城市固废综合处理厂的选址研究

城市固废综合处理厂的选址研究

随着我国经济的快速发展，城市固体废水年产量平均10%迅速增加，年产量2亿吨。目前，由于投资少、消耗大等特点，卫生填埋已成为我国处理生活垃圾的主要技术。然而，随着我国城市化进程的加快和卫生填埋的大规模建设，卫生填埋对环境的污染越来越受到重视。同时，随着固体残渣组成的有机和可燃物质的逐渐增加，可使用价值也在不断增加。在具有经济条件和固良热值条件的城市，固良采用综合处理方法，如生化燃烧、卫生填埋，这与固良“减少、减少、回收”的处理原则相对应。它是未来固良处理的发展方向。固良综合处理厂的建设包括布局、设计、发电、给排水等环节。合理的布局是有效处理和能源使用的重要环节。布局往往与当地的社会和经济、健康和安全、环境和居民的态度等重要因素有关。因此，应将不同的负面影响降至最低，并在固良综合处理厂的布局中成功完成。固废综合处理厂厂址选择论文较少,相关研究主要涉及“综合处理厂厂址选择要求的几个方面”和“综合处理厂选址的合理性评价的重要性,选址原则,选址要求”等方面的内容,对固废综合处理厂怎样选址没有详尽论述.经过搜寻没有查找到这方面专门研究的论文.作者为此进行了相应的研究,使固废综合处理厂选址内容明确化、数据化.本研究结合“数学规划模型”及“多属性简单加权法”等提出目标层次决策方法,改进繁杂的决策过程,使问题解决变得科学、有效.1综合厂选择目标级别的决策过程、布局的制定1.1优化设计容量组合本文提出的目标层次法之分层决策方式,其架构为两阶段:第一,从所有可能厂址选出较少数目的可行厂址供进一步评估;第二,以综合处理厂“设计处理量”的不同来形成各种设计容量组合,用目标成本最小化的数学规划模型求解各设计容量组合之最佳成本解,得到最佳成本解的设置方案(上层),其次对所有设置方案做一全面性的多属性简单加权评估(下层),通过多属性简单加权函数的计算,得出各设置方案的优劣顺序.其中,以数学规划模型求取各设计容量组合的最佳成本解,是为了避免将来固废综合处理厂运行时发生供过于求或供不应求的情况,造成厂子效率低下.1.2综合处理厂区位配置问题1.2.1是否有助推城市建设发展的区域根据“中华人民共和国固体废物污染环境防治法”及“中华人民共和国固体废物处理技术标准”的规定,经整理分析归纳为:(1)环境敏感区域限制,具体内容有:是否位于河口、湖泊、树林沼泽、草泽、沙洲、沙丘,是否位于“自然保护区”或“一般保护区”,是否位于特定水土保持区,是否位于水源水质保护区,是否位于重要水库区,是否位于野生动物保护区或野生动物重要栖息地,是否位于地质沉降区、海水倒灌区、地下水管制区,是否位于地质构造不稳定区(断层、地震、地质灾害区),是否位于水污染管制区;(2)特定目的区域限制,具体内容有:是否位于空气污染防制区,是否位于军事管制区,是否位于航空管制区,是否位于文化古迹保护区,是否位于国家公园或风景区,是否位于国家规划的重大建设地区,是否位于泄洪区;(3)其它特殊的影响,具体内容有:厂区内有无独特珍贵的地理景观受到破坏,厂区内有无珍贵稀有动植物;(4)其它地理条件限制,具体内容有:厂区周围的地势是否高于基地本身或基地是否处于复杂的地形中,易发生气流停滞或乱流的不利情况,厂区的下风处是否位于人口集中地区.根据以上整理分析归纳的4个方面制定综合处理厂的厂址可行性筛选负面表,以先淘汰部分不可行或条件较差的厂址.1.2.2i需求点的决策变量根据国内外相关的研究与专家访谈,整理归纳出本研究的初拟评估准则(属性);其次,通过评估准则间的相关性检定,去除相关性高的评估准则,建立选址评估的层次结构(如图1所示).其中以(1)成本,(2)建厂基地位置条件,(3)对社会经济的影响,(4)对自然环境的影响,(5)对附近居民的生活质量影响,等评估准则,各主准则又分别受到子评估准则影响.步骤1:数学规划模型(上层)其中,ξij(i∈I;j∈J)为决策变量.若i需求点由j厂处理时,ξij=1;否则ξij=0;xij表示i需求点由j厂处理的固废量;yj(j∈J)为决策变量.若j厂开辟,yj=1;否则yj=0;Fj表示j厂建造所需的成本;dij表示从第个需求点至第j个厂区的运输距离;bj表示将建造的j厂可处理的最大固废容量(即:设计处理量);ai表示i需求点所产生的固废量;Tc为单位运输成本;M为一极大正数.式(1)表示固废运输成本与固废综合处理厂建造成本的总和最小化.式(2)至式(7)为约束条件.其中,式(2)表示由i需求点所产生的固废量必须全部被处理;式(3)表示开辟j厂所能处理的固废容量至少必须等于所接受到的固废数量,即:送至j厂的固废量都能被处理;式(4)表示若i需求点由j厂处理时,必须保证有固废运送的路线存在(即xij>0),而其决策变量ξij必为1;式(5)至式(7)分别表示需求点i由j厂处理与否,综合处理厂yj开辟与否的决策变量,以及固废产生量xij必为正的约束条件.步骤2:多属性简单加权评估模型(下层)在多属性简单加权法中,每一评估准则的最终评分值是综合了评估准则本身的权重值(由AHP法计算而得)与其等级值而得.这样,“方案综合评分值”可表示如下:其中,n=评估准则的数目,xjp=方案j中评估准则p的等级值,wp=评估准则p的权重值.在评估准则的等级划分上,本文基本上采用3等分法,分为“甲、乙、丙”三层次,分别以3分、2分、1分表示其等级.根据评估准则的等级划分,通过以领域专业人员(一般专家、建厂者、管理者、当地居民代表等)为对象进行AHP(层次分析法)专家问卷与评估指标意见的调查,建立起固废综合处理厂选址方案的“多属性简单加权评估决策准则表”(见表1),并以此为标准计算“方案综合评分”.2案例分析：采用昆明地区固贫综合处理厂的布局方案进行评估2.1潜在的预留厂区概况寻找方式为:先通过地形图、航拍图及城市计划土地使用分区图进行图面研究,原则为:尽量配合现有的综合处理厂预定地点及现有厂址所在地,先在城市中的面积大且功能较单纯地区来寻找可能的预选厂址.本研究对可能预选厂址寻找的结果为盘龙区的苏家村一处(No.1)及营盘山一处(No.2),西山区的大乔场一处(No.3)、公家村一处(No.4)及撒马坪一处(No.5),位置示意如图2所示.2.2厂区现状及厂区no.2及no.4确定可能的预选厂址确定后,由“厂址可行性筛选负面表”对预选厂址进行逐一检查,发现厂址No.2及No.4为较可行厂区;厂址No.1为次可行厂区;其余厂址No.3及No.5为不可行厂区.因此,最后选出的可行厂址为No.1、No.2及No.4,共3处,又考虑现有厂址(No.0下坪子),则共有4处厂址可供下一阶段进行方案的设置.2.3各设计容量组合解的确定及模型计算国内中大型固废综合处理厂的设计处理量,有300,600,900,1200,1500及1800(t/d)等几种类型因此,须根据厂址基地大小、未来固废产生量及预算经费来决定各种可能的设计容量组合,然后用数学规划模型求解各组合的最佳成本解,以得出各设计容量组合所对应的最佳厂址组合解作为设置方案,最后由多属性简单加权评估模型进行计算,得出各设置方案的综合评分值.2.3.1设计容量的确定根据昆明城市社会经济发展总体规划的规划目标年人口预测,2010年市区人口总数为150万人,且每人每天产生约1.2kg的固废,因此市区固废总量将达到1796(t/d).因现有厂址(No.0下坪子)已有900(t/d)的处理规模,本研究假设3种情况:(1)现有厂址设计容量900(t/d)不变,则在其他新址建造的综合处理厂以设计容量900(t/d)的建造成本为最高预算标准,故可能厂址的设计容量有300(t/d),600(t/d)及900(t/d)3种;(2)若现有厂址将来有扩厂计划,则现有厂址扩厂以容量1500(t/d)的建造成本为最高预算标准,故现有厂址的扩厂设计容量有1200(t/d)及1500(t/d)两种,而其余新址建造的处理厂则以设计容量600(t/d)的建造成本为最高预算标准,故可能厂址的设计容量有300(t/d)及600(t/d)两种;第三,若因居民反对等因素无法在新址建厂,则只能在现有厂址进行扩厂,其将以容量1800(t/d)的建造成本为设计标准,其余可能厂址的设计容量设定为300(t/d).另外,在厂址基地大小的限制上,厂址No.1(苏家村)No.2(营盘山)及现有厂址No.0(下坪子)的基地面积限制较小,只有厂址No.4(公家村)的限制较大,因此厂址No.4可能的设计处理容量最大仅为900(t/d).综上所述,本研究以固定现有厂址(No.0下坪子)的处理规模(每天900t)及扩厂处理规模(每天1200t,1500t及1800t)等,结合厂址No.1,No.2及No.4进行各种可能的设计容量组合,然后将各种不同设计容量下的综合处理厂建造成本、各需求点固废产生量以及运输成本等代入前述的数学规划模型中运算,求解出各种可能设计容量组合的最佳成本解模型采用LINDO软件求解.LINDO是一种专门用于解决各种规划问题的软件包,主要用于求解线性规划、非线性规划、二次规划和整数规划等问题.LINDO中包含了一种建模语言和许多常用的数学函数,可供使用者建立数学规划问题模型时调用,方法简单易行,操作灵活.LINDO线性规划函数为MAX或MIN函数(此处为MIN函数),其基本格式为在MAX或MIN后直接跟目标函数,ST是LINDO的一种自动格式,其后跟的是约束条件,而END则表示整个输入结束.采用LINDO软件分别求解出各种可能设计容量组合的最佳成本解,经整理后,结果如表2所示.2.3.2评估结果分析依据上述厂址可行性筛选,数学规划模型的求解,以及评估所需数据的搜集分析,最后根据“多属性简单加权评估决策准则表”进行设置方案综合评分值计算,以获得设置方案的最终评估结果,评估结果如表3所示.由表3可知,最高分为方案十一(厂0(1800t)),分数246.74;其次为方案九(厂0(1200t)、厂2(600t)),分数215.19;……,最后为方案七(厂0(1200t)、厂2(300t)、厂4(300t)),分数149.10.3