（环境工程专业论文）成都市餐厨垃圾处理厂厂址选择研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 国内对餐厨垃圾处理技术的研究较多，但由于处理技术费用昂贵，大规模的应用 很少。而如何有效预测城市餐厨垃圾的产生量，合理规划安排处理厂以及选择合适的 厂址等研究更是少有涉及。 本文在对国内外文献查阅，以及对成都市餐厨垃圾的产生量和垃圾产源分布的调 查基础上，通过分析餐厨垃圾产生量的变化趋势，利用变权重组合模型的预测方法建 立了成都市餐厨垃圾产量预测的数学模型，同时采用粒子群算法( 简记p s o ) 对变权 重组合模型的权重进行了优化，并对成都市未来五年的餐厨垃圾的产生量进行了预测。 在综合分析了餐厨垃圾处理厂厂址选择的影响因素的基础上，利用模糊数学方法 建立了餐厨垃圾处理厂厂址选择的区划数学模型，通过地理信息系统( 简记g i s ) 技 术的空间分析功能提取了建模所需的空间数据，客观的模拟了空间的模糊关系，直观、 快速的得出分析结果，在成都市餐厨垃圾处理厂厂址的选择中进行了应用。结果表明， 成都市最佳的餐厨垃圾处理厂的选址包括成都市周边各县以及成华区东北的部分区 域。 论文为成都市餐厨垃圾处理厂厂址的选择研究提供了有力的理论依据，也为我国 其它地区的城市餐厨垃圾处理厂厂址的选择研究提供了理论支持。 关键词：餐厨垃圾；变权重组合模型；粒子群算法；选址；地理信息系统 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t t h e r ea r el o t so fr e s e a r c h e so nt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e so fk i t c h e nw a s t ei n c h i n a h o w e v e r , t h el a r g es c a l ea p p l i c a t i o n so ft h e s et e c h n o l o g i e s a lef e wd u et ot h ee x p e n s i v e i n v e s 仃n e n t m o r e o v e r , t h ep r o d u c t i o np r e d i c t i o n o fd o m e s t i ck i t c h e nw a s t e ，p l a n n i n g t r e a t m e n tp l a n to fk i t c h e nw a s t e ，a n dp r o p e rs i t eo ft r e a t m e n tp l a n to fk i t c h e nw a s t ea r e s e l d o mi n v e s t i g a t e d 1 1 1t 1 1 i st h e s i s t h el i t e r a t u r ea v a i l a b l ea th o m ea n da b r o a d ，a sw e l la st h et r e n do f k i t c h e nw a s t ep r o d u c t i o nw a so b t a i n e da c c o r d i n gt o t h es u r v e y so fp r o d u c t i o na n d d i s t r i b u t i o no fk i t c h e nw a s t ei nc h e n g d u t h e n ，t h em a t h e m a t i cm o d e lf o rp r e d i c t i n gk i t c h e n w a s t ep r o d u c t i o ni nc h e n g d uw a sb u i l tt h r o u g hc o m b i n a t e df o r e c a s t i n gm o d e lw i t hv a r i a b l e w e i 西t s ，a n dp a r t i c l es w a r l no p t i m i z a t i o n ( p s o ) w a sa l s ou t i l i z e dt oo p t i m i z et h ew e i g h t so f t h j sm o d e l b a s e do nt h i sn e wm o d e l ，t h ep r o d u c t i o np r e d i c t i o no fk i t c h e n w a s t eo fc h e n g d u i nf i v ey e a r sw a so b t a i n e d 砀em a t h e m a t i cm o d e lf o rf u n c t i o n a ld e p l o y m e n to fk i t c h e nw a s t et r e a t m e n tp l a n ti n c h e n g d uw a se s t a b l i s h e di nt e r m so ff u z z ym a t h e m a t i ca n di n f l u e n c ef a c t o r s t h es p a t i a l a n a l y s i sf u n c t i o no fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) w a s u t i l i z e dt oe x t r a c ts p a t i a ld a t a f o r l i sm o d e l w h i c hc a ns i m u l a t es p a t i a lf u z z yr e l a t i o n s h i p so b j e c t i v e l y t h i sm o d e lw a s a p p l i e dt oc h o o s es i t e so ft r e a t m e n tp l a n to fk i t c h e nw a s t ei nc h e n g d u t h er e s u l t ss h o w e d t h a t t h eb e s ts i t e sf o rt r e a t m e n tp l a n to fk i t c h e nw a s t ei nc h e n g d ui n c l u d es u r r o u n d i n g c o u n t r i e so fc h e n g d uc i t ya n dn o r t h e a s tp a r to fc h e n g h u ad i s t r i c t t h i st h e t i sp r o v i d ep r o f o u n dt h e o r e t i c a lb a s i st oc h o o s es i t e s o ft r e a t m e n tp l a n to f k i t c h e nw a s t ei nc h e n g d u , a l s op r o v i d et h e o r e t i c a ls u p p o r to p t i o n st oo t h e rp a r t so ft h e c o u n t r y ss i t e ss e l e c t i o no ft r e a t m e n tp l a n to fk i t c h e nw a s t e k e yw o r d s ：k i t c h e nw a s t e ；c o m b i n a t e df o r e c a s t i n gm o d e lw i t hv a r i a b l ew e i g h t ；p s o ；s i t e s e l e c t i o n ；g i s 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密日，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打”) 学位论文作者签名：躲泛 指导老师签名： 日期：) 移、文)日期：j 帕占- 7 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 优化变权重组合模型 在建立各种传统预测模型的基础上，采用优化算法计算得出各种模型之间变化的 组合权重，提高预测模型的预测精度。 ( 2 ) 厂址优选的模型建立与可视化 传统的模糊数学模型、灰色模型建立模型过程复杂，并且模型结果离散，不利于 空间信息表达，而综合加权物元评价决策模型，因形式简单，使用方便而常常被采用， 与g i s 空间分析功能联系起来运用，可以十分方便的表现不同区间内的优劣差异情况。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 ，公 溉 登 吖 者 ) 作 耻 划 瑚 幻 日 学 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 城市餐厨垃圾的增长 餐厨垃圾是居民在生活消费过程中形成的生活废物，居民区、饭店、各种企事业 单位的食堂是其集中排放的场所。一般在食品加工过程中产生的食物残余称为“厨余”， 而在饮食消费后的食物残余称为“泔脚”。餐厨垃圾的产生量主要与地理条件、城市 人口、经济发展水平、居民收入、居民消费水平、季节和社会政策变化有关，其中城 市规模和人口数量是影响城市生活垃圾增长的主要因素。 近年来，随着城市生活设施和居住条件得改善，以往城市垃圾以炉灰、煤渣等为 主的情况发生了变化，餐厨垃圾的发生量有越来越大的趋势。我国一些城市餐厨垃圾 占城市生活垃圾的比例为：北京3 7 ，天津5 4 ，上海5 9 ，沈阳6 2 ，深圳5 7 ，广 州5 7 ，济南4 1 【1 1 。由于收运无序，大量的泔水被拉运到城市周边的各个角落，在运 输的过程中造成泔水的外溢流向街道，影响交通和污染环境。混杂的泔水在未经处理 的情况下会发生变质，用这样的废物喂养生猪会带来很大的隐患，害病率极高，危害 极大。同时，泔水中的油脂及杂物流入下水道中，天长日久会堵塞城市排水管网，不 仅给城市环境造成不同程度的污染，还给城市污水处理厂增加了处理负担。若不经严 格治理，会是城市一大顽疾。有资料显示，目前全国共有酒家、餐馆3 5 0 万家，产生的 餐厨废物数量惊人【2 1 。截止2 0 0 7 年底我国城镇人口达至f j 5 9 3 7 9 万人。以通常每万人一吨 的餐厨垃圾量计算，我国每天的餐厨垃圾就有近6 万吨之岁3 1 。 根据目前我国城市化趋势预测的结果表明，到2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年，我国 城镇人口比重将分别达到4 3 、6 0 和7 6 左右。今后5 0 年是我国人口和城市化得高 峰期。根据前述城市化水平推算，2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年我国将分别有6 1 0 89 3 x 1 0 8 和1 1 9 9 x 1 0 8 人口居住在城市【4 】。按照目前每万人每天一吨的水平计算，年产生的城市 餐厨垃圾分别为：2 1 9 1 07 吨、3 3 9 x 1 07 吨和4 3 7 x 1 07 吨。 由此可见，随着我国人口增长和城市化双高峰的到来，城市餐厨垃圾增长的高峰 也将接踵而至。餐厨垃圾对城市环境的污染已经成为日益严重的问题，而如何经济、 有效地进行城市餐厨垃圾处理，是广大城市管理工作者和环卫行业面临的一个亟待解 决的难题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 1 2 研究课题的提出及研究意义 随着人们生活水平的提高和改善，餐饮业得以迅速发展，与此同时餐厨垃圾也大 量产生。成都市位于中国西南，四川省中部，四川盆地西部，地处成都平原腹心地带， 是我国西南部重要的旅游中心城市和国家级历史文化名城。俗语称“食在中国，味在 四川 ，成都餐饮业更是驰名中外，但长久以来，成都市环境卫生的发展水平与其经济 发展水平不相适应，尤其在餐厨垃圾无害化处理方面还存在着很大差距。目前大部分 餐厨垃圾主要处理手段有以下几种：被直接用于牲畜饲养，造成严重的“垃圾猪 现 象，泔水中含有大量有毒有害物质，猪长期食用泔水后，这些物质会在猪的体内逐渐 蓄积，并通过食物链进入人体，达到一定程度会损伤人的神经、肝脏、肾脏和免疫系 统等；被不法商贩加工成地沟油卖给餐饮企业，危害人体健康；餐厨垃圾随意丢弃， 给城市环境造成严重污染。如果将其进行焚烧，由于餐厨垃圾的水分含量常常高达9 0 左右，发热量7 勾2 1 0 0 - - 3 1 0 0 k j k g ，和其它垃圾一起进行焚烧，不但不能满足垃圾焚烧 发电的发热量要求( 即5 0 0 0 k j 瓜g 以上【习) ，反而会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二嗯英； 如果将其进行填埋，同样会因为混入的餐厨垃圾水分含量高而不宣处理。而且焚烧、 填埋都会导致大量有机物的浪费，所以对未来餐厨垃圾产量进行预测，根据未来城市 发展状况，城市交通状况，对餐厨垃圾进行集中处理，以及专业处理厂的优选作出合 理规划具有十分重要的意义。 该课题主要结合成都市特殊的自然、社会等因素，分析成都市餐厨垃圾现状，利 用数学模型对成都市餐厨垃圾产量进行预测，并在此基础上利用相关数据、地理信息 系统( g i s ) 和数学模型，结合成都市人居环境、土地利用、交通一公路运输情况，对餐 厨垃圾处理厂厂址的选择进行研究，为成都市餐厨垃圾处理厂厂址的选择提供有力的 理论依据。 1 2国内外研究现状 1 2 1国内外研究进展 垃圾处理设施的选址在世界各国都是难题，但却又是一个无法回避的问题。合理 规划、因地制宜、综合治理，是一个城市垃圾处理设施选址成功的关键。 国外g i s 技术发展较早，利用g i s 进行垃圾处理厂的优化选址技术发展较早，技术 也比较纯熟。然而根据城市规模和城市功能特征的不断改变，基于传统的评价决策模 型已经开始不能满足大量数据和多决策标准的优选问题，基于仿生学与群体智能的空 间优化决策算法已经成为一种发展趋势，包括遗传算法( b r o o k e s ，2 0 0 1 ；li ，2 0 0 4 ) r 6 j 、模 拟退火算法( l o c k w o o de ta 1 ，1 9 9 3 ；a e r t se ta 1 ，2 0 0 2 ) 8 j 、禁忌算法( b e t t i n g e re ta 1 ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 9 9 7 ；b r u r n e l l ee t 口，1 9 9 8 ) t m 】等。然而这些优化算法也并不是万能的，对局部的空间优 化选择仍然是这些算法需要解决的问题。 目前，我国餐厨垃圾处理主要采取填埋、焚烧、生物减量化等方法处理，大规模 应用的工程实例较少，对餐厨垃圾己采取集中处理的有北京、上海、宁波、西宁等城 市，主要采用的工艺是厌氧消化工艺、物理生物处理技术、微生物资源循环处理技术 等。尽管国内现在对于餐饮垃圾的处理技术有多种，但如何有效对城市餐饮垃圾产生 量的趋势预测和合理规划安排处理厂以及厂址的选择位置等方面研究却相对较少。与 之相关的研究包括：王莉，刘应宗 9 1 运用主成分分析法把影响餐厨垃圾产生量的多个因 素简化成两个综合的因素，即：综合影响指标和国家政策指标，并以此为基础，建立 了主成分回归模型，并以天津市餐厨垃圾为例，用r 软件对所提出模型进行验证，结果 表明该模型拟合效果良好。杨晗熠 1o 】等利用了组合神经网络模型，即灰色模型、回归 模型以及神经网络模型对某城市的生活垃圾进行了预测，取得了良好的预测效果；刘 拥军】等利用灰色模型和偏最小二乘回归对北京城市生活垃圾进行了预测也取得良好 的预测效果；舒莹【1 2 】等也利用灰色模型对合肥市城市垃圾进行了预测。 地理信息系统( g i s ) 是一种基于空间数据的图形、属性管理系统，具有强大的空间 分析能力和数据管理功能。目前利用g i s 进行选址的通常方法主要为以下两个方面： ( 1 ) 基于g i s 下的厂址选择数据库的建立 目前，地理信息系统技术已经实现了关系型数据库管理模式，厂址选择数据库的 建立完全可以基于g i s 的数据库技术，根据城市餐厨垃圾处理厂选址的数据流程，需要 建立的数据库主要有地形地貌数据库、土地价格数据库、水文地质数据库、行政区划 数据库、道路交通数据库、人口分布数据库、环卫设施数据库、权重因子数据库等。 ( 2 ) 空间分析与选址优化建模 空间分析功能是地理信息系统的一个核心功能，也是地理信息系统与其他管理信 息系统的本质区别。根据用户的需要建立一个应用的分析模式，通过动态的分析，为 评价、管理和决策服务。垃圾处理厂的选址就是一个综合评价与决策的过程，需要将 处理厂的各种影响因子进行综合分析比较得出不同方案下的影响数值或权重，为最佳 方案的选址提供依据。 应用g i s 技术进行城市垃圾处理厂选址，不仅可以大大缩短工作周期，保证选址质 量、提高选址效率，而且能够提高选址工作的科学化、自动化程度，减少人为因素的 干扰，目前利用g i s 进行城市垃圾填埋点的选址有许多相关工 乍【” 15 1 ，蔡爱民，查良松 利用g i s 为芜湖市的城市垃圾填埋点选址作出了合理规划：黄雄伟，詹骞，莫晓红根据 g i s 的技术特点，结合垃圾填埋场选址实践，探讨了缓冲区分析、叠加分析、网络分析 等g i s 空间分析功能在垃圾填埋场选址中的具体应用。赵俊英【1 6 】等在专家调查的基础 上，利用层次分析法( a h p ) ，建立了以城市规划要求、交通运输条件、与城市距离、环 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 境保护条件、地质环境条件以及建场条件为一级指标的垃圾填埋场选址评价模型，为 武汉市的垃圾填埋场选址提供了科学依据。 1 2 2 研究的不足及存在的问题 综观国外的研究现状，国外利用g i s 进行垃圾处理厂的选址技术比较纯熟。目前， 我国各地对于餐厨垃圾的处理非常重视，特别是在经济比较发达、生活水平较高的城 市。但与此同时，由于受经济水平的限制，国内一些大中型城市中，针对城市餐厨垃 圾处理的专业处理厂还很少，因此有必要在耦合城市餐厨垃圾增长情况、城市社会发 展情况以及城市交通信息的前提下对城市餐厨垃圾专业处理厂厂址的优选进行研究， 为城市的规划提供理论依据。 1 3论文研究目的、研究内容、技术路线 1 3 1研究目的 目前成都市环境卫生在餐厨垃圾无害化处理方面还存在着很大差距。针对其收运 无序、餐厨垃圾处理设施的不足的问题，结合成都市餐厨垃圾产量、餐饮行业分布情 况、成都市道路交通状况等，对成都市餐厨垃圾数据进行分析，开展对餐厨垃圾处理 厂厂址选择的研究工作。以达到为成都市餐厨垃圾处理厂的建设提出一个合理规划的 目的。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 建立成都市餐饮垃圾量的变权重组合模型 ( 2 ) 成都市餐饮垃圾分布空间规律分析 结合基础数据与预测数据，以及成都市各区县直接的人口规模等状况对成都市餐 饮垃圾的产生量和分布规律进行分析。 ( 3 ) 垃圾处理厂厂址优选模型的建立 拟采用的决策优选模型为综合加权物元评价决策模型，该模型将g i s 提取的空间 信息和实际参与建模的决策模型进行综合加权物元建模，得出合理的评价等级，通过 等级大小来对备选厂址进行决策和排除。 ( 4 ) 厂址的可视化 将模型得出的结果在g i s 中进行可视化输出。 1 3 3技术路线 本课题的技术路线以成都市餐厨垃圾已有的数据为基础，整个过程遵循“资料收 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 集查阅中外文献建立垃圾产量预测模型道路与餐饮业信息矢量化建 立空间属性数据库建立厂址选址优化决策模型好i s 集成与可视化的原则。 拟采取的技术路线如图所示： 图1 1 技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章成都市餐厨垃圾现状研究 2 1成都市餐厨垃圾概况 随着餐厨垃圾产生量不断的增长，目前已建成的餐厨垃圾处理设施远不能达到该 处理能力要求。为使成都市环境卫生的发展水平与其经济发展水平相适应，在未来几 年，成都市计划在主城区周边建设多座餐厨垃圾处理厂，并建立与之配套的餐厨垃圾 收运系统。 成都市主城区餐厨垃圾产生量近年来呈明显的上升趋势，本节主要是通过分区( 锦 江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区、高新区) 调查成都市餐厨垃圾的产生量、 产生源，为厂址的选择提出合理规划，为优化成都市餐厨的收集、运输体系提供依据， 为后续优化模型提供可靠的调查数据。 2 1 1 成都市概况 成都，四川省省会，具有两千三百多年的历史，是我国著名的历史文化名城，西 南地区重要的商贸、金融、科技中心、交通和通讯枢纽，是中国重要的高新技术产业 基地、现代制造业基地、现代服务业基地、现代农业基地，同时也是西南地区的文化 中心、教育中心，也是国家批准的对外开放的城市。2 0 0 7 年，成都市的全国统筹城 乡综合配套改革试验区获国务院批准，成为继上海浦东新区和天津海滨新区之后 又一个国家综合配套改革试验区。2 0 0 8 年被国家确定为中国最佳旅游城市。2 0 0 9 年，世界优秀旅游目的地城市中心( t h ew o r l dc e n t r eo fe x c e l l e n c ef o r d e s t i n a t i o n s ) 已经正式授予成都“世界优秀旅游目的地城市”称号，成都也从此 成为亚洲首个获此殊荣的城市。2 0 10 年，联合国教科文组织授予成都“美食之都” 称号，并正式批准成都加入联合国教科文组织的创意城市网络，成都成为亚洲第 一个世界“美食之都”。成都市行政区现辖9 区( 锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、 成华区、新都区、温江县、龙泉驿区、青白江区) 、4 市( 都江堰市、彭州市、邛崃市、 崇州市) 、6 县( 金堂县、双流县、郫县、大邑县、蒲江县、新津县) ，另有一个国家高 新技术产业开发区。1 2 3 9 0 平方公里( 中国直辖市和副省级城市第8 名) 。中心 城区建成面积超过4 0 0 平方公里，市辖区面积1 4 1 8 平方公里。 成都市位于四川中部，地处四川盆地西部，东径1 0 2 0 5 47 至1 0 4 。5 3 ，北纬3 0 。0 5 至3 1 0 2 6 之间，属内陆城市。地形以平原为主，兼有部分丘陵和山地；地势由西北向 东南倾斜。全市属亚热带湿润季风气候，终年温暖湿润，四季分明，年平均温度在 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 5 5 1 6 5 之间；雨量充沛，年平均降雨量9 9 7 6 毫米；主导风向为北风。成都处于平 原之中，境内河网稠密，西南部为岷江水系，东北部为沱江水系。 成都市处于三中心、两枢纽的重要地位，在改革开放以来，城市建设和经济各项 指标快速发展，成都市已成为西南最大的、综合实力最强的中心城市。由成都市统计 年鉴知：2 0 0 8 年末全市户籍人口11 2 5 0 万人，比上年末增加1 2 7 万人。常住人口 1 2 7 0 6 万人，增加1 2 7 万人。市区人口4 9 7 1 5 万，自然增长率为2 1 ，全国特大 城市中，人数仅次于重庆、北京、上海，居第四位；2 0 0 9 年全市实现地区生产总值 4 5 0 2 6 亿元，增长1 4 7 ；城镇人均可支配收18 6 5 0 元；地方财政一般预算收入 3 8 7 5 亿元，同口径增长2 2 3 ；固定资产投资4 0 2 5 9 亿元，增长3 4 ；社会消 费品零售总额1 9 5 0 亿元，增长2 0 3 ；预计城镇居民人均可支配收入1 8 6 5 9 元、 农民人均纯收入7 1 2 9 元，分别增长1 0 1 和1 0 。民营经济发展势头迅猛。全市 民营经济实现增加值1 6 9 1 9 亿元，增长2 1 2 ，占g d p 的比重为5 0 9 ，对经济 增长的贡献率达6 6 7 ，拉动g d p 增长1 0 2 个百分点。 、 2 1 2 餐厨垃圾的来源及特征 餐厨垃圾俗称泔水，是居民、餐饮行业、单位食堂等在食物加工中的废料及 残余物。餐厨垃圾物理状呈固液混合态，且相当粘稠；化学成分复杂，主要包括 水、无机盐、有机酸及各种大分子有机化合物( 蛋白质、淀粉、纤维素、杂多糖、 脂肪) 等【17 1 。 社会经济的发展、人们生活节奏的加快及流动人口的增加均可能导致餐饮业的快 速发展，从而产生大量的餐饮垃圾。如美国的统计表明，在供给人们消费的食品中约 有1 4 最终变成了废弃物1 1 8 】。韩国2 0 0 1 年的餐饮垃圾量为4 0 4 万t 【1 9 。台湾的专家研究表 明，台湾每人每天产生1 1 k g 垃圾，其中餐饮垃圾就占了3 0 。上海市每天产生的餐饮 垃圾量为1 2 0 0 t ，广东省东深流域每天产生的餐饮垃圾超过7 0 0t ，国内的其他城市每天 也正在产生许多的餐饮垃圾【2 0 】。 餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机物的主要组成成分，虽然餐厨垃圾组成、性质和 产生量受各种因素影响有所差别，但具备以下共同特点【2 1 2 3 】：( 1 ) 含水率高，这就给其 收集、运输和处理都带来很大的难度。餐厨垃圾渗滤水可通过地表径流和渗透作用， 污染地表水和地下水，而且由于餐厨垃圾单位质量的热值在2 1 0 0 k j k g 左右，不能满 足垃圾焚烧发电的热值要求。( 2 ) 易腐烂变质，污染环境。餐厨垃圾有机物含量比例也 较高( 约占干物质质量的9 5 以上) ，易腐败发臭，易滋生病菌和病原微生物，如不加以 适当的处理而直接利用，会造成病原菌的传播和感染。( 3 ) 营养成分丰富。餐厨垃圾除 有机物含量高之外，还富含氮、磷、钾、钙以及各种微量元素，具有营养元素齐全、 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 曼舅舅皇! 曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼量曼曼曼曼皇曼曼! 量曼鼍曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼m m m m m 一一一一；一i n 皇曼曼鼍曼皇曼蔓 再利用价值高的特点，故应当实施资源化。 2 1 3 餐厨垃圾的危害 1 ) 危害食用人群健康。各大城市周边地区都散落分布着不少利用泔水养猪的养殖 场( 户) ，少则数十头，多则上千头，这些猪全部流入城市餐桌。据研究分析，由于饭店 大量使用洗涤剂、消毒剂和杀虫剂以及食品霉烂产生毒素等原因，使泔水中含有大量 的铅、汞、黄曲霉等有毒有害物质，猪长期食用泔水后，这些物质会在猪的体内逐渐 蓄积，并通过食物链进入人体，人体对这些物质没有解毒和排除功能，达到一定程度 会损伤人的神经、肝脏、肾脏和免疫系统等。黄曲霉还是一种强致癌物，其危害更是 显而易见。此外，泔水中还含有大量沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肝炎病毒等致病微 生物，这些强致病性微生物可引发多种疾病流行。泔水猪还容易感染人畜共患的各种 疾病，如口踢疫等，人若食用了极易导致感染。泔水油中含有大量的致癌物质，长期食 用可导致肠癌、胃癌、肝癌等恶性疾病。 2 ) 污染环境。由于养猪人在运输、储存及加工过程中没有采取任何密闭、无害化 措施，使泔水的恶臭气体、污水直接排放到周围环境中，造成环境污染。 3 ) 传播疾病。裸露存放的泔水引来并孳生了大量的蚊蝇、鼠虫，因此，不可避免地 成了传播疾病的媒介。 4 ) 影响城市市容和环境卫生。一方面，养猪人使用肮脏不堪的车辆和容器运载泔 水，严重影响市容；另一方面，饭店、餐馆将泔水和其他垃圾都承包给了养猪人，而 养猪人只要泔水不要垃圾，于是，他们就将垃圾乱扔乱弃，扰乱了环境卫生管理秩序， 破坏了环境卫生和城市面貌弘引。 2 1 4 成都市餐厨垃圾产量现状调查研究 成都市餐厨垃圾主要处理手段有以下几种：( 1 ) 被直接用于牲畜饲养，( 2 ) 被不法商 贩加工成地沟油卖给餐饮企业，( 3 ) 餐厨垃圾随意丢弃。对成都市餐厨垃圾产量现状调 查研究主要是对成都市城区内所属街道辖区的各个餐饮企业、单位食堂( 含经营生鲜 的超市) 等餐饮行业进行初步调查。 2 1 4 1调查点位 成都市中心城区三环内六城区，即：锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区 和高新区，调查三环路内所有的街道办事处，获取分街办行政辖区内的餐饮企业和农 贸市场及主要单位信息。在此基础上分为行政辖区和街道办进行普查性踏勘寻访街道 辖区内的所有餐饮企业、农贸市场和单位食掌。 要塑圣塞查耋堡圭至耋圭茎堡耋耋至：乏 2 2 成都市餐厨垃圾现状 2 2 1 成都市餐厨垃圾的产生量 22 1 l 调查内窖 ( 1 ) 淡、旺季餐厨垃圾产生量( 分生菜下脚料和熟食剩饭菜潲水) 。 ( 2 ) 农贸市场有机垃圾产生量。 22 l2 调查结果 成都市六城区三环内共有：餐饮企业6 0 7 1 家，其中大型餐饮：6 2 3 家，中型餐饮： 7 3 1 家，小型餐饮4 7 1 7 家。农贸市场：1 4 0 家单位食堂：4 6 5 家共计6 6 7 6 家。平均日 产餐厨垃圾：3 3 67 吨，其中5 1 为生菜下脚料达1 7 26 吨，泔水占4 9 ，为1 6 42 吨。年产餐厨垃圾：1 23 万吨，其中生莱下脚料6 3 万吨，泔水6 1 万吨。 表2 - 1 备单位产生量对比 图2 ，1 备单位产生量对比 要耋三兽盔耋翟老銎鎏耋兰誓耋耋董：! 里 表2 - 2 各区产生量对比 图2 - 2 吾区产生量对比 由上表可以看出武候区日产餐厨垃圾最多，为7 7 5 吨，占2 3 。成华区是产生生 菜下脚料最多的区，日产4 8 吨，占2 8 。产生泔水最多的区是武侯区，日产4 31 吨， 占2 6 。 表2 - 3 吾区淡旺季对比 要塞塞塑奎耋堡耋望至耋耋堡耋蚤耋：圣 图2 - 3 各区旺季产生量对比 图2 4 备区菠季产生量对比 武侯区漩旺季日产垃圾总量均最多。泔水产量受淡旺季影响明显，旺季日产2 0 6 吨，淡季降为1 3 46 吨。生菜下脚料因为主要产源是没有菠旺季之分的农贸市场，所以 其产量淡旺季变化不大。成华区是生菜下脚料的主要产源，演旺季所占比例均最多。 成都市成华区、高新区、金牛区、锦江区、青羊区以及武侯区六城区三环外辖区 内的1 1 9 1 家单位，其中餐饮企业1 0 7 2 家( 包括大型餐饮8 9 家中型餐饮1 5 8 家，小 型餐饮8 2 5 家) ，农贸市场5 9 家，单位食堂6 0 家。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 表2 - 4 成都市六城区三环路外各区域餐厨垃圾产生量 表2 5 成都市六城区三环路外各单位餐厨垃圾产生量 单位食堂 农贸市场 餐饮企业 6 0 5 9 1 0 7 2 9 7 0 2 3 2 1 5 6 2 3 1 0 8 8 2 6 0 4 1 9 l 2 1 4 4 5 0 7 7 7 9 5 6 9 21 7 7 1 5 1 3 3 4 4 6 3 0 81 4 3 2 3 8 0 l4 1 9 l8 1 a 3 总计 1 1 9 18 9 1 41 0 03 7 6 7 1 0 05 1 4 71 0 0 据调查统计，六城区三环外的1 1 9 1 家单位平均l q 产餐厨垃圾8 9 1 4 吨，其中4 2 2 6 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 为生菜下脚料，达3 7 6 7 吨，餐厨垃圾占5 7 7 4 ，为5 1 4 7 吨。以一年3 6 5 天计，这 些单位年产餐厨垃圾量为3 2 5 万吨，其中生菜下脚料1 3 7 万吨，餐厨垃圾1 8 8 万吨。 其中武侯区是餐厨垃圾的主要产源，淡旺季所占比例均最多。 2 2 2 成都市餐厨垃圾的收集 餐厨垃圾的收运和处置是两个不同但又紧密关联的体系，在餐厨垃圾管理体系中 占有非常重要的地位，餐厨垃圾收运效率的高低直接影响到餐厨垃圾处理处置成本和 废物资源化的综合利用率。 2 2 2 1 我国餐厨垃圾收运体系现状 目前我国还没有建立餐厨垃圾收运管理体系，缺乏相应的管理政策和适宜的处理 技术。由于没有专门的统一法律法规可供遵循，一些城市制定了自己的处置政策。比 如一些大中城市如北京、上海，厦门等在餐厨垃圾处理上无论就管理还是处理方式来 说，都已达到了一定的先进水平 2 5 1 。 一 上海是最早实施全方位餐厨垃圾管理的城市，其餐厨垃圾处理处置体系也是目前 国内最为完善的。上海市的做法是：政府牵头( 立法、出台政策法规) ，环卫局管理( 统 筹、协调、监管、培训) ，企业运作( 设备、设施投入，安装、运行) ，社区参与( 垃圾收运、 处置及服务) 。上海市市容环境卫生管理部门先后制定颁布了上海市餐厨垃圾处理和 管理工作的试行办法上海市餐厨垃圾收运处置收费管理试行办法上海市餐厨 垃圾处理管理办法等政策法规，明确了餐厨垃圾产生、收运、处理和管理等各单位 的职责，制定了各项工作具体程序、收费标准，建立起餐厨垃圾管理与处理处置体系， 使餐厨垃圾处理真正可实施化【2 们。 北京市餐厨垃圾产生量约1 0 5 0 f f d 2 7 1 。北京市市容环境卫生条例( 2 0 0 2 年1 0 月 1 日起实施) 规定：“宾馆、饭店、餐馆和机关、部队、院校、企业事业单位对本单位 产生的泔水，应当自行或者委托收集、清运，集中处理并在区、县人民政府指定的地 点消纳。泔水不得排入雨水、污水排水管道、河道、公共厕所和垃圾收集设施等，不 得与其他垃圾混倒。运输泔水应当使用密闭的专用车辆，不得沿途泄漏、遗洒。鼓励 自建泔水处理设施，实现泔水的综合利用。”北京市实施( 中华人民共和国动物防疫 法) 办法( 2 0 0 5 年1 月1 日起施行) 规定，禁止使用饭店、宾馆、餐厅、食堂产生的 未经无害化处理的餐厨垃圾饲喂动物，否则由动物防疫监督机构责令改正，并处1 0 0 0 元以上5 0 0 0 元以下的罚款。 厦门市历来以优美的卫生环境著称，在餐厨垃圾处理方面也走在国内各城市前列。 据厦门市经济研究所调查，厦门市的生活垃圾日产量1 5 0 0 t ，而餐厨垃圾占全市生活垃 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 圾总量的3 扣4 0 。自2 0 0 0 年起，厦门市经过多年的探索，已初步形成了以企业为 主体、多种技术综合应用的餐厨垃圾处理社会化运营模式，基本杜绝了利用餐厨垃圾 喂养“泔水猪”和生产“地沟油”的现象。厦门市政规定产生餐厨垃圾的单位必须按 照日产日销的环境卫生管理要求和无害化、减量化、资源化处理的循环经挤原则，积 极采取科学有效的措施及时清理达标排放餐厨垃圾。 2222 成都市餐厨垃圾收运现状 由于收集无序、处置不规范成都市绝大部分餐厨垃圾还处于消纳状态。餐厨垃圾 收集容器摆放场地环境脏乱，孽生和招引蚊、蝇、鼠、蟑螂等害虫。餐饮业任意排放 泔水至下水道：各类从业车辆随处停靠，破损的车体易发生外溅和倾洒，严重影响市 容，阻碍交通畅通。 2222 1 成都市餐厨垃圾收运方式 目前尚没有建立统一的餐厨垃圾回收体系，餐厨垃圾的规范收运量不高。键厨垃 圾主要有以下三种收运方式f 2 8 1 ：直接倾倒市政环境卫生垃圾槠，环卫工人直接收运， 养猪专业户上门收运。 删 善 卫 糕 拣 豆 量 蝼 艇 l 捌 善 _ o ) ；r z 和，2 是两个在【o ，1 之间变化的随机数。搜索时，粒子的 位置受到最大位置和最小位置限制，如果某粒子在某维数的位置超出该维的最大位置 或最小位置，则该粒子的位置被限制为该维最大位置或最小位置。类似，粒子的速度 也被最大速度和最小速度所限制【4 3 ，8 1 。 3 3 2 3p s o 优化变权重组合预测模型 利用粒子群算法优化全局误差最小，优化变权重组合预测模型构造为： 厂( r ) = a ) l f l ( t ) + c 0 2 厶( ，) c o 。无( ，) = ，( ，) ” i = l 1 0( 3 ) q = 1 c o ，0 t = l ，2 ，k i = l 式中：f ( t ) 为变权重组合预测模型在f 时刻的预测值；f ( t ) 为第f 种模型在f 时刻 的预测值；彩，为第f 种模型全局最优权重值。 利用粒子群算法优化变权重组合预测模型中的权重彩，时，优化目标函数可构造为： r月 l m i n q ( c o ，) = ) 2 = ( c o ，p ，( 呦2 。 ”1 ( 3 - 11 ) k q = l ，q 0 ，- - 1 ，2 ，k 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 3 3 3 优化变权重组合模型预测成都市餐厨垃圾产量 3 3 3 1数据与单项预测模型的选择 利用成都市2 0 0 0 年至2 0 0 9 年的餐厨垃圾调查数据，选择平均日产、旺季日产、淡 季日产三项数据作为基础数据，进而预；9 1 , u 2 0 l o 2 0 1 5 年的餐厨垃圾产量。选择较为常见 的p o w e rf i t 、l o g a r i t h mf i t 和g m ( 1 ，1 ) - 单- 项预测模型。在处理过程中，将年份数据转化为 标准自然数列为1 1 0 的数字，且p 2 0 0 0 年对应数字1 ，各个年份的垃圾产量不变。 3 3 3 2 单项预测模型的计算结果 三个单项预测模型的各个参数拟合值如表3 2 所示，拟合模型曲线与实际数据的对 比如图3 1 所示。图3 1 表明各模型拟合总体发展趋势相同，但模拟结果与实际数据之间 存在较大误差。 表3 2 各单项模型参数拟合值 罾 、 删 卡l 年份( 年) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 曼曼曼曼! ! 兰曼曼曼量皇皇曼舅蔓皇曼曼皇曼曼曼蔓量曼曼曼曼曼一i i i _ 1 i i i 皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼! 曼曼寰 ，一、 督 、 删 幸l 蓄 v 咖 l 年份( 年) 图3 - i各单项预测模型的预测曲线与实际数据的比较 各模型预测误差见表3 3 ，根据各单项预测模型拟合误差的结果可以判断各单项预 测模型的优劣：g m ( 1 ，1 ) 模型最佳，p o w e rf i t 模型次之，l o g a r i t h mf i t 模型最差。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 表3 - 3 各单项模型预测误差 平均日产( t d )旺季日产( t d )淡季日产( t d ) 蒿墨嘉p 0 6 w 。e rb g 孙a r i m mg 圳mp ：盯功篙她g 啪mp ：盯b 絮g m e i( f ) 2 0 0 0 ( 1 )1 7 3 31 8 5 303 3 5 03 3 8 0o1 5 9 61 8 1 60 2 0 0 1 ( 2 ) 2 0 0 2 ( 3 ) 2 0 0 3 ( 4 ) 2 0 0 4 ( 5 ) 2 0 0 5 ( 6 ) 2 0 0 6 ( 7 ) 2 0 0 7 ( 8 ) 2 0 0 8 ( 9 ) 2 0 0 9 ( 1 0 ) r m s e 8 7 45 8 37 8 52 2 0一5 9 74 2 79 6 95 8 0 8 1 7- 11 5 91 7 21 1 0 31 5 0 65 8 11 7 76 4 6 1 5 5 01 8 3 61 8 22 0 6 9- 2 3 8 90 4 11 6 1 02 0 1 4 1 6 5 91 8 4 83 5 72 8 0 63 0 0 09 3 22 2 6 52 5 4 0 1 6 2 61 6 9 96 1 62 4 0 8，2 4 5 91 0 4 82 3 5 72 4 7 5 9 7 09 1 8- 4 1 2o 1 51 1 56 7 62 5 l 3 0 5 5 8 l7 6 l4 6 78 3 61 0 8 95 65 8 18 1 3 1 4 8 11 7 9 15 0 22 1 2 42 5 2 87 0 21 5 6 81 9 8 0 2 0 4 72 4 8 51 2 72 3 3 l2 8 8 6- 4 2 21 5 5 52 1 4 7 1 4 1 11 6 04 2 92 0 2 72 2 5 26 2 71 4 8 61 7 3 l 5 8 5 6 3 9 3 2 1 8 6 8 1 1 9 4 9 0 8 5 0 2 6 5 3 8 5 6 8 4 3 3 3 3基于p s o 优化变权重组合预测模型的计算结果 传统变权重组合模型和基于p s 0 忧化变权重组合模型的权重求解结果如表3 4 所示。 表3 _ 4 各单项模型权重和优化权重计算结果 督 v 衄 幸l _ 、 营 v 嘣 址 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 营 、_ ， 血 碰 年份( 年) 图3 - 2 两种权重组合预测模型的拟合和预测情况 图3 2 是传统变权重组合预测模型与优化变权重组合预测模型的拟合和预测情况。 通过优化变权重组合预测模型的预测结果可以看出，至1 j 2 0 1 5 年成都市城区餐厨垃圾的 平均日产为5 5 6 4 5 1 1 屯，旺季日产为6 6 1 5 3 吨，淡季日产为5 2 0 5