一种基于垃圾分类的垃圾级联资源化处置的方法及系统

本发明涉及垃圾处理领域，更具体地说，它涉及一种基于垃圾分类的垃圾级联资源化处置的方法及系统。

背景技术：

1、目前，由于不同城市产生的固体垃圾组成的复杂性，没有能够较为容易的将其进行高效清洁的资源化处置方法，进一步的，针对垃圾处理厂的再利用设施设备，通常来说，垃圾处理的再利用设施设备一旦部署完成，将投入工作许多年，但受限于不确定的垃圾增长速度以及不准确的趋势预测，导致对垃圾处理厂的再利用设施设备的处理容量的设计不合理，导致垃圾处理的整体效率降低。

2、

3、

4、因此，如何能够因地制宜为分类后的城市固体垃圾提供一个全面系统的资源化处理方案以及在日益增长的城市固体垃圾处置需求下，分阶段实时给出再利用设施设备需要扩容或维持现状的部署方案，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于垃圾分类的垃圾级联资源化处置的方法及系统，本发明以预定的垃圾分类准则将城市产生的固体垃圾划分为餐厨垃圾、可回收垃圾和不可回收的无机质废物，结合垃圾的类别，分别采用相应的处理技术进行垃圾处理，从而使得垃圾的资源化效率以及废渣残留都得到了资源化的处理，进一步的，引入了再利用设施设备的多阶段扩容策略解决日益增长的城市固体垃圾处置需求，建立容量规划数学模型，将垃圾处理成本最小作为容量规划数学模型的目标函数标，该容量规划数学模型囊括再利用设施设备运行的全生命周期，以年为时间切片，通过预测垃圾各年度增长趋势，计算出生物处理技术、物料回收技术和热化学处理技术各自设备的容量规划方案，以及垃圾中转站承载能力的容量规划方案，从而在日益增长的城市固体垃圾处置需求下，分阶段实时给出扩容或维持现状的部署方案，该部署方案对于再利用设施设备是一个较为经济与环保的全生命周期的容量规划部署。

2、本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、本发明的第一方面，提供了一种基于垃圾分类的垃圾级联资源化处置的方法，方法包括：

4、基于预定的垃圾分类准则将城市产生的固体垃圾划分为餐厨垃圾、可回收垃圾和不可回收的无机质废物；

5、采用生物处理技术对餐厨垃圾进行处理，根据处理后的餐厨垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算出餐厨垃圾转化为生物柴油、电力和生物肥料的第一产品量；

6、采用物料回收技术对可回收垃圾进行处理，根据处理后的可回收垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算出可回收垃圾转化为再生产品的第二产品量；

7、采用热化学处理技术对不可回收的无机质废物进行处理，根据处理后的不可回收的无机质废物包含的垃圾组分的低热值、发电效率和垃圾量，计算出不可回收的无机质废物转化为电力的第三产品量；

8、构建在垃圾处理运行约束条件下以最小处理成本为目标的容量规划数学模型；其中最小处理成本是指垃圾处理厂和垃圾中转站共同的垃圾处理成本最小；

9、求解容量规划数学模型，获得生物处理技术、物料回收技术和热化学处理技术各自设备的容量规划方案，以及垃圾中转站承载能力的容量规划方案。

10、在一种实现方式中，采用生物处理技术对餐厨垃圾进行处理，根据处理后的餐厨垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算生物柴油对应的第一产品量的计算式为：其中，表示垃圾处理厂r在t时刻收到分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量，表示垃圾组分k的柴油转化率，r表示处理厂总和，m表示类别总和，k表示垃圾组分总和，t表示规划时长。

11、在一种实现方式中，采用生物处理技术对餐厨垃圾进行处理，根据处理后的餐厨垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算电力对应的第一产品量的计算式为：其中，lcvch4表示甲烷燃烧热值，myk表示垃圾组分k经厌氧消化后的甲烷产量，表示垃圾处理厂r在t时刻收到分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量，r表示垃圾处理厂的总数量，m表示垃圾组分的总类别，k表示垃圾组分总和，t表示规划时长。

12、在一种实现方式中，采用生物处理技术对餐厨垃圾进行处理，根据处理后的餐厨垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算生物肥料对应的第一产品量的计算式为：其中，表示垃圾处理厂r在t时刻收到分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量，表示垃圾组分k的肥料转换率，r表示垃圾处理厂的总数量，m表示垃圾组分的总类别，k表示垃圾组分总和，t表示规划时长。

13、在一种实现方式中，采用物料回收技术对可回收垃圾进行处理，根据处理后的可回收垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算可回收垃圾转化为再生产品的第二产品量的计算式为：

14、其中，表示垃圾处理厂r在t时刻收到分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量，表示垃圾组分k的再生产品制造转换率，r表示垃圾处理厂的总数量，m表示垃圾组分的总类别，k表示垃圾组分总和，t表示规划时长。

15、在一种实现方式中，采用热化学处理技术对不可回收的无机质废物进行处理，根据处理后的不可回收的无机质废物包含的垃圾组分的低热值、发电效率和垃圾量，计算不可回收的无机质废物转化为电力的第三产品量的计算式为：

16、其中，lcvk表示垃圾组分k的低热值，eer表示垃圾处理厂r部署的燃烧涡轮机的发电效率，表示垃圾处理厂r在t时收到分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量。

17、在一种实现方式中，构建在垃圾处理运行约束条件下以最小处理成本为目标的容量规划数学模型的数学表达式为：minc＝cc+oc-wi-ei；其中，cc表示垃圾处理厂和垃圾中转站的建设成本，oc表示垃圾处理厂和垃圾中转站的运营成本，wi表示垃圾处理厂和垃圾中转站的垃圾管理收入，ei表示垃圾处理厂处理垃圾产生的能源产品的售卖收入；

18、其中，其中，ccj和ccr为垃圾中转站j和处置厂r的期初建设费用，△ccj和△ccr分别表示为这两节点的扩容建设费用；

19、其中，为在t时，垃圾中转站j处置被分类为m的垃圾组分k的单位处置成本，为在t时，垃圾处理厂r处置被分类为m的垃圾组分k的单位处置成本；

20、其中，uwm表示管理垃圾类目m的单位管理费用；

21、ei＝dp*pricedp+eg*priceeg+fp*pricefp+rp*pricerp，其中，price*表示各类能源产品的回收价格。

22、在一种实现方式中，垃圾处理运行约束条件包括：

23、垃圾中转站在t时刻收到的被分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量等于垃圾处理厂在t时刻收到的分类为m类别垃圾中的垃圾组分k的垃圾总量；

24、垃圾中转站和垃圾处理厂在t时刻收到的垃圾处理量均不能超过各自的最大承载处理量。

25、本发明的第二方面，提供了一种基于垃圾分类的垃圾级联资源化处置的系统，系统包括：

26、垃圾分类模块，用于基于预定的垃圾分类准则将城市产生的固体垃圾划分为餐厨垃圾、可回收垃圾和不可回收的无机质废物；

27、生物处理技术选择模块，用于采用生物处理技术对餐厨垃圾进行处理，根据处理后的餐厨垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算出餐厨垃圾转化为生物柴油、电力和生物肥料的第一产品量；

28、物料回收技术选择模块，用于采用物料回收技术对可回收垃圾进行处理，根据处理后的可回收垃圾包含的垃圾组分的转换率和垃圾量，计算出可回收垃圾转化为再生产品的第二产品量；

29、热化学处理技术选择模块，用于采用热化学处理技术对不可回收的无机质废物进行处理，根据处理后的不可回收的无机质废物包含的垃圾组分的低热值、发电效率和垃圾量，计算出不可回收的无机质废物转化为电力的第三产品量；

30、模型构建模块，用于构建在垃圾处理运行约束条件下以最小处理成本为目标的容量规划数学模型；其中最小处理成本是指垃圾处理厂和垃圾中转站共同的垃圾处理成本最小；

31、规划方案确定模块，用于求解容量规划数学模型，获得生物处理技术、物料回收技术和热化学处理技术各自设备的容量规划方案，以及垃圾中转站承载能力的容量规划方案。

32、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

33、本发明以预定的垃圾分类准则将城市产生的固体垃圾划分为餐厨垃圾、可回收垃圾和不可回收的无机质废物，结合垃圾的类别，分别采用相应的处理技术进行垃圾处理，从而使得垃圾的资源化效率以及废渣残留都得到了资源化的处理，进一步的，引入了再利用设施设备的多阶段扩容策略解决日益增长的城市固体垃圾处置需求，建立容量规划数学模型，将垃圾处理成本最小作为容量规划数学模型的目标函数标，该容量规划数学模型囊括再利用设施设备运行的全生命周期，以年为时间切片，通过预测垃圾各年度增长趋势，计算出生物处理技术、物料回收技术和热化学处理技术各自设备的容量规划方案，以及垃圾中转站承载能力的容量规划方案，从而在日益增长的城市固体垃圾处置需求下，分阶段实时给出扩容或维持现状的部署方案，该部署方案对于再利用设施设备是一个较为经济与环保的全生命周期的容量规划部署。