Ο μαθηματικός προγραμματισμός στη διαχείριση των αστικών στερεών απορριμμάτων (ΑΣΑ): Η περίπτωση της Αττικής

Abstract

Η διαχείριση των Αστικών Στερεών Αποβλήτων (ΑΣΑ) αποτελεί ένα σύνθετο πρόβλημα της σύγχρονης εποχής με επιπτώσεις τόσο περιβαλλοντικές όσο και οικονομικές. Επομένως, καθίσταται πρωταρχική ανάγκη η ολοκληρωμένη σχεδίαση ενός συστήματος διαχείρισης ΑΣΑ σε περιφερειακό επίπεδο. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται ένα τέτοιο σύστημα που καλύπτει ένα εικοσαετή ορίζοντα σε περιφερειακό επίπεδο με τη χρήση Μαθηματικού Προγραμματισμού (ΜΠ). Το μοντέλο του ΜΠ είναι πολυπεριοδικό και στοχεύει στη δομική, διαστασιολογική και λειτουργική βελτιστοποίηση. Περιγράφει την υπερδομή του συστήματος και μέσω της πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης παρέχεται το σύνολο των κατά Pareto βέλτιστων λύσεων του συστήματος. Η πληροφορία αυτή είναι απαραίτητη για τη λήψη αποφάσεων καθώς καθορίζει τη δομή του συστήματος (διεργασίες), τον σχεδιασμό (χωρητικότητα των μονάδων) και τη λειτουργία (ετήσιες ροές). Με βάση τις μεταβλητές απόφασης που είναι συνεχείς και ακέραιες, το μοντέλο αυτό κατατάσσεται σε μοντέλο Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (ΜΑΓΠ) και το υπολογιστικό εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε είναι η GAMS (General Algebraic Modeling System). Στο παρόν μοντέλο η βελτιστοποίηση γίνεται με βάση δύο αντικειμενικές συναρτήσεις (κριτήρια): την οικονομική που προσδιορίζει την ελαχιστοποίηση της Καθαρής Παρούσας Αξίας (ΚΠΑ) και την περιβαλλοντική που προσδιορίζει την ελαχιστοποίηση των σχετικών ισοδύναμων εκπομπών CO2. Η εφαρμογή του πραγματοποιήθηκε στην περιοχή της Αττικής, δηλαδή σε μία πόλη περίπου 5.000.000 κατοίκων με ελληνικά χαρακτηριστικά σε ότι αφορά στην ποσότητα και στη σύνθεση των απορριμμάτων. Οι τεχνολογίες που μελετήθηκαν είναι η υγειονομική ταφή (LDF), η θερμική επεξεργασία (WTE), η βιολογική –μηχανική επεξεργασία (MBT), η βιολογική ξήρανση (BD), η κομποστοποίηση (CMP), η αναερόβια χώνευση (AD) και η ανάκτηση υλικών (MRF). Τα διαφορετικά σενάρια που εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία είναι παραλλαγές για τις τιμές των ανακυκλώσιμων, για τις ποσότητες των απορριμμάτων που αντιστοιχούν στην Αττική, για την τιμή και την ποσότητα του παραγόμενου καυσίμου. Τα συμπεράσματα τα οποία προέκυψαν κατά τη συσχέτιση των επιλογών από οικονομικής και περιβαλλοντικής σκοπιάς μαρτυρούν την πορεία της εν λόγω έρευνας και αποτελούν ερεθίσματα για περαιτέρω μελέτη.

The Municipal Solid Waste (MSW) management is a complex problem of modern society with impact both economic and environmental. Therefore, the need of the design of an integrated solid waste management system at regional level becomes urgent. This paper describes such a system covering a twenty – year horizon at a regional level using Mathematical Programming (MP). The model of MP is multi periodic and aims at structural, design and operational optimization. It describes the superstructure of the system and through Multi – Objective optimization it provides the set of Pareto optimal solution of the system. This information is essential to the decision – maker as it determines the structure of the system (processes), the design (capacity of units) and the operation (annual flows). Due to the fact that the decision variables are continuous and integer, this model is classified into Mixed Integer Linear Programming (MILP), using the widely known modeling system GAMS (General Algebraic Modeling System). In this model, the optimization is carried out based on two objective functions: the economic objective function which indicates the minimization of the Net Present Value (NPV) and the environmental objective function which identifies the minimization of the associated CO2 – equivalent emissions. The implementation took place in Attica, a city of about 5.000.000 residents with Greek characteristics in terms of waste amounts and composition of garbage. The technologies which are studied are Landfill (LDF), Waste to Energy (WTE), Mechanical & Biological Treatment (MBT), Biodrying (BD), Composting (CMP), Anaerobic Digestion (AD) and Material Recycling Facilities (MRF). The different scenarios being considered in this paper are changes regarding the price of recyclables, the quantities of waste in Attica, the price and the quantity of derived fuel. The conclusions of this case-study, which were drawn through the correlation of choices in economic and environmental terms, indicate the course of this research and constitute a stepping stone for a further study.