本文格式為Word版，下載可任意編輯——垃圾分類處理與清運方案設計

垃圾分類處理與清運方案設計

摘要

本文通過深圳市南山區的垃圾分類狀況，分別在現有垃圾轉運站規模與位置不變條件下和轉運站允許重新設計的條件下對如何在現有條件下求得清運路線方案追求最正確經濟效益和環保效果。

隨著人口的增長，居住環境的密集化，城市的垃圾急需采取一些合理的方式收集與處理。

對于問題一，我們已經知道垃圾中轉站的位置及數量，所以首要的是對垃圾處理中心的數量進行一定的假設，其次根據大小型櫥余垃圾設備的處理能力，以及各自的投資額比例，再結合實際初步確認大型櫥余垃圾設備的個數，并以此為入口點，對擁有大型設備的中心，考慮垃圾轉運站的聚集狀況和日垃圾量。可以通過坐標表示聚集狀況，而日垃圾量也可通過附錄2的資料查出，這樣就可以初步圈定垃圾處理中心負責的垃圾轉運站。然后通過重心選址法，確定中心處理站的位置，自然清運路線方案也出來了。

對于問題二，實際上是問題一的推廣，只是增加了轉運站的選址問題，后面的操作可參照第一問。求解轉運站的位置時，考慮實際合理性和可行性，可以給轉運站設定每天最大轉運量，利用每天轉運站所負責片區的垃圾量和當地的人口分布數量成正比的關系，分狀況探討，利用最優矩陣求法確定其個數，然后采用重心選址模型求出轉運站的分布。最終再根據模型一來求解最優清運路線方案。

關鍵字：設備處理能力坐標法重心選址法人口密度與垃圾量成正比最優

矩陣求解

1

1、問題的重述

隨著國民經濟的發展與城市化進程加快，我國大城市的垃圾分類化處理市場已從導入期進入到成長期，并逐步邁向成熟期。在中國每年1億多噸的城市年產生活垃圾中，其中填埋占70%，燃燒和堆肥占10%，剩余20%難以回收。在廢棄資源和回收再利用加工過程中，不但解決了資源短缺問題，同時降低了垃圾排放，順應了低碳經濟發展的大趨勢。雖然我們在垃圾的合理利用比以往進步了，但是依舊存在一些問題，譬如在不同人口密集度，不同職能區域等因素影響下，為了更好的分派回收和處理垃圾設備資源、獲取最大經濟效益和最正確環保效果，如何設置適合的轉運站和垃圾處理中心。針對上述問題，本文探討了深圳市南山區在不同條件下垃圾處理中心的分布狀況和清運路線（1）假定轉運站規模與位置一定，利用給出的垃圾站轉運量統計表和轉運站分布圖，建立求取垃圾處理設備分布模型

（2）假設轉運站等待設計，根據給出的南山區居民數據表，求取轉運站和垃圾處理中心的分布

2、模型的假設

（1）假設題目中所給的數據真是可靠，能夠反映實際（2）假設每個小區生活生產的垃圾比例一定（3）假設每人每天垃圾制造量一致

（4）假設從中轉站出發的車要運往目的地的都是直達目的地（5）假設一個垃圾轉運站只能運輸到一個垃圾處理中心（6）假設一垃圾處理中心負責一個或者多個垃圾轉運站（7）假設一垃圾轉運站間的距離為直線（8）假設每個垃圾轉運站在同一平面上。

（9）第問題的模型中，假設每個中轉站的處理垃圾能力的基準點一致

3、符號說明

符號QT1T2T3T4T5TM1M2Pxijyij意義垃圾總數（單位：噸）小區到轉運站的總費用垃圾轉運站四處理中心的總運費垃圾處理中心的櫥余垃圾處理設備的運行費用從中轉站出發，有毒垃圾到固廢處理中心和所有不可回收垃圾到燃燒場或者填埋場的總運費櫥余垃圾設備的總投資額總的開銷每天櫥余垃圾創造的經濟利潤每天櫥余垃圾創造的經濟利潤經濟效益第j個小區到第i個轉運站的距離第j個垃圾轉運站到第i個垃圾處理中心的距離某個轉運站負責的小區數第j個小區擁有的收集車輛數一個垃圾處理中心負責的中轉站的個數第j個垃圾轉運站擁有的拖車數量第i個垃圾轉運站所分類的不可回收垃圾運往填埋場或者燃燒場的最小距離第i個垃圾處理中心到填埋場或者燃燒場的次數深圳市南山區的轉運站的個數70#汽油價格柴油價格每百公里汽油的耗油量每百公里柴油的耗油量垃圾處理中心數量大型櫥余垃圾處理設備數小型櫥余垃圾處理設備數小型設備處理垃圾的能力（單位：公斤，200

4、問題分析

通過建立數學模型來尋覓深圳市南山區垃圾處理中心的位置，以追求高經濟效益和最正確環保效果，實現對資源的有效利用。

針對問題一，題目要求我們在現有垃圾轉運站規模與位置不變的前提下，給出大、小型設備的分布設計，同時在目前的運輸裝備條件下給出清運路線的具體方案，以期達到最正確經濟效益和環保效果。從這我們可以讀出題目是要我們給出的大小型設備的分派，和清運的路線方案，而這些都是基于可以得到最正確的經濟效益。又由題目可知，對垃圾進行處理過程中，只能對櫥余垃圾和可回收垃圾獲取利益，而其他的兩種垃圾是只有消耗成本的，而對于成本，包括運輸費用、投資額、處理費用，其中路費又有從各小區的收集站到中轉站的費用、垃圾從中轉站四處理中心的費用、垃圾從中轉站到燃燒場填埋場的費用，且這些費用又都是是和處理中心的位置有關的，因此我們可以得出如下方程：

P=M-（T1+T2+T4+T5），由可得，只有垃圾處理中心的位置確定了，才能求出總的效益。對如何求中心位置，和如何求最正確效益，我們根據費用和效益和中心位置的相互制約關系建立了模型一。在模型一中，我們根據題目中給出的數據約束對大小型設備的數量進行了探討，并根據實際狀況確定大型設備的數量，并劃分了其所負責的站點位置數，再結合地圖，及模型求解的結果，即可確定處理中心的位置，并求出清運路線方案。

在問題二中，我們是在轉運站允許重新設計的狀況下求出理想的清運路線以求最正確經濟效益和環保效果。在此我們根據附件2中的南山居民區數據表格通過spss軟件得出了圖12的南山區人口分布圖，由于片區人口數量與片區垃圾產量是成正比的，所以我們可以假設片區人口分布就是片區垃圾產量分布，而且我們還可以將人數較少的又比較相鄰的片區集聚成一個片區，這樣就減少了增設中轉站的個數，減小了各種成本，此時我們就可以考慮在人員較多的地方增設中轉站點數。首要問題是要求出中轉站、處理中心的位置和個數，對此，我們采用覆蓋模型初步確立中轉站的位置。考慮到中轉站的個數越多，環境影響點越多，所以在不影響當地垃圾正常收集的前提下，根據人口分布，考慮用最少的垃圾中轉站去覆蓋所有的片區的收集站，建立了模型二。在模型二中，我們首要解決的就是垃圾中轉站的選址問題，其中我們采用最優矩陣法進行了求解，在垃圾中轉站的位置初步確定之后，我們所要考慮的就是處理中心的選址問題，此時的方法就可以參照模型一求解了。

5、模型建立與求解

5.1問題一

假定現有垃圾轉運站規模與位置不變，為達到最正確經濟效益和環保效果，求解大小型櫥余設備的分布狀況以及運輸設備的清運路線。

5.1.1櫥余垃圾處理設備的數量模型

假設大型櫥余垃圾處理設備數量為b，小型櫥余垃圾處理設備數量為s，其中b≥0，s≥0，并設小型櫥余垃圾處理設備的處理能力為a公斤/噸（200≤a≤300），則需滿足：

4200×1000×b＋a×s≥804×1000×（1）

10由于投資額不能太多，所以在選擇櫥余垃圾處理設備數量的時候應當考慮使投資額盡量的少些。設投資額為T5，則：

T5=b×45000000+s×280000（2）

作線性規劃可知，只有當大型櫥余垃圾設備的數量越多，投資額為T5才能越少。又由（1）可知，b的可能值有0，1，2，3……，但是考慮使投資額盡量少些，而且b=3已經可以在不用小型櫥余設備的狀況下單獨使用，所以只考慮b≤3。

又由于若b＝2，則假使小型櫥余設備的處理能力為200公斤，至少還要680臺小型櫥余設備，假使小型櫥余設備的處理能力為300公斤，至少還要456臺小型櫥余設備的設備，即最少需要456臺，而456臺小型櫥余設備需要12768萬元，遠大于投入一臺大型的櫥余設備的投資額，即總投資額為：T5=4500×2﹢12693=21693萬元。

以此類推，若b=1，則T5=35860萬元，若b=0，則T5=50027萬元，而若b=3，則T5=13500萬元。

由b=0，b=1，b=2，b=3，對應的總投資額來看，選擇b=2或3進行探討比較合理，雖然投資的設備與之后的投入使用時垃圾的運輸費用也有關系，但是考慮b=0和1時，投資額實在太多，而舍棄。所以此題只探討投資大型櫥余垃圾設備的數量為2臺和3臺的狀況。

5.1.2櫥余垃圾處理設備的分布設計模型

假設一個垃圾轉運站只能運輸到一個垃圾處理中心，一個垃圾處理中心負責一個或者多個垃圾轉運站并且每個垃圾轉運站間的