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

隨著我國經(jīng)濟的快速發(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，衛(wèi)生填埋已成為我國處理生活垃圾的主要技術。然而，隨著我國城市化進程的加快和衛(wèi)生填埋的大規(guī)模建設，衛(wèi)生填埋對環(huán)境的污染越來越受到重視。同時，隨著固體殘渣組成的有機和可燃物質(zhì)的逐漸增加，可使用價值也在不斷增加。在具有經(jīng)濟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”的處理原則相對應。它是未來固良處理的發(fā)展方向。固良綜合處理廠的建設包括布局、設計、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?shù)氐纳鐣徒?jīng)濟、健康和安全、環(huán)境和居民的態(tài)度等重要因素有關。因此，應將不同的負面影響降至最低，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,相關研究主要涉及“綜合處理廠廠址選擇要求的幾個方面”和“綜合處理廠選址的合理性評價的重要性,選址原則,選址要求”等方面的內(nèi)容,對固廢綜合處理廠怎樣選址沒有詳盡論述.經(jīng)過搜尋沒有查找到這方面專門研究的論文.作者為此進行了相應的研究,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)學規(guī)劃模型”及“多屬性簡單加權(quán)法”等提出目標層次決策方法,改進繁雜的決策過程,使問題解決變得科學、有效.1綜合廠選擇目標級別的決策過程、布局的制定1.1優(yōu)化設計容量組合本文提出的目標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)目的可行廠址供進一步評估;第二,以綜合處理廠“設計處理量”的不同來形成各種設計容量組合,用目標成本最小化的數(shù)學規(guī)劃模型求解各設計容量組合之最佳成本解,得到最佳成本解的設置方案(上層),其次對所有設置方案做一全面性的多屬性簡單加權(quán)評估(下層),通過多屬性簡單加權(quán)函數(shù)的計算,得出各設置方案的優(yōu)劣順序.其中,以數(shù)學規(guī)劃模型求取各設計容量組合的最佳成本解,是為了避免將來固廢綜合處理廠運行時發(fā)生供過于求或供不應求的情況,造成廠子效率低下.1.2綜合處理廠區(qū)位配置問題1.2.1是否有助推城市建設發(fā)展的區(qū)域根據(jù)“中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法”及“中華人民共和國固體廢物處理技術標準”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“自然保護區(qū)”或“一般保護區(qū)”,是否位于特定水土保持區(qū),是否位于水源水質(zhì)保護區(qū),是否位于重要水庫區(qū),是否位于野生動物保護區(qū)或野生動物重要棲息地,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區(qū),是否位于國家公園或風景區(qū),是否位于國家規(guī)劃的重大建設地區(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)有無獨特珍貴的地理景觀受到破壞,廠區(qū)內(nèi)有無珍貴稀有動植物;(4)其它地理條件限制,具體內(nèi)容有:廠區(qū)周圍的地勢是否高于基地本身或基地是否處于復雜的地形中,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個方面制定綜合處理廠的廠址可行性篩選負面表,以先淘汰部分不可行或條件較差的廠址.1.2.2i需求點的決策變量根據(jù)國內(nèi)外相關的研究與專家訪談,整理歸納出本研究的初擬評估準則(屬性);其次,通過評估準則間的相關性檢定,去除相關性高的評估準則,建立選址評估的層次結(jié)構(gòu)(如圖1所示).其中以(1)成本,(2)建廠基地位置條件,(3)對社會經(jīng)濟的影響,(4)對自然環(huán)境的影響,(5)對附近居民的生活質(zhì)量影響,等評估準則,各主準則又分別受到子評估準則影響.步驟1:數(shù)學規(guī)劃模型(上層)其中,ξij(i∈I;j∈J)為決策變量.若i需求點由j廠處理時,ξij=1;否則ξij=0;xij表示i需求點由j廠處理的固廢量;yj(j∈J)為決策變量.若j廠開辟,yj=1;否則yj=0;Fj表示j廠建造所需的成本;dij表示從第個需求點至第j個廠區(qū)的運輸距離;bj表示將建造的j廠可處理的最大固廢容量(即:設計處理量);ai表示i需求點所產(chǎn)生的固廢量;Tc為單位運輸成本;M為一極大正數(shù).式(1)表示固廢運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需求點所產(chǎn)生的固廢量必須全部被處理;式(3)表示開辟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需求點由j廠處理時,必須保證有固廢運送的路線存在(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i由j廠處理與否,綜合處理廠yj開辟與否的決策變量,以及固廢產(chǎn)生量xij必為正的約束條件.步驟2:多屬性簡單加權(quán)評估模型(下層)在多屬性簡單加權(quán)法中,每一評估準則的最終評分值是綜合了評估準則本身的權(quán)重值(由AHP法計算而得)與其等級值而得.這樣,“方案綜合評分值”可表示如下:其中,n=評估準則的數(shù)目,xjp=方案j中評估準則p的等級值,wp=評估準則p的權(quán)重值.在評估準則的等級劃分上,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.根據(jù)評估準則的等級劃分,通過以領域?qū)I(yè)人員(一般專家、建廠者、管理者、當?shù)鼐用翊淼?為對象進行AHP(層次分析法)專家問卷與評估指標意見的調(diào)查,建立起固廢綜合處理廠選址方案的“多屬性簡單加權(quán)評估決策準則表”(見表1),并以此為標準計算“方案綜合評分”.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行評估2.1潛在的預留廠區(qū)概況尋找方式為:先通過地形圖、航拍圖及城市計劃土地使用分區(qū)圖進行圖面研究,原則為:盡量配合現(xiàn)有的綜合處理廠預定地點及現(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)來尋找可能的預選廠址.本研究對可能預選廠址尋找的結(jié)果為盤龍區(qū)的蘇家村一處(No.1)及營盤山一處(No.2),西山區(qū)的大喬場一處(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確定可能的預選廠址確定后,由“廠址可行性篩選負面表”對預選廠址進行逐一檢查,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行方案的設置.2.3各設計容量組合解的確定及模型計算國內(nèi)中大型固廢綜合處理廠的設計處理量,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、未來固廢產(chǎn)生量及預算經(jīng)費來決定各種可能的設計容量組合,然后用數(shù)學規(guī)劃模型求解各組合的最佳成本解,以得出各設計容量組合所對應的最佳廠址組合解作為設置方案,最后由多屬性簡單加權(quán)評估模型進行計算,得出各設置方案的綜合評分值.2.3.1設計容量的確定根據(jù)昆明城市社會經(jīng)濟發(fā)展總體規(guī)劃的規(guī)劃目標年人口預測,2010年市區(qū)人口總數(shù)為150萬人,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3種情況:(1)現(xiàn)有廠址設計容量900(t/d)不變,則在其他新址建造的綜合處理廠以設計容量900(t/d)的建造成本為最高預算標準,故可能廠址的設計容量有300(t/d),600(t/d)及900(t/d)3種;(2)若現(xiàn)有廠址將來有擴廠計劃,則現(xiàn)有廠址擴廠以容量1500(t/d)的建造成本為最高預算標準,故現(xiàn)有廠址的擴廠設計容量有1200(t/d)及1500(t/d)兩種,而其余新址建造的處理廠則以設計容量600(t/d)的建造成本為最高預算標準,故可能廠址的設計容量有300(t/d)及600(t/d)兩種;第三,若因居民反對等因素無法在新址建廠,則只能在現(xiàn)有廠址進行擴廠,其將以容量1800(t/d)的建造成本為設計標準,其余可能廠址的設計容量設定為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可能的設計處理容量最大僅為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進行各種可能的設計容量組合,然后將各種不同設計容量下的綜合處理廠建造成本、各需求點固廢產(chǎn)生量以及運輸成本等代入前述的數(shù)學規(guī)劃模型中運算,求解出各種可能設計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)劃等問題.LINDO中包含了一種建模語言和許多常用的數(shù)學函數(shù),可供使用者建立數(shù)學規(guī)劃問題模型時調(diào)用,方法簡單易行,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后直接跟目標函數(shù),ST是LINDO的一種自動格式,其后跟的是約束條件,而END則表示整個輸入結(jié)束.采用LINDO軟件分別求解出各種可能設計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評估結(jié)果分析依據(jù)上述廠址可行性篩選,數(shù)學規(guī)劃模型的求解,以及評估所需數(shù)據(jù)的搜集分析,最后根據(jù)“多屬性簡單加權(quán)評估決策準則表”進行設置方案綜合評分值計算,以獲得設置方案的最終評估結(jié)果,評估結(jié)果如表3所示.由表3可知,最高分為方案十一(廠0(1800t)),分數(shù)246.74;其次為方案九(廠0(1200t)、廠2(600t)),分數(shù)215.19;……,最后為方案七(廠0(1200t)、廠2(300t)、廠4(300t)),分數(shù)149.10.3