（环境工程专业论文）北京市餐厨垃圾产生量预测及环境影响分析.pdf

摘要 餐厨垃圾是居民在生活消费过程中形成的一种吲体废弃物。近年来，随着人民生活水平的提高和城 市化进程的加快，餐厨垃圾的产生量有增长的趋势。餐厨垃圾影响城市环境卫生，对城市居氏健康构成 威胁，制约着我国社会、经济和环境的持续协调发展。由丁受技术、资金、管理水平等冈素的制约，我 国各城市对餐厨垃圾产生量的记载过少，管理也尚未达到相应的水平。冈此，开展北京市餐厨垃圾产生 量预测研究，对餐厨垃圾全程管理利处理利j f j 具有重要的意义。 北京市餐厨垃圾管理j ：作起步晚，相应的统计数据稀缺，餐厨垃圾产生系统的不确定性冈素1 f 常多， 这给传统方法进行产生量预测带来了很大的凼难。本文通过对国内外垃圾预测方法及模型进行全面的总 结、分析得出：系统动力学方法可以解决数据稀缺条件卜的某些量的预测问题，为此选用系统动力学方 法对北京市餐厨垃圾产生量进行预测。 在系统分析北京市餐厨垃圾产生量影响冈素及因素间互动关系的基础上，本文建立了基于v e n s i m 软件及s t e l l a 软件的系统动力学模型，以北京市为例，进行了餐饮业餐厨垃圾产生量的预测，经对 比得出v e n s i m 软件较适合应用于对北京市餐厨垃圾产生量的预测。在此基础上用v e n s i m 软件义对 北京市小区、高校食堂的餐厨垃圾产生量进行了模拟预测。结果表明，在今后十几年间，北京市餐饮业、 居住小区和高校食堂的餐厨垃圾产生量将分别以每年6 、0 7 、3 5 4 万吨的速度增长。这些数据为将来的 餐厨垃圾处理处置规模的确定和工艺选择提供了数据支撑，也为政府实施政策的调控提供了决策依据。 本文还对餐厨垃圾产生、收集、运输、处理过程进行了调研，并对所取餐厨垃圾渗沥液进行了化学 指标测定，以此说明餐厨垃圾缺乏统一管理所带来的环境问题。 关键词：北京市，餐厨垃圾，系统动力学，v e n s i m 模型，s t e l l a 模型，产生量预测，环境影响 a b s t r a c t f o o dw a s t ei sak i n do fs o l i dw a s t e si nt h er e s i d e n t sl i f e e x p e n d s i nr e c e n ty e a r s ，g o i n gw i t ht h e e n h a n c e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d sa n dc i t y sq u i c kd e v e l o p m e n t ，t h ep r o d u c t i o no f f o o dw a s t eh a sa ni n c r e a s i n g t e n d e n c y f o o dw a s t eg r a d u a l l yb e c o m e sav e r yi m p o r t a n tt h r e a to fu r b a ne n v i r o n m e n t a ls a n i t a t i o na n d r e s i d e n th e a l t h ，a n dr e s t r i c tt h ec o n t i n u a b l ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y , e c o n o m ya n de n v i r o n m e n t b e c a u s eo f t h ec o n f i n i n go fs o m ef a c t o r ss u c ha st e c h n o l o g y , f u n d ，m a n a g e m e n te t a l ，w eh a r d l yr e c o r dt h ep r o d u c t i o no f f o o dw a s t ei no u rc o u n t r y , t h em a n a g e m e n th a s h tr e a c h e dt h ec o r r e s p o n d i n gl e v e l s ot od or e s e a r c hi n p r e d i c t i o no f f o o dw a s t ep r o d u c t i o ni nb e i j i n gi sv e r ym e a n i n g f u lf o rf u l lm a n a g e m e n t ，p r o c e s sa n du s i n g f o o dw a s t em a n a g e m e n tw o r ki nb e i j i n gs t a r t e dl a t e l y , s ot h er e l e v a n td e p a r t m e n ti sl a c ko fh i s t o r i c a l s t a t - d a t a m o r e o v e r , t h e r ea r em a n yu n c e r t a i nf a c t o r si nt h ef o o dw a s t eg e n e r a t i o ns y s t e m a l lt h e s em a k ei t d i f f i c u l tt od og e n e r a t i o np r e d i c t i o nb yt r a d i t i o n a lm e t h o d t h ep a p e rd i dt h o r o u g ha n a l y s i sa n dc o m m e n tt oa l l d o m e s t i ca n do v e r s e a sp r e d i c t i o nm e t h o d s i ti n d i c a t e dt h a tt h ea p p l i c a t i o no fs y s t e mm e t h o dc a nh e l pw e l ld o f o o dw a s t eg e n e r a t i o np r e d i c t i o ni nt h ea r e a sw h i c ha r el a c ko fh i s t o r yd a t a ，s oa st oo f f e rd a t as u p p o r tt ot h e f u t u r eg a r b a g ed i s p o s a l - s c a l ec o n f i r m a t i o na n du e a t m e n t t e c h n i c sc h o i c e s ow ec h o o s es y s t e md y n a m i c s m e t h o dt od or e s e a r c hi np r e d i c t i o no f f o o d w a s t ep r o d u c t i o ni nb e i j i n g i nt h ef o l l o w i n g ，w ed i di n t e r a c t i o na n a l y s i sa m o n ge f f e c tf a c t o r so ff o o dw a s t eg e n e r a t i o ns y s t e m ，a n d t h e nb u i l ts dm o d e lb a s i n go ns o f t w a r ev e n s i ma n ds t e l l a a p p l i e dt h e s em o d e l st od of o o dw a s t e g e n e r a t i o np r e d i c t i o no fr e s t a u r a n tt ob e i j i n g w ec o n c l u d e dt h a ts o f t w a r ev e n s i mw a ss u i t a b l et op r e d i c tt h e f o o dw a s t ep r o d u c t i o ni nb e i j i n g o nt h i sb a s i s w eu s e dt h ev e n s i ms o f t w a r et o p r e d i c tf o o d w a s t e p r o d u c t i o ni na r e ah o m e s ，c o l l e g ec a n t e e n s ，a n dd i dd e t a i l e da n a l y s i st os i m u l a t i o nr e s u l tt h er e s u l t si n d i c a t e t h a tt h ef o o dw a s t ep r o d u c t i o ni nb e i j i n go ff o o di n d u s t r y , a r e ah o m e sa n dc o l l e g ec a n t e e n ss e p a r a t e l yi n c r e a s e 6 ，0 7 ，3 5 4t e nt h o u s a n dt o n s i nt h i sp a p e r , w ea l s od i dr e s e a r c hi nt h ef o o dw a s t e sp r o c e s so f p r o d u c t i o n ，c o l l e c t i o n ，t r a n s p o r t a t i o n a n dp r o c e s s i n g w ed i de x p e r i m e n t a lr e s e a r c hi ni n f i l t r a t ed r a i n i n g so ff o o dw a s t e ，e x p l a i n e dt h a tt h ef o o d w a s t eb r o u g h tt h ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e mb e c a u s eo fl a c k i n go fg l o b a lm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：b e i j i n g ，f o o dw a s t e ，s y s t e md y n a m i c s ，v e n s i ms o f t w a r e ，s t e l l as o f t w a r e ，g e n e r a t i o n p r e d i c t i o n e n v i r o n m e n t a li m p a c t 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：私饥 日期：砸：眸2 月弓。日 北京建筑丁程学院硕：l 论文 1 1 课题的研究背景和意义 1 绪论 餐厨垃圾俗称泔水，是指家庭、食品加t 、饮食服务、单位供餐等活动中产生的食物残渣和废料以 淀粉、食物纤维、脂肪、蛋白质等有机物为主，具有易腐败、发酵、发臭等特点。由于其含有大量有机 物，通过科学处理后有再生利州价值，但如果管理不善、处理不当，就会造成环境污染，威胁人民群众 的身体健康。餐厨垃圾如果处理不当，有如下危害： ( 1 ) 严重影响市容环境。目前储存、运输过程中，很多是踩着三轮车到饭店收集餐厨垃圾，常见到泔 水一路滴洒，甚至随意抛弃路边，腐烂后产生臭气，孳生蚊蝇，成为老鼠、蟑螂的美味佳肴。油污随雨 水排入下水管道会造成堵塞【lj 。这都与我们文明城市形象不相符合。 ( 2 ) “泔水猪”、“泔水油”给卫生防疫和食品安全带来持续的隐患。食品安全与人民健康息息相关，虽 然国家三令五申禁止用未经无害化处理的泔水喂养猪等家畜，但由于缺乏有效管理，处置方式跟不上， 泔水养猪现象屡禁不止，非法加上提炼“泔水油”的地f 工厂难以杜绝【2 】口遇到高温高湿天气，暴露在 空气中的泔水可以使病原微生物等有害物质迅速人量繁殖，并且腐败发臭，且易携带寄生虫，所以没有 经过消毒处理的变质餐厨垃圾会对猪产生危害并在其体内积存，进而通过食物链或交义感染对人的健康 造成危害。 ( 3 ) 餐厨垃圾当作普通垃圾进行填埋、焚烧处理也不合理。由于餐厨垃圾的特性，简单填埋会导致垃 圾渗沥液和沼气的产量增加，加大了填埋作业的难度和污水处理的压力，也造成可利用资源的浪费。如 果焚烧，高含水率的餐厨垃圾会使垃圾热值降低，造成能源浪费，而且餐厨垃圾中氯化钠( 食盐) 的高 含量会促进二恶英的生成。二恶英被确定为人类致癌物，城市垃圾焚烧，废旧金属冶炼、含氯塑料制品 焚烧、房屋失火等是二恶英产生的主要来源。二恶英可以通过大气、水、土壤等途径污染环境，且难以 在环境中降解。 此外，餐厨垃圾管理中也存在着不少问题，如收集无序，处置不规范，法规滞后，执法困难，环卫 部门没有强制性的措施来阻止“泔水猪”，“泔脚油”的上市，给人类和环境也造成很大的危害。 由于餐厨垃圾具有再生利用和污染的双重性，因此我们必须采取积极措施，加大管理力度，全面开 展餐饮垃圾的污染治理和再生利用。 目前国内外对餐厨垃圾的处理技术有很多，比较常用的方法是粉碎直排，填埋法，堆肥，焚烧处理 等等。随着社会的发展，国内外对于餐厨垃圾的处理利用，研究出一些比较先进的方法，如甲烷发酵 技术，生产饲料技术，蚯蚓处理技术，提取生物降解性塑料技术，生物发酵制氢技术，厌氧消化一生物 气同收技术h 副等。虽然再生利用技术较多，但是对于这些技术的技术成本、能源消耗、技术的可行性、 从资源化生产过程到产品利刚给环境和人类及其他消费对象可能带来的污染和危害等，目前我国还没有 具体规范和评价指标体系。 餐厨垃圾再生利用技术相关规范和评价指标体系的形成，需要一系列基础数据作为支撑，城市餐厨 垃圾的产生量预测值，是其重要的组成部分。目前已有研究人员对北京市生活垃圾的产生量进行了预测， 但是还没有人对北京市餐厨垃圾的产生量做出系统的预测。此外对餐厨垃圾在产生、收集、运输、处理 过程中所带来的环境问题，也没有进行过系统的研究。本课题拟对北京市餐厨垃圾的产生量进行预测研 l 北京建筑t 程学院硕上论文 究，并对餐厨垃圾所带来的环境问题进行初步分析，为北京市进行餐厨垃圾处理及利用提供基础资料。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外餐厨垃圾产生及处理现状 美m 2 0 0 0 年餐厨垃圾的产生量为2 5 9 8 万吨， 城市同体垃圾总量的1 1 2 ，仅次于纸张和庭院垃圾， 而同收率仅为2 6 ，远低于城市垃圾同收利用率的平均值，而且近几年也没有升高的趋势| 6 1 。 美国处理餐厨垃圾的平均费用为每吨9 3 8 美元m 】。处置方式火部分以填埋为主。对餐厨垃圾产生量 较大的单位设置厨余垃圾粉碎机和油脂分离装置，粉碎的垃圾排入下水道，分离出米的油脂则送往相关 加r t 厂( 如制皂厂) 加以利用。对于餐厨垃圾产生量较小的单位如居比厨房，餐厨垃圾则被混入有机垃 圾中统一处理或通过安装餐厨垃圾处理机，将垃圾粉碎后排入下水道。未来的处理趋势是采用堆肥工艺 制成肥料或加工成动物饲料进行资源化同收利用。美国各个州关于餐厨垃圾的处理政策和方式略有不同， 很多州针对当地的具体情况，建立了自己的餐厨垃圾处理同收体系。 韩国近年来餐厨垃圾占城市垃圾的百分比在3 0 左右。由于近年来垃圾同收利用率的增加，特别是实 施分类收集之后，餐厨垃圾的产生量和所占城市垃圾的比重都有所下降。韩国从1 9 9 5 年起实施垃圾专用 袋制度，一般家庭都将一般垃圾和餐厨垃圾分开包装放在门外，由垃圾车和餐厨垃圾车分别收取。韩国 1 9 9 5 年成立了餐厨废弃物管理委员会，餐厨垃圾同收率由1 9 9 5 年的2 提高至l j 2 0 0 1 年2 1 阳1 。 在韩国，堆肥处理成本大致为每吨6 0 美元，焚烧的费用大约为每吨9 0 美元，填埋为每吨2 5 美元。目前 韩国把餐厨垃圾列为可燃垃圾，焚烧的垃圾中餐厨垃圾占3 0 一5 0 。但由于餐厨垃圾的燃烧导致二恶英增 加、能源浪费等一系列问题，韩国政府将限制餐厨垃圾焚烧处理。同时由于餐厨垃圾填埋而引起的渗滤 液和气味等问题，汉城已经于2 0 0 0 年7 月起，禁止未经处理的餐厨垃圾进入填埋场。韩国全国t 2 0 0 5 年起 所有填埋场不再接收餐厨垃圾。 目前韩国餐厨垃圾的主要处理方式以堆肥为主，韩国目前有5 2 家堆肥公司。但堆肥也存在着很多问 题。首先是餐厨垃圾中的一些杂质及包装餐厨垃圾所用一般塑胶袋太多，无法经堆肥进行分解，影响堆 肥的品质。其次，餐厨垃圾含盐量达n 1 一3 ，过高的盐分影响堆肥效果。另外气味问题也难解决。韩国 目前堆肥所采取的主要技术有生化沼气厌氧消化和两步厌氧消化。韩国g e o e nt e c h 公司与德国 r e t h m a n n 公司合作开发了集装箱堆肥法。其装置由封闭集装箱和多层生物过滤器组成，一般用6 7 个以上 集装箱并联，每个箱体5 0 m 3 ，堆肥周期1 5 2 0 天，所产生的气体可以回收利用，最后剩下的不能利用的 无机物则用作土壤的回填材料。堆肥已成为韩国餐厨垃圾废物处置的主要途径。 韩国也采i j 微生物菌种处理制饲料工艺，其上艺流程为：餐厨垃圾收运一分拣( 骨头、固体杂物等) 一粉碎一混合( 微生物、碎玉米、糖等添加剂) 一禽畜牧场。 据统计，日本每年排出有机垃圾2 0 0 0 万吨，相当于两年的稻米产量，其中餐厨加工业排出3 4 0 万吨。 饮食业排出6 0 0 万吨，家庭排出1 0 0 0 万吨。喂猪是处理厨余垃圾的传统方法。1 9 9 8 年用餐厨垃圾喂养牲 眚的农场业主和喂养的动物数量分别占总数的6 9 7 和1 9 8 。为防止口蹄疫等疾病的传播，要求对餐厨 垃圾采用高温消毒处理。具体做法为：将餐厨垃圾送入圆筒状容器内，外面用明火加热煮沸，从而达到高 温消毒的目的，处理后的餐厨垃圾即可作为饲料。堆肥也是正在推广的技术之一。但填埋和焚烧仍是日 本目前应用最普遍的处理方式，1 9 9 6 年经焚烧填埋处置的餐厨垃圾占总量的9 9 7 盯1 。由于日本餐厨垃 圾的倾倒运输费用很高，约为2 5 0 6 0 0 美元t ，因此正在推广餐厨垃圾处理机的应用。一些著名的电器公 2 北京建筑t 程学院硕士论文 司如松下、三洋、日立、东芝等公司都把餐厨垃圾处理机作为一项很有潜力的产品投入一定的人力和资 金进行研制和推广。据统计，目前日本制造家庭餐厨废物处理机的企业已达2 5 0 户，制造企业使用餐厨废 物处理机的已达2 7 0 户。 1 2 2 北京市餐厨垃圾的产生及处理现状 我国目前面临的情况是，一方面随着经济跨越式增长，人口聚集和城市化进科加快，餐厨废物产生 量日见增多，另一方面我国人部分城市餐厨废物单独收运处理系统尚未建立，餐厨垃圾与其它生活垃圾 采取混合收集方式，餐厨垃圾消纳渠道不畅，大量餐厨垃圾流入农户作为畜禽饲料或混入城市垃圾中处 置，导致了许多社会隐患问题，造成极火的经济损失和资源浪费。目前，我国城市的餐饮垃圾处于一种 严重的无序管理状态，“垃圾猪饲养”和“泔水油充当食品油”的事件时有发生。在政策制定上也缺乏 系统性，如有的城市虽然规定不许乱扔餐饮垃圾，但对餐饮垃圾的后续处理不到位，致使政策的实施存在 较大的难度。 ( 1 ) 北京市餐厨垃圾产生量现状 经初步调查，北京市2 0 0 7 年餐厨垃圾产生量约1 0 5 0 t d ，n 2 0 0 8 年，日产量将达1 2 0 0 吨。 餐厨垃圾的产生来源主要分为三大部分：家庭厨余垃圾、企事业单位的内部食堂、餐饮服务业。根 据夯阅资料和实地调研得知，家庭厨余垃圾和居民小区的生活垃圾由分散收集到垃圾楼，一并由垃圾转 运车收运，在垃圾中间转运站处经过物理分拣、筛分，一部分进行回收，剩余的垃圾被运送到生活垃圾 填埋场、堆肥厂等地方进行再处理，而企事业单位的内部食堂、餐饮服务业的餐厨垃圾大部分被专门的 人收运走，用来喂猪、炼“地沟油”、“泔脚油”等。所以对北京市餐厨垃圾的产生量，环卫集团、统计 局、北京年鉴等均没有记载，给北京市餐厨垃圾产生量的预测分析及处理利用带来很大的难度。 目前，北京市一清、二清环卫集团已经有了餐厨垃圾专运车，集团内部记载了部分饭店餐厨垃圾 产生量的数据，虽然不是很全，但是对北京市餐厨垃圾产生量的预测具有一定的参考价值。 ( 2 ) 北京市餐厨垃圾收集与处理现状 为保证餐饮业餐厨垃圾的收集，北京市市政管理员会制定了北京市餐厨垃圾收集运输处理管理办 法，已于2 0 0 6 年1 月1 日开始实行，同时制定了餐厨垃圾车技术条件。北京市规划在朝阳区高安屯、 海淀区六里屯、通州区董村和大兴区南宫共建设4 座餐厨垃圾处理厂，每座处理厂的规模为2 0 0 - 4 0 0 t d ， 总处理规模为1 2 0 0 t d 。通州区董村和大兴区南宫2 个项目已获北京市发展和改革委员会批准，北京市政 府已安排建设资金4 0 0 0 万元，片j 丁二董村和南宫餐厨垃圾处理厂的建设。 北京市首座餐厨垃圾集中处理厂一匕京市南宫餐厨垃圾处理厂2 0 0 7 年1 0 月1 3 日建成投入运行。该 厂每天处理2 0 0 吨餐厨垃圾，并首先对全市1 2 2 家奥运签约饭店、3 1 个奥运场馆和部分餐饮单位的餐厨垃 圾进行安全处置。目前，南宫餐厨垃圾处理厂把处理生成的肥料无偿地赠送给附近的农户使用，分离出来 的油则送给化工厂生产肥皂，实现了真正的变废为宝。 ( 3 ) 南宫餐厨垃圾处理厂建成后存在的问题 1 ) 收集困难 南宫餐厨垃圾处理厂的建设规模为年处理餐厨垃圾7 3 万吨，每天处理2 0 0 吨，而目前每天实际处理 约1 0 0 吨餐厨垃圾( 环境与生活( 2 0 0 7 一1 2 2 5 ) 中的一篇报导餐厨垃圾绿色行) 。 南宫餐厨垃圾处理厂对餐厨垃圾进行处理，不收取任何费用，所需费用全部由政府补贴。 然而即使 这样，餐馆却不愿意把餐厨垃圾( 泔水) 交给厂家处理，其原因主要是很多锄占的泔水都被些个体户收 走了，运走后有的卖给养猪场做饲料，有的再转卖给其他 。卖泔水已成为饭店不小的一笔收入。 3 北京建筑t 程学院硕j 二论文 2 ) 运输成本较高 与生活垃圾相比，餐厨垃圾的运输成本比较高。由于目前全市只有位于南六环的南宫餐厨垃圾处理厂， 而奥运场馆人部分都在北部，运输距离比较远，运输成本比较高。今后东南西北若都建有餐厨垃圾处理厂， 情况会有所改观。 3 ) 生活垃圾掺入餐厨垃圾处理 有些单位的餐厨垃圾与生活垃圾未分开收集，把本应属丁生活垃圾的尔两混杂在餐厨垃圾里，降低了 营养成分，且导致出油量不高。 ( 4 ) 北京市餐厨垃圾处理的发展方向 目前北京市已确立了餐厨垃圾集中处理和分散处理相结合的处理模式。南宫餐厨垃圾处理厂已经投入 运行，政府拟通过南宫餐厨垃圾处理厂的建设和运营来摸索经验，制定相关政策法规，测算清运、处理成 本等，为日后市场化运作提供基础。今后还要建立3 库集中的餐厨垃圾处理厂，使全市餐厨垃圾的日处理 能力达到1 2 0 0 吨。除已签约的奥运饭店外，今后还要将部分大型餐馆、学校、党政机关、企事业单位的 餐厨垃圾也纳入到集中处理的范围。 1 3 垃圾产生量预测模型 随着环卫部门和城市规划建设部门对餐厨垃圾产生量的预测精度要求越来越高，寻求适用于统计 数据缺乏、发展快速的城市和地区的餐厨垃圾产生量的预测方法，建立一个将经济发展趋势、人口增长 等诸多变化的因素及其相互作用都考虑在内的模型，进行餐厨垃圾产生量预测，对餐厨垃圾管理和处理 利用是一项非常必要的工作。目前还没有餐厨垃圾产生量的预测模型，但有较多的生活垃圾产生量预测 模型，由于生活垃圾与餐厨垃圾有一定的相关性，因此这些模型可为餐厨垃圾产生量的预测模型提供借 鉴。 1 3 1 生活垃圾产生量的传统预测模型 1 3 1 1 多元回归预测法 同归方法【8 】是一种重要的因果型统计预测方法，用多元同归分析进行垃圾产生量预测的基本思想 是：各种影响城市生活垃圾产生的因素( 一般为社会经济指标) ，其对产生量的影响具有历史延续性，利 用这些指标和城市生活垃圾产生量的历史统计数据，应用数理统计同归后，可解释其相互间的数量关系。 多元同归法先筛选对垃圾产生量影响显著的因素，然后就这些因素建立回归方程进行产生量预测。 多元同归模型的通式( 线性回门) 如下： y = a o + a l x l + a 2 x 2 + + a k x k 式中1 卜与废物产生相关的参数，如：产生量、某物理组分的组成百分比等； x i ( i = l ，2 k ) 各项影响废物产生的社会经济指标，如城市人口数等； a i ( i = l ，2 ，k 卜各项同归系数 但在应用回归方法时有这样一个要求，即：在多元同归中，只有在变量彼此之间不是完全或高度相 关的情况下，多元方程才能对各变量的每单位变动对y 均值的净影响作出可靠的估计，否则常常会遇到 多重共线性破坏模型准确程度的问题，如果不进行同归系数的前期共线性检验而直接求解偏同归系数， 4 北京建筑丁程学院硕上论文 则计算所得值可能包含了间接影响，即某一自变量通过另一自变量对冈变量的影响，使得求解出的方程 丧火使用价值。所以，需要进行前期共线性检验，可以用通径系数法来进行。 周翠红等 9 1 用逐步降元分析建立多元线性同归方程对2 0 0 1 2 0 1 0 年北京市生活垃圾产量进行预测， 研究分析表明：人口对城市生活垃圾产量的影响最大，其后依次为g d p 、居氏消费总额和供热采暖面 积。居比素质的提高、环保意识的增强、垃圾减量化措施的加强以及采用天然气供暖将会使城市生活垃 圾产生量降低。朱来十年内北京市城市生活垃圾产量仍然处在增长状态，但生活垃圾人均日产量增长幅 度较小。 1 3 1 2 灰色预测模型 灰色模型 i o l 通常用丁以时间变量参数对城市生活垃圾的产生变化趋势进行分析，冈此实际上是一 种时间序列分析方法。基本思路是把原来无明显规律的时间序列，经过一次累加生成有规律的时间序列。 通过处理为建立灰色模型提供中间信息，同时可弱化原序列的随机性。然后采用一阶单维动态模型 g m ( i ，1 ) 进行拟合。用模型推求出来的生成数同代计算值，做累减还原计算，获得还原数据经误差检验 后，可做趋势分析用。 刘够生等【l l 】运用灰色关联度方法定量分析了上海市城市生活垃圾产生量的主要影响冈子，并利用 灰色系统理论建立的城市生活垃圾产生量的g m ( i ，1 ) 模型对2 0 0 1 - 2 0 0 5 年的城市垃圾产量进行了预测。 从模拟运算结果来看，预测值与实际值的最人相对误差为9 5 0 0 ，多数在5 0 以下。用后验差检验法 检验的结果说明所建模型的精度达到最高一级，可以用于进行模型的预测，这为上海市城市生活垃圾的 分析预测和规划管理提供了定量依据。 1 3 1 3 传统模型的改进 由于影响生活垃圾产生量的因素很多，且各种冈素的变化情况又十分复杂尤其是一些社会冈素不容 易定量表达，而传统的单项预测模型都偏向于从某一角度来研究和解决问题，有研究者提出可用两个或 两个以上模型综合以改善预测结果的精度。 梁广生、吴文伟等】用逐步降元同归分析法和类比法对北京市生活垃圾产生量进行平行预测。然 后将两种方法的预测结果进行加权平均，得到2 0 0 2 - - 2 0 0 7 年间垃圾产生量的最终预测结果。多元线性 同归分析法考虑了影响垃圾产生量的内在因素，类比法则包含了影响垃圾产生量的社会因素和人为因 素，此种方法使得预测结果具有更高的可信度。 王文梅等【l2 】针对过去对垃圾产量预测的研究主要集中在单变量数理统计方法上，注重的是垃圾产 量本身的变化规律，而对其各种影响因素缺乏定量研究，致使预测精度不高的问题，采用综合的方法， 即将灰色系统理论与多元线性同归分析方法相结合进行垃圾产量预测。研究中以成都市为例，运川灰色 关联度分析确定影响城市生活垃圾产量的4 个主要因子：城市非农业人1 2 1 、气化率、城市人均消费性支 出、清扫面积，利用g m ( 1 ，1 ) 模型预测上述4 个冈子的变化情况。建立一个包含这些因子的垃圾产量 的多元线性回归分析预测模型，并对2 0 0 4 - 2 0 1 0 年的垃圾产量进行预测。该模型预测精度高，实用性 强，可为垃圾产生量预测提供了一种可靠的方法。 还有研究者对多种单项模型预测值进行最优组合分析，求出最优加权系数，从定量方面获得精确度 相对较高的组合模型预测值。具体为：可以先选择其中两种单一项模型预测值进行优化组合分析，再通 过同样的方法把经过组合得到的模型预测值和第二种单项模型预测值进行优化组合分析，如此重复，直 5 北京建筑丁程学院硕l 论文 到把所有单项模型预测值组合分析完毕。杨涛、廖丽掣1 3 】以福州市1 9 8 9 1 9 9 9 年城市生活垃圾产生量 作为分析对象进行了城市垃圾产量的组合模型预测研究。结果表明：以误差平方和最小为准则的城镇生 活垃圾最优组合模型预测误差率离散程度与参加组合的各单项模型预测误差率相比，总体上得到了改 善：随着较多单项预测模型的参与，预测精度能够得到进一步提高；如果对预测值基本偏人的单项模型 和预测值基本偏小的单项模型进行组合时，预测精度可以得剑显著提高。该模型具有充分利用单项预测 模型提供的信息以及提高预测精度的优点，比被组合的任一单项预测模型更加切合实际，特别是在城镇 生活垃圾产生量预测中有较人的应用价值。 夏越青等【1 4 】按层层推进的方法研究了g d p 模型、t c e ( 人均总消费性支山) 模型和r t c e ( 与生活垃 圾产出密切相关的人均物质消费性支出) 模型三种单变苗模型对上海市垃圾产量进行预测。这二种模型 分别综合考虑了城市人口与城市经济发展水平、居民人均消费水平、与生活垃圾产出相关的人均消费水 平对城市生活垃圾产生量的影响，由于所参考的经济冈素与生活垃圾产生量的相关性逐步加人，模型对 于生活垃圾产生量预测的准确性、科学性也逐步提高。修止的r t c e 模型不仅更精确的考虑了内在因素， 而且考虑了社会政策、减量化措施、宣传等外在因素对生活垃圾产生量的影响，使模型可信度大大提高。 1 3 2 生活垃圾产生量的现代动态模型 1 3 2 1 耗散结构理论 考虑到城镇生活垃圾产生系统的复杂性，近年来，非线性预测模型的探讨已成为新的研究方向。耗 散结构理论作为解决远离平衡的复杂开放系统问题的有力工具，在应用中一般是根据支配原理只选取少 数儿个主宰系统变化规律的变量进行建模。在垃圾产生量预测方面具有一定的应片j 价值。 苏小康等【l5 】建立了耗散结构理论模型并应用其对湖南省城镇生活垃圾总量进行了预测，结果表明： 湖南省城镇生活垃圾总量的预测值与历史数据能较好地吻合；仅选取在职人口与无职人口两个变量就比 较好的模拟了实际情况，说明该理论实用性强。 1 3 2 2 人工神经网络法 人工神经网络是一种通过模拟人脑神经系统的组织方式的新型处理系统，它具有人类那样自适应、 自组织和自学习的能力，不必事先规定各权重，能合理的调整影响因子之间的关系，所以预测结果客观 合理精确，适用于多个参数的预测，只需对样本训练时，改变输入节点和输出节点即可，适用范围广。 建立的预测模型可适应社会发展变化对预测结果的影响，只要隐层数和隐层节点数选择合适，网络模型 就会有好的泛化能力，预测精度高。 杨先海等【l6 】采用人j l 神经网络模型，以上海市为例，用基于变步长b p 算法的人工神经网络法，以 人口数量和国内生产总值两项指标为样本的两个输入特征，对2 0 0 2 2 0 0 5 年城市生活垃圾产量进行了 预测，同时采用灰色理论预测法和以城市人口数量为变量的预测法预测了城市生活垃圾产生量。结果表 明：用b p 神经网络模型的预测值与实际垃圾产生量非常吻合( 平均误差仅为1 7 0 ) ，比其它两种模 型误差小。用b p 神经网络预测模型分别对北京、天津和济南等几个大城市的生活垃圾产生量进行的预 测结果与实际垃圾产生量非常吻合，证明该方法精度高且通用性好。 6 北京建筑t 程学院顾十j 论文 1 3 2 3 动力学模型 传统的城市生活垃圾预测模型大多是基于人口总数和人均垃圾产生量，并在此基础上考虑了社会经 济因素的影响。g r o s s m a ne t a l 【1 7 j 提出了一个包含人口数、工资水平和居住规模的线性同归模型，但是在 这些模型中固体废物产生过程的动力学性质并没有被反映出米。在许多实际预测中，政府部门并不能提 供关于垃圾产生量和组分方向的完整历史数据。 动力学模型往往所需数据少，且可以考虑各产生因素及其相互之间影响的动态特性，更能反映实际 垃圾产生系统的特性，适用丁解决可利用数据有限、系统环境模糊的情况。灰色动力学模型最早只是简 单地崩来解决数据缺少的问题【| 8 】。 m a s h a y e k h i 1 9 1 进行了纽约州垃圾转运系统的动力学分析：s u d h i r 等【2 0 】更进一步建立4 个系统动力学 模型来研究城市固体废物管理系统各组分间相互作用的动力学性质；模糊预测与灰色动力学模型的协同 作用被认为是解决不确定性情况下的预测问题的很有前途的方法。它适用丁只有有限数据可用、系统环 境存在较大不确定性的情况，中心思想是用模糊目标回归技术来改进传统的灰色动力学模型以提高预测 精度。c h e n 等【2 l j 通过对台南市的实际应用证明：这样一个新的预测模型可以达到比传统的同归模型以 及灰色动力学模型更高的预测精度。 k a r a v e z y r i s l 2 2 1 曾提出用模糊逻辑对系统动力学进行城市生活垃圾管理的建模过程中的定性变量进 行处理。模糊理论与系统动力学方法相结合可以对变量间有复杂相互关系的系统进行精确建模，系统动 力学适合于城市生活垃圾的管理和预测，而在这个领域定性变量的确定对一个整体预测来说非常重要， 模糊理论可以提供非常有价值的辅助t 具，用来模拟外生变量的影响，而且可以从模拟结果演绎出新的 规则，这些新规则又可以被引进到发展已比较成熟的系统动力学模型或者相关的决策支持系统中使其更 加完善。 对于很多发展中国家来说，生活垃圾产生量参数的历史数据缺乏制约了长期预测的顺利进行。当数 据不足以支持传统统计预测分析或者样本不足以运行几个不同性质的灰色动力学模型时，就需要将这些 单个的动力学模型综合形成一个整体以便于进行影响城市生活垃圾产生的相关动力学因素间的互动关 系的分析。这使得我们能够探究一系列的社会经济、环境和管理因素间的交互作用。b r i a n 和c h a n g 【2 3 】 提出了将系统动力学方法( s d ) 应用于垃圾产生量预测的新思路。s d 是一种以定性分析为先导、定量分 析为支持，两者相辅解决问题的方法。s d 模型以反馈理论为基础，在数据缺少情况下仍可进行研究， 擅长处理k 周期、具有非线性和时变现象的系统问题。b r i a n 和c h a n g 将其应用于近年来发展速度很快 的美国s aa n t o n i 市的垃圾产生量预测。尽管当时所建的模型比较简单，但阐述了一种思路：系统动力 学模型的应j h j 可以解决缺少历史数据、人e l 变动大、城市发展速度快而带米的不确定性因素多的地区的 垃圾产生量预测，这为现代预测技术及模型的发展提供了一个很好的思路。 7 北京建筑t 程学院硕l 论文 2 1 研究内容 2 课题研究的内容和方法 ( 1 ) 对餐厨垃圾主要产生源的餐馆、居住小区、高校食堂的餐厨垃圾产生量进行实地调研，初步学握 餐厨垃圾的产生特性。 ( 2 ) 对已有的生活垃圾产生量预测方法进行分析比较，并根据已有条什从中选择预测北京市餐厨垃圾 产生量的研究方法。 ( 3 ) 根据选择的研究方法，建立餐厨垃圾产生量预测模型。 ( 4 ) 根据两城区、海淀区等居住区和北京市相关的调查数据，利川预测模型对饭馆、居住小区、高校 食堂的餐厨垃圾产生量进行预测，并通过模拟结果对模型进行优化，最终选择预测模型及相关参数。 ( 5 ) 根据实地调研情况和对垃圾渗沥液中主要污染物的检测结果，初步分析餐厨垃圾在收集、运输和 处理中所带来的环境问题。 2 2 研究技术路线 论文将采用以下技术路线： ( 1 ) 对三种餐厨垃圾主要产生源的特点进行分析，选择有代表性的餐馆、居民小区和高校食堂的餐 厨垃圾产生量进行实地调研。 查阅国内外生活垃圾产生量预测常用的各种方法和模型，根据北京市餐厨垃圾产生量统计现状， 选择餐厨垃圾产生量的预测方法。经分析比较，决定采用系统动力学方法( 详见2 3 节) 。 详细研究系统动力学方法，为北京市餐厨垃圾产生量预测模型的建立( 系统流程图的建立、主 要模型方程的书写、子系统及全系统的调试及试运行) 提供基础支撑。 根据调查的相关数据，用v e n s i m 及s t e l l a 系统动力学模拟软件对北京市、海淀区饭馆餐厨 垃圾的产生量进行预测( 包括子系统及全系统的调试、运行反馈) 。 通过对v e n s i m 及s t e l l a 软件对饭馆餐厨垃圾产生量预测结果的比较，优选出与实际产生量 较吻合的模拟软件。 利用优选出的系统动力学模拟软件对北京市高校食堂、居住小区的餐厨垃圾产生量进行预测。 以某居住小区为例，对餐厨垃圾在收集、运输和处理过程中所带米的环境问题进行初步分析。 2 3 预测北京市餐厨垃圾产生量研究方法的选择 餐厨垃圾产生量预测是城市餐厨垃圾收运、处置发展规划乃至城市发展规划的重要参考指标之一。 预测方法随着人们对餐厨垃圾的产生及其与社会、经济、环境关系认识的不断深入而变化。影响餐厨垃 圾产生量的因素很多，如人口、消费习惯、饮食习惯、经济水平、居民文化素质等，其中一些因素是难 以量化的，如居民文化素质等。而可量化分析的因素如经济发展、消费水平、人口等，除自身发展变化 复杂外，各因素彼此相互关联、影响，对餐厨垃圾产生量的影响有复杂、综合、动态变化的特征。 纵观国内外的生活垃圾产生预测方法和模型可以看出：多元同归模型可以比较全面地考虑各影响因 8 ) ) ) ) ) ) q o “ g 北京建筑t 程学院硕卜论文 素对垃圾产量的影响，但却难以反映各因素间动态的、复杂的相互作用。灰色预测模型虽然所需数据少， 且对原始数据具有预处理功能，但模型的变化是以样本的变化为基础，难以考虑社会的发展变化对模型 的影响，在长时间预测过程中会造成较大的误差。组合模型具有充分利用单项预测模型提供的信息以及 提高预测精度的优点，比被组合的任一单项预测模犁更加切合实际，是一种新型实用简单易行的预测方 法，在城镇餐厨垃圾产生量预测中有较火的戍 j 价值，特别是对预测值基本偏大的单项模型和预测值基 本偏小的单项模型进行组合时，预测精度可以得到显著提高，但是模型较为复杂，不便丁实际操作。耗 散结构理论仅需考虑很少的变量就能得剑精确度高的结果，但在环境方面的应用还处丁：初步探索阶段， 在模型的建立、参数确定及模型的求解等方面都还有待进一步研究完善；神经网络模型是一种智能化的 模型，在有足够样本的情况卜预测结果客观精确，在餐厨垃圾产量预测方面有很好的应用前景。由于我 国城市餐厨垃圾产生量的历史数据十分缺乏，冈此应j l j 神经网络法有较大的难度。系统动力学将定性和 定量因素相结合，可以将很多动态的及不确定性冈素包含在模型中，适合丁进行历史数据缺乏、发展迅 速的地区的餐厨垃圾产量预测，是一种适应性很强的预测方法，为此本研究拟采用系统动力学方法对北 京市的餐厨垃圾产生量进行预测。 9 北京建筑t 程学院硕上论文 3 系统动力学方法 3 1 系统动力学发展历程及应用范围 系统动力学( s y s t e md y n a m i c s 简称s d ，也称“系统动态学”) 出现于1 9 5 6 年，创始人为美国福莱 斯特( w f o r r e s t e r ) 教授，二十世纪5 0 年代后期，逐步发展成为一个新的研究领域。系统动力学早期主 要应用于工业生产过科中库存的波动，劳动力的不确定以及市场股票下跌等问题，冈此被称为“工业动 力学”。二十世纪7 0 年代初，系统动力学模犁被应用于研究世界发展模型、美国经济模型获得了空前的 成功，揭开了一些经济学中长期存在的谜团，如“长波”现象形成的原因。目前系统动力学j 1 泛应用丁 研究城市经济发展、企业经营管理、宏观经济规划、区域经济、科技管理、能源规划、医学，甚至：i ：程 系统等许多领域【2 4 1 。 中国于二十世纪8 0 年代初引进系统动力学后，不仅在理论上进行了研究，而且从国家、城市、地区、 其它专题层次上，在社会经济系统分析( 宏观、区域、县乡) 、可持续发展战略经济和社会发展总体规划、 城市生态系统研究、资源配置与土地承载力、农林牧副渔动态调节与控制、环境影响评价以及预警方法 等方面都进行了广泛研究与应用1 2 孓2 7j 。 3 2 系统动力学的特点 系统动力学的研究对象主要是社会系统。环境系统、人口系统、教育系统资源系统、能源系统、经 济管理系统等是社会系统的主要内容。系统动力学的本质是一阶微分方程组。s d 模型是由向量方程确定 的一阶微分方程组。在对问题的定性分析的基础上，即在系统框图、因果关系图、流程图和有关的数据、 参数的基础上，利用相关软件编制出相应的方程，再加进选择的政策变量，就可以进行计算机模拟实验， 得出随着时间变化的定量的结果。 系统动力学是基于系统论并吸收控制论、信息论的精髓，融结构与功能、物质与信息、科学与经验 于一体，沟通了自然科学和社会科学的横向联系，是- - i - j 交叉综合