基于智慧城市理念的生活垃圾全過程管理策略研究①

魯黎 郭芷含 羅郁

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.091

摘 要：生活垃圾是目前最貼近市民生活的問題之一，同時也是目前我國研究力度最大，掌控難度最大的課題之一。通過大量的數據資料顯示，國際上當前對垃圾處理的手段已趨于多樣化，系統化，我國也在近幾年著重提倡垃圾處理的“3R”技術（Reduce、Reuse、Recycle）。但就目前現象表明，對于生活垃圾處理問題，我們還需要一個更優化的管理策略。因此該次研究借鑒了國外經驗，立足于國內實際，借用當今的云計算數據處理系統來實現城市垃圾全過程智能化的控制，推動社會生活垃圾全過程管理系統的運作，達到城市生活垃圾管理的最優化。

關鍵詞：城市垃圾管理 智能控制 管理優化策略

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（c）-0091-05

1 我國垃圾管理系統現狀分析

隨著城市化進程步伐的加快，經濟的飛速發展，城市垃圾問題也日趨嚴重。近幾年來，人們對城市生態，垃圾處理的問題關注度日益增高。

城市生活垃圾的收運和處理體系是目前垃圾管理系統中最貼近人民生活的方面之一。它既是城市生活的前提，也是城市正常運行的基礎。目前我國正面臨生活垃圾總產量大的難題，生活垃圾的處理方式也主要是以焚燒、堆肥和衛生填埋為主，具體數據見表1和表2（表中數據均來自中華人民共和國國家統計局官網）。

從以上數據可以看到，當前我國生活垃圾總產量數額龐大，雖然垃圾的無害化處理率有一定的提升，但單純依靠現在所具備的人工和普通處理技術，仍無法達到生活垃圾處理最優狀態。尤其是表2所突出的我國垃圾分類方面的不足嚴重制約了垃圾無害化處理的發展這一關鍵問題，更顯示了城市生活垃圾全過程管理體系的革新迫在眉睫。因此本次研究提出代入新興的智能化管理體系，提升人們對于垃圾處理的主動性，從而推動垃圾全過程管理體系的實時性、聯動性及有效性的發展。

目前，我國城市生活垃圾管理體系分為“產生—收集—清運—處置”四個環節。

（1）產生環節。由于市民垃圾分類意識薄弱，因此產生的垃圾處于混雜狀態。

（2）收集環節。該階段運行到夏天，由于垃圾產量的陡增而環衛部門不能及時了解垃圾所屬情況，垃圾清運工作遲緩，造成空氣污染和微生物大量繁殖，給居民生活健康造成不利影響。

（3）清運環節。清運車輛密閉性存在問題，時常出現沿路傾灑污水、臭水的現象，對城市交通環境產生惡劣影響。此外，部分垃圾作業車輛駕駛員不按規定路線作業，經常出現半途倒賣“野垃圾”，對城市衛生環境帶來危害。

（4）處置環節。目前我國多采用垃圾衛生填埋方式，但由于技術原因對土地污染嚴重，后期在土地恢復上要花費大量的人力物力。

與此同時，我國并沒有嚴格的法規和政策來制約控制垃圾管理的各個環節，基本上我國垃圾管理系統的運行需要靠市民和相關部門的自覺維持。

2 基于智慧城市理念的城市生活垃圾全過程管理對策

通過對現有狀況的分析，我們發現中國當前的城市垃圾管理全過程處于一種較為散亂的狀態，各個環節銜接不緊密。針對以上問題，我們認為，城市生活垃圾管理系統若要達到最高效、最優化的狀態，必須從整個流程上進行梳理和革新。因此，我們將垃圾處理的全過程分為三個階段：

垃圾的收集→垃圾的運送→垃圾的處理

在這三個階段當中，我們將智能化設備和管理體系相結合提出以下最優解決方案。

2.1 城市生活垃圾收集環節

2.1.1 智能化設備概念模型

（1）實名制垃圾袋。

①在大力宣傳和普及垃圾分類知識的前提下，針對居民垃圾分類意識不強，環衛部門督查力度不夠的現狀，我們將垃圾袋進行了新的設計。將錄有城市居民信息的二維碼與垃圾袋相結合，形成了實名制垃圾袋（圖1）。

②實名制垃圾袋分四種顏色，每種顏色對應不同垃圾類別。其特點主要是在傳統垃圾袋的基礎上附上錄有持有者個人信息及垃圾種類信息的二維碼。通過掃描二維碼，可開啟指定垃圾箱箱門。除此之外，在日后環衛督察隊隨機抽取垃圾袋內垃圾時，若發現有未分類垃圾的現象，可快速追查垃圾源頭（圖2）。

（2）生活垃圾智能存儲設備。

①生活垃圾智能存儲設備是垃圾全過程管理研究內一個最為關鍵的設備。對于城市普通垃圾箱密封性不夠，時常散發異味且蚊蟲病菌大量繁殖的狀況，我們將垃圾的二維碼作為垃圾箱門開啟的“鑰匙”。一旦垃圾被放入指定垃圾箱內，箱門會立即關閉。當垃圾回收的工作人員在回收垃圾時，只需用自己工作牌上的二維碼在掃描區域掃描即可開啟箱門。

②為保證在垃圾的源頭處進行分類，我們將智能垃圾存儲設備依據垃圾的類別分成四個封閉的容器，分別為可回收垃圾（綠色）、一般垃圾（黃色）、餐廚垃圾（橙色）和有害垃圾（紅色）。通過掃描垃圾袋上附有分類信息的二維碼來開啟對應的垃圾箱門（圖3）。

③城市生活垃圾的有害類包括：廢電池、熒光燈管、過期藥品等。一般具有毒性、易燃性、腐蝕性、反應性、放射性和傳染性。對此，我們將有害垃圾箱進行了特殊處理。首先，對整個垃圾箱體進行了改造，分為箱體和箱套兩個可獨立抽取的部分。這樣做可以使有害垃圾在收集和運輸時，工作人員不必打開箱門就能直接運輸，減少了在這一過程中可能引發的安全事故。其次，我們將有害垃圾的箱體分為可回收類和需要經過無害化處理類。在投放垃圾時，只需掃描二維碼，箱體可自動進行二次分類（圖4、圖5）。

④在夏日，小區內時常會出現垃圾長時間堆積無人清掃的情況。為此我們在每個垃圾箱體內置入了高精度稱重器，當箱體內重量達到一定限制時，通過信息發送終端向城市環衛督察隊發送請求信息，以達到垃圾管理的高效運作。

生活垃圾智能存儲設備各主要控制構建功能見表3。

2.1.2 收集環節運作及管理方式

垃圾收集是智能垃圾全過程管理系統的基礎，也是整個系統中阻礙最大，難度最大的一個環節。這其中首先涉及的問題就是如何改變中國人常年混合投放垃圾的習慣以及如何向居民灌輸垃圾分類知識。

（1）垃圾分類知識普及。

在這個環節，我們針對兩種人群提出不同的方案。

方案一：針對未成年人，我們提倡從基礎教育中灌輸垃圾分類知識。未成年人對各項事物接受能力強，思想行為方式具有一定的可塑性。因此，針對這一類人群社會及政府應當督促社會組織和教育機構在未成年人的基礎教育及生活教育中灌輸垃圾分類的理念及分類知識。這樣才能使他們垃圾分類的意識不斷健全，也能不斷帶動身邊的人。

方案二：針對成年人，我們提倡利用社會宣傳及“試錯”方式加強其垃圾分類意識。成年人的思想行為經過數年的沉淀，要想短期內糾正過來并不容易。因此，針對這一類人群，首先應做好社會宣傳工作，使其有一定的垃圾分類基礎概念。其次再通過“試錯”的方式加深印象（圖7）。

每個垃圾儲存容器都有對應的二維碼掃描區，對應信息不符，無法開啟垃圾箱。如果對垃圾分類知識不了解，那么在反復的試錯過程中，可以加深對垃圾分類的印象。這也是我們提出用智能設備帶動人的自覺性的關鍵點。

（2）智能監管。

在垃圾分類知識普及的前提下，代入智能監管方案。

一方面，實行實名制垃圾袋按時按量發放。社區管理機構對每家每月定量發放附有二維碼的垃圾袋，市民在家中就要做好垃圾分類工作，在垃圾處理時，如發現隨意分類垃圾，就會依據云計算系統錄入的數據對其持有者進行信用額度的消減。此外，二維碼每月信息會進行一次更新，更新后原有二維碼將無法使用。用戶可用每月剩余的垃圾袋領取積分換購獎品。這樣可以促使市民自覺減少生活垃圾，達到生活垃圾的減量化。

2.2 城市生活垃圾運送環節

2.2.1 智能化運送工具概念模型

目前，城市垃圾運送環節存在比較大的漏洞，其中主要是運送過程缺乏監管且不易監管，導致運送人員對垃圾傾倒是否嚴格按照要求進行并不重視，其次垃圾車的封裝不嚴密，使得在運送過程中有污水和垃圾溢出。因此，我們著重從垃圾車優化設計入手解決當前問題（圖8）。

具體改進如下：

（1）針對有害垃圾的箱體我們采用整體搬運的方式，在運輸時直接將箱體放入垃圾運送車內。垃圾運送車的后車廂加上了能夠固定兩個有害垃圾箱體的卡槽，以固定垃圾箱。

（2）在車輛上安裝GPS（Global Positioning System）定位系統，實時掌控車輛方位信息，杜絕半路傾倒“野垃圾”的現象。最后，在車輛中安裝信息存儲系統和信息發送終端，以便垃圾回收機構隨時掌握車輛信息。

（3）垃圾站通往每個回收站點的路線會提前設好，垃圾車在出廠前，會對車輛信息，操作人員信息，出發時間有一個備案，作為判斷此次運送過程是否合理的依據以及對操作人員的監督。

2.2.2 運送環節運作及管理方式

垃圾站通往每個回收站點的路線會提前設計好，在路段中會設有ETC（Electronic Toll Collection）道路監控系統（圖10）。通過將收集到的數據傳入云計算系統，實時監控車輛是否有延誤運送時間，如有違背原定路線或隨處傾倒垃圾的現象城市智慧決策系統會立即發出警報。

當垃圾成功運送到垃圾處理場后，再由統一的垃圾處理人員進行卸載、處理。每位工作人員的信息同樣需要經過嚴格的監控，以便在垃圾處理環節中，針對出現的每一項問題確定負責人。

與以上程序相輔相成的是需革新和落實垃圾處理單位的企業制度。當前城市垃圾處理部門雖有一套自己的方案，但在實施環節，有很多還沒有落到實處。因此，要針對新的城市管理模式制定出嚴謹有效的控制方案。垃圾運送處理過程中的所有數據會上傳至智慧城市指揮決策系統終端（圖11），以便清晰地對該環節進行監控。企業制定嚴格的賞罰制度，督促員工嚴格、高效地完成垃圾處理工作。

2.3 城市生活垃圾處理環節

2.3.1 城市垃圾場的最優布置

【以武漢市為例】武漢現有的垃圾焚燒處理廠，每日可造成560t飛灰，處置不符合相關規定，并且部分垃圾處理廠處于水源、居民區附近，嚴重影響到市民的日常生活。因此需對現有垃圾場進行優化升級（圖13）。

垃圾場的建立我們擬定分為有害類垃圾處理和無害類垃圾處理。對現有垃圾場，我們先判斷其地理位置是否適合建立垃圾場，如合適，再判斷該處是適合建有害垃圾處理廠還是無害垃圾處理廠。

2.3.2 處理環節運作及管理方式

一般垃圾和餐廚垃圾被運往指定類別垃圾處理廠。對于可直接再利用垃圾，有需要的市民或企業可提前向管理部門申請審批，以達到垃圾處理資源化，減少多余流程。而對于有害垃圾，需全程監控（其中包括工作動態監控，有害物質含量監控等），通過云計算將數據進行處理，符合無危害處理標準后再集中銷毀，以達到垃圾處理無害化（圖14）。

城市生活垃圾中固體廢物有害類，如廢電池、熒光燈管、過期藥品等。一般具有毒性、易燃性、腐蝕性、反應性、放射性和傳染性，對于這一類物品的處理必須做到嚴格把控。

在整個處理流程中，充分利用物聯網技術，構建危險廢物監管物聯網系統，對生活垃圾中危險廢物的處置流程及處理人員等進行實時監控，為固體廢物處理過程的全程化監管提供技術保障，實現對危險廢物從源頭到填埋處理的全程可溯源化監控，促使固體廢物管理由傳統人工管理方式向現代化智能管理方式轉變。

2.4 城市生活垃圾全過程智能管理策略總體框架圖

該框架圖是對該部分整個流程的思路概括（圖15）。

3 展望

雖然該次研究只針對生活垃圾進行分析，但對于城市的其他垃圾種類處理，依舊可以以此方案為借鑒進行相應的改進。通過研究我們認為，城市垃圾處理雖然在種類上有很大不同，但在其管理方向的選擇上應有部分關聯性。因此該次研究成果具有一定的可調節性和廣泛的適應性。

該方案目前還處在構想階段，但對于城市生活垃圾各過程管理有一定的現實意義。隨著社會科學技術的不斷發展和完善，其可實施性也會日益增高。智能化、信息化是未來生活的發展趨勢，如何合理運用智能技術是當代每個行業應該考慮的問題。基于智慧城市理念的城市垃圾全過程管理策略研究就是順應時代發展，運用智能技術，解決當代城市面臨的生活垃圾各環節的問題，從而達到構建資源節約型、環境友好型社會的效果。

參考文獻

[1] Ayhan Demirbas. Waste management， waste resource facilities and waste conversion processes[J]. Energy Conversion and Management，

2011（52）：1280-1287.

[2] Binxian Gu. Characterization， quantification and management of household solid waste： A case study in China[J].Resources Conversation &Recycling，2015（98）：67-75.

[3] Giovane Lopes Ferri. Reverse logistics network for municipal solid waste management： The inclusion of waste pickers as a Brazilian legal requirement[J].Waste Management，2015（40）：173-191.

[4] A. Suna ERSES Yay. Application of life cycle assessment（LCA） for municipal solid waste management：a case study of Sakarya[J]. Journal of Cleaner Production，2015（94）：284-293.