1、第八章 固体废物管理规划 第一节 固体废物概述 一、固体废 物的分类 固体废物（Solid Waste）是指生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。固体废物的分类方法很多，一般较常见的是按来源进行分类。我国从固体废物管理的需要出发，将其分为三类，即工业固体废物、危险废物和城市生活垃圾。（一）工业固体废物 工业固体废物是指在工业、交通等生产活动中产生的固体废物包括高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、废石膏、盐泥废石和尾矿等。（二）危险废物 我国的工业固体废物中，约占总产生量510的废物积聚后具有易燃性、易爆性、化学反应性、腐蚀性、急性毒性、慢性毒性、
2、生态毒性或传染性等特点。为了便于对这些有害的固体废物进行管理，我国将其作了单独分类，称其为危险废物。常见的危险废物有冶炼渣、化学及化工废物、废原液及母液、铀的生产、加工、回收过程中所排出的放射性固体废物以及核武器试验时产生的各种放射性碎片、弹壳及其污染物等。（三）城市生活垃圾 城市生活垃圾是指在城市日常生活中所产生的固体废物，以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。发达国家的城市居民粪便全部通过下水道输送到污水处理厂处理，发达国家的城市固体废物不包括城市居民粪便。在我国，由于城市下水道系统不完善和城市污水处理设施少，居民的粪便需要收集、清运，它也是城市生活垃圾的重要组成部分。按来源城
3、市垃圾可分为家庭垃圾、食品垃圾、零散垃圾、市场垃圾、街道扫集物、医院垃圾和建筑垃圾等类型。二、固体废物的危害 固体废物对人类环境的危害是多方面的，也是非常严重的。主要包括：1、占用大量土地；2、污染水体；3、污染大气；4、污染土壤；5、淤塞和填埋河道、水道；6、引发泥石流、塌方、滑坡和火灾等造成财产损失、人员伤亡等。期中前四种是最主要的污染表现形式。二、固体废物的危害 （一）大量占用土地固体废物的堆积占用了大量的土地。据统计，美国有15,000个垃圾处理场，面积相当于19个新加坡，固体废物占用土地达200万公顷。在我国，大量固体废物的堆放也成了令人困扰的问题。我国城市垃圾近1亿t/a。随着城市
4、人口的增长，城市建筑规模的扩大，居民生活水平的提高，城市垃圾正以每年10的速度增长。因此，所需垃圾场的数量大得惊人，可填埋的土地逐年减少。而在我国各大中城市的郊区，均已形成了环绕城区的环状垃圾链。二、固体废物的危害 （二）污染水体 露天堆放和填埋不当的固体废物对水体的污染通常有4种途径：1、固体废物随雨水径流进人地表水体；2、固体废物中的渗沥水通过土壤进入地下水；3、细颗粒的垃圾随风飘扬，落人地表水体；4、固体废物被直接倾倒入河流、湖泊、海洋。二、固体废物的危害 （三）污染大气 固体废物对大气的污染有三个方面：1、恶臭。在垃圾堆放地，由于垃圾、废渣中的某些有机物质进行生物分解而产生恶臭。2、悬
5、浮物。来自垃圾、废渣堆放和处理过程中产生的细尘粒、粉尘等。这些物质随风飘扬，扩散到远处。当人体吸入了这些细尘粒，可损害肺部，影响健康。3、有害气体。在运输和处理固体废物过程中产生有害气体，例如，垃圾焚烧炉排出的烟雾污染大气。二、固体废物的危害 （四）污染土壤 固体废物在堆置时或由于地表径流的冲刷，其有害成分会污染土壤。例如直接利用医院、肉类联合厂、生物制品厂的废渣做肥料，其中的病菌、寄生虫等就会污染土壤。人与污染的土壤直接接触，或生吃此土壤上种植的蔬菜、瓜果就会得病。工业固体废物和危险废物中的有害物质，会杀死土壤中的微生物，破坏土壤的微生物生态系统，使土壤丧失腐解能力，导致草木不生。三、固体废
6、物的处理和处置 固体废物处理（treatment)是指通过物理、化学、生物等不同的方法，使固体废物转化成为适于运输、贮存、资源化利用，以及最终处置的一种过程。1、物理处理包括破碎、分选、沉淀、过滤和离心分离等处理方式。2、化学处理包括焚烧、焙烧、热解和溶出等处理方式。3、生物处理包括好氧分解和厌氧分解等处理方式。固体废物经处理后，也可用作建筑材料、填垫材料、道路工程材料、冶金化工和轻工等工业原料。不论是焚烧还是各种资源化、减量化处理，在当前的经济技术条件下，最终仍有一定数量的固体废物没有任何用处，需要有最终的归宿，即固体废物的处置(disposal)。广州日焚烧处理垃圾1000吨的李坑垃圾焚烧
7、发电厂目前已完成全部设备和部分土建施工的招标。采用分拣、沼气回收、堆肥等多种处理方式的李坑生活垃圾综合处理场投资约3.2亿元人民币，年产有机肥12万多吨，年上网电量约3000万千瓦时。第二节 固体废物管理规划的内容 一、固体废物管理规划基础 （一）固体废物管理 固体废物管理是指对固体废物的产生、收集、运输、贮存、处理和最终处置全过程的管理。我国对固体废弃物还没有进行专门的环境管理，相关法律、法规有待完善。（二）固体废物管理系统 固体废物管理系统是由固体废物及其发生源、处理途径、处置场所和管理程序等构成的完整体系。（三）固体废物管理规划 固体废物管理规划是在资源利用最大化、处置费用最小化的条件下
8、，对固体废物管理系统中的各个环节、层次进行整合调节和优化设计，进而筛选出切实的规划方案，以使整个固体废物管理系统处于良性运转。通常，固体废物管理规划有三个层次：操作运行层、计划策略层和政策制定层。其中计划策略层是管理规划的重点。一般来说，计划策略层次规划的系统主要由各固体废物产生源及各种处理和处置设施组成。（三）固体废物管理规划 我国制定有固体废物污染环境防治法等相关法律法规，并通过行政手段进行固体废物管理。管理中要去进行全过程管理的原则。全过程原则对固废管理非常有效，但是没有从整个系统考虑，不讲究效率；无法实现固废资源化和价值的重新利用。国外应用系统规划的方法解决固体废物管理的问题比较早，R
9、ao应用动态规划方法；Baetz 等实用DP法解决城市固废填埋场和焚烧直接的问题；Huang and More使用不确定性动态分析方法等。二、固体废物管理规划的对象 在我国，危险废物一般以法律或法规的方式规定其管理程序。国家环境保护局于1987年颁布了城市放射性废物管理办法，这是我国第一个危险废物管理的专门法规。该办法分为总则、放射性废物分类、产生放射性废物单位的责任、放射性废物的收运、放射性废物的管理、监督管理、收费、奖惩和附则等9章，共44条。概括来说，对危险废物的管理一般从如下4个方面人手：1、制定危险废物判别标准；2、建立危险废物清单；3、建立关于危险废物的存放与审批制度；4、建立关于
10、危险废物的处理与处置制度。危险废物名录危险废物名录三、固体废物管理规划的内容 固体废物管理系统自身的复杂性，决定了其规划工作亦是一个较为复杂的过程，既有对大量数据的调查和分析，又有众多规划方法的运用和模型的构建，当规划方案产生后，还要对其进行对比分析，以求得最优化的结果。具体步骤如下：（一）总体设计 1、固体废物管理规划系统的总体设计，确定规划的目的、对象、范围和内容等。2、规划系统结构与指标体系研究，设计规划的系统流程以及规划的衡量指标体系。（二）数据调查与分析 1、固体废物污染源数据调查分析，实地考察固体废物的污染源，收集污染物排放数据，并进行统计分析。2、固体废物处置现状数据调查，确认规
11、划区内固废的收集、存放、运输路线、固废处理方式现状、填埋场位置和规模、固废对环境的影响数据，以及有用固废回收利用状况等。3、社会经济数据调查分析，收集并分析相关的经济结构、产业结构、工业结构及布局现状，以及社会与经济发展远景规划目标数据。4、其他数据调查，包括相关的环境质量、水文、气象、土地利用、交通和地形地貌数据等。（三）规划模型开发 采用适宜的规划方法，建立固体废物管理控制系统的规划模型，以获得反映实际系统本质的理想规划方案。具体内容包括：1、固体废物管理技术经济评估。2、固体废物产生排放预测。3、固体废物处置场地选址及交通运输网络设计。4、固体废物处理量优化分配。5、固体废物相关的空气污
12、染物扩散控制。6、固体废物运输与处理相关的噪声污染与控制等。（四）规划方案生成及后优化分析 1、规划方案生产；根据规划模型的结果，产生相应不同条件下的规划方案。2、后优化分析；为了增加规划方案的有效性，还可以采用一些风险分析方法，以及效用理论、回归分析等技术方法，加强与决策者和有关专家的交互过程，以获得有用的反馈信息，进而调整模型，分析比较不同规划方案的效果，力图获得更加切实可操作的优化方案。四、固体废物管理规划的技术路线 由于目前我国的固体废物管理规划主要的研究对象是城市，因此在这里仅以城市固体废物管理规划的技术路线进行介绍分析。概括地说，城市固废管理系统规划的主要技术路线为：、基础数据的调
13、查分析，、污染源预测分析，、规划模型建立和调整，、规划方案的权衡分析。具体过程如所示。图图8-1城市固废污染源现状调查城市社会经济发展现状及远景规划目标城市固废处置现状调查工业废物生活垃圾建筑垃圾医疗固废办公固废堆置综合利用填埋焚烧固废污染环境目标工业固废增长预测生活垃圾增长预测建筑垃圾增长预测医疗固废增长预测办公固废增长预测管理模式与处理技术固废增长预测及影响评价固废管理系统投入产出经济分析规划模型的构件、模型算法开发调试以及模型运行规划结果权衡、交互过程及满意度分析不满意调整优选规划方案输出满意权衡分析产出最终报告文本及其他研究成果一、问题描述 两个城市计划联合建设一个区域固体废物处理系统
14、，处理城市垃圾。处理方式有三种：卫生填埋、焚化和投海。值得注意的是：废物处置包括运输和处理两个过程，其处理总费用也由这两个步骤直接决定。具体两城市情况见书p230。处理运输费用0.5元/tkm。问题的实质是使得两城市固废处理的总费用最小。处理费用中有引出一个问题，这是一个可变的量。随着处理规模的大小而变化。第三节 应用实例处理场代号处理方式固定费用/元 t-1可变费用/元 t-1处理能力/t wk-1I焚化200 000121 000O投海60 00016500L卫生填埋100 00061 300表8-1 拟建固体废物处置场的费用和处理能力二、建模 规划的目的有两项：1、使得固废处理的费用最小
15、；2、所有的固废都得到有效的处理。要实现上述两个目的，需要确定两类决策变量以对目标、质量平衡和技术约束进行描述。首先，考虑是否采取某一种处理方式，需要定义一个离散变量，该离散变量应取整数。第三节 应用实例第三节 应用实例城市城市B城市城市AOIL处理场2处理场1处理场3700t/周1200t/周1000t/周1300t/周500t/周x1330kmx12x1115kmx2215km5kmx2110kmx2325km图图8-2 固体废物发生和处置系统固体废物发生和处置系统该离散变量应取整数。第三节 应用实例10iy采采取取方方式式不不采采取取方方式式例如，焚化场的固定费用为200 000/523
16、850元/wk，把3850yi加到目标函数表达式中就可以正确反映焚化的固定费用。采用焚化处理，y1=1，否则y1=0。另一类决策变量为每个城市的焚化、投海和卫生填埋的垃圾量，可以定义为xij表示。有了这些决策变量，就可以写成城市固体废物平衡方程：第三节 应用实例22121123110005001300iiiiiixxx对所有垃圾都进行处理，而垃圾处理方式能力有限，对垃圾处理场能力约束：3312117001200jjjjxx要实现费用的最小，而处理费用包括：固定费用，运输费 用和可变费用。第三节 应用实例111213212223385019.518.521.017.023.518.5123Zy+
17、1150y+1920y+xxxxxx总的可变费用，由单位重量垃圾的处理费用乘以每周的处理量得到：1112132122237.52.515.05.07.512.5A xxxB xxx城城市市：城城市市：把固定、运输和可变费用加起来就是总费用：11121321222312.016.06.012.016.06.0 xxxxxx 为了完成模型，加上整数变量的约束条件：第三节 应用实例1210000ijjyxx如果yi的约束也是线性的，则此最优化模型就是一个混合整数规划(MIP)模型。12120010jjijjxxyxx要使得总费用最小，经过约束条件限制后：1iyj 10000是个任意数字，可以任选 经
18、过优化有，目标函数就可以表示为：第三节 应用实例111213212223min385019.518.521.017.023.518.5123Zy+1150y+1920y+xxxxxx约束条件：再对约束条件进行合并和简化成特定的整数约束条件：0,(0,1,2,.)ijjxi jyj221221150010000iiiixxy 等价于下面一个约束条件：第三节 应用实例约束条件式8-3和式8-5可以分别由下式代替：由此得到新的最优化模型的系数，如表8-2。2221500iixy2111222123311 0 0 005 0 001 3 0 00iiiiiixyxyxyy1y2y3x11x22x33x
19、21x22x2338501150192019.518.521.017.023.518.5=Z111=700111=12001000110-500110-1300110111111表8-2 固体废物处置最优化模型系数表第三节第三节 应用实例应用实例三、求解三、求解 以上的规划模型是一个整数规划模型，需要采用整数规划的割平面算法求解。具体最优解如下：第三节第三节 应用实例应用实例11121232123*1,*200(/)*1,*500(/)*1,*800(/)*400(/)*41070()yxtyxtyxtxtZ周周周周周周周周最最小小元元相对应的最优方案也可以表示为图图8-3。第三节第三节 应用实例应用实例图图8-3 固体废物处理问题的最优化方案固体废物处理问题的最优化方案城市城市B城市城市AOIL处理场2处理场1处理场3700t/周1200t/周1000t/周400t/周500t/周500400200800
