C垃圾减量分类.docx

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C垃圾减量分类

基于垃圾减量分类的量化分析

摘要

目前深圳市正在进行垃圾减量分类试点工作，对这一控制过程的研究改良主要依靠的还是经验总结型的定性分析。

本文对垃圾减量分类活动中社会及个体因素的进行了进一步研究，研究表明垃圾减量分类工作难以开展的主要原因是缺少描述“社会因素”和“个体因素”及其相互作用的量化模型，以及具有一定精度的量化分析工作。

针对问题一，我们采用“层次分析法”来构建一个层次分析模型来帮助分析试点小区在垃圾减量分类过程中各种措施对于垃圾减量分类影响的相对重要度，根据构建的判断矩阵算出各项权重，并进行一致性检验。

结果表明社会因素和个体因素在垃圾减量分类活动中是相互关联和影响的，各措施对垃圾减量分类活动效果的影响力可由权重直观的数字展示出来。

针对问题二，在构建的减量分类模型基础上，我们参考附件给出的相关数据资料以及网上查阅相关信息，利用excel软件作图，直观的表示出四类垃圾组分在数量上存在的相关性。

我们结合台湾方面的相关经验重点分析了深圳市目前的实际情况，并结果表明深圳市在人口素质、法律法规、配套设施等方面不及台湾等发达地区，还需加强改善。

针对问题三，我们查找了解了有关垃圾减量分类资料，我们分析比较了现行深圳市垃圾减量分类督导过程与国外、台湾的方案，结果表明深圳目前统计的基础数据分项尚需要进一步合理细化；由模型计算出的权重系数，可以知道应该在垃圾的分类总类、垃圾可回收系数、含水率、干物质含量、干基高位热值等垃圾的具体的组成成分及包含的的各参考量方面投放更多的精力和成本。

在减量分类模式大面积推广时，生活垃圾可以采用分层抽样的方法从中获取少量数据来检测一定区域内减量分类工作的效果。

针对问题四,我们建立灰色模型，对未来五年深圳市垃圾清运量及其影响因素做出预测。

结果表明根据各项激励措施的权系数大小，在未来五年普及垃圾减量分类知识、建立健全相关法律法规是推进减量分类的关键措施，实施的最好结果为548.1822万吨，最坏结果为756.6397万吨。

关键词：

层次分析法分层抽样权重灰色系统减量分类一、问题重述

城市生活垃圾的数量和构成与城市人口数、经济水平及生活习惯等因素有关。

由于城镇化的快速发展，城市生活垃圾处理必须与减量化、无害化、回收利用等措施结合起来才能标本兼治。

根据经验总结型的定性分析：

探讨以量化模型描述垃圾减量分类活动“社会因素”、“个体因素”及关系，既能帮助提升城市生活垃圾产量的预测精度又能给城市垃圾减量分类工作中的资源投入决策活动提供有益的辅助支持手段。

目前深圳市正在进行垃圾减量分类试点工作，请你基于这些资料和自己收集的其它资料。

建立适合的数学模型研究以下问题：

1、结合自己的经历和生活观察分析附件有关资料，考虑社会因素对居民家庭垃圾减量分类结果的影响，构建量化模型描述深圳天景花园、阳光家园垃圾减量分类过程，模型应能以量化参数描述社会因素以及个体因素，并在后续的进一步研究过程中通过调整相关参数来修正模型。

2、在你构建的减量分类模型基础上，分析试点小区四类垃圾组分本身的数量存在什么样的相关性？

各项激励措施与减量分类效果存在什么相关性？

为什么会这样？

3、根据你构建减量分类模型的研究结果，分析目前统计的基础数据分项及颗粒度是否足够？

应该在哪些数据的获取中投放更多的成本和精力？

在减量分类模式大面积推广时，如何设置少量抽样数据来检测一定区域内减量分类工作的效果？

4、在你构建的减量分类模型基础上，指出深圳未来5年推进减量分类工作关键措施，并预测措施实施的最好与最坏结果。

二、问题分析

2.1对问题一：

问题一考虑的是各项教育、督导、激励措施对居民家庭垃圾减量分类结果的影响，根据试点小区构建量化模型描述垃圾减量分类过程。

。

然后根据得出的结果在后面的研究中加以运用。

2.2对问题二：

基于我们在问题一中构建的模型和附件2、3中的给出的相关数据资料，利用matlab软件作图，直观的表示出四类垃圾组分在数量上存在的相关性。

并根据问题一中计算出的各项措施对减量分类效果的相对权重分出它们存在的相关性。

在探究其原因时，我们结合台湾方面的相关经验重点分析了深圳市目前的实际情况，为达到减量分类预期效果所需要首先破除阻碍和重点解决的问题因素，以此来分析其中存在的某种因果关系。

2.3对问题三：

查找了解了有关垃圾减量分类资料，我们分析比较了现行深圳市垃圾减量分类督导过程与国外、台湾的方案发现目前统计的基础数据分项尚需要进一步合理细化；在现有技术条件下，生活垃圾烘干后各成分的粒径已经研磨至0.5mm以下，对于计算垃圾含水率和物理组成干基比例已经足够。

由模型计算出的权重系数，可以知道应该在哪些方面投放更多的精力和成本。

在减量分类模式大面积推广时，生活垃圾采样和物理分析方法采集少量数据来检测一定区域内减量分类工作的效果。

2.4对问题四：

经过分析，我们采用GM（1,1）模型预测。

以灰色系统理论为基础，通过原始的数据分析处理建立灰色模型，对未来五年深圳市垃圾清运量及其影响因素做出预测。

由前面我们建立的垃圾减量分类模型，我们知道在普及垃圾减量分类的知识、提高居民参与的积极性、加大宣传、建立健全相关法律法规以及垃圾处理过程中设施的完善等激励措施的实施后垃圾的减量分类效果和经济效益是显然的，根据各项激励措施的权系数大小0.2820.1400.1210.3140.143我们知道在未来五年普及垃圾减量分类知识、建立健全相关法律法规是推进减量分类的关键措施。

三、问题假设

1、假设该数据来源准确可靠，个别数据误差带来的影响忽略不计

2、假设政府部门采集数据完全按照标准执行，即没有伪造，篡改数据的情况

3、假设产生的垃圾能够有效的回收，不存在未知垃圾

4、假设人口产生的平均垃圾基本不变

5、假设垃圾量不会随着节假日、天气等因素发生大幅度变化

6、假设未来五年深圳市的经济发展态势基本不变。

四、符号说明

为了叙述的方便，我们把题目中所用的变量用下列参数来代替：

Bi（i=1,2,3）

准则层要素

Ci（i=1、2、3、4、5）

措施层要素

Wi

权重

Z

垃圾产生量

Xi

系数修正向量

Mi

矩阵名

Y

总体均值

特征值

C.I

一致性指标

R.I

平均随机一致性指标

CR

一致性比例

M

重量

T

深圳市年垃圾清运量

T1

对T进行一次AGO后的序列

G

深圳市全年GDP

G1

对G进行一次AGO后的序列

E

深圳市年环保投入资金

E1

对E进行一次AGO后的序列

五、模型建立及求解

5.1问题一的解决：

垃圾减量分类活动是人类社会对自身垃圾产生系统的一个干预性工程。

使其达到减量分类的效果。

主要是通过对社会因素、个体因素的良性干预，以达到减少垃圾总量并提高垃圾回收率。

从而更好的利用资源，走可持续发展之路。

根据有关资料并结合我们自己的经历和生活观察，我们从社会因素和个体因素两个角度分析归纳出与垃圾减量分类有关的三大主要影响因素和五个相应的实现措施。

三大主要影响因素为：

㈠提高市民减量分类意识、㈡发挥政府的领导作用，加强政府管理、㈢提高垃圾处理效果。

五个主要措施为：

①普及垃圾分类宣传教育、②提高市民的参与积极性、③加大宣传舆论方面的投入、④建立健全相关的法律法规、⑤配套设施的完善及良好的执行力。

然后基于层次分析法，我们分析社会因素及个体因素对垃圾减量分类结果的影响。

基本的层次结构如下图所示：

5.1.2建立基本模型

评价标准规定

尺度

含义

1

二者影响相同

3

影响稍强

5

影响强

7

影响明显得强

9

影响绝对强

2,4,6,8

影响之比在上述两个相邻等级之间

1,1/2,…,1/9

影响之比是上面的相反数

查阅资料得到判断矩阵表A：

B1

B2

B3

w1

B1

1

5

2

0.581

B2

1/5

1

1/3

0.110

B3

1/2

3

1

0.309

λ=5.1526，RI=0.58，CI=0.0018CR=0.0032<0.1

0018该结果满足一致性要求。

5.1.3建立措施层判断矩阵，利用公式Wi=

计算各矩阵中个措施对于相应的准则层的权重，并进行一致性检验。

5.1.4建立对于准则层要素B1的判断矩阵

C1

C2

C3

C4

C5

Wi1

C1

1

2

5

7

8

0.467

C2

1/2

1

3

1/5

8

0.168

C3

1/5

1/3

1

2

6

0.133

C4

1/7

5

1/2

1

4

0.196

C5

1/8

1/8

1/4

1/2

1

0.036

CR=0.014

一致性检验结果：

CR=0.014<0.1符合要求。

建立对于准侧层要素B2的判断矩阵

C1

C2

C3

C4

C5

Wi2

C1

1

2

1/7

1/7

1/8

0.051

C2

1/2

1

1/3

1/7

1/2

0.055

C3

6

3

1

1/5

1/2

0.149

C4

7

7

5

1

5

0.543

C5

8

2

2

1/5

1

0.202

CR=0.0322

CR=0.0322<0.1符合要求。

建立对于准则层要素B3的判断矩阵。

C1

C2

C3

C4

C5

Wi3

C1

1

1/2

3

1/7

1/8

0.072

C2

2

1

1/2

1/6

1/4

0.073

C3

1/3

2

1

1/7

1/7

0.068

C4

7

6

7

1

2

0.457

C5

8

4

7

1/2

1

0.330

CR=0.0200

CR=0.0200<0.1，符合一致性要求。

计算措施层各措施对于总目标“减量分类效果”的重要度，如下表所示

B

C

B1

（0.581）

B2

（0.110）

B3

（0.309）

Wi

C1

C2

C3

C4

C5

0.437

0.199

0.135

0.196

0.033

0.059

0.014

0.197

0.533

0.197

0.072

0.073

0.068

0.457

0.330

0.282

0.140

0.121

0.314

0.143

1

1

1

1

所用的公式：

Wi=

通过上述步骤的计算我们得出了个措施层要素Ci对于目标层Z的指标权重Wi，即C1C2C3C4C5的权重向量W=（0.282，0.140，0.121，0.314，0.143）

由此我们可以得到社会因素和个体因素在垃圾减量分类活动中是相互关联和影响的，社会因素在一定程度作用于个体因素，个体因素又反馈影响社会因素。

各措施对垃圾减量分类活动效果的影响力可由权重直观的数字展示出来。

5.2问题二的解决：

利用excel软件作出天景花园2013年1月的垃圾数量变化走势图

作出阳光花园2012年11月垃圾数量变化走势图

由上面两图可以看出，天景花园所产生垃圾中其他类垃圾占最多成分，其次是厨余垃圾、可回收物，有害垃圾量极少。

而阳光花园垃圾中也是其他垃圾最多，然后是可回收物、厨余垃圾，有害垃圾也很少。

两个试点小区的四类垃圾量都是在一个平衡点附近上下摆动，总体趋势趋于稳定。

且四类垃圾在两个试点小区有一定的差别，如天景花园的厨余垃圾和其它垃圾重量上比较接近，相差并不是特别大，而反观阳光花园，其它垃圾和其余三类垃圾在量上相差就很明显，且厨余垃圾与可回收的大小关系与天景花园相反，这是什么原因造成的两个小区的不同情况呢？

通过附件所给资料我们可以看到，

天景花园的基本情况：

常住147户，多层住宅，采取定时定点集中分类投放方法。

阳光花园的基本情况：

常住1020户，高层住宅，采取楼层增加厨余垃圾桶方式分类投放垃圾。

于此我们可以得出初步结论：

假设两个小区的家庭结构基本相同，那么住户越多，厨余垃圾和可回收物在整个垃圾量中所占的比例就越低。

即人口越多，越不利于垃圾的减量回收，所以我们可以从控制人口方面控制垃圾的产生量和回收利用率。

由问题一我们知道C1C2C3C4C5的权重向量W=（0.282，0.140，0.121，0.314，0.143），我们不妨假设垃圾总的产生量Z与各项激励措施的数学关系为

Z=（0.282C1+0.140C2+0.121C3+0.314C4+0.143C5）Xi

其中Xi为关系修正向量。

各措施与垃圾减量分类效果是一个正相关性，其中措施的重要度关系为:

C4>C1>C5>C2>C3

分析原因时，我们比较了台湾、新加坡、美国等发达地区和国家的垃圾垃圾减量分类情况，这些地区和国家的垃圾减量分类普遍好于其它发展中国家，通过比较各方面因素，我们发现一下几点原因是，第一、深圳市的人口素质（如人口数、受教育程度、环保意识、垃圾减量分类意识等）远远达不到上述其区和国家的标准。

第二、相关法律法规的出台完善还不够，就算出台了的一些法律，执法人员在执法过程中的执行力严重不足。

第三、台湾、新加坡等地区和国家经过几十年的努力发展，已经形成了一条关于回收—转运—处理非常高效的产业链，相关的配套设施设施和人员完善得很好，而深圳市在这方面还不够完善。

综上，正是由于其上三个原因，造成了垃圾减量分类效果与其对应措施的先关性。

就目前而言，深圳市需要在人口素质、法律法规、配套设施等方面加大投入。

5.3问题三的解决：

图3-7南山焚烧厂垃圾成分分析

如上图所示，我们通过分析，得知深圳将垃圾主要分为厨余类、纸类、橡塑

类、纺织类、竹木类、灰土类、砖瓦类、玻璃类、金属类以及其他等。

图4-7上海市生活垃圾物理成分

通过对各产生源垃圾组分统计，得到上海市生活垃圾组分分配：

上海市生活垃圾主要有厨、塑、纸、果四大类组成，占到总量的91.76~94.395,其中厨余占58.12~66.71%，塑料占13.84~18.57%，纸类占7.01~9.94%，果皮占3.78~11.23%。

注：

（1）其它类包括大件垃圾、纺织物、木竹、家居有害物及其它未分类的废物。

图4-92010香港城市固体废物成分—主要成分分类

从以上图表中可以看出香港城市生活垃圾中易腐物含量最高，占41%；可回收物（纸类、塑料、金属、玻璃）含量高，占49.0%。

图4-10美国生活垃圾物理组分含量图

图4-11日本生活垃圾物理组分含量图

图4-14韩国生活垃圾物理组分产量图（2006年）

如上图所示，我们通过分析，得知深圳将垃圾主要分为厨余类、纸类、橡塑

类、纺织类、竹木类、灰土类、砖瓦类、玻璃类、金属类以及其他等,但是我们对比上海、香港美国、日本、韩国等地的垃圾基础数据发现，深圳地区的基础数据分项并不足够，深圳垃圾组分中并未体现出来，所以目前统计的基础数据分项是不足够的。

将筛选过的样品研磨至0.5mm以下，按照这种粒径制备的样品，按照生活垃圾样品物理组成的干基比例，配制测定用合成样，合成样的重量（M样）可根据测定项目所用仪器要求确定，各种成分的重量（Mi）按式

计算，称重结果精确至0.0005g。

而远远低于我们称量使用的电子台秤的最小量程，这说明颗粒度已经足够了。

根据近几年对深圳市垃圾组分的调查，通过分析和计算，逆推出深圳市生活垃圾在源头处的组分（见表1），并得到源头处垃圾中可回收组分的含量（见表2）。

表1深圳市源头生活垃圾组分

项目

百分含量（%）

含水率（%）

干物质含量（g/100g湿垃圾）

干基高位热值（kJ/kg）

厨余

65.54

73.22

17.55

14400

纸类

6.82

11.83

6.01

16600

塑料

12.75

4.00

12.24

32570

纺织

4.16

9.50

3.76

17450

木竹

1.21

10.00

1.09

18610

砖石

2.07

10.86

1.84

6980

玻璃

1.86

0.68

1.85

140

金属

0.53

4.00

0.51

700

其它

0.10

0.00

0.10

0

灰土

4.97

15.00

4.22

6980

合计

100

50.83

49.17

6931

表2源头处垃圾中可回收组分含量及其对应的废品价格（各组分百分含量来自表1）

项目

百分含量（%）

价格（元/吨）

纸类

6.82

800

塑料

12.75

500

纺织品

4.16

700

玻璃

1.86

300

钢铁

0.42

2500

铜、铝

0.11

10000

由以上数据的分析和我们建立的减量分类模型的各项措施的权重系数可以知道：

可以在垃圾的分类总类、垃圾可回收系数、含水率、干物质含量、干基高位热值等垃圾的具体的组成成分及包含的的各参考量方面投入更多的精力和成本以便更好的对越来越多的垃圾进行有效合理而环保的处理、回收利用。

深圳市的行政区有8个，经比较可以采用分层抽样的方法从中获取少量数据来检测一定区域内减量分类工作的效果。

分层随机抽样：

以居民小区为抽样单元，根据区域不同把将深圳市化为8个不同的行政区即

8层。

在这里是把整个深圳市的垃圾分类看成是一个总体，则这个总体有8个单

元，再将每个单元分成nh个居民小区。

分别在这8个行政区中随机抽取居民小区，

由于各个行政区总面积和人口不同，采用比例分配。

比例分配：

这里比例分配是指各层单元数占总体单元数的比例，也就是按各层的层权进行分配，这时:

5.4问题四的解决：

经过分析，我们采用灰色模型预测。

以灰色系统理论为基础，通过原始的数据分析处理建立灰色模型，对未来五年深圳市垃圾清运量及其影响因素做出预测。

由前面我们建立的垃圾减量分类模型，我们知道在普及垃圾减量分类的知识、提高居民参与的积极性、加大宣传、建立健全相关法律法规以及垃圾处理过程中设施的完善等激励措施的实施后垃圾的减量分类效果和经济效益是显然的，根据各项激励措施的权系数大小0.2820.1400.1210.3140.143我们知道在未来五年普及垃圾减量分类知识、建立健全相关法律法规是推进减量分类的关键措施。

5.4.1模型选取

经过分析，我们采用灰色模型预测未来五年深圳市垃圾清运量及其主要影响因素的变化。

5.4.2模型假设前提

1、假设未来五年深圳地区的经济发展基本态势不变；

2、假设未来五年中央政府对深圳市经济特区的政策不变；

3、假设深圳市未来五年不会发生地震海啸等不可抗的天灾及战争、严重疾病疫情的社会因素和自然因素。

首先提取附件8，再根据附件8中的数据分析，建立相应的模型如下：

表5-1深圳市2000-2010年城市生活垃圾清运量及其影响因素统计表

年份

城市生活垃圾清运量（万吨）

本市生产总值（GDP）/亿元

年末全市常住人口/万人

旅游住宿设施接待过夜游客/万人

城市家庭年人均可支配收入/元

城市家庭年人均消费性支出/元

社会消费品零售总额/亿元

第三产业/亿元

环保投资/亿元

全社会固定资产投资/亿元

自然保护区覆盖率/%

人均公共绿地面积/㎡

建成区绿化覆盖面积/公顷

道路清扫保洁面积/万m2

2000

201.90

2187.45

701.24

1325.05

20905.68

16306.68

538.17

1085.79

30.68

619.70

8.43

13.50

6140.00

4297.00

2001

219.00

2482.49

724.57

1455.57

22759.92

17024.76

609.26

1236.68

42.86

686.37

8.43

13.80

6633.10

5069.10

2002

221.10

2969.52

746.62

1522.89

24940.68

18925.92

689.59

1488.14

47.44

788.15

8.74

14.10

7579.00

5508.20

2003

324.50

3585.72

778.27

1448.82

25935.84

19960.32

801.77

1754.10

61.87

949.10

8.72

15.10

22291.00

6708.00

2004

346.97

4282.14

800.80

1942.93

27596.40

19569.60

915.45

2058.57

79.50

1092.56

11.95

16.01

23219.79

8067.00

2005

332.90

4950.91

827.75

2142.83

21494.40

15911.88

1437.67

2307.73

115.70

1181.05

11.95

16.10

32086.00

8933.00

2006

359.53

5813.56

846.43

2317.28

22567.08

16628.16

1671.29

2757.06

156.60

1273.67

11.36

16.10

32395.00

6411.00

2007

406.98

6801.57

861.55

2560.28

24301.38

18474.49

1915.03

3389.91

193.50

1345.00

11.36

16.10

34380.00

6605.00

2008

440.69

7806.53

876.83

2659.30

26729.31

19779.09

2251.82

3984.09

218.58

1467.60

13.66

16.20

35471.00

15749.00

2009

475.96

8201.23

891.23

2840.31

29244.52

21526.10

2598.68

4363.12

237.84

1709.15

30.65

16.30

36609.40

12929.00

2010

479.25

9510.91

1035.79

3285.31

30658.00

25012.00

3000.76

4981.55

272.96

1944.70

48.00

16.00

33797.00

13079.00

2000—2010年深圳市统计年鉴，需要说明的是2009、2010年环保投资的数据不全，根据2006年~2008年环保投资占GDP的比重平均在2.8%以上，故取2009年的环保投资占GDP的比重为2.9%，计算得到273.84亿元，2010环保投资指数为2.87%，计算得到环保投资为272.96亿元。

此外2000年人均公共绿地面积数据是根据紧邻均值生成算出，即（x2000+14.1）/2=13.8。

我们选取其中几个重要的影响因素建模，即选取垃圾清运量、全年GDP、人口、环