三明城市医疗废弃物回收物流网络规划

肖 鸿，陈丽因

（三明学院 经济与管理学院，福建 三明 365004）

随着人们生活质量和医疗水平的提高，医疗产生的废物越来越成为各国的难题。 据统计，截止2016 年，我国产生的医疗废弃物总量为191.95 万t[1]，且正持续增长着。 医疗废物具有空间污染、急性传染和潜伏性传染等特征，其危害是城市生活垃圾的几十倍甚至上百倍，若管理不严或处置不当，医疗废物极易造成对水体、土壤和空气的污染，极易成为传播病毒的源头，并造成疫情的扩散。医疗废弃物的处置属于逆向物流范畴，医疗废弃物逆向物流不仅具有普通物流的属性，更有其特殊属性，其在收集、仓储、运输以及最后处置等环节都存在一定风险，所有医疗机构和回收处理公司必须按照国家有关规定完成医疗废弃物的分类、回收和处理，最终处置也必须达到国家无害化指标，实现资源的循环再利用目标和环境保护目标。

国内外对医疗废弃物处理均有深入研究。Aysenur Budak 等[2]学者在基于土耳其地区的处理现状和存在问题基础上，提出了混合整数规划模型，对医疗废弃物回收处理中心的选址和布局优化后的车辆路径问题进行了求解。Zarook M.Shareefdeen[3]指出要加强对医疗废弃物的管理，并强调将先进技术运用于整个管理过程中，同时指出在本科教育中，要重视该方面处理技术的研究。 聂丽[4]以农村医疗机构为对象，为实现资源再循环利用的目标，从博弈论角度出发,构建农村医疗废弃物回收处理系统。 谢斌福[5]旨在解决回收站的选址问题，在其研究中运用了先进的技术，如RFID、GPS 等技术构建物流网络系统，并用遗传算法进行求解。 沈宇波创建四层式城市医疗废弃物逆向物流网络[6]，实现可持续发展的目标。

本文基于三明市现有医疗废弃物回收模式存在的问题，设计了医疗废弃物回收模式和回收流程，规划了医疗废弃物逆向物流回收网络结构，基于经济目标和环境保护目标构建混合整数线性规划模型，并运用LINGO 软件求解，根据运算结果对三明市医疗废弃物回收网络各层级物流设施节点进行选址。

1 三明市医疗废弃物回收模式选择

由于医疗废弃物回收与生活垃圾回收存在差别，其回收模式的建设需要考虑当地建设资本要求和急需性，主要有三种模式（1）由地方政府组织建设回收处理企业；（2）专业医疗废弃物回收企业经营；（3）政府卫生行政部门与专业医疗废弃物回收企业共同合作。 三明市主要是山地地形，医疗废弃物的回收工作较难展开，那么医疗废弃物回收处理系统的建设离不开三明政府部门的监管和支持。 因此，三明市医疗废弃物回收模式建议采取政府卫生行政部门与专业医疗废弃物回收企业共同合作的模式，一方面利用回收企业专业优势、集中处理、减少污染，另一方面通过政府在资金、技术、数据登方面的支持，让回收处理系统更加完善。

2 三明市医疗废弃物回收流程设计

我国目前主要有五种医疗废弃物回收及处置途。 （1）不加任何处理随意丢弃；（2）卖给回收贩；（3）混入生活垃圾流出；（4）直接焚烧填埋；（5）回收企业集中处理。 可见，前四种方式都存在一定问题，且第五种方式在实际运作中，由于政府部门监管机制的缺失，也存在网络不完善、技术不先进、操作不规范等问题。 医疗废弃物的回收包括：收集、分类、包装、运输、处理、加工再利用、填埋焚烧等环节，基于对医疗废弃物的分类（始于医疗废弃物产生地），本文根据医疗废弃物是否具有危险性、是否具有价值，设计医疗废弃物回收流程，以达到低环境污染和高效循环利用资源的目的。 具体流程如图1 所示。

图1 医疗废弃物回收流程图

3 三明市医疗废弃物逆向物流回收网络规划

3.1 构成要素分析

根据医疗废弃物回收处理流程，将医疗废弃物逆向物流回收网络构建成“回收层-暂存处理层-综合处理层-处置层”形式的四层结构网络，其对应的物流运营设施功能如下

(1）医疗废弃物回收点

医疗废物的生成点是各医疗机构，通常一级以上的医院会严格遵循国家医疗废弃物分类标准，将医疗废弃物进行分类及简单处理后放置在院内回收点； 而小型医疗机构也应当在其附近设置医疗废弃物回收柜。 该设施属于回收层。

(2）回收处理中心

由回收处理中心接收附近区域医疗废弃物回收点的医疗废弃物。 因不能保证回收点对医疗废弃物的处理妥当，回收处理中心要对医疗废弃物进行简单分类、拣选和初步无害化处理，以节约在综合处理中心的处理时间。 该设施属于暂存处理层。

(3）综合处理中心

综合处理中心的功能包括：医疗废弃物分类、无害化处理、分拆处理、废弃物处理等。 在彻底无害化处理之后，将废弃物分类，得到有价值部分与无价值部分。 该设施属于综合处理层。

(4）加工企业与填埋场

综合处理中心得到的有价值部分运往加工企业进行加工再利用，无价值部分运往填埋场进行焚烧、填埋处理。 这两类设施属于处置层。

3.2 优化目标分析

基于以上回收网络和政企合作回收模式，本文主要考虑企业经济利益和环境保护两个方面，具体可分为成本目标、收入目标、环境保护目标

(1）成本目标

医疗废弃物回收物流网络的构建成本主要包括回收成本、设施固定成本、设施运营成本和配送成本。 这里将成本目标定为成本最小化。

(2）收入目标

没有利润，回收企业也难以运作下去。 回收物流网络的主要收入来源为废弃物有价值材料的销售收入。 这里将收入目标定为收入最大化。

(3）环境保护目标

建立医疗废弃物回收物流网络最重要的原因之一就是保护环境，这里将缩短处理废弃物的时间作为环境保护目标。

3.3 模型假设

考虑到整个逆向物流网络的复杂性，本文做出以下7 点。

(1）在构建的废弃物回收物流网络中，有若干个医疗废弃物回收点、若干个回收处理中心，若干个综合处理中心，一个加工企业与一个填埋场。

(2）各层次的物流设施只能往其上层物流设施运送物料，回收层因废弃物未处理妥当不能越层运送；另外，交通条件便利，车辆使用专门的医疗废弃物运输车。

(3）回收处理中心与综合处理中心得到的有价值材料，可统一送往加工企业加工再利用，这部分运费可忽略不计。

(4）回收处理中心和综合处理中心的容量有限，而填埋、焚烧没有容量限制。

(5）回收处理中心的仓储费用、综合处理中心的处理费用与其医疗废弃物处理质量成线性正比关系。

(6）各地区同层次物流设施的固定建设成本相同。

(7）环境成本主要指回收点对环境造成的危害，且体现为政府对企业的经济惩罚。国家相关政策规定，医疗废弃物处理时间应小于2 d。 假设一定时间内，环境成本与存放时间存在指数关系。

3.4 构建模型

(1）目标函数

通过对医疗废弃物逆向物流网络的分析，建立混合整数规划模型。 即回收成本指回收企业从回收点获得废弃物所花费的成本，回收成本等于废弃物重量与每千克废弃物价格的成绩。

回收成本函数

（1）式中：XIN1表示医疗废弃物回收点IN1(IN1=I1，I2,I3…)医疗废弃物回收量；Cf表示每公斤医疗废弃物的回收价格。

设施固定成本函数。 即设施固定成本为设施建造成本，回收点通常为医院，因此只考虑回收处理中心、综合处理中心和填埋场的建造成本。

（2）式中：FJN2、FKN3、FPN4分别表示回收处理中心 JN2(JN2=J1，J2,J3…)；综合处理中心 KN3(KN3=K1，K2,K3…)；填埋场 PN4(PN4=P1，P2,P3…)的固定建造成本；YJN2、YKN3、YPN4表示在 JN2、KN3、PN4建设相应物流设施的数量。

运营成本函数。即运营成本为物流设施运作的成本，填埋场的运营成本可忽略不计，只考虑回收处理中心、综合处理中心的运营成本。 回收处理中心主要对废弃物进行分类、简单无害化处理以及无危险性废弃物暂时存储，主要费用为仓储费；综合处理中心主要对有害废弃物进行专业无害化处理，主要费用为处理费。

（3） 式中：CJN2、XJN2表示回收处理中心 JN2的单位仓储成本和废弃物仓储量；CKN3、XKN3表示综合处理中心KN3的单位处理成本和废弃物处理量。

运输成本函数。 即运输成本为废弃物从一个物流设施转移到另一个物流设施所产生的成本，运输成本通常为运输重量、运输距离和单位运价的乘积。

（4）式中：CIN1JN2、XIN1JN2、dIN1JN2表示回收点 IN1到回收处理中心 JN2的单位运输成本；废弃物运输量和运输距离；CIN2KN3、XIN2KN3、dIN2KN3表示回收处理中心JN2到综合处理中心KN3的单位运输成本、 废弃物运输量和运输距离；CKN3PN4、XKN3PN4、dKN3PN4表示综合处理中心KN3到填埋场PN4的单位运输成本、 废弃物运输量和运输距离。

环境成本函数 。即根据模型假设，环境成本为政府对回收企业因废弃物处置不善对环境造成影响的经济惩罚，与废弃物在回收点存放时间呈指数关系。

（5） 式中：ω 为环境污染系数，α1为废弃物中危险性废弃物的比例；TIN1为废弃物在回收点IN1的存放时间。

再生材料销售收入。 即回收企业的收入来源于废弃物中有价值材料的销售收入

（6）式中：Cb表示废弃物中第b 种有价值材料的销售单价；Qb表示第b 种有价值材料的销售量。

综上，总的目标函数为回收企业利益最大化，即

（2）约束条件

（8）式表示KN3的废弃物处理量等于JN2到KN3的运输量，也等于JN2中危险性废弃物的仓储量。

（9）式表示有价值材料的销售量等于JN2、KN3处理所有废弃物中一定比例的重量、其中表示在JN2中得到的无危险性废弃物中有用废弃物的重量（α2：无危险性废弃物的比例，γ1：无危险性废弃物中有用废弃物的比例）表示在KN3中得到的危险性废弃物中有用废弃物的重量（β1：危险性废弃物中有用废弃物的比例），φb为第b 种有价值材料的分解比例。

（10）式表示PN4的填埋运输量等于JN2、KN3处理所有废弃物中一定比例的重量，其中表示在JN2中得到的无危险性废弃物中无用废弃物的重量 （γ2：无危险性废弃物中无用废弃物的比例）表示在KN3中得到的危险性废弃物中无用废弃物的重量（β2：危险性废弃物中无用废弃物的比例）。

（11）式、（12）式和（13）式表示 JN2、KN3、PN4处理量的容量约束；（14）式表示有价值材料重量的容量约束。

（15）～（17）式表示 IN1到 JN2、JN2到 KN3、KN3到 PN4的运输量约束

（18）式表示当废弃物在IN1的存放时间小于2 d 时，环境污染系数为0；若存放时间大于2 d，则环境污染系数为0.3。

（19）～（21）式表示在 JN2、KN3、PN4备选点是否建相应的物流设施，若建，则 Y 取值为 1；若不建，则 Y 取值为 0。 （21）式表示的建造数量为 1。

4 三明市医疗废弃物逆向物流回收网络节点选址

4.1 数据来源

(1）各区医疗废弃物估计量

三明市共12 个县市区，有47 家主要医疗机构[7]。 考虑到经济性、操作规范性等因素，各区的回收点设置在当地最大医疗废弃物产生地，即最大医疗机构。例如，三明梅列区有10 家医疗机构，其中三明市第一医院的医疗废弃物产生量占该地区的一半以上，因此将三明市第一医院设置为梅列区的回收点。 通过对各地区医疗机构的实地调查，得出各区医疗废弃物回收估计量表，具体见表1。

表1 医疗废弃物回收点的回收估计量 单位：t/d

(2）运输成本及运输距离

一般城市垃圾的运输费用为4 元/（t·km），考虑到医疗废弃物的特殊性，假设其运输费用为16/（t·km）。 从回收点到回收处理中心、回收处理中心到综合处理中心运送的均为医疗废弃物，因此其运输费用为16/（t·km）；综合处理中心到填埋场运送的是无害无用废弃物，因此其运输费用为4 元/（t·km）。

前文已选定各县市区最大医疗机构作为回收点，各回收点之间的距离采用“百度地图”（2019 年9 月）推荐的“最短路程”作为运输最优路径及最短距离[8]。 则各区回收点的运输距离见表2。

（3）设施固定成本、运营成本及运营能力

本文根据福建省相关设施建设标准对医疗废弃物回收处理物流设施建设费用假设，具体数据见表3。

（4）医疗废弃物有价值材料销售收入

医疗废弃物中含有玻璃、贵重金属、塑料等材料，本文主要考虑铁金属、玻璃、塑料的回收利用，其他材料忽略不计。 本文调研了三明地区若干家回收企业关于以上三种材料的市场价格，并查阅了三种材料在医疗废弃物中的分解比率，具体数据见表4。

表2 回收点之间的运输距离 （单位：km）

表3 设施构建的相关数据

表4 医疗废弃物中主要有价值回收材料的含量及市场价格

（5)其他参数估计及假设

医疗废弃物的处理由政府推动，每吨的回收价格为50～200 元，废弃物中高危废弃物比例为15%～30%，因此本文假设每吨医疗废弃物的回收价格为120 元，含高危废弃物比例20%。 三明县市区交通基本上走高速公路（除三元区和梅列区），市区内交通也比较通畅，因此设定汽车平均车速为60 km/h；同时，假设正常装卸物料时间为1 h。 根据对三明市第一医院、宁化县医院等几所大型医疗机构现有回收模式的调查，可知大部分回收点采用每日回收每日处理的模式，滞留时间不超过16 h，即使最远两个回收点（相距241 km）路上消耗时间不超过4.5 h，因此，目前三明各县市在正常情况下，都能在2 d 之内完成对废弃物的处理，环境污染指数为0。

4.2 运算及结果分析

将模型利用LINGO12.0 软件编程进行求解，并进行仿真分析。 根据运行结果可知，在三明市建设2 个回收处理中心、1 个综合处理中心最为合适。 综合考核交通便利程度、人口密集程度、主河道流势等因素，本文建议在明溪县大洋窠、沙县湖源各建一个回收处理中心，在沙县高砂镇建一个综合处理中心和一个填埋场，其具体地理分布情况如图2 所示。

从运营效率来看，2 个回收处理中心、1 个综合处理中心目前的服务能力利用可超过60%（见表5），具备一定经济效益，同时也能应对未来医疗废弃物回收量的增长趋势。

图2 三明市医疗废弃物回收逆向物流网络节点布局与选址

表5 三明市医疗废弃物回收逆向物流网络构建相关函数值

5 结论

本文基于医疗废弃物的回收处置现状存在的问题，设计了医疗废弃物回收模式和回收流程，规划了以三明市12 县（市区）为范围的医疗废弃物逆向物流回收网络结构，以经济、环保为目标构建混合整数线性规划模型，对回收网络中各级节点进行选址布局。 当然，改善城市医疗废弃物回收现状不仅要构建合理的回收网络，还需要相应的措施保障回收物流系统良好运作，例如健全法律法规体系、发展回收处置技术、建立积极有效的激励制度、规范行业准入标准等等。