蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模式初探

段 瑞，成志平

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(chǎn)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(huì)產(chǎn)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(jù)有關(guān)學(xué)者統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 kg的蔗糖，通常會(huì)產(chǎn)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(chǎn)品進(jìn)行充分回收，是實(shí)現(xiàn)甘蔗制糖資源可回收利用、產(chǎn)業(yè)增值的基礎(chǔ)。

甘蔗制糖工業(yè)是我國最早開展逆向物流的產(chǎn)業(yè)形態(tài)之一，2001年我國建立了第一批國家級(jí)生態(tài)工業(yè)園-廣西貴糖(制糖)生態(tài)工業(yè)園區(qū)等，初步建立了“再制造”與“再利用”逆向物流試點(diǎn)[3]。部分糖企在逆向物流回收模式理念下，通過建立現(xiàn)代甘蔗園實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)端產(chǎn)能科學(xué)規(guī)劃與控制；利用蔗髓熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，將蔗渣中無法用于造紙的 30%～35%蔗髓進(jìn)行發(fā)電，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)節(jié)省了大量的生產(chǎn)用燃料；利用逆向物流技術(shù)進(jìn)行廢棄物再利用，實(shí)現(xiàn)資源輸出端控制，將糖蜜制酒產(chǎn)生的廢醪液進(jìn)行濃縮，生產(chǎn)出極其適合蔗田使用的有機(jī)復(fù)合肥，完整實(shí)現(xiàn)了甘蔗“蔗田-甘蔗-制糖-廢糖蜜-制酒精-酒精廢液-制復(fù)合肥-回到蔗田”的逆向物流回收。

本研究以蔗糖產(chǎn)業(yè)為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建了產(chǎn)業(yè)級(jí)廢棄物逆向物流回收體系，旨在為我國未來蔗糖產(chǎn)業(yè)、環(huán)保事業(yè)等的發(fā)展提供理論與技術(shù)支持。

1 蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物綜合回收利用現(xiàn)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(chǎn)量為6～10 t/hm2計(jì)算，我國2018/19年榨季糖料甘蔗葉年產(chǎn)量為 829.14萬～1381.9萬 t。甘蔗葉含有豐富的營養(yǎng)元素、粗纖維、蛋白質(zhì)等，屬于可再生生物質(zhì)能源；葉片含水量少，經(jīng)晾曬儲(chǔ)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(qū)的資源循環(huán)利用率，降低資源浪費(fèi)的同時(shí)解決環(huán)境污染問題。當(dāng)前我國大部分回收的甘蔗葉被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)田間廢棄物回收利用途徑

據(jù)學(xué)者實(shí)驗(yàn)表明，以甘蔗葉梢加尿素為主要飼料進(jìn)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(fā)電項(xiàng)目為我國首個(gè)利用甘蔗葉直燃技術(shù)進(jìn)行發(fā)電的項(xiàng)目，該項(xiàng)目建成至今已擁有超過 1.8億kW·h的發(fā)電能力，較同等規(guī)模燃煤發(fā)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(shí)電廠向當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶收購甘蔗葉的價(jià)格始終保持在 120元/t左右，為柳城縣蔗農(nóng)增加年均2000萬元以上的收入?？梢?，蔗糖產(chǎn)業(yè)田間廢棄物回收再利用，既能夠幫助甘蔗制糖產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)生產(chǎn)，同時(shí)也充分利用了資源，保護(hù)了生態(tài)平衡。

1.2 制糖副產(chǎn)物

進(jìn)入21世紀(jì)以來，制糖成本的提高、土地資源的短缺以及全球能源危機(jī)的出現(xiàn)，我國制糖工業(yè)逐漸從飽和狀態(tài)下的粗獷生產(chǎn)轉(zhuǎn)型為合理、科學(xué)的精細(xì)化經(jīng)營，對糖業(yè)副產(chǎn)物的綜合利用思維與技術(shù)重視程度逐漸提高，初步形成了圖2所示的甘蔗制糖產(chǎn)業(yè)“糖酒-糖紙”聯(lián)產(chǎn)模式[7]。

甘蔗制糖副產(chǎn)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(jìn)行充分干燥后可以為糖廠鍋爐提供燃料，再通過汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)為糖廠生產(chǎn)提供蒸汽或電力，剩余的蔗渣可以經(jīng)過除髓后，打包銷往木糖醇生產(chǎn)廠家或造紙廠；濾泥可以為畜牧業(yè)、種植業(yè)提供飼料、肥料原材料；廢蜜通過發(fā)酵及一系列蒸餾、脫水工藝可以生成酒精釀酒[8]。

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)工藝、管理模式的不斷發(fā)展以及全球范圍內(nèi)環(huán)保意識(shí)的不斷提高，按照上述方式對蔗糖產(chǎn)業(yè)田間廢棄物、制糖副產(chǎn)物進(jìn)行綜合利用，已經(jīng)逐漸無法滿足我國經(jīng)濟(jì)體制改革的基本要求。眾多學(xué)者、糖廠都在不斷探索糖業(yè)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(chǎn)業(yè)廢棄物回收模式和體系進(jìn)行構(gòu)建，逐漸成為未來我國制糖工業(yè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

2 蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模式構(gòu)建

2.1 逆向物流內(nèi)涵

逆向物流至今未形成完備或公認(rèn)的統(tǒng)一定義，但多種描述方式基本思想內(nèi)涵一致，主要包含：①處理對象為各類型原材料、產(chǎn)品、廢棄物以及包裝容器等；②實(shí)施目的是為了正確處理廢棄物從而降低人類活動(dòng)給自然環(huán)境帶來的危害，在重新獲得資源利用價(jià)值的同時(shí)實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展；③具體活動(dòng)為對原材料、產(chǎn)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(chǎn)業(yè)“糖酒”聯(lián)產(chǎn)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(jīng)過簡單的分類、檢測、清理、維修等，產(chǎn)品即可直接進(jìn)入回收再利用系統(tǒng)；再制造，該工藝過程較為復(fù)雜，需要在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，綜合考慮產(chǎn)品功能、資源利用率等充分提升廢棄物附加值；再循環(huán)，將廢棄物中的原材料加以提煉，用于該產(chǎn)業(yè)或其他產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)加工。

2.2 蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收特征

由1.1、1.2節(jié)分析可知，蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物甘蔗葉、蔗渣、濾泥、廢蜜等涵蓋了種植到生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，且廢棄物種類繁多、富含多種有機(jī)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(chǔ)上構(gòu)建蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模式。

2.2.1 復(fù)雜性

蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收涉及原料蔗種植、收割、運(yùn)輸、生產(chǎn)等各類節(jié)點(diǎn)，各環(huán)節(jié)對應(yīng)不同的物流特點(diǎn)。如甘蔗屬于宿根性植物，原料蔗種植、收割環(huán)節(jié)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(chǎn)物成分復(fù)雜，尤其與造紙、酒精生產(chǎn)工藝結(jié)合的生產(chǎn)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(dòng)態(tài)性

蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流動(dòng)態(tài)性主要體現(xiàn)在：①市場需求的動(dòng)態(tài)性，蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流需要根據(jù)市場的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，物流鏈條上各節(jié)點(diǎn)成員也會(huì)隨之更新；②生產(chǎn)工藝的動(dòng)態(tài)性，在制糖工藝不斷進(jìn)步情況下，蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物的種類、含量等將會(huì)不斷處于動(dòng)態(tài)變化中，逆向物流回收模式需要根據(jù)廢棄物的動(dòng)態(tài)變化做出及時(shí)調(diào)整。

2.2.3 不確定性

蔗糖產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)如造紙、酒精生產(chǎn)具有一定的交叉，糖企既可作為產(chǎn)業(yè)鏈主體也可以作為其他產(chǎn)業(yè)鏈中的節(jié)點(diǎn)成員。不同產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)成員之間的相互交叉、合作、競爭，給蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收形成了不同影響，逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜龐大，形成了蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物種類、形態(tài)、回收模式的不確定性。

2.3 蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模型構(gòu)建

通過對蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收環(huán)節(jié)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、不確定性進(jìn)行分析，在圖3基礎(chǔ)上構(gòu)建了圖4所示逆向物流回收模型。該模型基于一般蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收流程，從甘蔗全產(chǎn)業(yè)鏈視角出發(fā)，充分融合大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收水平預(yù)測、回收模式選擇以及回收網(wǎng)絡(luò)模式規(guī)劃。與一般傳統(tǒng)蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收方式相比，本模型能夠充分掌握全甘蔗產(chǎn)業(yè)鏈廢棄物回收量、回收水平；能夠基于利益分配等規(guī)劃甘蔗全產(chǎn)業(yè)鏈廢棄物回收主體、分配成員利潤；能夠通過模型性能穩(wěn)健指數(shù)，對蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收設(shè)備選用、設(shè)施選址等進(jìn)行規(guī)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(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模型

蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收系統(tǒng)中的決策多屬于模糊多目標(biāo)決策，即群體的、模糊的、多目標(biāo)和多層次的非半結(jié)構(gòu)性決策。甘蔗自蔗田流入蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈后，系統(tǒng)將在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及模糊運(yùn)算技術(shù)支持下對某區(qū)域甘蔗總產(chǎn)量、田間廢棄物產(chǎn)量、蔗糖及其副產(chǎn)物產(chǎn)量等進(jìn)行預(yù)測。與一般廢棄物逆向物流回收模式相比，本研究所構(gòu)建模型充分考慮了蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和不確定性，降低了3項(xiàng)指標(biāo)對逆向物流回收系統(tǒng)性能的影響。系統(tǒng)完成各環(huán)節(jié)廢棄物種類、產(chǎn)量等預(yù)測之后，會(huì)將預(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)接分銷、回收環(huán)節(jié)以及糖廠、其他產(chǎn)業(yè)等，經(jīng)由系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的廢棄物回收模式和網(wǎng)絡(luò)模式規(guī)劃，以建立產(chǎn)業(yè)綠色形象為目標(biāo)，在蔗糖產(chǎn)業(yè)及各地區(qū)環(huán)保政策的約束下，對不同環(huán)節(jié)、不同產(chǎn)業(yè)鏈主體進(jìn)行廢棄物回收的能力進(jìn)行規(guī)劃。該模式既能夠從定性方面實(shí)現(xiàn)蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收，又能從定量方面實(shí)現(xiàn)甘蔗全產(chǎn)業(yè)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(yù)測

針對甘蔗制糖產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品全壽命周期從種植到進(jìn)入廢棄處理等各階段，分析影響蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收水平的因素并加以提煉，利用模糊運(yùn)算法則對其中關(guān)鍵因素進(jìn)行模糊化描述。作為逆向物流回收系統(tǒng)首要環(huán)節(jié)，影響蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收水平的因素眾多，同時(shí)系統(tǒng)各影響因素之間又互相影響。因此，系統(tǒng)在進(jìn)行廢棄物回收水平預(yù)測之前第一步，需要基于蔗糖產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品全壽命周期的回收影響因素進(jìn)行分析，從孕育期、生產(chǎn)期、市場期等視角挖掘影響蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收水平各因素。廢棄物回收水平預(yù)測第二步，需要對各不同的影響因素權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，由于蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物具有復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和不確定性等特征，因而本系統(tǒng)引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對各因素權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，通過構(gòu)建5層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(即輸入層、模糊化層、規(guī)則層、結(jié)論層、輸出層)等進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。廢棄物回收水平預(yù)測第三步，是基于蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收權(quán)重指標(biāo)構(gòu)建廢棄物回收水平預(yù)測模型，將得到的模糊化描述要素在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持下，對蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流體系中的產(chǎn)品回收時(shí)間間隔和回收量進(jìn)行預(yù)測，從而保證逆向物流回收系統(tǒng)能夠獲得準(zhǔn)確的二維預(yù)測結(jié)果，輔助系統(tǒng)進(jìn)行回收模式選擇以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃。

2.3.2 回收模式選擇

蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模式的選擇，是在充分分析蔗農(nóng)、蔗糖廠家、產(chǎn)業(yè)鏈其他企業(yè)和第三方物流企業(yè)多種不同產(chǎn)業(yè)鏈主體力量領(lǐng)導(dǎo)下廢棄物逆向物流回收模式基礎(chǔ)上，對不同廢棄物逆向物流回收模式進(jìn)行多層次規(guī)劃，通過充分考慮逆向物流回收廢棄物產(chǎn)品質(zhì)量所造成的再利用成本，獲得最適合某廠家或某地區(qū)蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈的逆向物流回收模型?；厥漳Ｊ竭x擇可主要分為3大環(huán)節(jié)：第一，根據(jù)不同的物流回收模式如制造商自營模式、經(jīng)銷商負(fù)責(zé)模式以及第三方運(yùn)營模式等進(jìn)行模型構(gòu)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(fā)展情況的回收模式；第三，在糖企所處蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈合作契約約束下，對回收體系利益分配機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到符合企業(yè)所處產(chǎn)業(yè)鏈的利益分配模型。回收模式選擇應(yīng)按照最優(yōu)零售價(jià)、回收率、利潤率等標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)合理的回收機(jī)制達(dá)到“最滿意”模型建設(shè)。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃

逆向物流網(wǎng)絡(luò)是由蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈各參與主體共同構(gòu)建所得，無論選擇何種廢棄物回收模式，都需要適當(dāng)?shù)奈锪骶W(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行支持。蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，首先需要對蔗糖產(chǎn)業(yè)逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)各主體進(jìn)行分析，逆向物流網(wǎng)絡(luò)由糖企、分銷中心、消費(fèi)區(qū)、回收中心、再制造環(huán)節(jié)、廢棄處置點(diǎn)等六部分硬件設(shè)施組成，蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物回收包括了收集并運(yùn)送廢棄物到指定地點(diǎn)的所有相關(guān)活動(dòng)；其次，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃過程中需要蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈中各主體遵循成本最低目標(biāo)和模糊線性規(guī)劃構(gòu)建復(fù)合產(chǎn)業(yè)特色的模糊混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，將制糖企業(yè)廢棄物供求數(shù)量和處理能力作為蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈條模糊數(shù)并進(jìn)行求解[1]；再次，蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，需要利用不確定環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性求解結(jié)果分別進(jìn)行廢棄物逆向物流回收系統(tǒng)的流量分配和穩(wěn)健性分析。

3 結(jié)語

本文對蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收模式進(jìn)行了初步分析，對蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性以及不確定性等特征進(jìn)行了總結(jié)，初步構(gòu)建了一種能夠應(yīng)用于蔗糖產(chǎn)業(yè)廢棄物逆向物流回收的模式。該模式基于現(xiàn)代信息技術(shù)對一般逆向物流回收體系進(jìn)行優(yōu)化，使之更加貼合蔗糖產(chǎn)業(yè)特征。逆向物流回收模式對于蔗糖產(chǎn)業(yè)樹立綠色環(huán)保形象、實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展有重要價(jià)值，廣西貴糖集團(tuán)等企業(yè)在利用廢棄物逆向物流回收體系構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)過程中，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。然而由于逆向物流回收模式在蔗糖產(chǎn)業(yè)應(yīng)用時(shí)間尚短，應(yīng)用企業(yè)也較少，本文僅能從回收模式選擇等視角得到部分淺顯結(jié)論，對于蔗糖企業(yè)逆向物流回收模式的多元開發(fā)、具體應(yīng)用實(shí)踐效果等尚有待進(jìn)一步研究。