基于调研的城市垃圾处理方案的决策分析

1、基于调研的城市垃圾处 理方案的决策分析（节能减排大赛社会实践调研类国家一等奖）陈昊 曲直 张鸿指导老师：周少祥摘要：针对垃圾的处理和再利用这一节能减排、建立循环经济的重要课题。本文介绍了4种垃圾处理方案，并应用层次分析法对城市垃圾处理方案进行优化决策分析。并通过物质和能量的再利用，对垃圾处理为实现“资源化、减量化、无害化”的目的进行了阐述。关键词：节能减排、垃圾处理、层次分析法、焚烧发电一. 引言垃圾是人类日常生活和生产中产生的固体废弃物，由于排出量大，成分复杂多样，给处理和利用带来困难，如不能及时处理或处理不当，就会污染环境，影响环境卫生。在城市化进程中，垃圾作为城市代谢的产物曾经是城市发展

2、的负担，世界上许多城市均有过垃圾围城的局面。而如今，垃圾被认为是最具开发潜力的、永不枯竭的“城市矿藏”，是“放错地方的资源”。这既是对垃圾认识的深入和深化，也是城市发展的必然要求。垃圾处理就是要把垃圾迅速清除，并进行无害化处理，最后加以合理的利用。当今广泛应用的垃圾处理方法是卫生填埋、分类回收、堆肥和焚烧。卫生整洁的城市离不开对城市生活垃圾的收集、清运和处理，垃圾处理工作是实施垃圾减量化、资源化、无害化的一个十分重要的步骤，是合理解决城市垃圾的有效途径。但城市垃圾处理方案中，哪种方案更有利用垃圾的减量化、资源化、无害化，更便于操作管理，更让人满意？一直是政府决策者和广大居民最关心的问题。二.

3、城市垃圾处理现状随着城市经济建设的持续发展和市民生活水平的不断提高，城市垃圾已成为污染环境、影响生活的社会问题。全世界每年产生5亿吨垃圾，全世界垃圾年均增长速度为8.42%。我国城市垃圾总量已位于世界前列，增长率居世界首位。目前中国668座城市年人均产生城市垃圾440公斤，每年总量高达1.5亿多吨，占世界总量的四分之一以上，并且以每年8%-10%的速度增长，少数城市甚至达到15%-20%。全国668座城市中有1/3被垃圾包围，目前全国城市垃圾累积堆存量已达70亿吨，垃圾堆存占地累计达75万亩，且有1/4的城市已发展到无适合场所堆放1。以北京市为例，每天产生垃圾16000吨，平均每人每天产生垃圾

4、1公斤，与发达国家相当。现在北京市的垃圾占用土地已有2万多亩，按现在速度每年还要占用500亩。露天堆放的垃圾不仅影响城市景观，同时污染了大气、水和土壤，对城市居民的健康构成威胁。每年年产1.5亿吨的城市垃圾中，被丢弃的“可再生垃圾”价值高达250亿。2目前，垃圾的处理方式主要包括卫生填埋、焚烧、堆肥等。垃圾处理方式的选择与经济发展水平、人口密度、土地、周边条件、垃圾成分、环保意识等有关。日本、新加坡、瑞士等人口密度高的国家多以焚烧为主，比例达75%85%，而人口密度较低的美国等则以卫生填埋处理为主，比例为67%。目前，全世界共有生活垃圾焚烧厂近2200座，其中生活垃圾焚烧发电厂约900座；总焚

5、烧处理能力为57.6万吨/日，年焚烧量约1.5亿吨。这些焚烧设施绝大部分分布于发达国家和地区，约35个国家和地区建设并运行生活垃圾焚烧厂。按年处理量计，其中欧盟25个国家年焚烧处理量占35%，其次是日本占27%，美国占22%，东亚部分地区(中国台湾、韩国、新加坡、泰国、中国澳门、中国大陆等)占12%，其他地区(俄罗斯、乌克兰、加拿大、巴西、摩纳哥等)占4%。3面对全球各国城市生活垃圾的迅猛增长，各国均努力探索其处理新工艺、新方式，发达国家如日本、美国、德国等已较早提出并实施在垃圾分类回收的基础上进行综合处理，实现垃圾的“减量化、无害化、资源化”，并建立起相对完善的分类回收处理系统。我国城市垃圾

6、处理由于起步较晚，基础设施较差及受种种客观因素的影响，目前主要以卫生填埋为主。据统计，2005年全国城市共有垃圾处理厂479座，处理能力25.2万吨/日，集中处理量8100万吨，集中处理率52%。其中城市生活垃圾填埋场365座，处理能力21.3万吨/日，填埋量6900万吨；生活垃圾堆肥厂46座，处理能力1.2万吨/日，处理量345万吨；垃圾焚烧厂68座，处理能力3.2万吨/日，处理量790万吨。按处理量统计，2005年城市生活垃圾卫生填埋、焚烧、堆肥处理能力所占比重分别约为83%、12%、5%。4三. 城市垃圾处理方案(1).垃圾分类回收(方案1)：为自废弃物中回收可利用资源，这种方式需要周密

7、规划，一般需要较长时间培养居民分类丢弃垃圾的习惯。可回收的垃圾主要包括废纸、塑料、玻璃、金属和布料五大类。(2).卫生掩埋(方案2)：有计划地在特定区域将收集到的垃圾进行工程压实、覆土、使其集中自然分解。该方案具有技术成熟、处理量大、工艺简单、操作方便、卫生填埋设施及作业设备简单、投资和运行费用低(单位投资 10-12万元每吨)，并且是其它处理方法的残渣的最终消纳场等优点。在填埋场服务期满后， 可在表层填上沃土， 并种植绿色植物， 一般10年之后可使土地复原，是目前我国大中城市垃圾处理的常用方法。但也具有明显的缺点，即减容、减量化效果较差，资源化水平低，占用大量的土地资源，场址选择困难等，且垃

8、圾渗滤液会污染地下水及土壤，臭气污染大气，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。运输成本高，浪费可回收利用资源等。且其分解速度缓慢，一般需10-20年。256(3).堆肥(方案3)：是采用微生物的生化作用，将垃圾中的有机质分解腐烂，转换成肥料。垃圾经过堆制，体积一般只有原体积的50%-70%。堆肥技术工艺较焚烧发电简单，投资适中，使用年限长，无害化程度高，适合有机物含量较高的垃圾处理，可产生有机肥，产品有农用价值。但该方式对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长(需35天)，机械化程度低、工作环境差、劳动强度大，由于垃圾渗滤液的影响，存在着二次污染，利用率和

9、处理率低，不能处理全部城市垃圾，适宜与分类回收配合采用。其初投资和运行费用较卫生填埋法高，单位投资15-20万元每吨。678(4).焚烧(方案4)：是将垃圾在高温下燃烧，使可燃成分经氧化转变为稳定气体(烟气)，不可燃成分转变为无机物(灰渣)。此处理方式迅速、无害、自动化程度高、占地面积小、运行稳定、对周围环境影响较小、选址难度低、减容(通过焚烧使垃圾体积缩小50%95%)、减量化程度高，且焚化产生的热能可供利用。目前在发达国家及部分发展中国家得到了较多应用。但要求垃圾低位平均热值不低于3350kJ/kg左右，否则焚化成本大大增加。烧掉了可回收的资源，释放出剧毒气体(二噁英)，并产生有毒有害炉渣

10、和灰尘。初投资很高，单位投资3080万元每吨，运转费用高。569 四. 城市垃圾处理方案的决策分析本文采用层次分析法来建立评价的递阶层次结构，科学地给出各层次指标的权重，然后对备选处理方案的各项指标进行优势分析，建立城市垃圾处理方案的优化模型，形成一套客观的优化方法。4.1 影响城市垃圾处理方案选择的因素影响城市垃圾处理方案选择的因素很多，一般说来，其主要影响因素有以下几点：(1).减量化程度：指通过该方案处理后减少的垃圾量，可用所减少的垃圾量占垃圾总量的百分数来表示。减量化程度的高低直接反映着城市垃圾处理方案的好坏。(2).资源化程度：指垃圾资源利用率，可用综合利用垃圾量占垃圾总量的百分数来

11、表示。(3).运行费用：包括所投入的机器维护、人工费用等各种费用。运行费用的高低是一个方案优劣最重要的指标。(4).居民满意度：指居民对垃圾处理方案的满意程度，其高低可从现场入户调查资料得到反映。居民对方案满意度的高低也将在一定程度上影响着该方案在实际过程中的运行效果。(5).操作管理：指政府对城市垃圾处理系统管理的方便程度。(6).无害化程度：所谓无害就是在垃圾运输，保管和处理过程当中，没有对环境造成污染的物质产生。4.2层次分析法的原理层次分析法(Analytic Hierarchy Progress，简称AHP法)是70年代由美国运筹学家TLSaaty 提出的，经过多年的发展现已成为一种

12、较为成熟的方法。其基本原理是：将要评价系统的有关替代方案的各种要素分解成若干层次，并以同一层次的各种要素按照上一层要素为准则，进行两两判断比较并计算出各要素的权重，根据综合权重按最大权重原则确定最优方案。它是在简单加性加权法的基础上推导得出的。4.3建立层次结构模型在选择城市垃圾处理方案时，首先要考虑选择出一个综合最佳的方案，这是总目标，用A表示；选择的评价指标有6项：减量化程度B1、资源化程度B2、运行费用B3、居民满意度B4和操作管理B5、无害化程度B6。方案层包括：方案1，以C1表示；方案2，以C2表示；方案3，以C3表示；方案4，以C4表示。建立城市垃圾处理方案层次结构模型如图1。根据

13、调研内容，对四个方案进行综合评价，得到其详细比较结果见表1表示。图1 垃圾处理综合评价层次图表1 4种垃圾处理方案的调研结果汇总比较项目方案1(C1)方案2(C2)方案3(C3)方案4(C4)减量化程度 (B1)30%10%30%80%资源化程度 (B2)30%5%30%80%运行费用 (B3)最低高低最高居民满意度 (B4)满意最不满意最满意不满意操作管理 (B5)最差好差最好无害化程度 (B6)最高最低低高4.4构造判断矩阵 (1).判断矩阵A-BAB1B2B3B4B5B6B11.00000.50000.33332.00003.00001.0000B22.00001.00000.50004

14、.00003.00002.0000B33.00002.00001.00005.00007.00003.0000B40.50000.25000.20001.00002.00000.5000B50.33330.33330.14290.50001.00000.3333B61.00000.50000.33332.00003.00001.0000B1C1C2C3C4C11.00003.00001.00000.3333C20.33331.00000.33330.1429C31.00003.00001.00000.3333C43.00007.00003.00001.0000(2).判断矩阵B1-C(3).判

15、断矩阵B2-CB2C1C2C3C4C11.00006.00001.00000.3333C20.16671.00000.16670.1111C31.00006.00001.00000.3333C43.00009.00003.00001.0000(4).判断矩阵B3-CB3C1C2C3C4C11.00003.00005.00009.0000C20.33331.00002.00004.0000C30.20000.50001.00002.0000C40.11110.25000.50001.0000(5).判断矩阵B4-CB4C1C2C3C4C11.00005.00000.50003.0000C20.2

16、0001.00000.11110.5000C32.00009.00001.00004.0000C40.33332.00000.25001.0000(6).判断矩阵B5-CB5C1C2C3C4C11.00000.25000.50000.1429C24.00001.00002.00000.5000C32.00000.50001.00000.2500C47.00002.00004.00001.0000(7).判断矩阵B6-CB6C1C2C3C4C11.00007.00005.00002.0000C20.14291.00000.50000.2500C30.20002.00001.00000.3333C

17、40.50004.00003.00001.00004.5层次单排序及其一致性检验(1).判断矩阵A-B (2).判断矩阵B1-C (3).判断矩阵B2-C (4).判断矩阵B3-C (5).判断矩阵B4-C (6).判断矩阵B5-C (7).判断矩阵B6-C 4.6层次总排序层次B1B2B3B4B5B6层次C总排序W0.13260.22530.38840.07170.04930.1326C10.19330.21180.59820.29920.07000.53290.4013C20.06860.04200.22420.05870.27080.06740.1322C30.19330.21180.1

18、1740.52660.13540.11130.1782C40.54470.53440.06020.11550.52380.28840.2884层次总排序一致性检验如下：通过用层次分析法对城市垃圾处理方案进行评价和优选，可以看出：相对于选择最佳处理方案这个总目标而言，所评价的4种方案的相对优先顺序为：C1>C4>C3>C2可以看出，对于城市垃圾的处理，可以先进行分类回收其可循环利用的物质(包括金属、纸张、玻璃等)。对于不可直接循环利用的物质，我们可以考虑能量的再利用。在垃圾处理方案中，垃圾焚烧发电为能量的再利用提供了很好的方案。五. 社会调查小组成员通过问卷调查、走访和个别交谈

19、等方式对北京市回龙观地区的龙腾苑四区、龙跃苑四区等小区100位居民进行了社会调查。调查主要针对城市垃圾的处理的认识和意见。重点对垃圾的分类回收和焚烧发电的了解及认可程度进行了社会调查。很多居民都发表了自己的观点，调研结果列入表1，调研结果与有关文献报道基本一致。在垃圾分类问题上，有超过90%的人认为北京还是有必要进行垃圾分类的并支持有关部门出台垃圾源头分类的相关政策法规。在问及是否愿意自己动手对垃圾进行分类时在垃圾分类问题上，有超过90%的人表示愿意。在提及为什么没有垃圾分类操作中的障碍时，表示不进行垃圾分类的最主要原因就是缺少垃圾分类设施和相关配套的体系。而“后期清运未分类”也是影响居民不参

20、与分类行为的原因。在如何加大居民分类回收的积极性时，部分居民表示在完善的分类回收体系下再实施如有偿回收等方式有可能会收到更好的效果。被调查的居民还反映对垃圾分类的知识知之甚少，平时听到的关于垃圾分类的宣传也不多。对于垃圾用于焚烧发电超过70%的居民还是担心其带来的二次污染问题。但如果严格控制污染物的排放，并与居民区保持一定距离还是有80%的同意焚烧发电的。将调查中居民的主要观点整理为以下几方面：1.可以对周围的垃圾进行分类，但希望政府出台相关措施使垃圾分类更容易实现。2.可以像回收塑料瓶一样进行有偿分类回收，这样可以鼓励人们的积极性。3.政府应加大垃圾分类回收的宣传，树立人们的环保意识。4.焚

21、烧发电可行但应严格控制污染物的排放，并远离居民区。六. 垃圾处理中的节能减排思路的探讨与实践6.1垃圾分类回收再利用垃圾，只有在混在一起的时候才是垃圾，一旦分类回收就都是宝贝。而建立循环经济体系中，将垃圾回收在利用作为工业原料，对于节能减排有着很重要的意义。城市垃圾的成分复杂，要资源化利用，必须先进行分类。垃圾分类是指按照垃圾的不同成分、属性、利用价值以及对环境的影响，并根据不同处置方式的要求，分成属性不同的若干种类。其目的是为资源回收和后续处置带来便利。是垃圾减量化、资源化和无害化的最佳途径；是实现垃圾综合处理、减少垃圾产生量的一个重要步骤和关键环节，在城市垃圾管理中具有重大意义，体现在：(

22、1).通过分类投放、分类收集，把有用物资，如纸张、塑料、橡胶、玻璃、瓶罐、金属以及废旧家用电器等从垃圾中分离出来重新回收、利用，由废品收购站收购。既提高垃圾资源利用水平，又可减少垃圾处置量。它是实现垃圾减量化和资源化的重要途径和手段。(2).垃圾通过分类收集后便于对各类垃圾进行分类处置。如对有机垃圾进行堆肥发酵处理，把有机垃圾制成农田用肥和绿化用肥，对没有回收利用价值的无机垃圾进行填埋处置，对热值较高的可燃垃圾进行焚烧处置。因此，垃圾分类是对垃圾收集处置传统方式的改革，是对垃圾进行有效处置的一种科学管理方法，如图2所示。6.2我国城市推行垃圾分类收集现在面临的问题(1).法制与体系问题：法规不

23、健全，管理不善。当前，我国把垃圾处理的重点放在无害与减量上，对垃圾回收利用资源化不够重视，无相应的城市分类收集法。管理较差，且目前的管理体制不利于垃圾的分类回收利用，缺乏完备的垃圾回收体系。城市垃圾分类的最终目的是垃圾的资源化处理和回收再利用，而目前北京市尚未建立起一套科学合理的垃圾运输处理，资源化利用的体系，大部分有价值的垃圾都是由环卫工人或拾荒者进行进一步的回收利用。垃圾回收体系的缺乏也导致了居民垃圾分类热情的降低和垃圾分类的难度。城市垃圾分类分选分类残余垃圾可燃垃圾有机厨余垃圾不可燃无机垃圾填埋堆肥焚烧发电用于建材等垃圾分类产品垃圾再生利用图2 垃圾处理的科学方法示意图(2).经济问题：

24、城市垃圾回收利用的资金不足，我国城市垃圾处理费用主要来自于政府财政，金额有限，而建大型的垃圾处理工艺、垃圾回收再利用生产工艺以及垃圾分类回收基础设施均需大量资金，从而造成城市垃圾分类回收利用基础设施较差。(3).观念问题：市民环保意识薄弱，缺乏垃圾分类意识。目前城市垃圾主要在居民住宅中产生，垃圾不分类的现象在居民家庭中普遍存在，且政府宣传力度不足。北京市90年代初就被确定为城市垃圾分类收集的十个试点城市之一，但直到现在.垃圾分类工作也是一直走走停停，没有取得很好的效果。垃圾分类需要的是全员参与，而政府的宣传和管理是非常重要的环节，跟国外随处可见的垃圾分类宣传相比，北京在垃圾分类方面的宣传力度还

25、欠缺很多。随着生活水平的提高，人们的消费观念改变，垃圾分类收集意识淡薄，分类回收难度加大。为解决这个问题，有些垃圾加工企业不得不再投入大量人力、财力和时间，对进入企业后的混合垃圾进行分类，由此带来企业加工成本大幅度增加，一方面使加工企业出现利润很少甚至亏损现状，另一方面资源的利用率也大为降低。6.3焚烧发电技术作为人类影响环境的产物，垃圾既是一种污染源，也是一种社会财富。垃圾可作为能源资源，利用焚烧法处置垃圾的过程中产生了相当数量的热能，如不加以回收则是极大的浪费。“焚烧发电”是将垃圾通过特殊工艺处理，实现综合利用。其特点是减量性好，无害化程度高，防污染彻底且有一定的经济回报。焚烧发电是把各种

26、垃圾收集后，进行分类处理。对燃烧值较高的进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物)，在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。6.4焚烧发电产业现状障碍对策目前，由于我国总体发展不平衡，城市垃圾焚烧发电在短期内不可能成为全国城市垃圾处理技术的主流，制约我国提高垃圾焚烧技术的主要因素有： (1).焚烧发电成本难越。焚烧发电的收人主要来源于卖电收人和政府返还的垃圾处理费，而焚烧发电的成本主要来自垃圾处理成本和发电运行成本。目前我国许多垃圾焚烧电厂面临收不到垃圾处理费和上网电价偏低的双重压力。由于我国垃圾没有实现分类收集，大多数城市垃圾

27、热值低，垃圾焚烧时需添加大量燃料助燃，使垃圾处理和发电成本大幅提高，投资积极性受到影响。垃圾处理费和上网电价偏低的双重压力，使得国内目前建成的焚烧发电企业，许多都陷入了成本与补贴之困，经济效益普遍不好。(2).焚烧发电急需优惠政策。焚烧发电行业在国外许多发达国家迅猛发展的一个重要原因就是政府不断加大政策扶持和补贴力度。这是因为，垃圾处理和垃圾焚烧发电，所追究的是环境和社会两个效益，属于社会公益事业，是政府政务的一部分。在这样的理念下，这些国家的焚烧发电都有政府在支持，企业的经济风险很小。而在我国不少地方，虽然提倡焚烧发电产业，规定支持环保企业，实际上却没有实施细则，缺乏足够的政策保障，仅有的一

28、些补贴优惠政策，也难以落到实处，税务总局的减免税名录也没有焚烧发电企业，焚烧发电厂要交纳各种税负，负担较重，这是我国发展焚烧发电产业难以迅猛发展的一个重要原因。(3).焚烧发电技术尚待突破。垃圾焚烧发电会产生一个副产品二噁英，它被世界卫生组织称作“最毒的致癌物质”，对人类健康危害极大12。目前国内大部分垃圾焚烧电厂根本无力处理，环保部门的软硬件条件也不够，监测无法到位，有些焚烧发电厂甚至根本就不进行检测。还有设备装备问题，国内装备水平与发达国家相比差距较大，焚烧装置的核心设备需要从国外进口，尤其是大容量设备的国产化率很低，造成了运营成本据高不下，加大了焚烧发电厂的负担。(4).垃圾分类储存，势

29、在必行。我国垃圾采集，尚处于不分类的现状。香港、泰国和台湾已经分塑料制品和其它垃圾两类采集，我国只有深圳市开始试行，而一些发达国家如美国、日本全部分4类采集(可燃、不燃、玻璃、塑料)，玻璃和塑料可直接生产再生制品，而纯垃圾可燃物热值提高30%以上，垃圾运行成本可降低25%。因此，需要我国政府在政策、采集设施上加大投入，在未来发展中实现。(5).改造利用现有小机组。我国大部分发电机组处于更新换代阶段，煤耗量450g/(kW·h)以上、单机发电量12MW以下机组，供热利用率仅为50%左右，不但浪费资源又严重污染环境13。因此，改造现有小机组掺烧垃圾，为城市供热发电，是一个待发展的课题。七. 有关垃圾处理及节能减排的相关建议通过优化分析并结合实际调研情况我们知道，现行的垃圾处理方案中，垃圾的分类回收再