蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模式初探

段 瑞，成志平

(陜西工業職業技術學院，陜西咸陽712000)

0 引言

甘蔗和甜菜是主要糖料作物，在我國以甘蔗產量為最多，其種植面積與其他糖料種植面積比約為8.5︰1.5，主要集中在我國廣西、云南、瓊北和粵西一帶[1]。甘蔗在收獲與制糖過程中均會產生大量的廢棄物如甘蔗葉(約占單株甘蔗整重的 16%左右)、甘蔗渣、廢蜜、濾泥等。據有關學者統計，每生產1 kg的蔗糖，通常會產生1～2 kg甘蔗葉、2～3 kg甘蔗渣、0.8 kg廢蜜和0.25 kg的濾泥[2]。對這一部分廢棄物和副產品進行充分回收，是實現甘蔗制糖資源可回收利用、產業增值的基礎。

甘蔗制糖工業是我國最早開展逆向物流的產業形態之一，2001年我國建立了第一批國家級生態工業園-廣西貴糖(制糖)生態工業園區等，初步建立了“再制造”與“再利用”逆向物流試點[3]。部分糖企在逆向物流回收模式理念下，通過建立現代甘蔗園實現了生產端產能科學規劃與控制；利用蔗髓熱電聯產技術，將蔗渣中無法用于造紙的 30%～35%蔗髓進行發電，保護環境的同時節省了大量的生產用燃料；利用逆向物流技術進行廢棄物再利用，實現資源輸出端控制，將糖蜜制酒產生的廢醪液進行濃縮，生產出極其適合蔗田使用的有機復合肥，完整實現了甘蔗“蔗田-甘蔗-制糖-廢糖蜜-制酒精-酒精廢液-制復合肥-回到蔗田”的逆向物流回收。

本研究以蔗糖產業為出發點，構建了產業級廢棄物逆向物流回收體系，旨在為我國未來蔗糖產業、環保事業等的發展提供理論與技術支持。

1 蔗糖產業廢棄物綜合回收利用現狀

1.1 田間廢棄物

2018/19 年榨季，我國甘蔗種植面積 138.19萬hm2，同比下降1.7%[4]。按照甘蔗葉(含葉梢)產量為6～10 t/hm2計算，我國2018/19年榨季糖料甘蔗葉年產量為 829.14萬～1381.9萬 t。甘蔗葉含有豐富的營養元素、粗纖維、蛋白質等，屬于可再生生物質能源；葉片含水量少，經晾曬儲藏之后不易霉變。甘蔗葉的回收再利用能夠極大地提高甘蔗種植地區的資源循環利用率，降低資源浪費的同時解決環境污染問題。當前我國大部分回收的甘蔗葉被廣泛應用于生產飼料、栽培食用菌等，蔗葉田間廢棄物回收利用途徑見圖1。

圖1 蔗糖產業田間廢棄物回收利用途徑

據學者實驗表明，以甘蔗葉梢加尿素為主要飼料進行畜牧育肥，平均日增重約為 0.568 kg，與對照組相比增重效果更加明顯[5]。廣西柳城縣甘蔗葉直燃發電項目為我國首個利用甘蔗葉直燃技術進行發電的項目，該項目建成至今已擁有超過 1.8億kW·h的發電能力，較同等規模燃煤發電廠減少CO2、SO2和粉塵排放量分別超過 10萬 t/年、600 t/年和400 t/年[6]。同時電廠向當地農戶收購甘蔗葉的價格始終保持在 120元/t左右，為柳城縣蔗農增加年均2000萬元以上的收入。可見，蔗糖產業田間廢棄物回收再利用，既能夠幫助甘蔗制糖產業實現循環生產，同時也充分利用了資源，保護了生態平衡。

1.2 制糖副產物

進入21世紀以來，制糖成本的提高、土地資源的短缺以及全球能源危機的出現，我國制糖工業逐漸從飽和狀態下的粗獷生產轉型為合理、科學的精細化經營，對糖業副產物的綜合利用思維與技術重視程度逐漸提高，初步形成了圖2所示的甘蔗制糖產業“糖酒-糖紙”聯產模式[7]。

甘蔗制糖副產物回收對象主要為蔗渣、濾泥、廢蜜3方面：將甘蔗壓榨后形成的蔗渣進行充分干燥后可以為糖廠鍋爐提供燃料，再通過汽輪機、發電機為糖廠生產提供蒸汽或電力，剩余的蔗渣可以經過除髓后，打包銷往木糖醇生產廠家或造紙廠；濾泥可以為畜牧業、種植業提供飼料、肥料原材料；廢蜜通過發酵及一系列蒸餾、脫水工藝可以生成酒精釀酒[8]。

隨著現代工業生產工藝、管理模式的不斷發展以及全球范圍內環保意識的不斷提高，按照上述方式對蔗糖產業田間廢棄物、制糖副產物進行綜合利用，已經逐漸無法滿足我國經濟體制改革的基本要求。眾多學者、糖廠都在不斷探索糖業廢棄物的綜合利用新途徑、新方法[9]。利用逆向物流理念對蔗糖產業廢棄物回收模式和體系進行構建，逐漸成為未來我國制糖工業領域的研究重點。

2 蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模式構建

2.1 逆向物流內涵

逆向物流至今未形成完備或公認的統一定義，但多種描述方式基本思想內涵一致，主要包含：①處理對象為各類型原材料、產品、廢棄物以及包裝容器等；②實施目的是為了正確處理廢棄物從而降低人類活動給自然環境帶來的危害，在重新獲得資源利用價值的同時實現社會的可持續發展；③具體活動為對原材料、產品、廢棄物等的回收、檢測、處理、再利用以及廢氣處理等。圖3所示為典型的逆向物流流程。

圖2 甘蔗制糖產業“糖酒”聯產模式

圖3 典型逆向物流流程

其中，廢棄物逆向物流回收最常見的方法有：再使用，對部分廢棄物經過簡單的分類、檢測、清理、維修等，產品即可直接進入回收再利用系統；再制造，該工藝過程較為復雜，需要在保證產品質量的前提下，綜合考慮產品功能、資源利用率等充分提升廢棄物附加值；再循環，將廢棄物中的原材料加以提煉，用于該產業或其他產業的生產加工。

2.2 蔗糖產業廢棄物逆向物流回收特征

由1.1、1.2節分析可知，蔗糖產業廢棄物甘蔗葉、蔗渣、濾泥、廢蜜等涵蓋了種植到生產等各個環節，且廢棄物種類繁多、富含多種有機成分，因此，其逆向物流流程與圖3相比存在較大差異[10]。本研究將在以下特征基礎上構建蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模式。

2.2.1 復雜性

蔗糖產業廢棄物逆向物流回收涉及原料蔗種植、收割、運輸、生產等各類節點，各環節對應不同的物流特點。如甘蔗屬于宿根性植物，原料蔗種植、收割環節的逆向物流需要充分考慮甘蔗植株的地下部分重新萌芽生長問題等；甘蔗制糖副產物成分復雜，尤其與造紙、酒精生產工藝結合的生產線，還需充分考慮甘蔗制糖工藝以外的廢棄污染物成分等。

2.2.2 動態性

蔗糖產業廢棄物逆向物流動態性主要體現在：①市場需求的動態性，蔗糖產業廢棄物逆向物流需要根據市場的實際需求進行調整，物流鏈條上各節點成員也會隨之更新；②生產工藝的動態性，在制糖工藝不斷進步情況下，蔗糖產業廢棄物的種類、含量等將會不斷處于動態變化中，逆向物流回收模式需要根據廢棄物的動態變化做出及時調整。

2.2.3 不確定性

蔗糖產業與其他產業如造紙、酒精生產具有一定的交叉，糖企既可作為產業鏈主體也可以作為其他產業鏈中的節點成員。不同產業鏈節點成員之間的相互交叉、合作、競爭，給蔗糖產業廢棄物逆向物流回收形成了不同影響，逆向物流回收網絡復雜龐大，形成了蔗糖產業廢棄物種類、形態、回收模式的不確定性。

2.3 蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模型構建

通過對蔗糖產業廢棄物逆向物流回收環節的復雜性、動態性、不確定性進行分析，在圖3基礎上構建了圖4所示逆向物流回收模型。該模型基于一般蔗糖產業廢棄物回收流程，從甘蔗全產業鏈視角出發，充分融合大數據技術，實現了蔗糖產業廢棄物回收水平預測、回收模式選擇以及回收網絡模式規劃。與一般傳統蔗糖產業廢棄物回收方式相比，本模型能夠充分掌握全甘蔗產業鏈廢棄物回收量、回收水平；能夠基于利益分配等規劃甘蔗全產業鏈廢棄物回收主體、分配成員利潤；能夠通過模型性能穩健指數，對蔗糖產業廢棄物回收設備選用、設施選址等進行規劃，從而獲得逆向回收利用效率最佳的流量分配方案。

圖4 蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模型

蔗糖產業廢棄物逆向物流回收系統中的決策多屬于模糊多目標決策，即群體的、模糊的、多目標和多層次的非半結構性決策。甘蔗自蔗田流入蔗糖產業鏈后，系統將在大數據、云計算以及模糊運算技術支持下對某區域甘蔗總產量、田間廢棄物產量、蔗糖及其副產物產量等進行預測。與一般廢棄物逆向物流回收模式相比，本研究所構建模型充分考慮了蔗糖產業廢棄物逆向物流的復雜性、動態性和不確定性，降低了3項指標對逆向物流回收系統性能的影響。系統完成各環節廢棄物種類、產量等預測之后，會將預測結果轉接分銷、回收環節以及糖廠、其他產業等，經由系統進行統一的廢棄物回收模式和網絡模式規劃，以建立產業綠色形象為目標，在蔗糖產業及各地區環保政策的約束下，對不同環節、不同產業鏈主體進行廢棄物回收的能力進行規劃。該模式既能夠從定性方面實現蔗糖產業廢棄物逆向物流回收，又能從定量方面實現甘蔗全產業鏈主體廢棄物回收利用中的利益分配。

2.3.1 廢棄物回收水平預測

針對甘蔗制糖產業產品全壽命周期從種植到進入廢棄處理等各階段，分析影響蔗糖產業廢棄物回收水平的因素并加以提煉，利用模糊運算法則對其中關鍵因素進行模糊化描述。作為逆向物流回收系統首要環節，影響蔗糖產業廢棄物回收水平的因素眾多，同時系統各影響因素之間又互相影響。因此，系統在進行廢棄物回收水平預測之前第一步，需要基于蔗糖產業產品全壽命周期的回收影響因素進行分析，從孕育期、生產期、市場期等視角挖掘影響蔗糖產業廢棄物回收水平各因素。廢棄物回收水平預測第二步，需要對各不同的影響因素權重進行計算，由于蔗糖產業廢棄物具有復雜性、動態性和不確定性等特征，因而本系統引入模糊神經網絡對各因素權重進行計算，通過構建5層網絡系統(即輸入層、模糊化層、規則層、結論層、輸出層)等進行權重計算。廢棄物回收水平預測第三步，是基于蔗糖產業廢棄物逆向物流回收權重指標構建廢棄物回收水平預測模型，將得到的模糊化描述要素在模糊神經網絡支持下，對蔗糖產業廢棄物逆向物流體系中的產品回收時間間隔和回收量進行預測，從而保證逆向物流回收系統能夠獲得準確的二維預測結果，輔助系統進行回收模式選擇以及網絡結構規劃。

2.3.2 回收模式選擇

蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模式的選擇，是在充分分析蔗農、蔗糖廠家、產業鏈其他企業和第三方物流企業多種不同產業鏈主體力量領導下廢棄物逆向物流回收模式基礎上，對不同廢棄物逆向物流回收模式進行多層次規劃，通過充分考慮逆向物流回收廢棄物產品質量所造成的再利用成本，獲得最適合某廠家或某地區蔗糖產業鏈的逆向物流回收模型。回收模式選擇可主要分為3大環節：第一，根據不同的物流回收模式如制造商自營模式、經銷商負責模式以及第三方運營模式等進行模型構建；第二，通過分析不同模型下逆向物流回收體系各主體利潤、利益分配等情況得到最適合糖企自身發展情況的回收模式；第三，在糖企所處蔗糖產業鏈合作契約約束下，對回收體系利益分配機制進行設計，得到符合企業所處產業鏈的利益分配模型。回收模式選擇應按照最優零售價、回收率、利潤率等標準，設計合理的回收機制達到“最滿意”模型建設。

2.3.3 網絡結構規劃

逆向物流網絡是由蔗糖產業鏈各參與主體共同構建所得，無論選擇何種廢棄物回收模式，都需要適當的物流網絡體系進行支持。蔗糖產業廢棄物逆向物流回收體系網絡結構規劃，首先需要對蔗糖產業逆向物流回收網絡各主體進行分析，逆向物流網絡由糖企、分銷中心、消費區、回收中心、再制造環節、廢棄處置點等六部分硬件設施組成，蔗糖產業廢棄物回收包括了收集并運送廢棄物到指定地點的所有相關活動；其次，網絡結構規劃過程中需要蔗糖產業鏈中各主體遵循成本最低目標和模糊線性規劃構建復合產業特色的模糊混合整數線性規劃模型，將制糖企業廢棄物供求數量和處理能力作為蔗糖產業鏈條模糊數并進行求解[1]；再次，蔗糖產業廢棄物逆向物流回收體系網絡結構規劃，需要利用不確定環境下網絡結構的穩健性求解結果分別進行廢棄物逆向物流回收系統的流量分配和穩健性分析。

3 結語

本文對蔗糖產業廢棄物逆向物流回收模式進行了初步分析，對蔗糖產業廢棄物逆向物流回收的復雜性、動態性以及不確定性等特征進行了總結，初步構建了一種能夠應用于蔗糖產業廢棄物逆向物流回收的模式。該模式基于現代信息技術對一般逆向物流回收體系進行優化，使之更加貼合蔗糖產業特征。逆向物流回收模式對于蔗糖產業樹立綠色環保形象、實現綠色可持續發展有重要價值，廣西貴糖集團等企業在利用廢棄物逆向物流回收體系構建循環經濟過程中，獲得了良好的經濟與環保效益。然而由于逆向物流回收模式在蔗糖產業應用時間尚短，應用企業也較少，本文僅能從回收模式選擇等視角得到部分淺顯結論，對于蔗糖企業逆向物流回收模式的多元開發、具體應用實踐效果等尚有待進一步研究。