深圳市城市垃圾处理的社会总成本评估

2022-09-10

1 背景介绍

随着我国经济的不断发展, 城市化进程加快以及居民水平的快速提高, 城市生活垃圾呈现出高速增长的趋势。据统计, 2014年深圳市垃圾产生总量突破500万t, 远突破专项规划所确定的控制规模。相对于生活垃圾产量的飞速膨胀, 生活垃圾处理水平较低。

填埋依然是目前主流的垃圾处理方式, 且仅有的两座卫生填埋场被迫超负荷运行;受土地资源的限制和市民维权意识的提高, 新建垃圾填埋场已几无可能;填埋库容快速消耗, 剩余库容仅够使用5~8年, 如不及时转变垃圾处理模式, 垃圾围城将成为现实困境;分类收集迟迟未能成功推广, 深圳市生活垃圾仍然采用混合收集、混合处理的方式[1]。

2 需要解决的问题

问题一:建立城市垃圾处理总成本模型, 综合各项指标, 科学地计算深圳市的城市垃圾处理的总成本。

问题二:基于建立的模型, 给出各项指标的具体求解方法和与时间的关系;根据《深圳市生活垃圾处理工作志愿者调研笔记》, 预测当期社会总成本以及未来十年的总成本并给出诸模式下各分项成本比例的变化趋势。

问题三:建立深圳市城市垃圾产生量的预测模型。预测远期的社会总成本并向政府提出相应的建议。

3 模型假设

*由于难以获取处理厂的内部数据, 所以不考虑用人、运营等成本。

*由于深圳市可建设用地几乎耗尽, 所以不考虑填埋场土地面积的增加。

*假定二噁英产生的社会成本均由健康损失指标来评估

4 模型的建立与求解

4.1 LCA框架下的社会总成本模型

基于废弃物管理的LCA框架, 建立深圳市城市垃圾社会总成本模型。公式为:系统总成本=各项环节成本之和。本文将城市垃圾社会总成本抽象为六大环节:用地需求成本、源头分类成本、运输成本、设施建设成本、二噁英排放健康损失、处理成本。六大环节的成本累加即为社会总成本:

4.2 社会总成本模型的建立

(1) 用地需求

根据深圳市目前各大填埋场用地情况统计, 平均工业用地625元/m2。用地需求总成本X1:

(2) 源头分类

源头分类收集的补贴标准约为423元/t。源头分类总成本X2:

(3) 运输成本

根据城管部门的统计数据, 深圳市生活垃圾目前的基本收运成本大约为60元/t (10km以内) , 10km以外的增量收运成本为1元/t/km, 20km以外的增量收运成本为1.5元/t/km。运输总成本X3:

(4) 设施投资

填埋场的投资规模可按20元/m3库容估算。据此新建填埋场需投资约25亿元。考虑到目前垃圾焚烧厂多采用BOT方式建设, 政府在此过程中基本不需要进行投资。因此, 政府的投资成本可视为0。设施投资总成本X4:

(5) 二噁英排放健康损失

深圳市常驻人口1 137.87万人, 人口密度5689/km2, 位居全国第一。如人口平均分布, 1 125个坐标点的致癌风险代表其所在14.57km2网格的风险, 则每个网格的人数为1.92万人。每个网格的风险与人口相乘为该网格可能致癌人数, 各网格可能致癌人数之和即深圳市致癌人数之和, 为1 036人/年。癌症次均住院费用为41 314.48元, 按6%的折现率折算到2014年为46 420.95元。如果人均住院1次计算, 1 036人健康成本为61.49亿元。二噁英的总成本X5:

(6) 处理成本

卫生填埋场的运行成本可按60元/t垃圾估算。处理总成本X6:

5 模型二的建立

每年产生的生活垃圾总量随时间变化, 垃圾的改变量进一步影响LCA框架在的社会总成本模型中的6大环节。时间指标通过影响年垃圾生产总量从而影响LCA框架下六大环节成本, 最终影响未来某一年的社会总成本。深圳市目前采取三种垃圾处理模式:

*模式一:混合收集+全量焚烧+灰渣填埋+中心城区垃圾全量转运;

*模式二:源头分类收集+湿垃圾生物处理+干垃圾焚烧+中心城区干垃圾转运;

*模式三:混合收集+末端分类+湿垃圾生物处理+干垃圾焚烧+中心城区干垃圾转运。

对于三种模式, 分别求出各项指标与时间的关系:

(1) 垃圾处理模式一

结合我市土地资源紧张的现实条件, 确定采用焚烧作为最主要的垃圾处理方式, 卫生填埋场仅作为焚烧灰渣和飞灰的处置场所, 而不允许原生垃圾进入卫生填埋场。这样, 一方面卫生填埋场不再臭, 居民对于填埋场的反对程度将大为降低, 关停的风险也将随之大幅下降;另一方面, 由于焚烧灰渣的体积仅为原来的10~15%, 填埋场的使用寿命将大为提高, 垃圾围城的危机将得到有效的缓解。如果能将焚烧灰渣作为建材原料加以利用, 则垃圾围城的危机将不复存在, 垃圾零填埋的理想管理目标将可能实现。基于模式一建立的非线性函数模型如下:

(2) 垃圾处理模式二

分类收集、分类处理是欧美发达国家垃圾管理的发展方向, 分类收集虽然一时之间在我市无法全部普及, 但始终是未来的发展方向。同时, 湿垃圾 (即厨余) 掺杂在其他垃圾中一起焚烧处理, 可能会因热值较低而提高二恶英产生的可能性。因此, 在判断分类收集必然要实现的前提下, 考虑在源头即将生活垃圾按干、湿两类进行分类收集 (分质收集) , 其中的湿垃圾部分运往生物质处理厂采用堆肥、厌氧发酵、低温碳化等方式处理, 干垃圾部分则运往垃圾焚烧厂进行焚烧处理。对于中心城区而言, 湿垃圾可留在清水河环境园内处理, 干垃圾则需通过大型转运站转运至白鸽湖环境园或东部环保电厂进行焚烧处理。基于模式二建立的非线性函数模型如下:

(3) 垃圾处理模式三

模式三相当于是模式二在分类收集全面推广实现前的一种过渡模式, 除了收集阶段仍然沿用现状的混合收集模式、混合收集到的原生垃圾在末端采用人工分选或高压压榨技术分离干、湿垃圾外, 后续的分类处理模式与模式二完全相同。基于模式三建立的非线性函数模型如下:

模型二的求解:利用matlab编制上述所建模型, 三种模式的当前社会总成本与未来十年的为总成本如表1:

对于模式一

*模式一当形势下社会总成本最低, 十年后有总成本有少量增加。

*用地需求最小, 在51~85hm2之间波动, 占总成本比例相对降低, 波动微弱。

*源头分类与设施投资为零。

*运输成本近期比例基本保持不变, 中、远期比例由于垃圾总量的显著增加而呈现明显上升趋势, 最后趋于稳定。

*二噁英健康损失成本总含量基本不变, 但由于其他环节的成本增加, 占总成本比例呈现微弱减少趋势。

*成本处理总成本明显增加, 所占比例呈明显增加趋势。

对于模式二

*模式二当形势下社会总成本最高, 十年后有总成本显著减少, 减少比例超过50%。

*用地需求相对模式一明显增大, 总量在81~118hm2之间波动, 占中成本比例呈上升趋势, 波动明显。

*源头分类成本固定, 为10.6亿元。但随着城市垃圾社会总成本的减少, 其占比例呈显著上升趋势, 设施投资为零。

*运输成本近期比例基本保持不变, 中、远期比例由于垃圾总量的显著增加而呈现明显上升趋势, 最后趋于稳定或微弱波动。

*二噁英健康损失成本总含量呈指数函数递减, 由最初的大比例65.8%到十年后的20.9%, 呈明显下降趋势。

对于模式三

*模式三当形势下社会总成本处于三种模式之间, 十年后有总成本显著减少, 减少比例40%左右。

*用地需求最大, 总量在94~135hm2之间波动, 占中成本比例呈上升趋势, 波动较明显。

*源头分类成本与设施投资成本为零。

*运输成本近期比例基本保持不变, 中、远期比例由于垃圾总量的显著增加而呈现明显上升趋势, 最后趋于稳定或微弱波动。

*二噁英健康损失成本总含量呈指数函数递减, 由最初的大比例72.8%到十年后的43.3%, 呈明显下降趋势, 但相对于模式二趋势缓慢。

6 远期预测分析与建议

*当前模式和模式一下的垃圾处理的总成本是逐年递升的, 这是因为当前模式和模式一成本的变化主要与垃圾总量有关。

*模式二在2030年之前总成本呈递减趋势, 这是因为近期二噁英健康成本占主要因素, 而二噁英含量逐年递减;模式二在2030年时发生了成本的陡降, 这是由于, 政府在一段时间投入政策奖励成本后, 居民已养成垃圾源头分类的习惯, 已不再需要继续利用政策奖励为工具。

*模式三的垃圾处理总成本逐年递减, 模式三二噁英含量的下降速度慢于模式二, 2040年之前, 二噁英产生的健康成本一直是主要因素;由于没有考虑到末端分类产生的人力成本, 所以模式三下总成本的估计值比实际值偏低。

*健康成本二噁英的引入, 使模式二和模式三在长期的社会总成本明显偏低, 从环境健康的角度考虑, 建议政府选择垃圾分类处理的处理方式;长期看, 建议选用模式二作为垃圾处理的方式。

摘要：随着深圳市生活垃圾产生量的逐年增加和国家对垃圾分类的不断重视, 对城市生活垃圾分类处理的全过程总成本进行科学计算及动态监测, 已成为重点。本文基于LCA框架建立总成本评估模型, 对深圳市生活垃圾处理的总成本进行研究。首先, 根据《深圳市生活垃圾处理工作志愿者调研笔记》与《北京市城市生活垃圾焚烧社会成本评估报告》, 找出影响社会总成本的六项指标。分析各项指标的影响因素, 求得各项指标的表达公式;利用LCA框架建立社会总成本模型。其次, 分析各项指标与时间的关系, 建立总成本与时间的关系函数。分别计算三种模式下, 未来各项指标所占比例的变化趋势。最后, 利用GM (1, 1) 模型预测远期成本效益, 分析深圳生活垃圾分类制度建设的优选模式并给政府提出建议。

关键词：LCA框架,总成本评估模型,GM (1, 1) 模型,远期预测