1、1我国生活垃圾处理社会总成本分析摘要国务院向全国发布了生活垃圾分类制度实施方案 ，我们对这一政策制定了三种垃圾处理模式。但三个垃圾处理模式的成本计算只涉及了部分直接业务成本，未涉及其他社会成本，导致成本最终计算结果过低，需要我们建立新的成本分析模型，重新计算三个模式的垃圾处理成本，此问题实为模型优化问题。针对问题一，建立垃圾处理成本模型，可在三个处理模式基础上完善成本计算，加入未涉及的其他社会成本。完善的成本计算一为垃圾焚烧补贴，三个垃圾处理模式都涉及到垃圾焚烧，却只计算了焚烧的直接处理成本，焚烧补贴费用其实高于垃圾焚烧费用，加入焚烧补贴后，垃圾处理模式一成本迅速提高超过垃圾处理模式三；二为焚
2、烧灰渣填埋成本，垃圾填埋只填埋垃圾灰渣可以有效保护环境，降低土地使用率。原模式一却假设不计算灰渣填埋成本；三为干湿垃圾分类，模式二与模式三队干湿垃圾进行分类处理计算成本，所以干湿垃圾分类比例直接影响成本计算，原模式却对分类比例进行估计预测，直接导致成本数据不真实，我们采用 MATLAB 对干湿垃圾比例进行预测增加数据可信度。针对问题二，使用问题一完善后的成本计算方式，对未来十年垃圾总量进行预测，采用 C+编程计算未来十年垃圾处理总成本。针对问题三，将三个模式垃圾处理总成本进行比较。从经济，环保等方面考虑，垃圾处理模式三为优选模式，该模式垃圾处理成本最低，并且对干湿垃圾进行分类处理，有效防止二恶
3、英排放，保护环境与市民权益。关键词：模型优化；干湿垃圾分类；MATLAB；焚烧补贴；填埋成本21、问题重述（1）建立我国生活垃圾处理所需总成本分析模型；（2）尝试建立数学模型分析不同方式下生活垃圾的的处理效果；（3）给出生活垃圾处理的对策；（4）如果采取垃圾处理分类收费制度，试分析会不会对垃圾总量带来更有效的减量化效果；（5）基于第 4 问建立的数学模型，试尝试构建一个更合理的垃圾收费制度，并进行科学性分析。2、问题分析2.1 问题一的分析问题一要求建立我国垃圾处理所需总成本分析模型，但问题二提到要计算三个垃圾处理模式的成本，则建立的模型必须与三个垃圾处理模式相关联。 生活垃圾处理工作志愿者调
4、研笔记提及三个模式只涉及了部分直接业务成本，未涉及其他社会成本。这导致计算的成本过低，以及三个模式的成本排序有误，无法选出优选模型。所以新建立的模型需要在原成本计算模型基础上，加入未涉及成本的计算。并且原模型在垃圾分类中的分类一环采用的是简单估算，结论不可信，并会直接影响成本计算，为了响应生活垃圾分类制度实施方案 ，需要对分类一环进行完善，使数据真实可靠。将以上情况全部考虑以后，将从模型建立问题变为模型优化问题。2.2 问题二的分析问题二尝试建立数学模型分析不同方式下生活垃圾的的处理效果；重新对三个模式的当前处理成本进行计算，并且对未来十年的成本进行预估。在相关预测，可以用MATLAB 曲线拟
5、合功能进行预测。未来十年的垃圾总量成长情况资料已经给出，因此预测出相关数值后，可直接用 C+编辑程序，代入模型与相关数值，计算出三个模式未来十年的总成本及成本变化情况。并可用 MATLAB 做出曲线图，对三个模式成本增长趋势做出直观观察。2.3 问题三的分析问题三需要给出生活垃圾处理的对策；一为垃圾焚烧补贴，二为焚烧灰渣填埋成本，三为干湿垃圾分类。2.4 问题四的分析问题四需要我们在模型以及成本，资源，环境等情况的考虑下，选择出最优模式。并根据相关法律法规以及环境等角度考虑，向政府部门提出建议。模式一在之前成本计算中成本最低，但对环境危害最大，但是当加入垃圾处理其他社会成本后，因为垃圾焚烧涉及
6、社会成本最多，模式一成本将会大大提高，便可用成本直接剔除模式一，之后对于模式二与模式三，在考虑成本与环境等因素情况下，进行优选。3三、模型假设1.假设垃圾处理设施都是新建设，未来十年在新设施使用年限内。2.假设焚烧灰渣体积为 1015%的中间值，取 12.5%。3.假设焚烧补贴不变。4.假设垃圾含水量比例为湿垃圾比例。5.假设模型设立完成后立即推广使用，不存在近期使用以前的填埋模式远期使用新模式。6.假设湿垃圾生物降解技术成熟不可用，不存在湿垃圾过多技术不够无法生物降解湿垃圾。7.假设年垃圾清运量等于年垃圾总量。四、符号说明x年垃圾总量y湿垃圾比例m干垃圾比例B垃圾焚烧补贴H灰渣填埋成本1C模
7、式一垃圾处理成本2模式二垃圾处理成本3模式三垃圾处理成本C垃圾处理成本Z垃圾转运成本G干垃圾处理成本S湿垃圾处理成本F分类收集成本5、模型的建立与求解5.1.问题一的分析与求解生活垃圾处理工作志愿者调研笔记 【1】 中提及的三个垃圾处理模式，在概念以及很完善，也对分类要求进行了配置，不需要我们去设计新的垃圾处理模式。但是在成本计算上，只涉及直接业务成本，未涉及其他社会成本，导致计算出的成本数值过低，无法选出优选模型，因此我们只需要在原有模式中，加入未涉及的成本计算，以4及对分类方式用科学方式重新计算比例，代入原有模式，优化模型便可。垃圾焚烧是三个模式都需要使用的处理方式，在三个模式的垃圾处理成
8、本中占据极大比例，例如模式一对于垃圾的处理全用了垃圾焚烧，而计算成本时却只计算了焚烧成本，对于焚烧后的灰渣处理与一系列焚烧相关补贴没有计算在内。从成本角度，垃圾焚烧补贴价格要高于焚烧处理价格，若是将这些成本全部计算进入，三个模式成本都将提高，模式一成本提高最大，会直接影响成本排序；从民生角度，垃圾焚烧产生二恶英，危害居民身体健康，为保障市民权益，也为垃圾处理模式能顺利推广，垃圾焚烧补贴必须计算入成本。填埋场只填埋填埋焚烧灰渣，能降低土地使用率，并且保护卫生环境，因此焚烧灰渣填埋成本也需要计算。模式二与模式三相比于模式一，不是将垃圾直接焚烧，而是将干湿垃圾分开处理，处理方式两模式相同，只在分的过
9、程有区别。湿垃圾单独处理，进行生物降解，能有效遏制二恶英排放造成的污染，因此干湿垃圾需要进行准确分类，但是对于干湿垃圾分类上，两模式采用的是估计数值计算成本，既使焚烧数值不准确，可能造成环境污染，也会使计算出的成本值不精确，可能过高也可能过低，所以干湿垃圾分类比例需要建立模型重新计算，在此可采用 MATLAB 进行预测。所以我们需要对垃圾焚烧成本进行完善，并且对干湿垃圾比例进行合理分类。5.1.1 垃圾焚烧补贴成本根据北京市城市生活垃圾焚烧成本评估报告 【2】 提及，垃圾焚烧产生二恶英对人产生危害，因此每焚烧一吨垃圾都有相关社会补贴。考虑到二恶英是对人产生影响，所以假设焚烧补贴与人口相关。 北
10、京市城市生活垃圾焚烧成本评估报告中 2014 年北京市焚烧一吨垃圾补贴 1088.94 元，从国家统计局查询到北京 2014 年人口13334000 人，深圳市 3322100 人。计算深圳市焚烧补贴： 3.271,94.084B可得每焚烧一吨垃圾，深圳市补贴 271.3 元5.1.2 焚烧灰渣填埋成本生活垃圾处理工作志愿者调研笔记 【1】 中提及，垃圾焚烧后产生的灰渣的体积仅为原来的 1015%，在此我们取 12.5%进行计算。并且国内目前各大填埋场的运营管理情况，填埋场内的垃圾堆填密度一般为 0.8吨/立方米，填埋场的投资规模可按 20 元/立方米库容估算。综合以上可得到焚烧灰渣填埋成本公
11、式：(1)xH6,60125.805.1.3 干湿垃圾分类5模式二中，将厨余垃圾假设为湿垃圾，则湿垃圾比假设为百分之四十。模式三中假设干湿垃圾比为五比五。假设并没有科学依据，干湿垃圾的比例会影响垃圾处理模式的使用，每一种处理模式，都有着不同成本，因此干湿垃圾比例需要更准确的分类。将垃圾的理化性质进行了分类，对于湿垃圾并没有一种既定概念去分类某一种垃圾为湿垃圾，而是垃圾含水都为湿垃圾，其中厨余垃圾就属于湿垃圾范围，根据2015 某市生活垃圾基础数据调查 【4】 中 2010 年至 2015 年深圳市垃圾比例显示，每年厨余垃圾占垃圾总成分中很大一部分。表一某市生活垃圾物理组分（单位：%） （201
12、0-2015）年份 厨余 纸类 橡塑 纺织 木竹 灰土 砖瓦 玻璃 金属2010 50.54 15.13 20.82 7.13 1.31 0.22 2.02 2.30 0.432011 53.10 17.10 19.91 3.43 3.21 0.00 1.09 1.68 0.352012 50.42 15.54 19.86 4.74 3.77 1.10 0.85 1.53 0.492013 56.35 14.08 15.05 8.94 0.92 0.03 1.64 2.31 0.572014 57.90 14.08 15.24 6.43 0.93 0.19 1.01 3.31 0.672015
13、 58.12 13.30 15.40 7.12 0.95 0.17 1.43 2.33 0.77表中显示厨余垃圾以及超过每年垃圾总量的一半，垃圾处理模式二便是将厨余垃圾假设为湿垃圾，以厨余垃圾比例作为湿垃圾比例进行处理，然而厨余垃圾只是干垃圾的一部分，虽占较大比例，但不能代表湿垃圾，考虑到湿垃圾燃烧产生二恶英对环境的污染，湿垃圾处理比例需要在厨余垃圾比例上进一步提高。表二某市近年垃圾含水率比较（单位：%） （2010-2015）年份 厨余类 纸类 橡塑类 纺织类 木竹类 混合类 总含水率2010 62.23 55.81 42.46 49.00 37.40 52.72 52.102011 69.
14、14 55.08 46.34 50.31 41.60 53.72 57.262012 71.16 61.79 41.82 45.27 53.01 44.25 58.522013 75.01 59.43 37.54 59.18 35.50 62.082014 77.46 57.84 41.99 59.85 35.11 63.39 2015 68.55 46.88 34.46 53.46 32.81 57.32表二来自2015 某市生活垃圾基础数据调查 ，显示了 2010 年至 2015 年垃圾的总含水率，与表一进行对比，年总含水率略高于年厨余垃圾比，将垃圾含水率作为湿垃圾处理比例，既能在厨余垃圾
15、比例上处理更多湿垃圾，也能有效防止二恶英产生。因为问题二需要预测接下来十年垃圾处理成本，而湿垃圾比例每年并不相同，可以使用 MATLAB 软件，将每年垃圾总量与湿垃圾比例进行拟合，预测接下来十年干湿垃6圾比例。图 1 某市 2000-2014 年城市生活垃圾清运量图 1 来自2015 某市生活垃圾基础数据调查 ，给了我们 14 年的年垃圾量， 生活垃圾处理工作志愿者调研笔记提及， “根据近年来全市生活垃圾产生量的平均增长速度（68%） ，取 20142020 年、20212025 年、20262030 年期间的年平均增长速度分别为 6%、4%和 3%”，便可预测 2015 年至 2017 年的
16、年垃圾总量。表三某市垃圾总量预测（2011-2027）2011 年 4820000 吨2012 年 4900000 吨2013 年 5220000 吨2014 年 5410000 吨2015 年 5734600 吨2016 年 6078700 吨2017 年 6443400 吨2018 年 6830000 吨2019 年 7239800 吨2020 年 7674200 吨2021 年 7981200 吨2022 年 8300400 吨2023 年 8632400 吨2024 年 8977700 吨2025 年 9336800 吨2026 年 9616900 吨2027 年 9905400 吨7
17、再与 2011 年至 2015 年湿垃圾比例使用 MATLAB 进行拟合，得到湿垃圾比例预测公式：（2） 0251.147.0xy通过垃圾总量数据预测 2017 年至 2027 年湿垃圾比例 表四某市垃圾预测数据（2017-2027）年份 垃圾总量 湿垃圾比例 干垃圾比例2017 年 6443400 吨 61.4969% 38.5031%2018 年 6830000 吨 62.0652% 37.9348%2019 年 7239800 吨 62.6676% 37.3324%2020 年 7674200 吨 63.3062% 36.6938%2021 年 7981200 吨 63.7575% 36
18、.2425%2022 年 8300400 吨 64.2267% 35.7733%2023 年 8632400 吨 64.7147% 35.2853%2024 年 8977700 吨 65.2223% 34.7777%2025 年 9336800 吨 65.7502% 34.2498%2026 年 9616900 吨 66.1619% 33.8381%2027 年 9905400 吨 66.5860% 33.414%至此加入模型的其他社会成本计算，以及比例优化以及添加与计算完毕，其他垃圾处理的直接业务成本以生活垃圾处理工作志愿者调研笔记为准。5.1.4 垃圾处理成本模型概括垃圾处理模式一为：混合
19、收集+全量焚烧+灰渣填埋+中心城区垃圾全量转运 ，对模式的优化为，原模式计算成本时假设灰渣填埋成本忽略，在此我们加入计算，并加入垃圾焚烧补贴。垃圾处理模式二为：源头分类收集+湿垃圾生物处理+干垃圾焚烧+中心城区干垃圾转运 ，对模式的优化为加入垃圾焚烧的灰渣填埋成本，垃圾焚烧社会补贴成本，以及干湿垃圾分类比例数据。垃圾处理模式三为：混合收集+末端分类+湿垃圾生物处理+干垃圾焚烧+中心城区干垃圾转运，对模式的优化为，加入干垃圾焚烧后的焚烧补贴，以及灰渣填埋成本，以及干湿垃圾比例数据。可对垃圾处理模式进行概括为，分类收集成本+干垃圾垃圾处理成本+湿垃圾处理成本+焚烧补贴成本+灰渣填埋成本+转运成本。
20、(3)ZHBSGFC之后分类到各个模式，可直接套入计算。5.2 问题二的分析与求解8根据问题一，已经将垃圾处理成本模型进行了完善，只需将完善的模型以及预测的垃圾相关数据，再根据生活垃圾处理工作志愿者调研笔记中的直接业务成本计算模式，编辑 C 语言程序进行计算，便可得出当前三个垃圾处理模式的垃圾处理成本以及接下来十年的垃圾处理成本总量及变化趋势。5.2.1 模式一的成本计算新的模式一为：混合收集+全量焚烧+灰渣填埋+中心城区垃圾全量转运 +焚烧补贴模式每一部分成本为垃圾焚烧180元/吨；灰渣填埋根据公式（1）可计算成本；中心城区全量转运根据生活垃圾处理工作志愿者调研笔记提及，焚烧送往焚烧厂，运距
21、按平均40公里考虑，而转运费用根据城管部门的统计数据，生活垃圾目前的基本收运成本大约为60元/吨（10公里以内） ，10公里以外的增量收运成本为1元/吨公里，20公里以外的增量收运成本为1.5元/吨公里，因此模式一转运费用为100元/吨；因为模式一采用混合收集，收集成本为零；因为采用干垃圾焚烧处理，湿垃圾处理费用为零；再加入焚烧补贴后，模式一的成本计算公式为: xxCZxHBSGFZ1063.27180 10,63.27 ，（4）.5根据预测的垃圾数量，可计算得 2017 年至 2027 年深圳市垃圾处理成本表五模式一垃圾处理成本年份 成本/元2017 35909000002018 38063
22、600002019 40347400002020 42768300002021 44479200002022 46258100002023 48108400002024 50032700002025 52034000002026 53595000002027 5520280000可由表格看出当前 2017 年垃圾处理成本为 3590900000 元，而未来十年内既 2018年至 2027 年成本总额为 42759194000 元，接下来十年内，深圳市垃圾处理总成本突破了 400 亿元。95.2.2 模式二的成本计算新的模式二为：源头分类收集+湿垃圾生物处理+干垃圾焚烧+中心城区干垃圾转运+焚烧
23、补贴+灰渣填埋模式每一部分成本为源头分类补贴423元/吨，湿垃圾就近处理，运距不超过十公里，为60元/吨，湿垃圾生物处理成本为150元/吨；干垃圾运入焚烧厂，运距平均40公里，为100元/吨，焚烧垃圾180元/吨，焚烧补贴271.3元/吨，灰渣填埋成本采用公式（1）计算，可得模式二计算公式： mxyHmxyxyCZHBSGF 1063.2715018423 （5）62根据预测垃圾总量及干湿垃圾比例，可计算2017至2027年深圳市垃圾处理成本：表六模式二垃圾处理成本年份 成本/元2017 38908700002018 41272600002019 43781900002020 46446000
24、002021 48331300002022 50293800002023 52337300002024 54465300002025 56681200002026 58411600002027 6019570000可由表看出，当前 2017 年模式二垃圾处理成本为 3890870000 元，而未来十年内既 2018 年至 2027 年成本总额为 51221670000 元，既接下来十年内深圳市垃圾处理成本超过 500 亿元。5.2.3 模式三的成本计算新的模式三为：混合收集+末端分类+湿垃圾生物处理+干垃圾焚烧+中心城区干垃圾转运+焚烧补贴+灰渣填埋模式每一部分成本为垃圾焚烧180元/吨，焚烧
25、补贴271.3元/吨，灰渣填埋参照公式（1） ；收运成本干垃圾运入焚烧厂，运距平均40公里，为100元/吨，湿垃圾就近处理，运距不超过十公里，为60元/吨；因为采用末端分类，所以湿垃圾处理费用与分类费用结合到一起，由模式二的湿垃圾处理费用150元/吨提升到200元/吨。可得模式三10计算公式：yxmxmxyCZHBSGF2063.271801603 （6）y563根据预测垃圾总量及干湿垃圾比例，可计算2017至2027年深圳市垃圾处理成本：表七模式三垃圾处理成本年份 成本/元2017 24128600002018 25460900002019 26858900002020 2832480000
26、2021 29350800002022 30408800002023 31499900002024 32624400002025 33782800002026 34678600002027 3559400000可由表看出，当前 2017 年模式三垃圾处理成本为 2412860000 元，而未来十年内既 2018 年至 2027 年成本总额为 33271250000 元，既接下来十年内深圳市垃圾处理成本超过 300 亿元。5.2.4 垃圾处理成本模式比较及分析由表五至表七可看出，2017 年当前成本中，模式二成本最高为 3890870000 元，模式三成本最低为 2412860000。表八垃圾成
27、本处理模式对比年份 模式一成本/元 模式二成本/元 模式三成本/元2018 3806360000 4127260000 25460900002019 4034740000 4378190000 26858900002020 4276830000 4644600000 28324800002021 4447920000 4833130000 29350800002022 4625810000 5029380000 30408800002023 4810840000 5233730000 31499900002024 5003270000 5446530000 32624400002025 5203400000 5668120000 3378280000
