收费制度下的生活垃圾处理研究

周 晋，周 秦

（1.天津理工大学，天津 300384；2.天津科技大学，天津 300457）

收费制度下的生活垃圾处理研究

周 晋1，周 秦2

（1.天津理工大学，天津 300384；2.天津科技大学，天津 300457）

近年来，我国城市生活垃圾数量不断增加，不少城市出现了“垃圾围城”的现象，严重阻碍了城市的可持续化发展进程。目前，国际上对生活垃圾的处理通常采取填埋、焚烧和堆肥3种方式[1]。不同的垃圾处理方式产生的社会影响不同。因此，查阅文献资料，尝试在界定生活垃圾处理全过程、各环节内容的前提下，明确生活垃圾处理总成本的组成，即包括直接成本、间接成本、自然资源损耗费用和可回收收入，然后以垃圾收集、垃圾清运为主体处理框架，分析垃圾产生量与堆肥处理、填埋处理、焚烧处理、运输、收集等15项垃圾处理成本的关系，并引入绿色核算理论，通过建立城市垃圾处理费用模型，对现行垃圾处理方式产生的成本进行计算、比较，为社会提供生活垃圾管理的成本信息，从而促进垃圾分类。

处理成本；垃圾分类；灰度预测；绿色核算理论

城市生活垃圾，是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。随着我国经济的不断发展，生活垃圾的产量也随之增加。据统计，2014年，我国城市生活垃圾清运量达到了1.79×108t[2]，而由此产生的垃圾处理成本也是一笔令人不可小觑的数字。如果不及时转变垃圾处理模式，对垃圾进行有效的分类收集和环保的消灭处理，垃圾围城将成为现实。因此，选择合适的方案处理垃圾是我们现阶段需要考虑的重要问题之一。

国外一些发达国家为了解决垃圾过盛和处理成本过高的问题，对垃圾处理实行分类收费制度，我国也正积极探索有效的垃圾处理方式。为此，我们需要明确垃圾处理总成本的构成，核算垃圾处理成本，探讨不同处理方式下对消耗的成本和环境的影响，并积极采取垃圾分类收费制度，从源头上减轻环境污染和成本负担。

1 垃圾处理社会总成本概述

为了推进社会经济的绿色发展，提升城市管理和服务水平，优化人居环境，必须对城市生活垃圾进行合理的分类和处理，并且要考虑到经济成本的问题[3]。所以，在开展工作时，先要明确垃圾处理总成本的概念，然后构建加权模型，计算各个处理环节的成本，将得到的计算结果汇总求和得到垃圾处理的总成本。

为了能比较全面、真实地描述各种城市生活垃圾的处理成本，笔者查阅资料，运用绿色投入产出核算体系的概念[4]，即在原来的一般费用核算基础上，考虑到垃圾污染环境所造成的经济损失。具体来说，就是在城市生活垃圾处理全过程中，除了考虑一般的清运、收集、处置成本外，还需考虑在处理过程中产生的对自然资源的损耗值和环境污染的损耗。生活垃圾处理总成本分解如图1所示。

图1 垃圾处理总成本

1.1 直接成本

1.1.1 运输、回收费用

城市垃圾收运是由产生垃圾的源头运送至处理处置场的全过程[5]，它包括3个阶段，即收集、清运、中转。

1.1.1.1 收集费用

1.1.1.1.1 城市生活垃圾未来产量预估

城市生活垃圾收运方式的设计不仅应适应当前垃圾产量的核算需求，还应具有长远的战略价值。查阅资料，采用单指数平滑法预测未来城市垃圾的产量，具体公式是：

式（1）中：t为垃圾的预估年份；ρ为平滑系数，ρ∈[0，1]；Xt为t时垃圾的实际产生值；Qt为t时垃圾的估计值；Qt+1为t+1时垃圾产量的估计值。

1.1.1.1.2 分类收集

1.1.1.1.2.1 源头分类

Geller等学者对生活垃圾源头分类行为的界定是[6]：将垃圾产生的源头作为整个生活垃圾处理过程的开始，处理人员将生活垃圾按照规定类别分类收集，最后，将装有不同垃圾的垃圾袋运送到指定的地点统一处理。垃圾源头分类收集可以减少垃圾运输、处置的工作量，减少二次环境污染，并且简化后续处理工艺并提高效率，降低能耗和成本。

查阅相关资料，明确城市生活垃圾源头分类收集的经济分析[7]，即：

式（2）中：L1为垃圾源头分类收集的产生效益；F1，F2，F2，F4均为变量，分别表示收运费的减少量、回收资源效益的增加量、污染减少量和健康效益增加量。

1.1.1.1.2.2 末端处置

查阅文献可知，末端分类主要是以现状人工分拣为主力的分类方法[3]。本文将末端处置的费用分为分拣成本和政府补贴。

查阅文献得知，分拣工具、水电费、劳动保护用品约为1 000元/人，末端处置政府每吨补贴δ元/吨，综合以上分析，垃圾收集成本W收为：W收＝δ×Qt＋1 000P人.

1.1.1.2 清运费用

随着社区垃圾收运网点与转运中心上午重新整合，必然要对垃圾运输路线进行优化整合。

城市的垃圾清运处理系统可以被看作是一个非完全无向有限连通网络[8]，假设系统中有p个垃圾中转站，m个垃圾收运点，且至少有N个卡车运送垃圾，1辆车可负责1个收运点的垃圾，并将垃圾运输到处理中心。

假设存在n辆垃圾运输车，它们需要将垃圾收运点ai的垃圾运输到垃圾转运中心bi。

每一个垃圾转运中心可有多辆卡车同时工作，并且它们的运输费用和对环境影响的权重是相同的，则卡车实载的费用与空载费用的比值定为η（η＞1）[9]。对于当前需求rj＝ai，要找到离社区垃圾收运网点ai最近的垃圾转运中心bi。由于此时bi处已有垃圾车，则把垃圾转运中心bi的垃圾运输车空载运到ai处，然后将垃圾运输车实载垃圾调回到bi处，最后完成rj所需的总的费用为（η＋1）×d（ai，bi）[10]。

所以，综上可得垃圾转运费用W转运为：W转运＝（η＋1）×d（ai，bi）.

1.1.1.3 中转费用

1.1.1.3.1 中转站年均固定成本

查阅文献得知，在分析垃圾中转站的固定成本时，常用的模型是“数据包络分析”（DEA）。DEA是运筹学家Charnes、Cooper和Rhodes在1978年提出的。该分析方法基于“相对效率评价”概念，能有效解决具有多输入、多输出特征的同行业企业生产率评价问题[11]。

根据DEA模型的原理，建立垃圾中转站的DEA模型。其中，DEA1为DEA评价下的中转站年均收益，DEA2为DEA评价下的中转站年均运行成本，DEA3为DEA评价下的中转站年均固定成本。

设服务区内有k个垃圾收集点，k＝1，2，…，m，有i个已建中转站，i＝1，2，…，n，有j个处理站，j＝1，2，…，l.至此，可得中转站年均固定成本为：

1.1.1.3.2 运输成本

设生活垃圾的基本运费为C1元/t（10 km以内），超过10 km的增收C2元/t/km，超过20 km增收C3元/t/km。S为将垃圾从转运站运输至处理处置场的距离。所以，综上可得总运输成本W运为：

1.1.2 处理费用

1.1.2.1 填埋费用

1.1.2.1.1 卫生填埋成本

卫生填埋成本，主要是指垃圾填埋场的处理成本，包括基建成本、土地成本和运行维护成本。

查阅资料可得，土地成本为：

式（5）中：L为年土地成本；U为基准年的填埋场地的基准地价；S为填埋面积；i为利率；n为土地剩余寿命。

综上可得，卫生填埋成本W卫生为：

式（6）中：Qw为每年各省垃圾卫生填埋的数量。

1.1.2.1.2 灰渣填埋成本

填埋的灰渣种类主要有3种，即焚烧设施灰渣、堆肥设施灰渣和回收设施灰渣。假设3种灰渣产生率分别为α，β，γ，则灰渣填埋成本为：W灰渣＝α×W卫生＋β×W卫生＋γ×W卫生.

1.1.2.2 焚烧费用

垃圾焚烧是利用高温氧化方法处理生活垃圾的一种技术，在焚烧处理过程中会产生一定的污染物。焚烧厂处理费主要包括焚烧和烟雾处理设备费、辅助燃料费、处理衍生废物处置费等。笔者认为，在进行费用核算时，可将焚烧费用分为外部成本和内部成本两部分，其中，外部成本包括土地成本、建设成本和焚烧成本。建设成本可以用政府实际支付的建设费用计算。焚烧成本采用直接成本法，公式为：

式（7）中：P为单位垃圾处理费。

在处置垃圾的过程中，由于采用的处置技术会对大气、水体等造成新的污染，即所谓的外部成本，包括未内部化的环境成本[12]，比如垃圾焚烧产生的二英对人体健康造成的损失。查阅文献，二英排放造成的健康损失可以用公式表示为：

1.2 间接成本

2016年，城建部发布了《住房城乡建设部等部门关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》，规定了垃圾处理补贴费用分析按《建设项目经济评价方法与参数》执行，因此，政府补贴电价E电为：

1.3 自然资源损耗费用

现代边际机会成本（MOC）理论认为[4]，在进行一项经济活动的过程中，不仅会消耗各种生产要素，还会影响自然环境。这时，我们需要承担其所产生的治理、损失费用等。边际机会成本由处理城市生活垃圾产生的直接费用、资源的未来可使用的机会成本和外部成本构成。其中，与自然资源损耗相关的指标用MUC和MEC表示。

1.3.1MUC的核算

查阅文献可知，MUC的核算可使用Hotelling模型，即：

式（10）中：i为利率；△为资源剩余量的平均增长率。

对于不可再生资源，需要考虑MUC；对于能合理开发利用的可再生资源，MUC可忽略不计。

1.3.2MEC的核算

MEC可通过生态环境质量价值的变动来确定，即分析评价其潜在的环境质量的效益或价值（该资产的经济价值）。

1.4 可回收收入

可回收收入是由生活垃圾中的再生资源产生的，具体包括资源再生收入、生物堆肥收入、焚烧热能再利用。用λi、λC、λP分别代表可用于焚烧、堆肥和回收利用垃圾成分的可利用率（%），Q1表示第t年可燃烧垃圾总量，Q2表示第t年可堆肥垃圾总量，Q3表示第t年可回收垃圾总量，则可回收的收入W回收为：W回收＝（λi×Q1＋λC×Q2＋λP×Q3）×P.

通过对不同处置技术下的不同环节的成本分析和计算，将各个环节的成本加总求和，即可得到不同方案下的垃圾处理社会总成本。

2 采取分类收费制度的垃圾总量减量化效果分析

生活垃圾来源于居民日常生活，居民的消费等行为会在一定程度上影响垃圾的产量。

居民处理垃圾时常常采用直接排放和分类回收2种方式，前者需要付费，而后者则是免费的[13]。因此，本文借鉴家庭生产函数模型来分析垃圾分类收费制度对垃圾排放量和回收效率的影响，从而分析垃圾分类制度对垃圾总量减量化效果的影响。

2.1 环境容污角度进行分析

查阅文献可知，垃圾收集和回收的生产函数可表示为[13]：

式（11）（12）中：PX和PXX分别为P对xΨ的一阶和二阶偏导；MX和MXX的含义依此类推。

而埋填、堆肥、焚烧垃圾都会污染空气，并且随着垃圾产量的增加，环境容污能力会呈反比变化，此时，处理相同数量的垃圾所需投入的劳动力就会增加。

查阅文献知，垃圾处理的利润最大化函数为：

利用MATLAB对式（13）进行微分、求导化简求解，得到状态变量E和共态变量qE的关系，即：

最后，从求解微分方程得到的结果中可以看出，随着垃圾产量的增加，环境容污能力逐级下降，垃圾处理的效率也不断降低。

基于此，为了保证效率，处理相同数量的垃圾所需的劳动力就会不断增加。因此，垃圾处理分类收费会影响Pχ的值，从而影响垃圾的收集、回收和最终处理的边际成本，具体表现为Pχ增加，边际成本成正相关增值。根据价格偏好理论，消费者会倾向于使成本价格下降的行为，因此，会缩减垃圾产生量，从而达到垃圾减量化的效果。

2.2 居民行为角度分析

假设居民的商品消费量为c，消费后会产生q的垃圾，二者满足以下关系，即：τ×c＝q，0＜τ＜1.居民对于消费产生的垃圾可以采取直接排放和分类回收2种处理方式。但是，对于直接排放的垃圾要支付相应的费用，而回收垃圾则无需缴费。在垃圾为一固定常数的情况下，采用分类回收的垃圾数量越大，垃圾采取直接排放方式的数量就越小。

查阅资料可知，居民进行分类回收后的垃圾产生量为：

式（15）中：Tr是居民进行垃圾分类回收所耗用的时间，为进行垃圾分类回收的方便程度。

根据垃圾按量收费的最优单位定价理论，可以得到居民预算约束为：

式（16）中：pC为复合商品的价格；pg为垃圾处理服务的单位定价。

在此约束条件下，居民效用极大化可用函数表示为：

通过MATLAB对式（18）进行拉格朗日一阶求导，解得，当居民达到效用最大化时，垃圾的回收量为此时，垃圾的排放量为二者之和。由此可以看出，居民的垃圾费支出与排放量呈正比。

由此可以看出，在分类收费制度下，居民的垃圾排放量会减少。综上所述，如果采取垃圾处理分类收费制度，会对垃圾总量带来更有效的减量化效果。

3 结论

从对垃圾分类处理的成本分析中可以看出，经过有效的分类，垃圾的处理成本降低。因此，为了更好地响应国家“节能绿色环保”的号召，在处理垃圾时，可以参考以下几个建议：①采取垃圾收集、转运（分类）与终处理相分离的模式；②加强宣传教育，提高全民环保意识，自觉促进垃圾分类的实施[14]；③进一步提高垃圾转运站的效率，优化选择垃圾转运路线；④扩大源头垃圾处理的规模，提高人员、技术投入和管理水平，鼓励居民对垃圾积极进行源头分类处理；⑤提供方便实用的垃圾分类收集设施；⑥运用“互联网＋”的概念，形成“环卫清运网络”和“再生资源回收网络”的垃圾收运新模式；⑦将促进垃圾前段有效分类、强化中间转运环节、增强末端处理能力三者结合[15]，建立前端长期有效的垃圾分类体制，实现垃圾干湿分离。

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.061

2095－6835（2018）01－0061－05

〔编辑：白洁〕