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垃圾分类和数学的关系是什么?这篇文章值得同学们学习!

编辑:格格时间:2019-07-05 10:35:11浏览:

  什么是垃圾分类呢?最近上海市民就关于垃圾分类的问题发出了来自灵魂的拷问,有人说数学学不好,可能连垃圾都不会分类,为什么有人会提出这样的看法呢?今天小编就为同学们解答这一疑惑,垃圾分类是源头,将各个地区的生活垃圾运输到统一处理的地方,这里面就蕴含这运输成本和中转成本,除了这些还包括车辆的运输费以及油费和车辆维护费等等,垃圾分类和数学的关系是非常密切的,接下来就要和同学们聊一聊关于垃圾分类和数学的关系。

  2019年7月1日,上海正式实施了《上海市生活垃圾管理条例》,条例将垃圾主要分为了可回收物、有害垃圾、湿垃圾、干垃圾4种,个人如果混合投放垃圾,最高罚款200元,单位如果进行混合投放或混合运输,最高可罚5万元,在实施的当天晚上,有人趁着夜色多次偷倒垃圾被抓现行后罚款2万元,因此这也被称为"史上最严垃圾分类",有刚高考结束的网友这样形容道:"垃圾分类难度堪比高考数学最后一道大题,难倒无数上海市民",而这一灵魂拷问或许在不久后将不再是上海人民的专属,前不久,住建部、发改委和生态环境部等九部门决定将在全国地级及以上城市全面开展生活垃圾分类工作的通知,要求在2020年底于46个重点城市基本建成垃圾分类处理系统,到2025年,全国地级及以上城市基本建成生活垃圾分类处理系统,可让人万万没想到的是,被上海市民称为比高考数学还难的垃圾分类还真的需要用到数学知识,有网友看完哭喊道:"不学好数学,连垃圾都当不了"!

  先用数学告诉你生活垃圾处理的成本,垃圾处理成本包括垃圾处理各个环节中产生的经济成本和污染环境带来的社会环境成本,对于经济成本,按照之前垃圾处理的流程进行细分,垃圾处理流程包括了收集、转运、末端分类、处理,垃圾的最终处理又可以分为填埋、焚烧、生物处理3种方式,因此经济成本可分为5个部分:收运成本、分类成本、填埋成本、焚烧成本和生物处理成本,收运成本,之前上海采取的是垃圾混合收运模式,即垃圾不经过分类,集中运至中转站,经过压缩处理后再运到垃圾处理厂进行最终处理,收运成本可以表示为:

  生活垃圾收运成本=运输成本+中转站成本 (1)

  其中,运输成本包括中转箱维护费用、油费和车辆维保及保险,中转站成本包括中转站建设费和运营费,根据百度文库的文献资料,上海市运送1吨垃圾1km约需要花费1.4元,按垃圾运输的平均距离为40km计算,运输的成本为56元/吨,一座日设计转运能力为250吨的转运站,占地3000㎡,工程投资(包括建安工程、设备采购等)为405.04万元计算,以上海市行政区工业用地基准地价平均377.04元/㎡,中转站设计运营20年,每年运营330天计算,每吨垃圾的中转站建设费为3.14元/吨,中转站运营成本包括人员工资,水电费、维护费用,污水处理和渗滤液处理,根据文献《大型垃圾中转运人员配置及运行费用》,每吨垃圾的中转站运营成本为26元/吨,因此,中转站成本为29.14元/吨,由公式(1)可得,生活垃圾清运成本为85.14元/吨,

  垃圾填埋成本可以表示为:

  填埋成本=土地机会成本+建设成本+运营成本-填埋收益(2)

  其中,填埋场的土地机会成本为土地改作填埋场时所放弃的利益,建设成本为填埋建造的费用,运营成本为填埋场的日常运营支出,填埋收益为垃圾产生的填埋气用以发电或者提纯天然气所带来的经济效益,根据网上文献,上海市填埋场的运营成本约为60元/吨,土地机会成本为71.30元/吨,建设成本为84.10元/吨,垃圾填埋场的盈利方式有两种,一种是通过填埋气发电,另一种是提纯填埋气制取甲烷,填埋收益=填埋气发电收益×填埋气发电比例+填埋气提纯天然气收益×填埋气提纯比例(3)根据参考文献,每吨垃圾产生填埋气的量为120m³,每m³填埋气体能发电约1.8度,由于垃圾处理厂内电量的消耗,发电量的80%能上网,电价以0.68元/度计算,得到每吨垃圾通过填埋发电可获得收益117.50元,再计算填埋气提纯天然气的收益,填埋场的设计处理规模为3500元/吨,发电和提纯处理量相同计算,所以用于填埋气提纯的垃圾为1750元/吨,每年产生天然气2200万m³,若垃圾填埋厂每年工作时间为330天,天然气价格为3元/m³,可得到每吨垃圾填埋提纯收益为114.29元,以上海三个设计处理规模分别为3500、1500和400吨/天的垃圾填埋场为例,所以填埋气体发电比例约为67.6%,提纯比例为32.4%,由式子(3)可得,填埋总收益约为116.46元/吨,因此,由式子(2)可得,生活垃圾填埋经济成本为98.94元/吨,

  焚烧成本=土地机会成本+建设成本+运营成本+灰渣填埋成本-焚烧发电收益(4)

  以文献设计日处理能力分别为800、450、300、4200、675、1000吨/天、其中占地面积分别分23710、13222、5746、53881、14644、19595㎡的垃圾焚烧厂为数据,可得到焚烧厂处理每吨垃圾的日用地需求为17.6㎡/(吨/天),垃圾焚烧厂的使用年限约为22.5年,垃圾焚烧厂每年工作时间按330天计算,按照上方行政区工业用地平均基准地为377.04元/㎡,由土地机会成本=地价×日用地需求÷实际使用时间,可得到土地机会成本为0.89元/吨,上海市垃圾焚烧建设成本约为58元/吨,运营成本约为120元/吨,每吨垃圾经焚烧可产生灰渣约100kg,但灰渣无法产生填埋气创造收益,参考填埋成本,每吨垃圾焚烧产生的灰渣填埋成本约为21.54元,每吨垃圾大约可发电约为300度,其中80%能上网,电价假设为0.68元/度,可得到每吨垃圾通过焚烧发电可获得收益163.20元,因此,垃圾焚烧经济成本为37.23元/吨,生物处理成本=设备费用+运营费用+管理费用-发电收益(5),根据网上文献数据,生物处理技术每吨垃圾的设备费用、运营费用和管理总计为165元,每吨垃圾经过厌氧发酵可以产生沼气约100m³,这些沼气如转化成电能约为200度,上网电价还是为0.68元/度,收益电量为总电量的80%,经过生物处理产生沼气发电可收益108.80元/吨,综合以上的处理成本及收益,可知生物处理每吨垃圾总经济成本为56.20元/吨,

  在不计算分类成本和环境成本的情况下,每产生一吨垃圾需要的经济成本就已经为277.51元,以城市人均垃圾年产量440千克为计,全国600座城市就会产生80亿吨垃圾,也就是说,我们每年至少需要支出整整22200.8亿元来处理垃圾!在十年之前,我国的生活垃圾积累量就已经达到了整整50亿吨,数以万吨的垃圾堆放在城市周围,不仅阻碍了城市建设的进程,也制约了当地的经济发展,还有现实和潜在的污染危害,而垃圾的收集、运输和处理工作也带来了越来越沉重的经济负担,长期以来我国的城市垃圾一向是采用混合收集,混合运输,笼统填埋和堆积的方式,在许多已经建成的垃圾填埋厂中,无害化设施不齐备,运行管理不完善的情况很常见,生活垃圾处理率只有58.2%,其中无害化处理量仅为20%,这说明,在生活垃圾中,还有相当大的一部分没有得到"合理解决",在人们物质生活水平日益提高的今天,试图用减少垃圾的办法来抑制垃圾的增长量从长久来说是不现实的,为此,我们先到垃圾产生的源头对其进行"清理",收回可利用成份,减少资源浪费,促进垃圾无害化,即源头垃圾分类,目前全国绝大部分地区采用的垃圾处理方式是在垃圾混合收集之后,一部分运送到垃圾填埋场进行填埋,另一部分运送到垃圾焚烧厂进行焚烧处理,这种模式记为现行模式,其单位社会总成本=收运成本+u×(填埋经济成本+填埋环境成本)+(1-u)×(焚烧经济成本+焚烧环境成本)其中,u为填埋比例,除了现行模式,还有另外3种垃圾处理模式:

  模式1:在垃圾混合收集之后,所有的垃圾都进行焚烧处理,其单位社会总成本=转运成本+焚烧经济成本+焚烧环境成本

  模式2:是将垃圾在源头分为干垃圾和湿垃圾(厨余垃圾),两种垃圾分别运输,干垃圾运至垃圾焚烧厂进行焚烧处理,湿垃圾运至垃圾生物处理厂进行生物处理,单位社会总成本=源头分类成本+收运成本+n(厨余垃圾所占垃圾总量的比例)×生物处理成本+(1-n)×(干垃圾焚烧经济成本+干垃圾焚烧环境成本),

  模式3:在垃圾混合收集之后,先运送到垃圾处理厂,再分拣为干垃圾和湿垃圾,对干垃圾进行焚烧处理,对湿垃圾进行生物处理,其单位社会总成本=末端分类成本+收运成本+n×生物处理成本+(1-n)×(干垃圾焚烧经济成本+干垃圾焚烧环境成本),

  由下图我们可知,社会总成本由高到低的顺序为:模式2,现行模式,模式3,模式1,

  现行模式的优点是不增加政府的工作量和工作成本,缺点是总成本很高(垃圾填埋比例过高,用地过多),而模式1总成本在4种模式中是最低的,但是其焚烧垃圾对空气造成的污染十分严重,模式3的总成本在4种模式中是第二低的,但是由于只有垃圾处理厂才会进行垃圾分类,并且末端处理无法改善垃圾收运系统的卫生状况,在这一点上,末端分类要远远逊于源头分类,对垃圾进行源头分类处理的模式2,总成本是最高的,这是因为源头分类需要消耗大量的人力、物力进行推广和管理工作,但由于源头分类可以改善垃圾收运系统的卫生情况,而且也是国民素质提高的一种体现,目前许多西方国家以及邻国日本都是采用这一模式,假如坚持不懈地推广源头分类的垃圾处理方式,使得市民养成垃圾分类的习惯,那么模式2的垃圾处理费用将会大大降低,经测算,若推广成功,它的总成本是要远远低于另外3种模式的.垃圾是放错了地方的资源,如果在源头分类处置得当的话,很多垃圾都可以变废为宝,循环利用,特别是垃圾中那些具有高回收价值的成分,比如,1吨废塑料可回炼600千克无铅汽油和柴油,回收1500吨废纸,可使用于生产1200吨纸的林木免于砍伐,相当于节约木材6000立方米或少砍伐树木3万棵,节省4500立方米的垃圾填埋场空间,减少35%的水污染,1吨易拉罐熔化后能结成一顿很好的铝块,可少采20吨铝矿,1吨废钢铁,可提炼钢900千克,相当于节约矿石整整3吨,

  数学家内贝尔在《环境数学》一书中针对垃圾分类是否经济的问题提出了公式,重复利用的损益=回收物资的价值+取代其他方法后节省下来的费用-分类收集和回收的费用,当然数学不仅仅能计算出损益,它还能计算出影响垃圾分类各个因素的权重以及采取措施,通过数学模型,还能得出对周围居民生活环境造成影响最低的垃圾站选址,数学在环境科学这门综合性的科学上也有很大的用处,环境科学所研究的内容不仅限于监测数据的统计分析,工业污水综合治理、区域性环境质量评价,而且随着电子计算机的迅速发展和应用,它在环境工程中的最优化问题上也取得了一定成果,但是,无论从哪个角度提出问题,都离不开数学方法去解决它。

  生活中处处有数学,垃圾分类是保护环境的开始,从现在做起我们就要开始保护环境。

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