1、城市生活垃圾回收物流系統優化設計報告山東交通學院交通與物流工程系二00九年八月二十七城市生活垃圾回收物流系統優化設計實證研究報告單位負責人：馮晉祥項目負責人：孫學琴參加人員：陳松巖 陳建嶺 何民愛 魏新軍 1緒論31.1選題及意義31.2國內外逆向物流網絡優化研究綜述41.2.1國外逆向物流網絡優化研究綜述41.2.2國內逆向物流網絡研究綜述51.3研究的主要內容62城市生活垃圾處置概況72.1 衛生填埋82.2 焚燒82.3 堆肥92.4 資源回收利用102.5 綜合管理123城市生活垃圾回收物流系統網絡設計基本理論143.1 逆向物流基本理論143.1.1 逆向物流的概念143.1.2 逆

2、向物流管理的意義163.1.3逆向物流系統網絡規劃173.2 城市生活垃圾回收物流系統網絡模型設計193.2.1回收物流系統的特征193.2.2生活垃圾回收物流系統結構203.2.3城市生活垃圾回收物流系統網絡模型的選擇213.2.4 城市生活垃圾回收物流系統網絡模型的構建224 濟南市生活垃圾回收物流系統網絡優化設計264.1 濟南市生活垃圾現狀調查分析264.1.1 自然社會概況264.1.2 生活垃圾產生及處理現狀264.1.3 生活垃圾回收方式294.1.4 小結314.2 濟南市生活垃圾產量與性質預測324.2.1濟南市生活垃圾產量預測324.2.2濟南市生活垃圾性質預測334.2.

3、3 小結354.3 濟南市生活垃圾回收物流系統網絡優化354.3.1 參數設置364.3.2模型求解395 政策建議405.1盡快改革現有的垃圾管理體制405.2完善政策保障措施405.3加快垃圾處理行業產業化、市場化進程415.4推廣生活垃圾分類收集415.5提高垃圾處理收費的收繳率426 結束語43主要參考文獻44附錄：451緒論1.1選題及意義逆向物流是物品從供應鏈下游向上游的運動所引發的物流活動。隨著科學技術的進步和人們生活水平的提高，消費者對產品多樣化和個性化的要求越來越高，由此導致產品生命周期日漸縮短，更新換代速度加快，被人們淘汰和廢棄的物品也越來越多。與此同時，人們的環保意識不斷

4、增強，環保法規日益完善，因此，對逆向物流領域的研究目前已是國外發達國家學術界的研究熱點，其研究的興趣點主要著重于圍繞企業所發生的逆向物流活動，以及國家對逆向物流的政策性研究，許多國家已開始要求生產企業對產品生命周期全過程負責，尤其是廢舊物品的回收。 而我國學術界比較注重對正向物流的研究，對逆向物流的研究還不成熟。從理論上看，逆向物流所包含的范圍比較寬泛，因此，該研究項目主要是針對逆向物流中的城市生活垃圾從構建優化的物流回收系統角度進行研究。生活垃圾是整個社會經濟生產、分配、消費再循環過程各環節的必然產物，與所有社會成員均密切相關，中國是世界上垃圾包袱最沉重的國家之一。全世界每年產生4.9億噸垃

5、圾，僅中國每年就產生近1.5億噸城市垃圾。目前中國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸。根據國家環保總局預測，2010年我國城市垃圾年產量將為1.52億噸，2015年和2020年將達到2.1億噸。日益增長的城市生活垃圾不僅給城市環境帶來了極大的危害，而且也嚴重阻礙了城市經濟的快速發展。因此，構建優化的城市生活垃圾回收物流系統，以便高效率、低成本的處理生活垃圾至關重要，對于提升城市形象，改變人居環境狀況，提高人民生活水平，促進城市的可持續發展有著重要意義。 1.2國內外逆向物流網絡優化研究綜述 1.2.1國外逆向物流網絡優化研究綜述有關逆向物流的研究最早可追朔到1981年，Lambert和Stoc

6、k認為逆向物流是不同于產品正常出貨渠道的反向流動。在20世紀90年代初期，Stock（1992年）提出了逆向物流領域與商業和社會的相關性；一年后，Kopicki等學者對逆向物流的實際操作和規則進行了研究，提出再利用和再循環的觀點，這一階段主要是對逆向物流的概念和重要性進行了研究。1999年，Roger和Tibber-Lembke廣泛收集了有關逆向物流的商業操作實例，尤其是在美國進行了大范圍的長期問卷調查，共同出版了著作向后看逆向物流的發展趨勢及實踐。2000年后，開始注重對逆向物流優化的研究，許多專家在回收網絡、庫存管理、生產計劃與調度、信息系統方面做了很多的研究工作。國外對逆向物流網絡構建方

7、面的研究，主要是針對一些特定產品的逆向物流網絡規劃，如Bartels論述了電池的再循環1， Van Burik 提出了關于汽車再循環的計劃，Dekoster等人進行了白色物品和棕色物品的再循環利用研究，Spengler論述了建材再循環利用和德國鋼鐵工業中副產品的再循環利用兩個案例。1.2.2國內逆向物流網絡研究綜述國內在逆向物流方面的研究起步較晚，但已成為學術界的研究熱點，特別是近幾年頗有收獲。關于逆向物流網絡結構方面研究主要有朱道立、達慶利、馬祖軍、肖文、戴菁、劉文杰等。朱道立等（2003）對逆向物流系統及其系統技術進行了研究；達慶利等（2004）從研究的問題和方法兩個方面較為全面地總結了逆

8、向物流系統結構的研究成果；馬祖軍等（2004）闡述了逆向物流的網絡類型和結構，將其分為再利用、再制造、再循環和商業退貨等形式，并討論了每種形式下的逆向物流網絡設計問題；肖文（2004）闡述了產品回收再利用物流網絡的特征及分類，并將其與傳統物流網絡做了比較；張貝（2005）探討了逆向物流網絡設計的復雜性，并對逆向物流網絡設計模型與方法的研究現狀進行相關分析和總結，提出了有待進一步研究的方向。關于逆向物流網絡構建方面的研究，最早研究的是米寧（2002），他建立了兩個模型：在現有正向物流系統的基礎上構建的產品回收網絡模型和把正逆兩向物流進行整合優化來構建的網絡模型，并利用LONDO和LONGO軟件對

9、數值算例進行了求解。李海嬰等（2004）以汽車為例闡述了逆向物流網絡的結構及設計；馬祖軍等（2004）對再制造物流網絡布局進行了分析，提出了一種使得再制造物流設施的投資和運營成本及設施間的運輸成本之和最小的再制造物流網絡優化模型，2005年進一步提出了單產品、單周期、有能力限制的再制造物流網絡穩健優化設計模型和單產品、有能力限制的產品回收逆向物流網絡優化設計模型。在2006年，李忠全對開環型逆向物流網絡和閉環型逆向物流網絡構建了相應的混合整數規劃模型；馬丹祥在確定環境下對再利用和再制造逆向物流網絡構建了優化模型，并用啟發式算法進行了求解；陳斌利用遺傳算法研究了可再用逆向物流網絡2。 通過以上對

10、國內外逆向物流網絡研究綜述來看，目前的研究中存在以下幾個方面的問題：目前關于逆向物流網絡的研究大多集中在再制造逆向物流網絡的研究，關于再循環、再利用、商業退貨逆向物流網絡的研究還相對較少。在再循環逆向物流網絡設計中，還存在很多問題，需進一步深入研究。1.3研究的主要內容 （1）通過文獻調研和實地考察，廣泛地調查了國內外生活垃圾處理現狀及其發展趨勢，并詳細調查濟南市的生活垃圾處理系統的現狀，對存在的問題進行深入分析; （2）根據資源的最優配置、合理使用的原則，構建優化的城市生活垃圾物流回收系統模型。針對濟南市的垃圾回收物流系統存在的問題，考慮以費用最低和及時性為目標，分析約束條件，構建優化的回收

11、系統模型。（3）模型求解。選擇合適的軟件，用計算機求解濟南市優化的垃圾物流回收網絡。 （4）提出支持優化方案實施的政策建議。2城市生活垃圾處置概況城市生活垃圾是指城市區劃內人們在日常生活和活動中產生的固體廢棄物，包括居民生活垃圾、公共場所和街道清掃垃圾、醫院生活垃圾、商業生活垃圾等。由于城市垃圾成份復雜，并受經濟發展水平、能源結構、自然條件及傳統習慣的影響很難有統一的模式。所以各國對城市垃圾的處理方式一般隨國情而異，往往一個國家中各地區也采用不同的處理方式，但最終卻是以無害化、資源化、減量化為處理目標。從應用技術看，國外主要有衛生填埋、焚燒、堆肥、回收利用、綜合管理等方式，機械化程度高，且形成

12、系統及成套設備。從國外多種處理方式的情況看，有以下趨勢：(1)工業發達國家由于能源、土地資源日益緊張，焚燒處理比例逐漸增加。 (2)衛生填埋作為垃圾的最終處置手段一直占有較大比例，而且隨著環保標準的日益嚴格，對填埋場的設計要求越來越高。 (3)發展中國家垃圾處理率低，以堆肥為主要方式。 (4)其它一些新技術，如熱解、熔融、填海造地、有機復合肥等技術，也不斷取得進步。垃圾處理運作模式不斷創新，但我國采用的垃圾處理技術，沒有一種能夠獨立地實現垃圾資源化、無害化、減量化的總目標。這種現狀要求垃圾處理技術由單一銷毀方法向多種方法、互助配合、共同處理即綜合處理轉變。2.1 衛生填埋衛生填埋法是對填埋地進

13、行選址，并作防滲漏處理、掩蓋壓實，以防止地下水和周圍大氣環境污染的填埋處理方式。優點 ：處理量大，運行費用低； 工藝相對較簡單；是其他處理方法的殘渣最終消納場；大型填埋場產生的沼氣有一定利用價值。缺點：一是占用大面積場地，侵占了寶貴的土地資源；二是填埋造成的二次污染嚴重影響了周邊環境及地下水；三是垃圾中有許多可利用物質，在目前資源短缺的情況下，對垃圾進行填埋是一種極大的浪費。垃圾衛生填埋是消納垃圾的最終處理方式，在相當長的一段時期內，衛生填埋仍將是無害化處理的主要方式。由于焚燒處理方式成為主流，填埋規模將不斷縮小，它的服務對象將僅限于焚燒后的殘渣、堆肥過程中分撿出的不可利用物、以及其它不可資源

14、化利用的垃圾成份。原有的填埋場終止使用并封場后，需要重新選址新建垃圾衛生填埋場。2.2 焚燒垃圾焚燒處理是使可燃垃圾與空氣中的氧進行燃燒反應，將可燃垃圾轉換成殘渣的過程。燃燒后的殘渣量只有原垃圾量的5%20%，垃圾中的病原體和寄生蟲卵被徹底殺滅，釋放的熱量可以轉化成其他形式的能量而進行有效的利用，達到無害化、減量化、資源化的目的。優點：減量化、無害化程度很高；可綜合利用熱能；使用期限長，運輸費用較低。 缺點：投資高，運行費用也較高；工藝、設備復雜，要求垃圾達到一定熱值；管理水平要求高。現代垃圾焚燒處理技術主要有以下兩種:(1)流化床式焚燒爐。這種技術目前在國內還處于探索階段，其優點是整體造價便

15、宜，易于維護，適用于中小城市。目前已有一些城市使用該技術處理生活垃圾，取得了不錯的效果。(2)機械爐排焚燒爐。這種焚燒技術在國外使用比較普遍，日本、歐洲、美國的大部分焚燒爐使用的都是這種技術。其優點是技術比較成熟，運行維護經驗豐富，環境污染控制好，在大型垃圾焚燒系統中將仍然是主流的技術。缺點是整體造價昂貴，適用于大中型城市。隨著經濟的增長，人們的生活水平不斷提高，垃圾分類收集后可燃物的比例將不斷增大，垃圾的熱值也不斷提高。因此垃圾焚燒處理規模將不斷擴大，成為以后垃圾處理方式的主流。這必將極大的促進垃圾焚燒技術的發展3。2.3 堆肥垃圾生化處理是在有控制的情況下，利用自然界廣泛分布的微生物，使垃

16、圾中有機成分分解，轉化為腐質土狀的有機肥或土壤改良劑。垃圾生化處理可以分為好氧堆肥處理和厭氧生化處理。好氧堆肥是在有空氣的條件下，利用好氧微生物分解垃圾中有機物。此過程又包括露天堆肥和機械化堆肥。(1)露天堆肥是依靠自然通風，氧的供給是由堆體的表面向內部擴散。此方法的優點是投資省，工藝簡單。缺點是處理過程時間長，占地面積大;勞動強度大，易招引蚊、蠅、鼠類等。(2)機械化堆肥是在容器內靠空氣對流擴散或強制通風的方法來滿足生化需氧要求。此法的優點是周期短，占地面積小，機械化程度高，環境衛生條件好。缺點是需要動力消耗，投資及運行費用高。厭氧生化處理是一種在厭氧狀態下利用微生物使垃圾中的有機物快速轉化

17、為甲烷和二氧化碳的厭氧生化技術。它與傳統的填埋相比，將厭氧生化過程由幾年縮短到30天以內，與好氧堆肥相比，改變了占地大、處理時間長，管理復雜和有氣味等問題，厭氧生化處理具有過程可控制、易操作、降解快、生產過程全封閉，產物可計量和再利用等特點。目前，比較典型的厭氧生化系統一般為日處理有機垃圾100t左右，每日可以產生10000立方米左右生物沼氣，同時還可以產生25t左右的優質有機肥。生產的生物沼氣有多種用途，使用最多的方式是利用沼氣發電，或凈化處理后加壓裝罐作為汽車燃料，也可以輸入城市燃氣管網作為民用燃氣。2.4 資源回收利用我們日常生活中產生的垃圾大致可以分為兩大類。一類是濕垃圾，一般多為有機

18、垃圾，因為可以自然降解，可以進行填埋處理，最佳處理方式是通過發酵生產出有機營養土；另一類是干垃圾，主要為包裝垃圾，包括紙張、紙盒、塑料袋、塑料瓶、玻璃瓶、金屬罐等，這些都是可以進行回收和循環再利用的材料。不過，不同的材料有不同的循環處理方法，如果全部混合在一起，處理起來非常不方便。而如果干濕垃圾混合在一起，則往往只能被一起送往填埋場。而當其中的有機垃圾早已腐爛時，許多包裝垃圾如金屬、玻璃以及多種塑料制品還會一直存在下去，即使可降解包裝也需要經過很多年，且降解、氧化的過程會對土壤和地下水質造成一定影響。國外的大部分發達國家均實現了垃圾的分類收集、分類運輸和分類處理，將可回收物在垃圾產生源頭上實現

19、了分類，從而實現了最大程度、最低成本和最簡易作業地回收資源，實現了垃圾處理的減量化和資源化。在國外，垃圾的收集運輸環節一般較為簡便，多采用汽車上門、上收集點收集垃圾，可回收物經過細分類后可作為資源進行利用。生活垃圾一般直接運至處理廠或處置場，較少采用轉運站，減少了轉運環節及二次污染的可能。圖2.1為先進國家及地區垃圾分類收運、分類處置流程:源頭垃圾分類放置分類fangzi可回收物有毒害廢棄物無機物有機物分 揀處理站回收站重新利用廚余垃圾粉碎機下水道處置（衛生填埋、焚燒、堆肥）特 殊 處 置（焚燒、分揀回收等）垃 圾轉運站分類收集點回收資源廢棄物有毒害物圖2.1 先進國家及地區垃圾分類收運、分類

20、處置流程 經過幾年的實踐，國內在生活垃圾分類收集方面取得了一些經驗，同時也呈現出不少問題:主要是:分類收集和回收利用的設施不配套，分類收集做不到分類運輸和分類處理，這在很大程度上挫傷了居民進行垃圾分類收集的積極性;與此同時，由于回收系統尚未建立，現有的垃圾分類收集試點進行得非常艱難。目前，我國城市生活垃圾的80-90%仍在按圖2.2的流程進行收集和處理。生活垃圾源混合垃圾收集點（桶、箱）回收站混合生活垃圾處理場（填埋、堆肥、焚燒）上門有償收售混合垃圾轉運站無包裝混合垃圾袋裝混合垃圾部分可回收物袋裝混合垃圾人力、小型機動車混裝可回收物可回收物各類大中型運輸車人力、小型機動車混裝圖2.2 我國生活

21、垃圾典型處理流程建立垃圾回收系統。城市垃圾中有許多可回收利用的物質，如廢紙、廢塑料、廢玻璃、廢橡膠、廢電池、廢金屬等 。因而在城市中要建立垃圾回收中心，從源頭上對垃圾進行分類收集，形成全市性回收網絡，將個體收購攤販也納入回收體系，統一管理，使垃圾的回收納入一個有序的軌道4。2.5 綜合管理為了有效地控制生活垃圾對環境的污染和利用垃圾中的資源，需要加快制定垃圾處理實施細則，完善生活垃圾污染控制標準體系，從排放、運輸、儲存、利用、處理、處置等各個環節對生活垃圾實行全過程管理；大力推行清潔生產工藝和生活垃圾的綜合利用，有效減少垃圾的產生量、處置量和排放量；建立區域生活垃圾集中處理和處置設施，妥善處理

22、處置城市生活垃圾，提高垃圾的無害化處理率。城市生活垃圾綜合處理系統的構建應包括：生活垃圾分類收集；最優化運輸系統；生活垃圾產生量及成分預測；生活垃圾處理收費和特許經營；生活垃圾綜合處理新技術的研究開發；生活垃圾綜合處理系統規劃；長效的監管機制等。3城市生活垃圾回收物流系統網絡設計基本理論3.1 逆向物流基本理論隨著科學技術的進步和人們生活水平的提高，消費者對產品多樣化和個性化的要求越來越高，由此導致產品生命周期日漸縮短，更新換代速度加快，被人們淘汰和廢棄的物品也越來越多。與此同時，人們的環保意識不斷增強，環保法規日益完善，許多國家開始要求生產企業對產品生命周期全過程負責，尤其是廢舊物品的回收。

23、于是，逆向物流這一新興的科學領域應運而生，并日漸成為理論界和企業界關注的熱點。3.1.1 逆向物流的概念人們通常所說的物流是指正向物流，物流是指物品從供應地向接收地的實體流動過程。根據實際需要，將運輸、儲存、裝卸、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實施有機結合。事實上，一個完整的閉環供應鏈系統不僅包括正向物流，還包括逆向物流。逆向物流包含正向物流中的各種活動，不同的是，逆向物流以相反的方向運作。因此，學術界對逆向物流的定義有多種表述，國際權威組織美國物流管理協會(the Council of Logistics Management, CLM)最早在1992年的一份研究報告中提出“逆向物

24、流”一詞，報告中指出：逆向物流為一種包含了產品退回、物料替代、物品再利用、廢棄物處理、再處理、維修與再制造等流程的物流活動。到了2002年，CLM給逆向物流下了一個正式的定義：與傳統供應鏈反向，為恢復價值或合理處置，基于成本效益原則，對原材料、中間庫存品、產成品及相關信息從消費地到起始地的高效率、低成本的流動而進行規劃、實施和控制的過程，稱為逆向物流。中國國家標準·物流術語·GB/T 18354-2006對逆向物流的解釋是：逆向物流（Reverse Logistics），是指物品從供應鏈下游向上游的運動所引發的物流活動。逆向物流是伴隨著正常物品供應鏈管理過程中所發生的一系列

25、活動，包括對物品的再循環利用，出于質量因素的返修、退貨行為，以此為顧客提供更加滿意的服務1。逆向物流涉及的范圍較廣，不僅包括廢舊產品或包裝的回收利用，而且還包括生產過程中廢品和副產品的回收利用，缺陷產品召回或維修退回處理，以及由于產品過時、過期、不合格、錯發、多發等原因引起的退貨處理。逆向物流一般包括回收物流和廢棄物物流。所謂回收物流是指不合格物品的返修、退貨以及周轉所使用的包裝容器，從需方返回到供方所形成的物品實體流動；廢棄物物流是指將經濟活動中失去原有使用價值的物品，根據實際需要進行收集、分揀、加工、包裝、搬運、儲存等，并分送到專門處理場所時所形成的物品實體流動。同時，逆向物流還包括物流活

26、動當中的一些無效的活動，如重復性、迂回性、空駛性等物流活動，廣義的逆向物流內容如圖3.1：生產過程中形成的肥料、廢水、廢渣等退貨、返修品流通過程中的廢棄包裝物等生產過程中報廢的成品、半成品、原料、機械設備、工具、零部件廢棄物料（返回自然界）廢棄物流回收物流不合理物流活動（如迂回搬運/運輸、重復搬運/運輸、空駛運輸、對流運輸、倒流運輸等）回收物資（可回收利用）無效的物流活動 逆向物流 圖3.1 廣義逆向物流內容結構圖 3.1.2 逆向物流管理的意義實施科學有效的逆向物流管理，不僅是提高現代綜合物流體系效率的重要途徑，而且是現代企業降低成本、提高客戶滿意度、形成競爭優勢的有力武器，從長遠來看，也是

27、提高資源利用率，實現綠色物流、循環經濟和可持續發展目標的必然要求。從微觀上看，逆向物流具有提高產品附加價值，增加競爭優勢：降低物料成本，增加企業效益：改善生態環境，降低污染治理成本和廢棄物處治費用；塑造企業的社會形象，為企業增添無形資產等作用。從宏觀上看，逆向物流有利于社會資源的合理流動，最大限度地提高資源利用率，改善社會環境，發展循環經濟(即“資源 產品再生資源”)，從而有利于社會經濟的可持續發展。3.1.3逆向物流系統網絡規劃對逆向物流進行網絡規劃要了解逆向物流的網絡特征，不同的網絡的布局是不同的，是在現有物流網絡基礎上建設逆向回收網絡，還是將正、逆向物流整合考慮來建立新的物流網絡呢?不同

28、的產品的回收網絡是否也應該不同呢?逆向物流的網絡基本示意如圖3.2：供應制造配送零售回收校驗分拆處理顧客正向物流 回收逆向物流 退貨逆向物流圖3.2 逆向物流網絡根據廢舊物品種類及其回收處理方式的不同，會有不同的逆向物流網絡類型和結構，如再使用逆向物流網絡、再制造逆向物流網絡、再循環逆向物流網絡和商業退回逆向物流網絡等5。(1)再使用逆向物流網絡可再用物品中最常見的是各類包裝，廣泛應用于啤酒或軟飲料、食品、化工和集裝箱運輸等行業。其中，玻璃瓶等商業包裝的回收再用物流網絡類似于再制造逆向物流網絡，不同的是前者只需簡單的清洗和檢測，而后者需要復雜的修復或再加工。對于集裝箱等工業包裝，閑置時一般存放

29、在物流服務提供商的集裝箱站場，一旦有用箱請求，則被送往發貨方，用過的空集裝箱從收貨方收回，未考慮從發貨方到收貨方的外部運輸過程，并進行簡單的清洗和維修。(2)再制造逆向物流網絡典型的可再造物品包括飛機和汽車的發動機、機電設備、復印機和計算機部件等價值較高的產品，其主要驅動因素是對上述物品進行增值修復以獲取經濟效益。再制造需要產品生產的有關知識，因而通常由原始設備制造商來完成。由于新產品加工和舊產品修復之間的密切關系，并且新產品和修復產品的銷售市場可能重合，因而可以將再制造物流網和傳統生產分銷物流網進行集成，綜合考慮兩者的設施共用和運輸合并。目前，再制造逆向物流網絡大多是在已有正向物流網絡基礎上

30、進行擴展，形成多級閉環物流網絡。(3)再循環逆向物流網絡物料循環利用由來已久，如廢舊金屬、紙、玻璃、塑料等。收集的廢舊物品價值一般較低，但需要先進的處理技術和專用設備，投資成本很高，因而要求回收處理設施比較集中，進行大批量處理，以形成規模經濟效應。再循環逆向物流過程涉及的活動不多，網絡結構較簡單。(4)商業退回逆向物流網絡商業退回主要源于商業回收或客戶投訴退貨，如錯發或有缺陷的商品、零售商的積壓存貨等。為了減少成本、降低庫存和增加靈活性，可以在較大區域范圍內設置一個分銷中心，集中處理來自不同地區的退回商品。對退回的商品有多種處理方法可以選擇：質量好的商品可以送回原商品庫，進行再次銷售；質量不好

31、的商品，可以作為處理品銷售；如果退回商品無法直接銷售，或通過修復、改制可以顯著增加商品售價，那么在出售前可以先完成上述操作，然后作為修復品或再制品進行銷售；如果上述選擇都無法進行，則對貴重的或可循環的材料進行回收，再以最低的成本對其進行廢棄處置。逆向物流運作的效率直接依賴和受限于逆向物流網絡結構，因而必須合理設計逆向物流網絡，即確定廢舊物品從消費地到起始地的整個流通渠道的結構，包括各種逆向物流設施的類型、數量和位置，以及廢舊物品在設施間的運輸方式等。3.2 城市生活垃圾回收物流系統網絡模型設計3.2.1回收物流系統的特征城市垃圾回收物流屬逆向物流，與傳統的正向物流相反，逆向物流是指為了回收資源

32、或正確處理廢舊物品，在合理成本下，將物品從消費終點到生產起點或其他節點移動的過程。垃圾回收物流與正向物流在構成和職能方面有共同點，都包含包裝、裝卸搬運、運輸、儲存、加工的功能環節。但是，垃圾回收物流又具有它自身的特征。 (1) 逆向性。垃圾回收物流的流動具有逆向性，運作機制更趨于反應型。除垃圾逆向流動，垃圾回收物流中也伴隨著信息流、資金流的運動。(2) 分散性。垃圾物流可能產生于生產領域、流通領域及生活消費領域，涉及任何領域、任何部門、任何個人。 （3）收斂性。回收物流網絡的一個重要特點是它的收斂結構，這種“多對少”的問題是城市生活垃圾回收物流網絡研究中必須考慮的因素。相反的，傳統的選址模型通

33、常考慮的是一個發散的網絡結構，從少數源點到達眾多的匯點5。(4)垃圾回收物流涉及與資源節約、資源循環利用以及環境保護相關的物流活動，社會效益明顯。3.2.2生活垃圾回收物流系統結構生活垃圾處理系統由收集、運輸和最終處理三個主要環節組成。主要流程為:居民和機關單位將垃圾投放至指定地點的垃圾桶、垃圾筐或各種開放式的垃圾收集設施（垃圾產生點），由清潔人員負責按照一定時間間隔用保潔三輪車等運輸工具將垃圾轉運至密閉式垃圾回收站，從各個分散收集點收集的垃圾在這里得到進一步集中，等待環衛人員用專門的運輸車輛將垃圾送往附近的垃圾處理站4。在一個區域內有很多生活廢棄物產生點，在這些產生點的附近設置一些回收站。垃

34、圾處理站的主要作用是將回收站運過來的固體廢棄物進行分類、回收、填埋等工作。對于這類設施，由于會對附近居民的生活帶來負效用，所以他們是希望越遠越好。由于做決策的是政府部門，在考慮總建設費用最小的同時，還要考慮處理站要遠離人口密集區域。但這將導致運輸費用的上升。同時，對于回收站收集的固體廢棄物，要隔一定的時間段運往處理站，而運送次數頻繁將導致運輸費用上升，因此，在建立城市生活垃圾回收物流系統時面臨的問題如下：(1)在哪里建立回收站以及建立的數量，使得廢棄物產生點到相應的回收站的距離最小?(2)在哪里建處理站，使得人口密集區域到最近的處理站的距離最大?(3)每個廢棄物產生點分配到哪個回收站?(4)每

35、個回收站存放廢棄物的周期，也就是運送廢棄物的頻率。為了解決以上問題，構建如圖3.3所示的廢棄物回收物流網絡。 處理站， 回收站， 產生點 圖3.3 廢棄物回收物流網絡結構示意圖3.2.3城市生活垃圾回收物流系統網絡模型的選擇城市生活垃圾種類多，而且回收系統不同于其它類型網絡結構，因此在選擇回收物流系統網絡規劃模型時必須考慮多種因素。從目前國內外發展情況來看，許多學者采用對傳統的設施選址模型進行修改或拓展來研究逆向物流網絡設計問題，基本上采用混合整數線性規劃方法對該問題進行建模和求解，以總成本包括運輸成本、加工處理成本、設施投資成本和廢棄處置成本等最低為目標函數，約束條件包括物流量平衡約束、生產

36、能力約束、參數非負約束等，從而求出最佳的廢棄物回收點、處理廠的數量和位置。本課題采用多目標混合整數規劃模型，在滿足選址及運輸成本最小的同時，也達到垃圾處理設施對周邊環境的影響最小即離居民區最遠67。3.2.4 城市生活垃圾回收物流系統網絡模型的構建在建立模型之前，我們給出以下的假設和說明。(1)每個廢棄物產生點也就是居民區。居民區人口越多，廢棄物產生的數量也就越多。(2)廢棄物產生點到回收站的運輸成本忽略不計，因為回收站盡可能建在居民區附近，所以運輸成本由居民承擔了。(3)廢棄物只能直接運送到回收站，由回收站運送到處理站，不能直接運送到處理站。(4)考慮的是網絡離散選址，各個被選地址已知。(5

37、)廢棄物的運輸費用與距離成簡單的線性關系。(6)各個廢棄物產生點產生的廢棄物的數量是確定的，并且在一定時期不變。(7)回收站和處理站有足夠的能力處理運送過來的廢棄物，但新建的設施不能超過其最大規模。(8)在這個區域內，建立一個處理站，多個回收站。下面就模型參數、決策變量定義：模型參數如下： 廢棄物產生點的下標； 回收站的下標； 處理站的下標； 廢棄物產生點i每天產生的數量； 建立回收站j的費用； 回收站的最大容量； 建立處理站k的費用； 年工作日； 回收站j 存放廢棄物的天數 廢棄物產生點i到回收站j的距離； 回收站j到處理站k的距離； 廢棄物產生點i到處理站k的距離； 回收站能夠覆蓋的距離；

38、 單位廢棄物的單位距離的運費； 建立回收站的最大數目； 一個很大的數；決策變量定義如下： 相對范圍內最近處理站K與居民區的距離。數學模型公式如下： （3.1） （3.2）s.t. （3.3） （3.4） （3.5） （3.6） （3.7） （3.8） （3.9） （3.10） （3.11）本問題是一個多目標混合整數規劃模型。目標函數(3.1)為最小化總的成本，包括建立回收站的費用，處理站的費用以及運輸費用。(3.2)式為使廢棄物產生點到相對最近的處理站的距離最大，其中在約束(3.7)中定義。(3.3)式為確保每個產生點只運往一個回收站。(3.4)式為確保只有建立了的回收站才能接受從產生點送來的

39、廢棄物。(3.5)式為回收站的最大容量約束。(3.6)式為回收站的覆蓋距離約束。(3.8)、(3.9)式為新建回收站的數量約束。(3.10)式為確保在不建立回收站時，其存放周期是零。(3.11)式為變量的取值約束。因為目標函數(3.1)是求最小，目標函數(3.2)是求最大，我們可將多目標優化轉化為如下等價的形式： （3.12）其余約束條件不變89。本文采用lingo8.0來求解，lingo是一個利用線性規劃和非線性規劃來簡潔地闡述、解決和分析復雜問題的簡便工具。其特點是程序執行速度很快，易于輸入、修改、求解和分析一個數學規劃問題，因此lingo在教育、科研和工業界得到了廣泛應用。Lingo 實

40、際上還是最優化問題的一種建模語言,包括許多常用的函數可供使用者建立優化模型時調用,并提供與其他數據文件（如文本文件、電子表格文件、數據庫文件等）的接口,易于方便地輸入、求解和分析大規模最優化問題。應用的范圍包含生產線規劃、運輸、財務金融、投資分配、資本預算、庫存排管理、資源配置等等10。4 濟南市生活垃圾回收物流系統網絡優化設計4.1 濟南市生活垃圾現狀調查分析4.1.1 自然社會概況濟南，又稱“泉城”，是中國東部沿海經濟大省山東省的省會，是國務院公布的國家歷史文化名城之一，是全省政治、文化、經濟，金融，教育中心，也是國家批準的沿海開放城市和十五個副省級城市之一。中國實行改革開放政策以來，濟南

41、市的經濟建設和社會發展取得了巨大進步。對外經濟文化合作與交流日趨活躍，已躋身于“中國經濟綜合實力50強”和“中國投資環境40優”城市的行列。 濟南市南依泰山，北跨黃河，屬于北溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，日照充分，年平均氣溫14攝氏度，年平均降雨量650到700毫米。下轄六個區、三個縣、一個縣級市，其中現轄六區包括歷下、市中、槐蔭、天橋、歷城、長清，平陰、濟陽、商河三縣和章丘市，共設54個街道辦事處，65個鎮，27個鄉，487個居民委員會，4657個行政村，總面積達8227平方公里。2008年年末戶籍總人口633.99萬人，常住人口692.69萬，是第十一屆全國運動會舉辦城市。4.1.2 生

42、活垃圾產生及處理現狀目前，濟南市日產生活垃圾已超過2500t，目前采取源頭收集方式，每天由8500多名環衛工人收集并送至距市區30公里的濟陽縣境內的市垃圾處理廠，進行集中填埋、焚燒或堆肥處理。據濟南市市容環境衛生管理局統計，濟南市的垃圾成分主要由55%有機質、30%無機質和15%的可排出水分構成，其中有機質為可以回收利用的資源3。濟南市生活垃圾具體分類如表4.1所示：表4.1 濟南市生活垃圾具體分類生活垃圾分類具體包含食品脂肪、混合食物廢棄物、水果廢棄物、肉類廢棄物等紙制品卡片紙板、雜志、白報紙、混合廢紙、浸蠟紙板箱等塑料混合廢塑料、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯氧化物等植物垃圾花園修建垃圾

43、、木材、堅硬木材、混合木材等皮革橡膠類混合廢皮革、混合廢橡膠、混合廢衣物等玻璃類玻璃瓶、玻璃器皿等金屬類礦石、易拉罐、黑色金屬、有色金屬等其他辦公室清掃垃圾、工業廢棄物等城市生活垃圾主要由居民生活垃圾、道路清掃垃圾、商業垃圾、企事業單位生活垃圾四部分組成。影響垃圾生成量的因素主要有城市規模、人口狀況及與居民生活相關的各類設施配套狀況。近幾年隨著濟南經濟的快速發展，城市規模不斷擴大，市區人口急劇增多，垃圾生成量以較快的速度增長。2007年，濟南生活垃圾產量已達2552t/d，人均垃圾日產量0.84kg/d，近5年年均增長率為6.611。隨著城市人口增加和建城區面積擴大，生活垃圾的總量不斷增加，而

44、人均垃圾產生量卻不斷減少。見表4.2。目前濟南市垃圾處理的主要方式是衛生填埋，焚燒和堆肥所占的比例很小。垃圾的收集方式是混合袋裝收集。至2008年底，全市生活垃圾規范化袋裝收集率達到90%。濟南第一垃圾處理廠采用垃圾衛生填埋，有完善的導氣系統、集排水系統及防滲漏系統，但運行效果不是很好，近期正式采用焚燒發電技術，每日發電5萬。目前濟南每天的垃圾填埋量達2400噸左右，據有關部門預計，到2010年將會達到3000噸左右，而無害化垃圾處理方式是以衛生填埋為主，并且填埋能力趨于飽和，如果繼續使用，超負荷運轉，將有可能影響整個城市衛生環境。基于這個問題濟南市正在招標籌建濟南市第二垃圾處理廠，預計日處理

45、垃圾3000 噸，以垃圾焚燒發電為主要處理手段。同時還將建設日處理能力50噸的餐飲垃圾處理廠和日處理能力450噸的糞便處理廠，到時濟南市區的生活垃圾總量處理能力將達到3500噸/日，年處理能力將達到127.8萬噸/年，市區生活垃圾無害化處理率將達到100%3。表4.2 20002007年濟南市區的生活垃圾產生量20002001200220032004200520062007市區人口（萬人）317.2322.45327.55334.8341.73347.87352.29352.71人均垃圾產生量（kg/d）0.910.930.830.810.800.780.810.84垃圾處理量（t/d）164

46、41780194519722056214023652552年增長率（%）8.39.21.44.34.14.0810.57.94.1.3 生活垃圾回收方式生活垃圾的收集方式，從垃圾成分的角度來劃分，不外乎分為兩類:即混合收集和分類收集兩種。混合收集是目前世界各國應用最廣泛、歷史最悠久的收集方式，大部分國家都采用了垃圾混合收集的方式;而分類收集在一些發達國家和地區得到了較好的采用和實施，我國也于最近幾年在垃圾的分類收集方面進行了一些試點。(1)混合收集和分類收集混合收集是指將用戶產生的各種垃圾混合在一起收集。這種收集方式簡便、易行，對垃圾收集設施及作業方式要求都比較低，收集費用也較小。但是，這種收

47、集方式使得各種生活垃圾相互混雜在一起，降低了生活垃圾中有用物質的純度和其再利用的價值，同時增加了垃圾后續處理和處置的難度，提高了垃圾處理的總費用，是不能滿足垃圾處理的“資源化、減量化、無害化”原則的。因此，無論是從垃圾處理的要求，還是從資源回收的角度來看，生活垃圾的混合收集都是不可采取的。分類收集是指在垃圾產生源頭，按照垃圾組分的不同，分別或部分分類收集。由于分類收集可以減少垃圾處理總量，提高回收物質的純度和數量，有利于垃圾的進一步處理和再生利用，并能降低垃圾運輸及處理費用，符合垃圾處理的三化原則，最大限度地實現了經濟效益、環境效益和社會效益的三者有效統一，是未來城市生活垃圾處理和管理發展的必

48、然趨勢。對濟南市來說，目前采用的垃圾收集方式是混合收集，只是在一部分公共場所開始作簡易分類收集的試點。(2)收集方法國內外對城市生活垃圾的收集，都是以方便居民為主要目的，設置的垃圾收集設施或應用的工具，都是居民進出住宅或在其經常活動范圍內必須經過的道路附近，以便居民將垃圾隨時方便地投入到垃圾收集容器內。目前，國內外絕大多數城市仍采用混合收集方式收集城市生活垃圾。居民將各種垃圾混合裝入垃圾袋中后送到垃圾收集點的垃圾桶內，由環衛清運部門用垃圾收集車定時運走。總的說來，城市生活垃圾的收集一般通過以下幾種過程來完成:垃圾桶、垃圾箱和地面垃圾站這種過程主要用于平房居住居民生活垃圾的收集。居民將生活垃圾倒

49、入該類收集設施后，由環衛部門負責清運。這種垃圾收集方式對垃圾不進行分類，也沒有專人進行管理;盡管垃圾車每天至少收集一次，但由于居民可隨時向內傾倒垃圾，所以會經常造成垃圾暴露，從而影響到居民周圍的居住環境:同時，垃圾桶、垃圾箱的損害也非常嚴重。因此，這種垃圾收集方式應當盡快完善。垃圾道、手推車或腳踏三輪車和清潔站這種垃圾收集模式是以前樓房居民生活垃圾收集的主要方式。居民將垃圾混合倒入每個樓層的垃圾道，由保潔員清除垃圾道中的垃圾，用手推車或腳踏三輪車將垃圾運到清潔站。垃圾清潔站 通常是密閉型裝置。設置在垃圾清潔站的集裝箱在裝滿之后，被運輸到垃圾轉運站或填埋場。由于沒有壓縮裝置，集裝箱裝載量虧載非常

50、嚴重，造成了運輸費用的大幅增加。目前，這種方式已經很少使用。垃圾袋、垃圾桶和垃圾收集站袋裝化垃圾收集是從1997年以后出現的一種垃圾收集方式。居民將垃圾袋集中投放到設置在居住周圍的垃圾收集桶內，由保潔員進行集中，并由環衛部門的垃圾清運車進行清運。這種垃圾收集辦法是目前各大城市采用的主要收集方式。(3)收集系統收集系統主要是針對分類收集而言的。分類收集有兩種收集系統:送到系統和收取系統。在送到系統中，由排放者分選出來的垃圾被送到附近的垃圾收集容器(即設點定時收集):在收取系統中，排放者將已分類的垃圾就地存放，然后由有關部門進行收取(即上門收集)。在運輸過程中，對可利用物質是單獨進行運輸的;對不同

51、物品的收集，使用不同的運輸工具。與混合收集體系相比，分類回收體系的回收質量較好4。4.1.4 小結一個城市具體采用何種生活垃圾的收集方式、收集方法及收集系統，可以根據各個城市的具體情況而定。上述各種收集方法，既可單獨使用，也可合并考慮。每一種收集方法都應與其相應的清運處理措施相配套，才能保證生活垃圾收集切實可行，并且具有實際意義。(1)濟南市目前的垃圾收運方式為混合收集，它不符合衛生填埋技術標準，浪費填埋場的有效容積，并且不符合資源化原則。因此，分類收集已經成為濟南市城市生活垃圾處理與處置的客觀要求。(2)濟南市規劃的垃圾處理設施規模不大，采取措施提高濟南市垃圾管理系統的處理能力，以適應實際需

52、要。(3)濟南市城市生活垃圾堆肥性能較好，采用堆肥處理小僅可以實現減量化，又可以實現資源化。(4)濟南市進行居民家庭內垃圾源頭分類放置，是生活垃圾處理的一種趨勢。4.2 濟南市生活垃圾產量與性質預測生活垃圾主要來自居民生活區、工廠、商場賓館、餐廳及街道等功能區，所以直接或間接影響城市生活垃圾產生量的因子主要有城市人口、居民生活水平、城市商業化程度、工業化水平以及城市經濟總體實力等。在垃圾回收物流系統設計中，必須準確預測垃圾量及其發展變化趨勢。各地區垃圾產生情況有明顯的地域及其類別的差異，因此垃圾產生量預測不可以套用其他地區的垃圾產生量預測方法。同時，在模型建立的過程中，必需既要與歷史數據有相當的擬合程度又要對未來情況有較強的預測能力。4.2.1濟南市生活垃圾產量預測由于影響城市生活垃圾產生的因素眾多，而相關的歷史性統計數據一是積累數量有限;二是統計口徑往往較為多變。因此，預測生活垃圾排放量往往難以得到令人滿意的結果。 目前生活垃圾排放量的預測方法主要有以下幾種方法:時間序列分析法、多元回歸分析方法、機理分析方法。這幾種方法都要求首先分析影響垃圾排放量的因素，建立模型，然后由統計數據進行分析得到。它們都要求有較全的統計數據，而濟南市在這方面的統