固廢綜合處理廠的選址研究

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市固體廢水年產(chǎn)量平均10%迅速增加，年產(chǎn)量2億噸。目前，由于投資少、消耗大等特點(diǎn)，衛(wèi)生填埋已成為我國(guó)處理生活垃圾的主要技術(shù)。然而，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和衛(wèi)生填埋的大規(guī)模建設(shè)，衛(wèi)生填埋對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越受到重視。同時(shí)，隨著固體殘?jiān)M成的有機(jī)和可燃物質(zhì)的逐漸增加，可使用價(jià)值也在不斷增加。在具有經(jīng)濟(jì)條件和固良熱值條件的城市，固良采用綜合處理方法，如生化燃燒、衛(wèi)生填埋，這與固良“減少、減少、回收”的處理原則相對(duì)應(yīng)。它是未來(lái)固良處理的發(fā)展方向。固良綜合處理廠的建設(shè)包括布局、設(shè)計(jì)、發(fā)電、給排水等環(huán)節(jié)。合理的布局是有效處理和能源使用的重要環(huán)節(jié)。布局往往與當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)、健康和安全、環(huán)境和居民的態(tài)度等重要因素有關(guān)。因此，應(yīng)將不同的負(fù)面影響降至最低，并在固良綜合處理廠的布局中成功完成。固廢綜合處理廠廠址選擇論文較少,相關(guān)研究主要涉及“綜合處理廠廠址選擇要求的幾個(gè)方面”和“綜合處理廠選址的合理性評(píng)價(jià)的重要性,選址原則,選址要求”等方面的內(nèi)容,對(duì)固廢綜合處理廠怎樣選址沒(méi)有詳盡論述.經(jīng)過(guò)搜尋沒(méi)有查找到這方面專門研究的論文.作者為此進(jìn)行了相應(yīng)的研究,使固廢綜合處理廠選址內(nèi)容明確化、數(shù)據(jù)化.本研究結(jié)合“數(shù)學(xué)規(guī)劃模型”及“多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)法”等提出目標(biāo)層次決策方法,改進(jìn)繁雜的決策過(guò)程,使問(wèn)題解決變得科學(xué)、有效.1綜合廠選擇目標(biāo)級(jí)別的決策過(guò)程、布局的制定1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)容量組合本文提出的目標(biāo)層次法之分層決策方式,其架構(gòu)為兩階段:第一,從所有可能廠址選出較少數(shù)目的可行廠址供進(jìn)一步評(píng)估;第二,以綜合處理廠“設(shè)計(jì)處理量”的不同來(lái)形成各種設(shè)計(jì)容量組合,用目標(biāo)成本最小化的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型求解各設(shè)計(jì)容量組合之最佳成本解,得到最佳成本解的設(shè)置方案(上層),其次對(duì)所有設(shè)置方案做一全面性的多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)評(píng)估(下層),通過(guò)多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)函數(shù)的計(jì)算,得出各設(shè)置方案的優(yōu)劣順序.其中,以數(shù)學(xué)規(guī)劃模型求取各設(shè)計(jì)容量組合的最佳成本解,是為了避免將來(lái)固廢綜合處理廠運(yùn)行時(shí)發(fā)生供過(guò)于求或供不應(yīng)求的情況,造成廠子效率低下.1.2綜合處理廠區(qū)位配置問(wèn)題1.2.1是否有助推城市建設(shè)發(fā)展的區(qū)域根據(jù)“中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法”及“中華人民共和國(guó)固體廢物處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的規(guī)定,經(jīng)整理分析歸納為:(1)環(huán)境敏感區(qū)域限制,具體內(nèi)容有:是否位于河口、湖泊、樹林沼澤、草澤、沙洲、沙丘,是否位于“自然保護(hù)區(qū)”或“一般保護(hù)區(qū)”,是否位于特定水土保持區(qū),是否位于水源水質(zhì)保護(hù)區(qū),是否位于重要水庫(kù)區(qū),是否位于野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)或野生動(dòng)物重要棲息地,是否位于地質(zhì)沉降區(qū)、海水倒灌區(qū)、地下水管制區(qū),是否位于地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定區(qū)(斷層、地震、地質(zhì)災(zāi)害區(qū)),是否位于水污染管制區(qū);(2)特定目的區(qū)域限制,具體內(nèi)容有:是否位于空氣污染防制區(qū),是否位于軍事管制區(qū),是否位于航空管制區(qū),是否位于文化古跡保護(hù)區(qū),是否位于國(guó)家公園或風(fēng)景區(qū),是否位于國(guó)家規(guī)劃的重大建設(shè)地區(qū),是否位于泄洪區(qū);(3)其它特殊的影響,具體內(nèi)容有:廠區(qū)內(nèi)有無(wú)獨(dú)特珍貴的地理景觀受到破壞,廠區(qū)內(nèi)有無(wú)珍貴稀有動(dòng)植物;(4)其它地理?xiàng)l件限制,具體內(nèi)容有:廠區(qū)周圍的地勢(shì)是否高于基地本身或基地是否處于復(fù)雜的地形中,易發(fā)生氣流停滯或亂流的不利情況,廠區(qū)的下風(fēng)處是否位于人口集中地區(qū).根據(jù)以上整理分析歸納的4個(gè)方面制定綜合處理廠的廠址可行性篩選負(fù)面表,以先淘汰部分不可行或條件較差的廠址.1.2.2i需求點(diǎn)的決策變量根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究與專家訪談,整理歸納出本研究的初擬評(píng)估準(zhǔn)則(屬性);其次,通過(guò)評(píng)估準(zhǔn)則間的相關(guān)性檢定,去除相關(guān)性高的評(píng)估準(zhǔn)則,建立選址評(píng)估的層次結(jié)構(gòu)(如圖1所示).其中以(1)成本,(2)建廠基地位置條件,(3)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響,(4)對(duì)自然環(huán)境的影響,(5)對(duì)附近居民的生活質(zhì)量影響,等評(píng)估準(zhǔn)則,各主準(zhǔn)則又分別受到子評(píng)估準(zhǔn)則影響.步驟1:數(shù)學(xué)規(guī)劃模型(上層)其中,ξij(i∈I;j∈J)為決策變量.若i需求點(diǎn)由j廠處理時(shí),ξij=1;否則ξij=0;xij表示i需求點(diǎn)由j廠處理的固廢量;yj(j∈J)為決策變量.若j廠開(kāi)辟,yj=1;否則yj=0;Fj表示j廠建造所需的成本;dij表示從第個(gè)需求點(diǎn)至第j個(gè)廠區(qū)的運(yùn)輸距離;bj表示將建造的j廠可處理的最大固廢容量(即:設(shè)計(jì)處理量);ai表示i需求點(diǎn)所產(chǎn)生的固廢量;Tc為單位運(yùn)輸成本;M為一極大正數(shù).式(1)表示固廢運(yùn)輸成本與固廢綜合處理廠建造成本的總和最小化.式(2)至式(7)為約束條件.其中,式(2)表示由i需求點(diǎn)所產(chǎn)生的固廢量必須全部被處理;式(3)表示開(kāi)辟j廠所能處理的固廢容量至少必須等于所接受到的固廢數(shù)量,即:送至j廠的固廢量都能被處理;式(4)表示若i需求點(diǎn)由j廠處理時(shí),必須保證有固廢運(yùn)送的路線存在(即xij>0),而其決策變量ξij必為1;式(5)至式(7)分別表示需求點(diǎn)i由j廠處理與否,綜合處理廠yj開(kāi)辟與否的決策變量,以及固廢產(chǎn)生量xij必為正的約束條件.步驟2:多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)評(píng)估模型(下層)在多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)法中,每一評(píng)估準(zhǔn)則的最終評(píng)分值是綜合了評(píng)估準(zhǔn)則本身的權(quán)重值(由AHP法計(jì)算而得)與其等級(jí)值而得.這樣,“方案綜合評(píng)分值”可表示如下:其中,n=評(píng)估準(zhǔn)則的數(shù)目,xjp=方案j中評(píng)估準(zhǔn)則p的等級(jí)值,wp=評(píng)估準(zhǔn)則p的權(quán)重值.在評(píng)估準(zhǔn)則的等級(jí)劃分上,本文基本上采用3等分法,分為“甲、乙、丙”三層次,分別以3分、2分、1分表示其等級(jí).根據(jù)評(píng)估準(zhǔn)則的等級(jí)劃分,通過(guò)以領(lǐng)域?qū)I(yè)人員(一般專家、建廠者、管理者、當(dāng)?shù)鼐用翊淼?為對(duì)象進(jìn)行AHP(層次分析法)專家問(wèn)卷與評(píng)估指標(biāo)意見(jiàn)的調(diào)查,建立起固廢綜合處理廠選址方案的“多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)評(píng)估決策準(zhǔn)則表”(見(jiàn)表1),并以此為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算“方案綜合評(píng)分”.2案例分析：采用昆明地區(qū)固貧綜合處理廠的布局方案進(jìn)行評(píng)估2.1潛在的預(yù)留廠區(qū)概況尋找方式為:先通過(guò)地形圖、航拍圖及城市計(jì)劃土地使用分區(qū)圖進(jìn)行圖面研究,原則為:盡量配合現(xiàn)有的綜合處理廠預(yù)定地點(diǎn)及現(xiàn)有廠址所在地,先在城市中的面積大且功能較單純地區(qū)來(lái)尋找可能的預(yù)選廠址.本研究對(duì)可能預(yù)選廠址尋找的結(jié)果為盤龍區(qū)的蘇家村一處(No.1)及營(yíng)盤山一處(No.2),西山區(qū)的大喬場(chǎng)一處(No.3)、公家村一處(No.4)及撒馬坪一處(No.5),位置示意如圖2所示.2.2廠區(qū)現(xiàn)狀及廠區(qū)no.2及no.4確定可能的預(yù)選廠址確定后,由“廠址可行性篩選負(fù)面表”對(duì)預(yù)選廠址進(jìn)行逐一檢查,發(fā)現(xiàn)廠址No.2及No.4為較可行廠區(qū);廠址No.1為次可行廠區(qū);其余廠址No.3及No.5為不可行廠區(qū).因此,最后選出的可行廠址為No.1、No.2及No.4,共3處,又考慮現(xiàn)有廠址(No.0下坪子),則共有4處廠址可供下一階段進(jìn)行方案的設(shè)置.2.3各設(shè)計(jì)容量組合解的確定及模型計(jì)算國(guó)內(nèi)中大型固廢綜合處理廠的設(shè)計(jì)處理量,有300,600,900,1200,1500及1800(t/d)等幾種類型因此,須根據(jù)廠址基地大小、未來(lái)固廢產(chǎn)生量及預(yù)算經(jīng)費(fèi)來(lái)決定各種可能的設(shè)計(jì)容量組合,然后用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型求解各組合的最佳成本解,以得出各設(shè)計(jì)容量組合所對(duì)應(yīng)的最佳廠址組合解作為設(shè)置方案,最后由多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)評(píng)估模型進(jìn)行計(jì)算,得出各設(shè)置方案的綜合評(píng)分值.2.3.1設(shè)計(jì)容量的確定根據(jù)昆明城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體規(guī)劃的規(guī)劃目標(biāo)年人口預(yù)測(cè),2010年市區(qū)人口總數(shù)為150萬(wàn)人,且每人每天產(chǎn)生約1.2kg的固廢,因此市區(qū)固廢總量將達(dá)到1796(t/d).因現(xiàn)有廠址(No.0下坪子)已有900(t/d)的處理規(guī)模,本研究假設(shè)3種情況:(1)現(xiàn)有廠址設(shè)計(jì)容量900(t/d)不變,則在其他新址建造的綜合處理廠以設(shè)計(jì)容量900(t/d)的建造成本為最高預(yù)算標(biāo)準(zhǔn),故可能廠址的設(shè)計(jì)容量有300(t/d),600(t/d)及900(t/d)3種;(2)若現(xiàn)有廠址將來(lái)有擴(kuò)廠計(jì)劃,則現(xiàn)有廠址擴(kuò)廠以容量1500(t/d)的建造成本為最高預(yù)算標(biāo)準(zhǔn),故現(xiàn)有廠址的擴(kuò)廠設(shè)計(jì)容量有1200(t/d)及1500(t/d)兩種,而其余新址建造的處理廠則以設(shè)計(jì)容量600(t/d)的建造成本為最高預(yù)算標(biāo)準(zhǔn),故可能廠址的設(shè)計(jì)容量有300(t/d)及600(t/d)兩種;第三,若因居民反對(duì)等因素?zé)o法在新址建廠,則只能在現(xiàn)有廠址進(jìn)行擴(kuò)廠,其將以容量1800(t/d)的建造成本為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),其余可能廠址的設(shè)計(jì)容量設(shè)定為300(t/d).另外,在廠址基地大小的限制上,廠址No.1(蘇家村)No.2(營(yíng)盤山)及現(xiàn)有廠址No.0(下坪子)的基地面積限制較小,只有廠址No.4(公家村)的限制較大,因此廠址No.4可能的設(shè)計(jì)處理容量最大僅為900(t/d).綜上所述,本研究以固定現(xiàn)有廠址(No.0下坪子)的處理規(guī)模(每天900t)及擴(kuò)廠處理規(guī)模(每天1200t,1500t及1800t)等,結(jié)合廠址No.1,No.2及No.4進(jìn)行各種可能的設(shè)計(jì)容量組合,然后將各種不同設(shè)計(jì)容量下的綜合處理廠建造成本、各需求點(diǎn)固廢產(chǎn)生量以及運(yùn)輸成本等代入前述的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型中運(yùn)算,求解出各種可能設(shè)計(jì)容量組合的最佳成本解模型采用LINDO軟件求解.LINDO是一種專門用于解決各種規(guī)劃問(wèn)題的軟件包,主要用于求解線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、二次規(guī)劃和整數(shù)規(guī)劃等問(wèn)題.LINDO中包含了一種建模語(yǔ)言和許多常用的數(shù)學(xué)函數(shù),可供使用者建立數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題模型時(shí)調(diào)用,方法簡(jiǎn)單易行,操作靈活.LINDO線性規(guī)劃函數(shù)為MAX或MIN函數(shù)(此處為MIN函數(shù)),其基本格式為在MAX或MIN后直接跟目標(biāo)函數(shù),ST是LINDO的一種自動(dòng)格式,其后跟的是約束條件,而END則表示整個(gè)輸入結(jié)束.采用LINDO軟件分別求解出各種可能設(shè)計(jì)容量組合的最佳成本解,經(jīng)整理后,結(jié)果如表2所示.2.3.2評(píng)估結(jié)果分析依據(jù)上述廠址可行性篩選,數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的求解,以及評(píng)估所需數(shù)據(jù)的搜集分析,最后根據(jù)“多屬性簡(jiǎn)單加權(quán)評(píng)估決策準(zhǔn)則表”進(jìn)行設(shè)置方案綜合評(píng)分值計(jì)算,以獲得設(shè)置方案的最終評(píng)估結(jié)果,評(píng)估結(jié)果如表3所示.由表3可知,最高分為方案十一(廠0(1800t)),分?jǐn)?shù)246.74;其次為方案九(廠0(1200t)、廠2(600t)),分?jǐn)?shù)215.19;……,最后為方案七(廠0(1200t)、廠2(300t)、廠4(300t)),分?jǐn)?shù)149.10.3