上海市餐廚垃圾產生量預測分析*

應 玲，陳善平，張瑞娜，邰 俊，袁文祥，陶倩倩，許碧君

（1.同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092；2.上海環境集團有限公司，上海 200040；3.上海市環境工程設計科學研究院有限公司，上海 200232)

為了解上海市餐廚垃圾實際產生情況，對上海市餐廚垃圾主要產生源的餐飲服務業、企事業單位和學校食堂的餐廚垃圾產生量進行了較為詳細的實地調查，尋求與產生量密切相關的易知參數（如垃圾產生量可用人數或餐飲企業營業額來反映），建立了餐飲單位餐廚垃圾與營業額之間的關系。并在對上海市餐廚垃圾產生現狀進行詳細調研的基礎上，分析上海市居民可支配收入、人均消費性支出、常住人口年均增長率等多種影響因子，建立多元線性回歸模型，并通過餐廚垃圾和營業額的線性關系和調研對模型進行了校對，預測上海市餐廚垃圾產生量，力求為上海市餐廚垃圾的總量估算和預測、餐廚垃圾收運、處理及再生利用設施的規劃和建設提供參考數據。

1 上海市餐飲單位餐廚垃圾與營業額之間的關系

1.1 上海市餐飲單位餐廚垃圾產生量調查

為了解上海市餐廚垃圾產生量與營業額之間的關系，2010年底至2011年上半年，由上海市廢管處與上海環境工程設計研究院牽頭，在各區收運單位及上海市餐飲協會的協助下，針對上海市21類不同規模不同菜系近40個餐飲單位進行長時間問卷調查和實地調研統計，調研樣本涵蓋特大型、大型、中型、小型餐廳及單位食堂，共出動調研人員100人次，每天調研時間為10:00－22:00。其中特大型餐館餐位數約1 000個，每周用餐人數變化范圍為550～1 500人/d。大型餐廳餐位數約100個，每周用餐人數變化范圍為200～350人/d。調研采集到的餐廚垃圾產生量數據見表1。

表1 上海餐飲單位餐廚垃圾調研數據

1.2 上海市餐廚垃圾產生量分析

1.2.1 餐廚垃圾產生量模型建立

設餐飲單位餐廚垃圾產生量y與營業額x之間滿足y=f（x），根據所調研的一組數據（xk，yk）（k=1，2…，m），在函數類Φ（φ1，φ2…，φn）中尋找一最接近的函數S（x），并用S（x） 近似代替f（x），即S（x） ≈f（x）。

記δk=S（xk）-f（xk）（k=1，2…，m）

稱δk為S（xk）在點xk處的偏差，要使S（x）的整體偏差最小，采用最小二乘法。

采取常用的多項式擬合，即?。é?，φ1…，φn）=（1，x，x2…，xn），則

矩陣方程組為

解方程組，求出系數ak（k=1，2…，m），即可得到f（x） 的擬合多項式S（x）。

1.2.2 調研的餐飲業營業額與餐廚垃圾產生量的關系

針對上海市21類不同規模不同菜系餐飲單位采集的餐廚垃圾產生量數據（表1），剔除編號14、15這2個異常數據，運用orgin6.0軟件最小二乘法擬合（見圖1），可得餐飲單位餐廚垃圾產生量和營業額關系式如下：

圖1 上海餐飲單位營業額與餐飲垃圾產生量的一次關系

2011年總營業額為323.59億元，代入以上方程，得出：

餐飲單位餐廚垃圾產生量y＝17.372×323.59×105-4 922.2，約 1 540 t/d。

其斜率17.372表示每千元營業額產生17.372 kg餐廚垃圾，即每萬元營業額產生0.173 t餐廚垃圾。

1.2.3 集體用餐單位（食堂）餐廚垃圾產生量

調研的食堂餐廚垃圾產生量結果表明：企事業食堂餐廚垃圾人均產生量為0.11 kg/（人·d），學校食堂餐廚垃圾人均產生量為0.15 kg/（人·d）；根據上海市2011年統計結果，企事業食堂和學校食堂的就餐人數分別按380萬人和230萬人進行餐廚垃圾產生量計算，結果如表2所示。

表2 食堂餐廚垃圾產生量

綜上分析，上海市餐飲單位每天產生約1 540 t餐廚垃圾，企事業單位和學校食堂產生567 t餐廚垃圾，共計約2 107 t，2011年全市城市人口和半年以上暫住人口約為2 203.12萬人，則每人每天產生的餐廚垃圾約為0.095 6 kg。

2 上海市餐廚垃圾產生量預測

由于影響餐廚垃圾產生量的因素很多，且餐廚垃圾和生活垃圾產生量有一定的相關性，故考慮餐廚垃圾的影響因素時可以借鑒生活垃圾的經驗。一般主要有3類：內在因素、社會因素和個體因素。社會因素和個體因素屬于不可控制的因素，對餐廚垃圾產生量進行預測難度很大，一般只考慮影響產生量的內在因素。影響餐廚垃圾產生量的內在因素主要有人口、城市經濟發展水平和居民生活水平3個方面，考慮到上海市的實際情況及數據的可獲得性，選取了6組影響因素作為建模的備選影響因素，即用非農業人口與暫住人口反映人口狀況，因為城區清運服務人口主要是非農業人口和暫住人口，用國內生產總值（GDP）和社會消費品零售額反映社會經濟發展水平，用城鎮居民的人均可支配收入和城鎮居民的人均消費水平來反映居民生活水平。

2.1 多元線性回歸模型的建立

對于產生量預測模型的建立，影響因素選取得越多，模型就越精確，從而要求的數據量越大，綜合考慮數據量的要求和模型的復雜程度，經過初步分析選出與餐廚垃圾產生量有較好線性相關性的影響因素（非農業人口和暫住人口、國內生產總值、城鎮居民的人均可支配收入和人均消費水平）作為建模參數。把這4組影響因素匯總后，可得到各影響因素與餐廚垃圾產生量的線性相關系數，建立數學模型如下:

式中：y為上海市餐廚垃圾產生量的預測值（×104t/a）；x1為非農業人口和暫住人口（萬人）；x2為國內生產總值（億元）；x3為城鎮居民人均可支配收入（元）；x4為城鎮居民人均消費性支出（元）。

餐廚垃圾產生量實際觀測值由生活垃圾年產生量和實際調研值構成，2000—2013年生活垃圾年產生量數據來源于統計年鑒。餐廚垃圾產生量和生活垃圾存在一定的線性比例關系，初步設定其餐廚垃圾和生活垃圾產生量的比值約為0.1，故可得出2000—2013年餐廚垃圾產生量實際觀測值，據此建立模型。

2000—2013年所需的基礎數據（城市人口和暫住人口、上海市國內生產總值、城市人均可支配收入和城市居民人均消費支出）來源于上海統計年鑒，具體基礎數據見表3。

表3 上海市餐廚垃圾計算相關基礎數據

將2000—2013年餐廚垃圾產生量與選取的影響因素基礎指標代入模型，采用最小二乘法求解模型參數b0、b1、b2、b3、b4，從而獲得城區餐廚垃圾產生量的預測模型：

對預測模型（2）進行統計檢驗，結果見表4。在置信度為95%，顯著水平α=0.5下，得到F=3.002 275＞＞F0.05=0.097 306，所以餐廚垃圾產生量與選取的影響因素之間的線性關系是顯著的。

表4 方差分析

2.2 多元線性回歸分析預測結果及評價

用已知的2000－2013年影響因素數據代入所建立的多元線性回歸模型，可以計算出2000－2013年上海市餐廚垃圾的產生量，結果見表5。從表5可知，多元線性回歸模型在對餐廚垃圾產生量的預測中，除2002年預測值誤差較大外，其他年份的預測值與歷史數據吻合較好，相對誤差絕對值小于9%。由于在模型的建立上考慮了影響因素的線性相關性，因而模型較好地反映了實際變化情況，說明此模型有一定的適用性。

表5 餐廚垃圾產生量的模擬預測結果

2.3 2014—2020年餐廚垃圾產生量預測

據《上海市國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》，“十二五”期間，上海市生產總值年均增長率預期為8%左右。居民家庭人均可支配收入實際增長率不低于人均生產總值增長率，且人均消費性支出與可支配收入密切相關，所以居民可支配收入和人均消費性支出也按年均遞增8%計算，常住人口年均增長率1.5%。將基礎數據代入回歸方程進行計算，得到2014—2020年上海市餐廚垃圾產生量的預測結果，見表6。

表6 影響餐廚垃圾產生量各項影響因素的規劃數據及其預測量

從表5的數據可知，2011年餐廚垃圾產生量約為7.459×105t（2043t/d），通過營業額可得出餐飲單位餐廚垃圾2011年產生量約為5.621×105t（1 540 t/d），而通過調研得出企事業單位和學校等機構的餐廚垃圾的產生量為567 t/d，故總實際產生量約為2 107 t/d，約7.690×105t/a，與預測值7.459×105t/a，相差不大，根據2012、2013年的數據檢驗，說明該模型具有一定的預測準確性。由預測數據可知，2014—2020年餐廚垃圾產生量為7.855×105～9.138×105t，餐廚垃圾產生量逐年上漲，但增長幅度逐漸減小。

3 結論

1） 餐飲單位餐廚垃圾產生量y與營業額x之間的關系為y=17.372x-4 922.2，即每年每萬元營業額產生0.173 t餐廚垃圾。同時調查得出了集體用餐單位（食堂）餐廚垃圾的人均產生量，即企事業食堂餐廚垃圾人均產生量為0.11kg/（人·d），學校食堂餐廚垃圾人均產生量為0.15 kg/（人·d）。綜上分析，2011年上海市餐飲單位每天產生約1 540 t餐廚垃圾，企事業單位和學校食堂產生567 t餐廚垃圾，共計約2 107 t。

2）通過餐廚垃圾和營業額的線性關系以及根據上海市居民可支配收入、人均消費性支出、常住人口年均增長率等多種影響因子，建立的多元線性回歸模型進行校對，預測得出上海市2014—2020年餐廚垃圾產生量為 7.855×105～9.138×105t，餐廚垃圾產生量逐年上漲，但增長幅度逐漸減小。

3）在餐廚垃圾統計預測數據的應用方面，由于本項目的預測數據為理論計算結果，并未考慮餐飲單位和收運單位在餐廚垃圾收運操作中的可行性要求，即只有超過一定收運規模的餐廚垃圾才有可能進入收運系統，不同規模單位餐廚垃圾的收集率也有不同。因此，建議在預測餐廚垃圾收運量和處置設施規模時，應結合收運過程的調查研究來確定。

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