بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش مسئله مدیریت پسماندهای تفکیک شده و قابل بازیافت خانگی مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از بررسی ادبیات مسئله و مطالعه عملکرد کشورها در این حوزه، روشی جدید برای جمعآوری پسماند تفکیک شده خانگی با الگو گرفتن از عملکرد کشورهای موفق و با در نظر گرفتن شرایط خاص کلانشهرهای کشورهای در حال توسعه، به ویژه ایران پیشنهاد شده است.
روش پیشنهادی تعمیمیافته مسئله مکانیابی-مسیریابی است و یک شبکه دو ردهای از تسهیلات پردازش پسماند و وسایل نقلیه چندبخشی میباشد که از طریق انبارهای متقاطع معکوس به هم متصل میگردند. این اولین پژوهش است که در آن استفاده از مفهوم انبارهای متقاطع معکوس در طراحی شبکه جمعآوری پسماند پیشنهاد شده است. مسئله در قالب مدل برنامهریزی خطی عدد صحیح مختلط فرموله شده است. به منظور تصدیق مدل چندین مثال طراحی شده و توسط نرمافزار GAMS® کد نویسی شده است و از این طریق کارایی مدل بررسی شده است.
1 مقدمه
امروزه مدیریت پسماند1 به عنوان یکی از مهمترین دغدغههای جوامع بشری مطرح میباشد. افزایش روزافزون حجم پسماند در اثر رشد جمعیت و گسترش شهرنشینی از یک سو و تنوع و گوناگونی پسماند تولیدی از سوی دیگر بر پیچیدگی شرایط و نحوه جمعآوری و دفع آنها میافزاید. هر چند که تا حدود نیم قرن پیش نگاه به پسماند در دنیا به عنوان مادهای دورریز بود، در دهه 90 میلادی با مطرح شدن مفهوم توسعه پایدار2، جوامع به این نتیجه رسیدند که بدون توجه همزمان به مسائل اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی نمیتوان امید داشت که منابع محدود کره زمین جوابگوی نیازهای رو به رشد جامعه و نسل آینده باشد.
در پی این تغییر نگرش، توجه به بازیافت پسماند شدت بیشتری گرفت. پسماند که امروزه از آن به عنوان طلای کثیف یاد میشود، تبدیل به یکی از بازیگران اصلی اقتصاد جهانی شده است. آمارهای کمسیون اتحادیه اروپا3 نشان میدهد ارزش پسماند صادراتی این اتحادیه تنها به کشورهای غیر عضو سازمان همکاری و توسعه اقتصادی4 در سال 2014 بالغ بر 8 میلیارد یورو بوده است و کشور چین در سال به طور متوسط 26 میلیون تن پسماند از دیگر کشورها واردات دارد. تمام این موارد نشاندهنده اهمیت و لزوم توجه به موضوع مدیریت صحیح پسماند است.[1]
در این میان، چالش مدیریت پسماند برای کشورهای در حال توسعه در مقایسه با کشورهای توسعه یافته جدیتر است. رشد سریع شهرنشینی و عدم برنامهریزی اصولی برای ایجاد زیرساختهای شهری باعث بروز مشکلات اساسی در ارائه خدمات شهری و از جمله مدیریت پسماند در این کشورها شده است .[1] در ایران نیز مدیریت پسماند شهری از دغدغههای اصلی شهرداریها محسوب میشود و بخش عمدهای از هزینه مدیریت شهری را به خود اختصاص میدهد. توجه به این مطلب که کمتر از سه درصد پسماند در ایران وارد چرخه بازیافت میشود[2]، لزوم توجه به برنامهریزی و مدیریت صحیح پسماند شهری را بیش از پیش آشکار میسازد.
در این پژوهش با الهام گرفتن از تجربه موفق کشورهای اروپایی، شبکهای جدید برای جمعآوری پسماند تفکیک شده خانگی ارائه شده است. این اولین پژوهش است که در آن استفاده از مفهوم انبارهای متقاطع معکوس در طراحی شبکه جمعآوری پسماند پیشنهاد شده است. همچنین در این پژوهش برای اولین بار استفاده از وسایل نقلیه چندبخشی برای جمعآوری پسماند در یک شبکه دو سطحی استفاده شده است. مدل پیشنهادی در قالب برنامهریزی خطی عدد صحیح مختلط فرموله و با حل مثالهای عددی مورد بررسی قرار گرفته است.
ساختار مقاله در ادامه به این ترتیب خواهد بود، در بخش دوم وضعیت مدیریت پسماند در کشورهای جهان بررسی میشود و در قسمت سوم مروری بر پزوهشهای انجام شده در این حوزه توسط سایر محققین انجام شده است. روش جدید پیشنهادی برای جمعآوری پسماند در بخش چهارم معرفی و در بخش پنجم در قالب مدل ریاضی ارائه شده است. فصل شش به تصدیق مدل اختصاص داده شده و نهایتا در بخش هفتم پس از نتیجهگیری، پیشنهاداتی برای مطالعه آتی ارائه شده است.
2 وضعیت مدیریت پسماند در کشورهای جهان
مقررات اتحادیه اروپا در مورد تصفیه پسماند منبع اصلی افزایش فشار بر کشورهای عضو جهت تغییر رویکرد از دفن پسماند به بازیافت و یا استفاده مجدد میباشد. لایحه اتحادیه اروپایی در سال 1999 مبدا این تغییر رویکرد بود. هر یک از اعضا باید سیستمی مدون برای مدیریت پسماند خود ارائه میکرد. لایحه دیگر این اتحادیه اعلام کرد که تا سال 2020، مقدمات استفاده مجدد و بازیافت پسماندهای جامد شهرداریها را باید تا حداقل 50 درصد وزنی افزایش داد و طراحی شبکه بازیافت به نحوی باشد که هر ایالت در زمینه بازیافت و پردازش پسماند، خود کفا شوند .[3]
جهت رسیدن به اهداف تعیین شده، از اعمال مالیات به عنوان شاخصی در بسیاری از کشورها جهت افزایش میزان بازیافت پسماند و پوشش دادن هزینه جمعآوری پسماند و تصفیه آن استفاده میشود. در کشور هلند که دارای بالاترین نرخ بازیافت است، پسماند جداسازی شده و جداسازی نشده، مشمول نرخ مالیات متفاوتی است. تعدادی از شهرداریهای کشور سوئد نیز هزینه مدیریت پسماند را بر مبنای وزن اعلام کردهاند. بدین معنی که خانوار به ازای هر کیلوگرم پسماند جمع آوری شده هزینه پرداخت میکند. آلمان و نروژ هم دارای مالیات مشابه بر مبنای حجم و وزن پسماند هستند .[4]
علاوه بر سیاستگزاری موجود جهت هدایت پسماند قابل بازیافت به کانال بازیافت، نوعی محرک تقاضای بازار برای مواد بازیافتی نیز وجود دارد. صدور پسماند از اروپا جهت بازیافت در خاور دور در سالهای اخیر مورد توجه واقع شده است. دلیل این امر این است که شرایط اجتماعی در خاور دور با استانداردهای اروپا قابل قیاس نیست، بدین معنی که پسماند اروپا توسط شرکتهایی مورد پردازش قرار میگیرد که از قوانین سختگیرانه اروپا پیروی نمیکنند.
از سوی دیگر عدم توازن تجاری مابین کشورهایی نظیر چین و اتحادیه اروپا بدین معنی است که اکثر کشتیهای کانتینری از مبدا اروپا به چین، خالی بوده و حجم بالایی از کربن دی اکسید را تولید میکنند.[5] از این کشتیهای کانتینری خالی میتوان برای حمل پسماند استفاده کرد. شاخصهها و محرکهای ذکر شده، عاملی شده است تا شبکه لجستیک معکوس و فرآیندهای آن به سمت بازدهی پایدار و موثر حرکت کند.
اما در ایران و از زمان تشکیل اداره بلدیه در شهر تهران در سال 1286، جمعآوری زباله و نظافت شهر یکی از وظایف اصلی این اداره بوده است. در آن سالها مدیریت پسماند به صورت سنتی انجام میگرفت و محل تخلیه و دفن زباله در اطراف تهران قرار داشت، اما از سال 1335 تهران دارای دو مرکز دفن اصلی شد که یکی، مرکز دفن آبعلی، و دیگری، مرکز دفن کهریزک، در جنوب شهر تهران، ابتدای جاده قدیم قم قرار داشت . در سال 1349 شهرداری تهران احداث کارخانه ای را برای بازیافت پسماندهای آلی و تبدیل آنها به کمپوست، در دستور کار خود قرار داد. سپس طی دهه 1360 مرکز دفن زبالههای شهری تهران منحصر به مرکز دفن کهریزک - آراد کوه - گردید.
بر اساس آمار سال 1385، در کلانشهر تهران بالغ بر 7450 تن در روز انواع پسماند تر و خشک تولید گردیده است. مقدار 231 تن یعنی کمتر از سه درصد آن در مبدأ تفکیک شده است، حدود ده درصد آن به کمپوست با کیفیت متوسط تبدیل شده و بخش عمده آن به صورت نیمه بهداشتی سوزانده یا دفن شده است.[2] اطلاعات موجود نشان میدهد هر فرد تهرانی به طور متوسط سالانه شش برابر وزن خود پسماند تولید میکند. همین اطلاعات نشان میدهد متوسط سرانهی سالانهی پسماند تولید شده در شهر تهران 320 کیلوگرم و ارزش روزانه پسماند تولید شده در شهر تهران 8000 میلیون ریال است.
سرانه تولید روزانه پسماند در جهان 250 تا 300 گرم است که در ایران 600 گرم و در شمال شهر تهران 1200 گرم است. پسماند تولید شده در شمال شهر تهران طبق مطالعات انجام شده حداقل دو برابر میانگین آن در سطح کشور و چهار برابر استاندارد جهانی است.[6] تعداد دفعات جمعآوری پسماند در تهران دو تا سه بار در روز است که این مقدار در کشورهای جهان 2 تا 3 بار در هفته است. تمام این آمار و ارقام نشاندهنده وضعیت نامطلوب جمعآوری پسماند و شیوههای بازیافت آن است. در حال حاضر مهمترین ایرادات وارد بر سیستم مدیریت پسماند شهر تهران حجم بالای دفن زبالهها در زمین، درصد پایین بازیافت زباله و حجم کم پسماند تفکیک شده در مبدا میباشد.
3 پیشینه تحقیقات در حوزه جمعآوری پسماند
در رابطه با جمع آوری پسماند، شیوههای مختلف جمعآوری منجر به مسائل متفاوتی شدهاند. چندین راهکار در تحقیقات مختلف پیشنهاد شده است که در آنها انواع مختلف مسائل مسیریابی تحلیل شدهاند و جنبههای مهمی بررسی شده است، نظیر نوع جمعآوری، تعداد جریانات پسماندی جمع آوری شده، فرکانس یا فراوانی جمعآوری و ویژگیهای دینامیکی مسائل. مکان جمعآوری کنار خیابانی در مسائل، معمولا به صورت یال گراف مدلسازی شده است که برای خدمترسانی حتما باید ملاقات شوند.
مورا5 در سال 2013 به فرموله کردن مسالهی مسیریابی وسیلهی نقلیه جمع آوری پسماند به صورت مسالهی مسیریابی در یالها پرداخت و فرآیندی ابتکاری برای حل آن پیشنهاد نمود که برای مدیریت پسماند جامد در شهر رجیو6 ایتالیا به کار برده شد . [7] از این نوع مدلسازی در تحقیق سلحی7 نیز استفاده شد که ویژگیهای کشورهای در حال توسعه را در نظر گرفتهاست .[8] باوتیستا8 در سال 2008 و در پژوهش خود نیز مدلی پیشنهاد کرد که مسیرهای جمعآوری شامل برگشتهای ممنوع را در نظر میگیرد. این برگشتهای ممنوع میتواند به علت علائم راهنمایی و رانندگی و محدودیتهای ترافیکی وضع شده باشد.
در روش جمعآوری جداسازی از مبدا وسیله جمعآوری کلیه نقاط جمعآوری را سرویس میدهد .[9] نوریتو9 روش فراابتکاری برای جمع آوری پسماند ترکیبی 3386 سطل زباله در شرق فنلاند ارائه نمود [10] و کارادیماش10 نیز از الگوریتم کلونی مورچگان برای طراحی مسیرهای بهینه جهت جمع آوری پسماند شهری در شهرداری آتن یونان استفاده کرد .[11]
نکته مهم در سیستمهای جمعآوری زباله تعداد جریانات پسماندی میباشد که در مسیری مشابه جمع آوری میشوند. این مساله را می توان به صورت مسئله مسیریابی وسایل نقلیه با در نظر گرفتن ظرفیت مدلسازی کرد که در آن هر جریان طی مسیرهای جداگانهای جمعآوری میشود و یا به صورت دو یا چند جریان به طور همزمان بدون ادغام با همدیگر عمل جمعآوری پسماند را انجام میدهند.
پنگ11 و مویلدرمنز 12 فرآیند جستجوی محلی را برای مسئلهی مدیریت پسماند پیشنهاد و به بررسی منافع جمعآوری مشترک به صورت تفکیکی بر مبنای تحقیقات قبلی پرداختند و به این نتیجه رسیدند که بهبود در جمعآوری جداگانه به علت عوامل مختلف بیشتر میشود .[12] بنابراین اینکار نیازمند چالشهایی بر حسب چگونگی قسمتبندی ظرفیت وسیلهی حمل و زمان ملاقات هر مکان میباشد، چرا که جریانات پسماندی دارای نرخ متفاوت حجم اشغالی از کانتینر حمل میباشند.
ویژگی مهم دیگر جمعآوری پسماند شهری، تغییر در فراوانی جمعآوری از مکانی به مکان دیگر میباشد. مثلا برخی جایگاهها در شبکه را ممکن است هر روز ملاقات کرد، در حالی که برخی از ایستگاهها تنها دو یا سه بار در هفته نیاز به خدمتدهی دارند. این مسئله در قالب مسئله مسیریابی دورهای مدلسازی میشود، چرا که تصمیمات به روزی که هر جایگاه قرار است جمع آوری شود بستگی دارد.
فاشیو 13 در سال 2011 و آنگیول14 در سال 2013 به بهینهسازی پویا در مسائل جمعآوری پسماند روی آوردند که دادههای ورودی با توجه به تولید پسماند از طریق حسگرها به روز رسانی شده و از مدل شبیهسازی تولید پسماند بر مبنای سیستم موقعیتیاب مکانی 15 استفاده کردند [13]، .[14] راموس16 و اولیویرا 17 به مطالعهی شبکهی جمعآوری پسماند بستهبندی قابل بازیافت با چندین انبار پرداختند که در آن مناطقی که قرار است خدماترسانی شود، توسط انبار همراه با مسیرهای جمع آوری تعریف میشود .[15]
لاپورته18 و بکتاش 19 مساله مسیریابی آلودگی را پیشنهاد کردند که نه تنها فاصله طی شده، بلکه میزان گسیل گازهای گلخانهای، سوخت و زمان مسافرت و هزینه آن را در مسئله مدلسازی مسیریابی وسیله در نظر میگیرند .[12] گروت20 در سال 2014 مدل هزینه جمعآوری جامع را پیشنهاد نمود که شامل هزینههای گسیل برای برآورد اثرات محیطی و اقتصادی در برنامهریزی جمعآوری پسماند پرداخت .[14]
4 روش پیشنهادی برای جمعآوری پسماند تفکیکشده قابل بازیافت خانگی
مسئله مورد بررسی به طور دقیق به موضوع جمعآوری پسماندهای تفکیک شده خانگی مربوط میشود. در این مسئله شهر را مجموعهای از مناطق تعریف میکنیم که خود این مناطق از مجموعه محلهها تشکیل شدهاند. در این مسئله فرض میشود که فرهنگسازی لازم در خصوص اهمیت تفکیک زبالههای خانگی انجام شده و شهروندان همکاری لازم در خصوص تفکیک پسماندها را دارند. پسماند خانگی از هفت دسته عمده تشکیل میشود: کاغذ، پلاستیک، شیشه، فلز، مواد شیمیایی مانند باقی مانده چسب، رنگ و باتریهای استفاده شده، میوه و سبزی خام یا زبالههای مربوط به باغچه منزل، و دسته آخر سایر پسماندها که شامل غذای پخته و یا گرد و خاک حاصل از گردگیری منزل میباشد.
برای هر کدام از این دسته از پسماندها در منازل محل مخصوصی در نظر گرفته شده است و این پسماندها از طریق قرارداد شهرداری با پیمانکاران در هر محله جمعآوری شده و به ایستگاه آن محله انتقال داده میشود. این ایستگاهها در درون بافت مسکونی قرار دارند و دو محدودیت عمده دارند، ظرفیت آنها برای دپوی پسماند محدود است و به دلیل اینکه در درون بافت مسکونی قرار دارند، امکان دپوی طولانی مدت پسماند به دلیل ایجاد مزاحمت برای ساکنین محله وجود ندارد.
در نتیجه نیاز است تا به طور مرتب و در بازههای زمانی کوتاه مدت پسماند از این ایستگاهها به انبارهای متقاطع معکوس21 انتقال یابد. انبارهای متقاطع معکوس که مفهومی جدید در مدیریت زنجیره تامین و لجستیک است، برای اولین بار در این پژوهش برای مدیریت پسماند استفاده می-شود. در این انبارها پسماند ابتدا توسط دستگاههای مخصوصی فشردهسازی میشوند و پس از کاهش حجم، توسط سمی-تریلر به کارخانههای پردازش و بازیافت مربوطه ارسال میشوند.
