نوع مقاله : مقاله پژوهشی- فارسی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی صنایع، دانشکده صنایع، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی صنایع، دانشکده صنایع، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Purpose: Despite their achievements, the industrial parks have had a devastating effect on the environment and sometimes did not address social welfare issues. Therefore, it is necessary to improve their design based on the characteristics of sustainable development and ecological principles. One of the effective measures in this regard is Industrial Symbiosis (IS). It is a set of integrated plants aiming to exchange the waste of each plant as the raw material of another plant. Although several models have been presented for the optimization of water or energy exchange, one of the purposes of this research is to simultaneously exchange raw materials and waste in solid, liquid, and gas types. Considering the social characteristic of sustainable development is another necessity of this research that has been less discussed. Also, a significant portion of the waste needs to be recycled and cannot be exchanged directly between plants. Therefore, another purpose of this research is to increase the productivity of the model considering material flow between plants and recovery centres, which did not exist in previous models.
Design/methodology/approach: In this research, a two-objective mixed-integer linear programming model is proposed considering the characteristics of sustainable development, which simultaneously enables the exchange of all raw materials and waste. Providing recyclable waste exchanges via recovery centres is another strength of the proposed model. The first objective is to minimize the economic costs of the IS network, and the second objective is to maximize social welfare. The environmental characteristic is also controlled by model constraints. Finally, to validate the proposed model, it has been implemented in one of the industrial parks of Alborz province. Also, to solve the model, the ε-Constraint method has been used.
Findings: According to the model’s results, most of the plant's waste was replaced by the input raw materials of other plants, while before IS, all plant waste was disposed and all input materials were supplied through fresh materials. Therefore, the findings of the proposed model are as follows:
reducing the volume of disposed and useless plant waste and its costs;
reducing the volume of fresh input raw materials plants and its costs;
creating 23 job opportunities through the establishment of centres to recover;
compensating for lost working days due to the reduction of environmental pollutants to achieve the social characteristics of sustainable development; and
improving the characteristics of sustainable development in the industrial park compared to the time before IS.
Research limitations/implications: This research, like other studies, has assumptions and limitations in model development. For example, the transmission path of all three types of material and waste was considered the same. The feasibility of situations trade-off and the use of waste of recovery centres was not studied. Also, the expectations of the park and the plants were considered in an integrated manner. Therefore, the following subjects are suggested to improve and develop the model in future studies:
design of IS network using bi-level models;
development of a model for the use of waste from the recovery centre; for example, methane gas or sludge treatment plant;
model development by considering seasonal plants through reliability inventory models and intermittent flows;
development of a model for locating and allocating unusable waste in the current network to the new plant; and
development of a model based on the different transmission paths for material and waste flow in solid, liquid, and gaseous according to the research assumption 3.
Practical implications: One of the most significant applications of this paper is the simultaneous optimization of exchange material and waste in three types of solid, liquid, and gaseous in IS network to achieve the characteristics of sustainable development. Also, reducing the cost of input material and waste disposal compared to the time before IS are the economic advantages of this research.
Social implications - One of the aims of this paper was to reduce the environmental and social impact of the industrial park to achieve the characteristics of sustainable development. For example, reducing the volume of fresh input raw materials and disposed waste plants and job creation were the environmental and social advantages of this study.
Originality/value: The innovations of this research include the following:
simultaneous optimization of material and waste flow in three types: solid, liquid, and gaseous;
considering the social characteristic of sustainable development; and
considering the exchange between recovery centres and plants to use the waste in need of recovery.
کلیدواژه‌ها [English]
1- مقدمه
شهرک‌های صنعتی با ایجاد زیرساخت اقتصادی، امکان رشد فنّاوری و نوآوری‌ها را فراهم می‌کنند و نقش مهمی در توسعۀ اقتصادی دارند؛ اما این دستاوردهای اقتصادی، اغلب بدون در نظر گرفتن کیفیت محیط زیست و رفاه اجتماعی است و باعث آسیب‌های جدی به جامعه و محیط زیست می‌شود که ازجملۀ آنها به مصرف بی‌رویّۀ منابع طبیعی، انتشار گازهای گلخانه‌ای، گرمایش زمین و بیماری‌های روحی و جسمی افراد می‌توان اشاره کرد (لئو[i] وبایی[ii]، 2018؛ گنس[iii]، کاپلوین[iv]، ادریس[v] و همکاران، 2019)؛ بنابراین، طراحی شهرک‌های صنعتی باید با الهام از روابط اکولوژیک طبیعی انجام می‌شود؛ به‌گونه‌ای که موجب کمترین آثار مخرب بر طبیعت و جوامع انسانی شود (ادویر[vi]، چن[vii]، وانگ[viii] و همکاران، 2020). بر همین اساس، مفاهیمی مانند پارک‌های صنعتی اکولوژیک[ix]و همزیستی صنعتی[x] مطرح شده است (شریعت، ایران‌زاده و بافنده، 2016). پارک‌های صنعتی اکولوژیک با محوریت همزیستی صنعتی برای بهبود عملکرد شهرک‌های صنعتی همسو با توسعۀ پایدار شکل گرفته است. همزیستی صنعتی، اشتراک ضایعات خروجی یک صنعت بهعنوان مادۀ اولیۀ صنایع مجاور، اشتراک زیرساخت‌ها یا خدمات بین صنایع است که علاوه بر مزایای محیط زیستی و اجتماعی، مزیت‌های اقتصادی بسیاری برای صنایع مشترک در طرح به همراه دارد (فراکساسیا[xi]، گیانوکارو[xii] و آلبینو[xiii]، 2021).
یکی از نکات مهم در مبانی همزیستی صنعتی، طراحی این شبکه‌ها برای بهینه‌سازی تبادل ضایعات بوده است. تاکنون، روش‌های متعددی در این زمینه به کار رفته است که ازجملۀ آنها به طراحی شبکه برای مدیریت آب و اشتراک انواع انرژی می‌توان اشاره کرد. نکتۀ مهم در مدل‌های موجود، تمرکز بر یک حالت تبادل، مانند آب یا انرژی است (بویکس[xiv]، مونتاستراک[xv]، آزارو[xvi] و همکاران، 2015)؛ در حالی که برای کاربردی‌شدن مدل در شهرک‌های صنعتی باید به‌طور هم‌زمان، انتقال انواع مواد اولیه و ضایعات در حالت‌های جامد، مایع و گاز در نظر گرفته شود. همچنین، بهبود بعد اجتماعی توسعۀ پایدار از مزیت‌های مهم همزیستی است که کمتر به آن توجه شده است.
در این پژوهش، یک مدل برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط[xvii] دوهدفه با لحاظ‌کردن مشخصه‌های توسعۀ پایدار ارائه شده است که به‌طور هم‌زمان، امکان انتقال کلیّۀ مواد اولیه و ضایعات جامد، مایع و گاز را بین صنایع فراهم می‌کند. تبادلات ضایعات قابل بازیابی ازدیگر نقاط قوت مدل پیشنهادی است که ازطریق مراکز بازیابی و مکان‌یابی آنها از بین مراکز بالقوه محقق می‌شود. به‌طور کلی، عملکرد شبکۀ همزیستی مدل پیشنهادی در شهرک صنعتی در شکل شمارۀ 1 توصیف شده است. مطابق آن، پس از همزیستی، بخش عمده‌ای از مواد اولیه ازطریق ضایعات خروجی صنایع مجاور به دو صورت مستقیم یا پس از بازیابی و فقط بخشی از آن از تأمین‌کنندگان دست اول (نو) تأمین می‌شود؛ در حالی که پیش از همزیستی، کلیّۀ مواد اولیه ازطریق تأمین‌کنندگان و به‌صورت مواد دست اول، تأمین و ضایعات نیز بدون استفاده در مراکز دفع امحا می‌شود.
|
مرکز دفع |
|
مرکز دفع |
|
مواداولیه دستاول |
|
ضایعات قابل دفع |
|
تأمین‌کنندگان مواد اولیۀ دست اول |
|
صنعت 1 |
|
صنعت 2 |
|
پیش از همزیستی |
|
تأمین‌کنندگان مواد اولیۀ دست اول |
|
صنعت 1 |
|
صنعت 2 |
|
پس از همزیستی |
|
مرکز بازیابی |
|
ضایعات استفادۀ مستقیم |
|
ضایعات بازیابی‌شده |
|
راهنما ....................................................... |
شکل 1- مقایسۀ جریان مواد و ضایعات در شهرک صنعتی پیش و پس از همزیستی صنعتی
تابع هدف اول، حداقل‌سازی هزینه‌های اجرای شبکه و صنایع را ازطریق ترغیب مدل به کاهش استفاده از مواد اولیۀ دست اول و ضایعات بدون استفاده دنبال می‌کند. همچنین، افزایش استفادۀ مجدد از ضایعات در فرایند تولید، دستیابی به بعد محیط زیستی توسعۀ پایدار را فراهم کرده است. هدف دوم با حداکثرسازی ایجاد فرصت‌های شغلی در شبکه و جبران روزهای کاری ازدسترفته، دستیابی به بعد اجتماعی را محقق کرده است؛ بنابراین، درنهایت به این پرسش پاسخ داده می‌شود که حجم انتقالات (تبادلات) درون شبکه، مکان مراکز بازیابی از میان مراکز بالقوه، رفاه اجتماعی، مشاغل ایجادشده و بهبود وضعیت شهرک در ابعاد توسعۀ پایدار نسبت به پیش از همزیستی چیست.
1-1 پیشینۀ پژوهش
مفهوم همزیستی صنعتی در دهۀ 1990 شکل گرفته است. درابتدا، در عمدۀ مبانی نظری از مدل‌های مفهومی و جدول‌های هدف‌گذاری در طراحی پارک صنعتی اکولوژیک و بهینه‌سازی همزیستی استفاده شده است. بهعلت ناکارآمدی مدل‌های مفهومی در طراحی شبکه‌های بزرگ، پژوهشگران به استفاده از مدل‌های ریاضی روی آورده‌اند که تا حدی، طراحی و بهینه‌سازی شبکه‌های پیچیده را آسان کرده است (بیگلر[xviii] و گراسمن[xix]، 2004).
ازجمله مدل‌های ریاضی به انواع برنامه‌ریزی‌های خطی، غیرخطی و عدد صحیح می‌توان اشاره کرد که عموماً برمبنای نوع تبادل مانند آب توسعه یافته است؛ برای نمونه، لاولیدی[xx] و الهالواگی[xxi](2009)، مدلی غیرخطی را برای تبادل آب در سطح پارک‌های صنعتی اکولوژیک ارائه کردند که هدف آن، حداقل‌سازی هزینۀ تأمین و تبادل آب در سطح پارک بود. آویسو[xxii]، تان[xxiii]، کولابا[xxiv]و همکاران (2010) با در نظر گرفتن تفاوت نگرش و خواسته‌های صنایع و مؤسسان پارک از احداث شبکۀ همزیستی، بر آن شدند یک مدل دوسطحی فازی[xxv]غیرخطی را برای تبادل آب ارائه دهند. در این مدل، مؤسسان پارک بهعنوان سطح پیشرو و صنایع بهعنوان سطح پیرو در نظر گرفته شده‌اند که به‌ترتیب، حداقل‌سازی مصرف آب دست اول در سطح پارک، هدف پیشرو و حداقل‌سازی هزینه‌های تأمین آب، هدف سطح پیرو بوده است. با توجه به ضعف مدل‌های خطی در تعیین اتصالات شبکه و اهمیت تبادل انرژی حرارتی در بهبود عملکرد اقتصادی و محیط زیستی صنایع، کیم[xxvi]، یون[xxvii]، چائی[xxviii] و همکاران (2010)، یک مدل برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط خطی را برای تبادل انرژی حرارتی ارائه کردند. روبیو[xxix]، پانسه[xxx]، سرنا[xxxi]و همکاران (2011)،مدل برنامه‌ریزی مختلط عدد صحیح غیرخطی را برای طراحی شبکه‌های تبادل آب توسعه دادند که هدف اقتصادی به‌صورت جزئی‌تر و با لحاظ‌کردن هزینه‌های لولهکشی و تصفیۀ آب لحاظ شده است. نظر به اینکه مدل‌های غیرخطی ازحیث روش حل در ردیف مدل‌های سخت قرار می‌گیرد، رویکردهای مدل‌سازی به سمت مدل‌های خطی گرایش یافت؛ به‌گونه‌ای که بویکس[xxxii]، مونتاستراک، پیبولئو[xxxiii]و همکاران (2012)، مدل عدد صحیح خطی و چائو[xxxiv]، لونور[xxxv]، استل[xxxvi] و همکاران (2013)، مدل خطی را برای تبادل انرژی ارائه کردند. درادامه، آویسو (2014)، مدل‌های خطی مختلط عدد صحیح را برای تبادل آب بهبود داد. تسخیری[xxxvii]، بهرا[xxxviii]، تان[xxxix] و همکاران (2015)، مدل‌های عدد صحیح مختلط خطی را برای انتقال انرژی با رویکرد فازی برای پوشش‌دهی عدم قطعیت در داده‌های مدل مانند تقاضا توسعه دادند. دوباره، ژانگ[xl]، ژو[xli]، چابرا[xlii]و همکاران (2016) از رویکرد غیرخطی برای تبادل بخار گرم خروجی از کارخانه‌ها بهعنوان بخار سرد ورودی برای کارخانه‌های مصرفکننده استفاده کردند. نکتۀ مهم در مدل ژانگ نسبت به سایر مدل‌ها، در نظر گرفتن کاهش دما حین انتقال بخار بود. در سال‌های اخیر، بیشتر مدل‌ها برپایۀ مدل‌های مختلط عدد صحیح خطی توسعه یافته است. بر همین اساس، تیو[xliii]و کروز[xliv](2017) یک مدل دوهدفۀ اقتصادی و محیط‌زیستی را با لحاظ‌کردن مباحثی مانند هزینۀ قطر لولۀ انتقال آب توسعه دادند که با پارامترهای مذکور، دقت برآورد هزینه و قابلیت اجرایی نسبت به مدل‌های مشابه افزایش یافته بود. افشاری[xlv]، جابر[xlvi]و سرکی[xlvii](2018)، مدلی دوهدفه را برای تبادل انرژی توسعه دادند. مدل دیگری را نویینو[xlviii]، روی[xlix]و هنکیون[l] (2019) برای تبادل آب ارائه کردند که هدف اقتصادی و محیط زیستی را دنبال می‌کند و هزینۀ بیمۀ کارکنان شبکه را نیز در تابع هدف اقتصادی خود آورده است. ولنزوئلا- ونگاس[li]، ورا[lii]و دیز[liii] (2020)، مدل خطی مختلط عدد صحیح را برای تبادل انرژی طراحی کردند که در آن، تاب‌آوری شبکه در برابر حوادثی همچون قطع ارتباطات در نظر گرفته شده است.
نکتۀ مهم این است که در پژوهش‌های داخلی، مفاهیمی همچون زنجیره‌های تأمین سبز و لجستیک معکوس برای بهبود عملکرد محیط زیستی صنایع شکل گرفته است (حسینی و میرجهانمرد، 2014)؛ برای مثال، شکوهیار و اکبری (2018)، از روش ترکیبی مدل‌سازی ریاضی و شبیه‌سازی برای بهبود بازیافت زباله‌های الکترونیکی همسو با توسعۀ پایدار استفاده کرده‌اند که بعد اجتماعی آن، اشتغال‌زایی در ایستگاه‌های بازیافت را دربرمی‌گیرد. نصر آزادانی، داوودی و معینی (2019)، برای کاهش انتشار کربندیاکسید در فرایند تولید فولاد، مدلی غیرخطی ارائه کردند که جایگزینی آهن اسفنجی را بررسی کرده است. این مدل‌ها نقش مؤثری در بهبود عملکرد صنایع به‌صورت فردی دارد؛ اما در شهرک‌های صنعتی، مزایای جمعی شبکه‌های همزیستی در ابعاد محیط زیستی و اقتصادی، بیشتر از سیاست‌های فردی مقابله با آلاینده‌های محیط زیستی است.
همچنین، بخش مهمی از ضایعات کارخانه‌ها، قابلیت استفادۀ دوباره در فرایند تولیدی آن کارخانه را ازطریق لجستیک معکوس ندارد؛ در حالی که با مواد ورودی کارخانه‌های مجاور همخوانی دارد؛ بنابراین، شبکه‌های همزیستی با به‌کارگیری ضایعات در کارخانه‌های مجاور، نقش مؤثرتری در حداقل‌سازی زباله‌های صنعتی و دستیابی به اهداف توسعۀ پایدار فراهم می‌کند (هنکیون[liv]، هو[lv]، لی[lvi] و همکاران، 2019).
1-2 شکاف پژوهشی
در این بخش، خلاصۀ پیشینۀ پژوهش موضوع به‌طور خلاصه در جدول شمارۀ 1 ارائه شده است. همانگونه که مشاهده می‌شود، بیشتر خلاصۀ پیشینۀ پژوهش بر اهداف اقتصادی و محیط زیستی تمرکز کرده است و بعد اجتماعی توسعۀ پایدار در نظر گرفته نشده است؛ در صورتی که دستیابی به اهداف توسعۀ پایدار بدون لحاظ‌کردن رفاه اجتماعی به‌طور کامل محقق نمی‌شود. همچنین، در بیشتر مطالعات به‌صورت انحصاری بر نوعی از تبادلات شامل آب یا انرژی تمرکز شده است. تبادل پسماندهای جامد نیز با وجود درجۀ زیاد کاربری مجدد در هیچ یک از مدل‌ها لحاظ نشده است؛ بنابراین، باید مدل‌های چندلایه و با در نظر گرفتن تبادل هم‌زمان انواع ضایعات و مواد طراحی شود. نکتۀ دیگر، در نظر گرفتن مراکز بازیابی ضایعات است که در مدل‌های موجود لحاظ نشده است و ارتباطات شبکه به‌صورت مستقیم بین صنایع در نظر گرفته شده است.
جدول 1- خلاصۀ پیشینۀ پژوهش موضوع
|
ردیف |
نویسنده |
سال |
نوع مدل |
نوع هدف |
نوع تبادل |
مطالعۀ کاربردی/ مثال عددی |
||
|
اقتصادی |
محیط زیستی |
اجتماعی |
||||||
|
1 |
لاولیدی |
2009 |
NLP |
* |
|
|
آب |
مثال عددی |
|
2 |
کیم |
2010 |
MILP |
* |
* |
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
3 |
آویسو |
2010 |
Bi-level |
* |
* |
|
آب |
مثال عددی |
|
4 |
چائی[lvii] |
2010 |
MILP |
* |
|
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
5 |
روبیو |
2011 |
MINLP |
* |
|
|
آب |
مثال عددی |
|
6 |
بویکس |
2012 |
MILP |
* |
* |
|
انرژی |
مثال عددی |
|
7 |
چائو |
2013 |
LP |
* |
* |
|
انرژی |
مثال عددی |
|
8 |
آویسو |
2014 |
MILP |
|
* |
|
آب |
مطالعۀ کاربردی |
|
9 |
تسخیری |
2015 |
MILP |
* |
* |
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
10 |
گونلا[lviii] |
2015 |
MILP |
* |
|
|
بیواتانول |
مطالعۀ کاربردی |
|
11 |
ژانگ |
2016 |
NLP |
* |
* |
|
بخار گرم |
مطالعۀ کاربردی |
|
12 |
آندیاپان[lix] |
2016 |
NLP |
* |
|
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
13 |
تیو |
2017 |
MILP |
* |
* |
|
آب |
مطالعۀ کاربردی |
|
14 |
افشاری |
2018 |
MILP |
* |
* |
|
بخار |
مطالعۀ کاربردی |
|
15 |
افشاری |
2018 |
MILP |
* |
* |
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
16 |
بی[lx] |
2019 |
Bi-Level |
|
* |
|
آب |
مطالعۀ کاربردی |
|
17 |
آلفادهی[lxi] |
2019 |
LP |
* |
|
|
هیدروکربن |
مطالعۀ کاربردی |
|
18 |
پانو[lxii] |
2019 |
MILP |
* |
* |
|
کربندیاکسید |
مطالعۀ کاربردی |
|
19 |
نویینو |
2019 |
MILP |
* |
|
|
آب |
مثال عددی |
|
20 |
داکیون[lxiii] |
2019 |
ILP |
* |
|
|
آب |
مثال عددی |
|
21 |
ولنزوئلا- ونگاس |
2020 |
MILP |
* |
* |
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
22 |
کوآ[lxiv] |
2020 |
LP |
* |
* |
|
انرژی |
مثال عددی |
|
23 |
چان[lxv] |
2020 |
MILP |
* |
|
|
انرژی |
مطالعۀ کاربردی |
|
24 |
پژوهش حاضر |
2021 |
MILP |
* |
* |
* |
آب، انرژی، جامد |
مطالعۀ کاربردی |
سایر بخش‌های پژوهش به شرح ذیل سازماندهی شده است:
در بخش 2، مفاهیم به‌کاررفته در پژوهش و در بخش 3، مدل ریاضی ارائه‌شده با نام روش‌شناسی پژوهش بررسی شده است. در بخش 4 با پیاده‌سازی مدل روی مطالعۀ کاربردی، اعتبار مدل ارزیابی شده است. در بخش 5، خروجی مدل تحلیل شده است. درنهایت، در بخش 6، نتایج پژوهش و پیشنهادهایی برای پژوهش‌های آینده مطرح شده است.
2- مبانی نظری
مفاهیم نظری متناسب با موضوع پژوهش، در دو زیربخش روش اپسیلون محدودیت و مفهوم توسعۀ پایدار ارائه می‌شود.
2-1 روش اپسیلون محدودیت
مسائل بهینه‌سازی چندهدفه، ازجمله روش‌های تصمیم‌گیری است که در آن، علی‌رغم مدل‌های تک‌هدفه، چندین هدف برای بهینه‌سازی پیش روی تصمیم‌گیرنده است که گاهی متضاد است. برای حل دقیق مدل‌های چندهدفه، الگوریتم‌های گوناگونی وجود دارد. یکی از آنها، روش اپسیلون محدودیت[lxvi] است که کاربرد گسترده‌ای در پژوهش‌های اخیر داشته است. رویکرد این روش، نگه‌داشتن بهترین تابع هدف برای بهینه‌سازی و انتقال سایر اهداف به محدودیت‌هاست. بدین‌ترتیب، مرز پارتو با استفاده از تغییرات ایجادشده در حدود اهداف فرعی در تکرارهای مختلف ایجاد می‌شود. مدل چندهدفه (با فرض مدل سه‌هدفه و هدف اول بهعنوان بالاترین اولویت) پس از الگوریتم اپسیلون محدودیت به فرم معادلات (1) تا (5) تبدیل می‌شود (خطیبی، خاکراز و رحمانی، 2017).
|
(1) |
پس از اعمال الگوریتم اپسیلون محدودیت
|
||
|
(2) |
|||
|
(3) |
|||
|
(4) |
|||
|
(5) |
مراحل الگوریتم به‌صورت ذیل است:
1- هر بار، یکی از اهداف را بهعنوان تابع هدف اصلی در نظر بگیرید و مسئله را با آن بهینه کنید.
2- مقدار بهینۀ تابع هدف حاصل از گام یک را در سایر توابع هدف جایگزین و مقادیر مربوط را یادداشت کنید.
3- بازه بین مقدار بهینه و خروجی گام دو هر یک از اهداف فرعی را به تعداد از پیش تعیین‌شده تقسیم‌بندی کنید و یک جدول برای مقادیر ها به دست آورید.
4- مسئله را با یکی از مقادیر ها و بهازای بهینه‌شدن هدف اصلی، حل و جواب‌های پارتو را گزارش کنید.
کدنویسی مدل پیشنهادی برمبنای الگوریتم فوق در نرم‌افزار گمزو حل‌کنندۀ[lxvii] سیپلکس[lxviii] انجام شده است.
2-2 توسعۀ پایدار
براساس گزارش براندتلند[lxix] در کمیسیون جهانی محیط زیست و توسعه[lxx] (1987)، توسعۀ پایدار عبارت است از «توسعه‌ای که نیازهای زمان حال را برآورده سازد؛ بدون آنکه توانایی نسل‌های آینده را در برآورده‌سازی نیازهایشان به خطر اندازد». شاخصه‌های توسعۀ پایدار در توسعۀ صنعتی را در سه بعد اجتماعی، اقتصادی و محیط زیستی می‌توان مطرح کرد. شاخص اقتصادی برای بهبود عملکرد اقتصادی با کاهش هزینه‌هایی مانند تولید، زیرساخت‌ها و دفع ضایعات اطلاق می‌شود. بعد محیط زیستی برای کاهش مصرف منابع طبیعی و آلاینده‌های محیط زیستی شکل گرفته است. بعد اجتماعی برای بهبود رفاه اجتماعی است که افزایش اشتغال و سطح سلامت کارکنان صنعتی را دربرمی‌گیرد.
3- روش‌شناسی پژوهش
در این پژوهش، مدل برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط دوهدفه برای بهینه‌سازی انتقالات در شبکه‌های همزیستی و مکان‌یابی مراکز بازیابی ضایعات ارائه شده است. رویکرد مدل برمبنای استفادۀ مستقیم یا غیرمستقیم از ضایعات است. در این رویکرد، بخشی از ضایعات، که کیفیت صنایع متقاضی را ندارد، پس از رسیدن به کیفیت مطلوب در مراکز بازیابی، بهعنوان مواد اولیۀ بازیابی‌شده (تبادل غیرمستقیم) در اختیار صنایع قرار می‌گیرد. بخش دیگر از ضایعات دارای کیفیت لازم در تبادل مستقیم، به‌صورت مستقیم به صنایع متقاضی ارسال می‌شود. به‌طور کلی، تقاضای صنایع پس از شبکۀ همزیستی به سه صورت تأمین می‌شود: مواد اولیۀ دست اول که از تأمین‌کنندگان اولیه تأمین می‌شود؛ مواد اولیۀ استفادۀ مجدد که به‌صورت مستقیم از ضایعات خروجی یک صنعت بهعنوان مواد ورودی صنعت دیگر ارسال می‌شود و دستۀ سوم، ضایعات بازیافت‌شده که از مراکز بازیابی در اختیار صنایع قرار می‌گیرد.
نوع پژوهش، کاربردی و برمبنای مطالعه روی شهرک صنعتی است که هفت صنعت از شهرک نظرآباد بهعنوان نمونۀ آماری لحاظ شده است. داده‌های لازم با بازدید و پرسش و پاسخ با صنایع، جلسات با کارشناسان شرکت شهرک‌های صنعتی استان البرز و بانک دادۀ این شرکت تهیه شده است. درنهایت، پس از اعتبارسنجی مدل با نمونۀ مورد مطالعه، مدیران شهرک مورد مطالعه، خروجی آن را برای ارزیابی عملکرد اجرایی تأیید کردند.
مفروضات مدل
1- فرایند تولید کارخانه‌ها فصلی نیست.
2- همزیستی یک کارخانه با خودش صفر در نظر گرفته شده است.
3- فاصله بین گره‌ها برای انواع انتقالات جامد، گاز و آبی یکسان در نظر گرفته شده است.
4- در فرایند انتقال از مقدار افت کیفی چشم‌پوشی شده است.
جدول 2- پارامترها، اندیس‌ها و متغیرهای مدل
|
اندیسهای مدل |
|
|
: تامینکنندگان مواد اولیه حالت آب : تامینکنندگان مواد اولیه حالت گاز : تامینکنندگان مواد اولیه جامد : مراکز دفع ضایعات بلااستفاده آبوفاضلاب : مراکز دفع ضایعات بلااستفاده گاز : مراکز دفع ضایعات بلااستفاده جامد : کارخانه مبدا و ارائهدهنده ضایعات خروجی بهشبکه |
: مراکز بالقوه بازیابی حالت آب مانند تصفیهخانه : مراکز بالقوه بازیابی حالت گاز مانند کربندیاکسید : مراکز بالقوه بازیابی جامدات : سطوح کیفیتی تبادلات حالت آب درشبکه : سطوح کیفیتی تبادلات حالت گاز درشبکه : سطوح کیفتی تبادلات جامد درشبکه : کارخانه مصرفکننده ضایعات خروجی بهعنوان ماده اولیه |
|
پارامترهای مدل |
|
|
: فاصله تامینکننده با مصرفکننده (صنایع) jام : فاصله تامینکننده با مصرفکننده (صنایع) jام : فاصله تامین کننده با مصرف کننده (صنایع) jام : فاصله کارخانه تولیدکننده iام با کارخانه مصرفکننده j : فاصله بازیابی با مصرف (صنایع) jام : فاصله بازیابی با مصرفکننده (صنایع) jام : فاصله بازیابی با مصرفکننده (صنایع) jام : فاصله کارخانه تولیدکننده ضایعات i با بازیابی : فاصله کارخانه تولیدکننده ضایعات i با بازیابی : فاصله کارخانه تولیدکننده ضایعات i با بازیابی : فاصله کارخانه تولیدکننده ضایعات i با مراکز دفع : فاصله کارخانه تولیدکننده ضایعات i با دفع : فاصله کارخانه تولیدکننده ضایعات i با دفع : هزینه ثابت احداث مراکز بازیابی بالقوه : هزینه ثابت احداث مراکز بازیابی بالقوه : هزینه ثابت احداث مراکز بازیابی بالقوه : تعداد مشاغل ایجادشده در بازیابی درصورت احداث : تعداد مشاغل ایجادشده در بازیابی درصورت احداث : تعداد مشاغل ایجادشده در بازیابی درصورت احداث : متوسط جبران تعداد روزهای ازدسترفته بهدلیل افزایش سطح سلامت محیطکار بهازای هرواحد حجم بازمصرف آبوفاضلاب : متوسط جبران تعداد روزهای ازدسترفته بهدلیل افزایش سطح سلامت محیطکار بهازای هرواحد حجم بازمصرف انرژی : متوسط جبران تعداد روزهای ازدسترفته بهدلیل افزایش سطح سلامت محیطکار بهازای هرواحد حجم بازمصرف پسماند جامد : حداکثر ظرفیت بازیابی : حداکثر ظرفیت بازیابی : حداکثر ظرفیت بازیابی : حداقل ظرفیت پذیرش بازیابی : حداقل ظرفیت پذیرش بازیابی : حداقل ظرفیت پذیرش بازیابی : کیفیت ضایعات خروجی کارخانه i نوع : کیفیت ضایعات خروجی کارخانه i نوع : کیفیت ضایعات خروجی کارخانه i نوع : حداقل کیفیت مواد ورودی به کارخانه j نوع : حداقل کیفیت مواد ورودی به کارخانه j نوع : کیفیت خروجی از مراکز بازیابی نوع : کیفیت خروجی از مراکز بازیابی نوع : کیفیت خروجی از مراکز بازیابی نوع |
: هزینه متغیر لولهکشی و انتقال بهازای هرواحد مسافت و حجم هرنوع تبادل : هزینه متغیر لولهکشی و انتقال بهازای هرواحد مسافت و حجم هرنوع تبادل : هزینه متغیرحملونقل بهازای هرواحد مسافت برای انتقال : هزینه متغیر بازسازی هرواحد ضایعات در بازیابی : هزینه متغیر بازسازی هرواحد ضایعات در بازیابی : هزینه متغیر بازسازی هرواحد ضایعات در بازیابی : قیمتفروش هرواحد آبتازه در تامینکننده : قیمتفروش هرواحد انرژی طبیعی و دستاول توسط تامینکننده : قیمتفروش هرواحد جامدات دستاول در تامینکننده : هزینهمتغیر پیشتصفیه و جریمه هرواحد ضایعات بلااستفاده هزینهمتغیر پیشتصفیه و جریمه هرواحد ضایعات بلااستفاده : هزینهمتغیر پیشتصفیه و جریمه هرواحد ضایعات بلااستفاده : وزن تعداد کل مشاغل ایجادشده در مراکز بازیابی وزن تعداد کل روزهای جبرانشده درصورت بازیابی : حدمجاز تولید ضایعات در شهرک : حدمجاز تولید ضایعات در شهرک : حدمجاز تولید ضایعات در شهرک : حدمجاز مصرف مواد اولیه دستاول در شهرک : حدمجاز مصرف مواد اولیه دستاول در شهرک : حدمجاز مصرف مواد اولیه دستاول در شهرک : تقاضای کارخانه j از ماده اولیه : تقاضای کارخانه j از ماده اولیه : تقاضای کارخانه j از ماده اولیه : حداکثر فاصلهمجاز برای انتقال : حداکثر فاصلهمجاز برای انتقال : حجم ضایعاتخروجی کارخانه i نوع : حجم ضایعاتخروجی کارخانه i نوع : حجم ضایعاتخروجی کارخانه i نوع : کیفیت خروجی از تامینکننده نوع : کیفیت خروجی از تامینکننده نوع : کیفیت خروجی از تامینکننده نوع : حدمجاز مصرف ضایعات درتولید محصولات کارخانه j : حدمجاز مصرف ضایعات درتولید محصولات کارخانه j : حدمجاز مصرف ضایعات در تولید محصولات کارخانه j ضریب بهرهوری تبدیل ضایعات در مراکز بازیابی |
|
متغیرهای تصمیم |
|
|
: حجم انتقال آب دستاول از به j : حجم انتقال انرژی دستاول از به j : حجم انتقال جامد دستاول از به j : حجم انتقال مواد استفادهمجدد از i به j : حجم انتقال مواد استفادهمجدد از i به j : حجم انتقال مواد استفادهمجدد از i به j : حجم انتقال ضایعات بازیابی از i به : حجم انتقال ضایعات بازیابی از i به : حجم انتقال ضایعات بازیابی از i به : حجم انتقال مواد بازیابی از به j : حجم انتقال مواد بازیابی از به j : حجم انتقال مواد بازیابی از به j : حجم انتقال ضایعات بلااستفاده از i به : حجم انتقال ضایعات بلااستفاده از i به : حجم انتقال ضایعات بلااستفاده از i به : متغیرباینری، اگر انتقال آبتازه از به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر بازیابی احداثگردد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر بازیابی احداثگردد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر بازیابی احداثگردد 1 و درغیراینصورت صفر : امتیاز کل رفاهاجتماعی شهرک |
: متغیرباینری، اگر انتقال انرژی دستاول از به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال جامد دستاول از به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال مواد بازیابی از به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال مواد بازیابی از به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال مواد بازیابی از به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال مواد استفادهمجدد از i به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال مواد استفادهمجدد از i به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال مواد استفادهمجدد از i به j صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال ضایعات بلااستفاده از i به صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال ضایعات بلااستفاده از i به صورتپذیرد 1 و درغیر اینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال ضایعات بلااستفاده از i به صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال ضایعات قابل بازیابی از i به صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال ضایعات قابل بازیابی از i به صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : متغیرباینری، اگر انتقال ضایعات قابل بازیابی از i به صورتپذیرد 1 و درغیراینصورت صفر : هزینه کل اجرای شبکه و تامین مواد صنایع شهرک |
توابع هدف
|
(6) |
هدف اول برای حداقل‌سازی مجموع هزینه‌های شبکه ارائه شده است. مطابق معادلۀ (6)، این تابع شامل هزینۀ دفع ضایعات بدون استفاده در شبکه، ساخت مراکز بازیابی، تأمین بخشی از مواد اولیه که قابل تأمین از شبکه نیست، حمل‌ونقل مواد جامد، هزینه‌های عملیاتی روی هر واحد ضایعات قابل بازیابی و هزینۀ انتقال و لولهکشی مواد و ضایعات حالت آب و انرژی است؛ به‌گونه‌ای که:
|
(7)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8)
|
|
|
(9)
|
|
|
(10)
|
|
|
(11) |
|
|
|
|
|
(12) |
|
|
|
در رابطۀ (7)، هزینه‌های انتقال مواد اولیه و ضایعات آب و گاز لحاظ شده است که تابعی از مسافت است. این هزینه‌ها شامل لولهکشی، نیروهای لازم برای انتقال سیالات مانند پمپاژ و فشار است. هزینه‌های احداث هر یک از مراکز بازیابی در معادلۀ (8) ارائه شده است. معادلۀ (9) و (10) به‌ترتیب، هزینه‌های دفع ضایعات استفاده‌ناشدنی در شبکه و تأمین مواد اولیۀ تأمین‌ناشدنی از شبکه (دستاول) را در نظر گرفته است. رابطۀ (11) هزینه‌های بازسازی هر واحد ضایعات در مراکز بازیابی و رابطۀ (12) هزینۀ حمل‌ونقل حالت جامد را ارائه کرده است.
|
(13) |
|
تابع هدف دوم مطابق رابطۀ (13) همسو با حداکثرسازی رفاه اجتماعی ارائه شده است. پارامتر , به مفهوم مجموع تعداد روزهای سالانه‌ای است که به‌واسطۀ استفادۀ مجدد از ضایعات و کاهش آلاینده‌های ناشی از آنها، از میزان غیبت کارکنان یا کاهش راندمان کاری کاسته، به عبارتی، این روزها جبران می‌شود. بر همین اساس، بخش اول این رابطه، معرف جبران روزهای کاری ازدسترفته است و با توجه به میزان این پارامتر و وزن ، همسو با افزایش حجم ضایعات استفادۀ مجدد یا بازیابی‌شده اقدام می‌کند. بخش دوم این تابع، ایجاد اشتغال به‌واسطۀ احداث مراکز بازیابی را نشان داده است.
به مفهوم اهمیت اشتغال‌زایی و اهمیت جبران روزهای کاری ازدسترفته در منطقه است که کارشناسان خبره برمبنای شرایط منطقه تعیین می‌کنند. در این مطالعه، مقادیر روزهای کاری جبرانشده و وزن‌های مذکور در جلسه با مدیران شرکت شهرک‌های صنعتی استان البرز تعیین شده است.
محدودیت‌های مدل
|
(14) |
|
|
(15) |
|
|
(16) |
|
(17) |
|
|
(18) |
|
|
(19) |
|
(20) |
|
|
(21) |
|
|
(22) |
|
(23) |
|
|
(24) |
|
|
(25) |
|
(26) |
|
|
(27) |
|
|
(28) |
|
|
(29) |
|
|
(30) |
|
|
(31) |
|
|
(32) |
|
|
(33) |
|
|
(34) |
|
|
(35) |
|
|
(36) |
|
|
(37) |
|
|
(38) |
|
|
(39) |
|
|
(40) |
|
|
(41) |
|
|
(42) |
|
|
(43) |
|
|
(44) |
|
|
(45) |
|
|
(46) |
|
|
(47) |
|
|
(48) |
|
|
(49) |
|
|
(50) |
|
|
(51) |
|
|
(52) |
|
|
(53) |
|
|
(54) |
|
|
(55) |
|
(56) |
|
|
(57) |
|
|
(58) |
|
|
(59) |
|
|
(60) |
|
|
(61) |
|
|
(62) |
|
|
(63) |
|
|
(64) |
|
(نکته:در صورت نبود فرض 3، لازم بود برای پارامتر فاصله، اندیس k1، k2 و k3 در نظر گرفته می‌شد).
|
(65) |
|
|
(66) |
|
|
(67) |
|
(68) |
|
|
(69) |
|
|
(70) |
|
|
(71) |
|
|
(72) |
|
|
(73) |
|
|
(74) |
|
|
(75) |
|
|
(76) |
|
(نکته: اگر فرض 4 نبود، لازم بود مقدار افت کیفی بهازای هر واحد مسافت به‌صورت حاصلضربمسافت در دلتا (افت کیفیت)، از سمت راست محدودیت کسر شود).
|
(77) |
|
||
|
(78)
(79) |
|
(نکته: در صورت برقرارنشدن فرض یک، باید موجودی اطمینان برای تأمین تقاضای دریافت‌کنندگان متصل به کارخانه‌های فصلی در نظر گرفته شود تا نیاز آنها در فصول تعطیل یا تغییر خروجی تأمین شود).
|
(80) |
|
|
|
|
|
(81) |
|
|
|
|
|
(82) |
|
|
|
|
(84) |
(83) |
||
|
(86) |
(85) |
||
|
(88) |
(87) |
||
|
(90) |
(89) |
||
|
(92) |
(91) |
||
|
(94) |
(93) |
||
|
(96) |
(95) |
||
|
(98) |
(97) |
||
|
(100) |
(99) |
||
|
(102) |
(101) |
||
|
(104) |
(103) |
||
|
(106) |
(105) |
||
|
(108) |
(107) |
||
|
(110) |
(109) |
||
|
(112) |
(111) |
||
|
(114) |
(113) |
||
|
(116) |
(115) |
||
|
(117) |
|
|
4- مطالعۀ کاربردی
براساس اعتبارسنجی مدل پیشنهادی برای پیاده‌سازی آن بر شهرک صنعتی نظرآباد در استان البرز اقدام شده است. بیشتر صنایع شهرک، غذایی است و صنایع دیگری ازجمله داروسازی، شیمیایی و سلولزی نیز وجود دارد. هفت صنعت بهعنوان نمونۀ آماری در نظر گرفته شده است که فهرست آنها به همراه اندیسهای i و j در جدول شمارۀ 3 آمده است. بخش کشاورزی و دامی مجاور شهرک نیز بهعنوان یکی از مصرف‌کننده‌های ضایعات صنعتی در این مطالعه در نظر گرفته شده است.
جدول 3- فهرست صنایع منتخب در مطالعه موردی
|
(مقصد ضایعات)j |
(مبدأ ضایعات)i |
صنعت |
|
1 |
1 |
بتن و سیمان |
|
2 |
2 |
نیروگاه محلی |
|
3 |
3 |
کیک و شکلات |
|
4 |
4 |
لبنیات |
|
5 |
5 |
نوشیدنی گازدار |
|
6 |
6 |
نساجی و رنگرزی |
|
7 |
کشاورزی و دام |
سطوح درنظرگرفته‌شدۀ هر یک از حالات آب، انرژی و جامد در جدول شمارۀ 4 تشریح شده است.
جدول 4- سطوح کیفیتی ورودی و خروجی صنایع مورد مطالعه موردی
|
سطوح |
آب/فاضلاب 350-400 |
آب/فاضلاب 300-350 |
آب/فاضلاب 250-300 |
آب/فاضلاب 200-250 |
|
|
|
|
اندیس |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
سطوح |
بخار گرم |
دی‌اکسید کربن |
نیتروژن |
|
|
|
|
|
اندیس |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
سطوح |
پسماند پنیر |
آب‌پنیر |
ملاس |
خمیرمایه |
ویناس |
پلاستیک |
پارچه |
|
اندیس |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
تعداد هر یک از تأمین‌کنندگان مواد اولیۀ دست اول در این مطالعه، دو مکان در خارج از شهرک و تعداد مراکز بالقوۀ بازیابی نیز دو مکان داخل شهرک در نظر گرفته شده است. یک مکان نیز بهعنوان مرکز دفع هر یک از حالات ضایعات خروجی لحاظ شده است. متوسط حجم تقاضا، ضایعات خروجی، سطوح کیفیت آنها در صنایع مورد مطالعه در جدول‌های شمارۀ 5 تا 7، فواصل در جدول شمارۀ 8 و سایر پارامترها در جدول شمارۀ 9 نشان داده شده است.
جدول 5- حجم و کیفیت تقاضاو ضایعات خروجی حالت آبوفاضلاب
|
ورودی |
1 |
1 |
|
|
|
3 |
4 |
|
|
خروجی |
4 |
3 |
4 |
3 |
1 |
1 |
4 |
|
|
صنعت حجم و کیفیت |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
حجم تقاضا (kg/year) |
800 |
900 |
|
|
|
600 |
120 |
|
|
کیفیت تقاضا |
355 |
400 |
|
|
|
310 |
290 |
|
|
حجم ضایعات (kg/year) |
200 |
600 |
250 |
280 |
300 |
1800 |
600 |
|
|
کیفیت ضایعات |
210 |
280 |
250 |
255 |
205 |
410 |
200 |
|
جدول 6- حجم و کیفیت تقاضاو ضایعات خروجی حالت انرژی
|
ورودی |
1 |
|
2 |
3 |
|
2 |
|
|
|
|
خروجی |
2 |
1 |
3 |
1 |
2 |
3 |
2 |
|
|
|
صنعت حجم و کیفیت |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
||
|
حجم تقاضا (kg/year) |
100 |
|
100 |
60 |
|
5/127 |
|
|
|
|
کیفیت تقاضا |
386 |
|
60 |
70 |
|
60 |
|
|
|
|
حجم ضایعات (kg/year) |
100 |
120 |
75 |
40 |
40 |
25 |
85 |
|
|
|
کیفیت ضایعات |
60 |
390 |
75 |
370 |
50 |
60 |
71 |
|
|
جدول 7- حجم و کیفیت تقاضا و ضایعات خروجی حالت جامد
|
ورودی |
|
7 |
2 |
4 |
7 |
6 |
3 |
4 |
6 |
7 |
1 |
5 |
||
|
خروجی |
|
|
2 |
3 |
4 |
1 |
6 |
5 |
6 |
7 |
|
|||
|
صنعت حجم و کیفیت |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|||||||
|
حجم تقاضا (kg/year) |
|
8 |
60 |
70 |
10 |
65 |
43 |
15 |
60 |
130 |
20 |
20 |
||
|
کیفیت تقاضا |
|
5 |
20 |
20 |
20 |
90 |
20 |
10 |
90 |
20 |
30 |
10 |
||
|
حجم ضایعات (kg/year) |
|
|
10 |
50 |
19 |
50 |
10 |
25 |
20 |
27 |
|
|||
|
کیفیت ضایعات |
|
|
40 |
25 |
20 |
30 |
50 |
30 |
60 |
25 |
|
|||
جدول 8- فاصلۀ صنایع با یکدیگر و با مراکز بازیابی، دفع و تأمین‌کنندگان
|
|
|||||||||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
1 |
0 |
20 |
100 |
40 |
30 |
120 |
120 |
210 |
160 |
240 |
30 |
150 |
90 |
|
2 |
|
0 |
80 |
40 |
60 |
10 |
110 |
70 |
130 |
80 |
30 |
130 |
140 |
|
3 |
|
|
0 |
20 |
20 |
40 |
60 |
240 |
100 |
200 |
140 |
20 |
50 |
|
4 |
|
|
|
0 |
110 |
100 |
90 |
100 |
210 |
200 |
200 |
100 |
160 |
|
5 |
|
|
|
|
0 |
100 |
100 |
60 |
160 |
110 |
240 |
50 |
80 |
|
6 |
|
|
|
|
|
0 |
70 |
80 |
150 |
150 |
50 |
210 |
170 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
0 |
60 |
40 |
140 |
60 |
30 |
60 |
|
|
|||||||||||||
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
||||
|
1 |
270 |
2.8 |
40 |
640 |
310 |
890 |
700 |
480 |
610 |
||||
|
2 |
200 |
1 |
30 |
520 |
260 |
390 |
290 |
340 |
390 |
||||
|
3 |
140 |
3/3 |
30 |
530 |
240 |
930 |
960 |
590 |
590 |
||||
|
4 |
120 |
1/3 |
90 |
470 |
920 |
490 |
290 |
830 |
510 |
||||
|
5 |
230 |
5/3 |
70 |
390 |
520 |
270 |
300 |
960 |
970 |
||||
|
6 |
100 |
2 |
80 |
660 |
240 |
390 |
480 |
860 |
210 |
||||
|
7 |
|
|
|
700 |
480 |
300 |
350 |
950 |
500 |
||||
جدول 9- سایر پارامترهای مدل در شهرک مورد مطالعه
|
2= |
U(500,3100) |
U(500,1500) |
U(3000,3800) |
|
3= |
U(1200,3400) |
U(80,300) |
U(1500,6000) |
|
2= |
U(290,330) |
U(50,100) |
U(300,4000) |
|
=9 |
U(60,390) |
U(510,627)106* |
U(1000,3200) |
|
=11 |
U(5,100) |
U(470,540) 106* |
U(1500,3000) |
|
=6 |
U(290,320) |
U(557,584) 106* |
U(320,3000) |
|
=4 |
U(60,390) |
U(225,350) |
U(400,900) |
|
=10 |
U(5,100) |
U(320,350) |
U(90,400) |
|
=8 |
=240, =260 |
U(200,3000) |
U(50,150) |
|
%90 |
350= |
0.5= |
= 1 |
پس از حل مدل با اپسیلون محدودیت با 20 تکرار و در نظر گرفتن هدف هزینه بهعنوان اولویت بالاتر برای بهینه‌سازی، مقادیر هدف و متغیرهای تصمیم به‌شرح جدول شمارۀ 10 به دست آمده است.
جدول 10- متغیرهای خروجی مدل روی مطالعۀ موردی
|
=85 |
=50 |
=100 |
=100 |
900= |
800= |
|
=40 |
=10 |
=8 |
=20 |
=15 |
=43 |
|
=10 |
=15 |
=47 |
=600 |
=120 |
=600 |
|
|
|||||
|
1 |
|
=20 |
=9 |
=25 |
=8 |
|
1 |
=9 |
=20 |
=20 |
=10 |
=10 |
|
1 |
=5/27 |
=5 |
=30 |
=4 |
=7 |
|
121 |
65 |
70 |
52 |
=35 |
|
|
600 |
300 |
280 |
280 |
130 |
200 |
|
SW |
TNC |
||||
|
25/2998 |
1.753.171.785 |
40 |
40 |
25 |
20= |
5- بحث
5-1 تفسیر نتایج
همانگونه که در شکل شمارۀ 1 بخش مقدمه نیز نشان داده شده است، پس از همزیستی، بخش عمده‌ای از ضایعات، جایگزین مواد اولیه می‌شود و نیاز صنایع به مواد اولیۀ دست اول را کاهش می‌دهد. این امر در خروجی مطالعۀ موردی این پژوهش در جدول شمارۀ 10 به‌وضوح مشاهده می‌شود که براساس نتایج جدول، بخش عمدۀ ضایعات، به‌صورت مستقیم یا پس از بازیابی، دوباره به چرخۀ تولید بازمی‌گردد و جایگزین منابع و مواد اولیۀ دست اول می‌شود؛ در حالی که پیش از همزیستی، کلیّۀ ضایعات، بدون استفاده و کلیّۀ تقاضاها از مواد دست اول قابل تأمین بوده است که تفاوت حجم ضایعات پیش و پس از همزیستی در نمودار شمارۀ 2 ارائه شده است. علاوه بر این، براساس نمودار شمارۀ 3، پیش از همزیستی، هزینۀ صنایع در دو بخش تأمین مواد اولیه و دفع ضایعات، بیشتر از هزینۀ این دو بخش در شرایط همزیستی است؛ بنابراین، به استناد نتایج خروجی مدل و نکات مذکور، شبکۀ همزیستی این پژوهش، عملکرد شهرک را در هر سه بعد توسعۀ پایدار بهبود داده است. نکتۀ مهم این است که بیشترین کاهش میزان استفادۀ مجدد از ضایعات در بخش ضایعات جامد است (براساس نمودار شمارۀ 2) که در مطالعات پیشین لحاظ نشده است و فقط حالت آب و انرژی مطالعه شده است. یکی از نقاط قوت مدل، ایجاد فرصت استفادۀ مجدد ضایعات پس از بازیابی است که در مقایسه با مدل‌های موجود، بخش بیشتری از ضایعات را قابل استفاده می‌کند؛ به‌طور مثال، در مدل افشاری (2018) فقط انتقال مستقیم در شبکه امکان‌پذیر است؛ در حالی که براساس جدول شمارۀ 10، بخشی از ضایعات، امکان تبادل مستقیم را دارد و بخش عمدۀ آنها نیازمند بازیابی بوده است؛ بنابراین، بدون مراکز بازیابی، فرصت استفادۀ مجدد این گروه ضایعات از دست می‌رود که به‌صورت موازی بر ابعاد اقتصادی، محیط زیستی و اجتماعی مؤثر است. از دیگر مزایای مدل، انتقال هم‌زمان مواد در هر سه حالت جامد، مایع و گاز است که در مدل‌های مشابه مانند نوئینو (2019) فقط تبادل یک حالت (آب) بررسی شده است. لحاظ‌کردن بعد اجتماعی، از دیگر مزیت‌های مدل است که در هیچ یک از مدل‌های موجود در نظر گرفته نشده است که براساس خروجی، سطح اجتماعی شهرک نسبت به قبل، بهبود زیادی دارد.
|
شکل2- حجم ضایعات پیش و پس از همزیستی در کل شهرک |
شکل 3- هزینۀ تأمین تقاضا و دفع ضایعات پیش و پس از همزیستی |
براساس نتایج به‌دست‌آمده در این پژوهش و فشارهای محیط زیستی روی صنایع، پیشنهادهای ذیل به مدیران تصمیم‌گیرنده در حوزۀ شهرک‌های صنعتی مانند شرکت شهرک‌های صنعتی ارائه می‌شود:
5-2 تحلیل حساسیت
درادامه، تحلیل حساسیت مدل نسبت به پارامتر بیشترین فاصلۀ مجاز در انتقال ضایعات گاز برای استفادۀ مجدد در نمودار شمارۀ 4 ارائه شده است. این پارامتر با رعایت فاصلۀ حداکثری در تبادل مستقیم یا بازیابی‌شدۀ ضایعات، از انتشار آلاینده‌های حین انتقال جلوگیری می‌کند. براساس نمودار، زمانی که محدودیت فاصله‌ای صفر باشد، فاصلۀ مراکز بازیابی با کارخانه‌ها بیشتر از حد مجاز (صفر) است و انتقال به بازیابی انجام نمی‌شود. در این حالت، نیازهای گاز ازطریق گازهای دست اول و جریان ضایعات مستقیم تأمین می‌شود و جریان بازیابی (در این مثال) وجود ندارد. با افزایش مقدار تتا، صنایع بیشتری در محدودۀ مجاز فاصله‌ای با مراکز بازیابی قرار می‌گیرد و جریان‌های بازیابی‌شده، جایگزین گازهای طبیعی می‌شود. همچنین، براساس نمودار شمارۀ 5، هزینۀ مدل در نقطۀ صفر تتا، بیشترین و رفاه اجتماعی، کمترین است که تأثیر استفاده از ضایعات را بر بهبود توسعۀ پایدار نشان می‌دهد؛ بنابراین، پیشنهاد می‌شود، جانمایی شهرک‌های صنعتی از ابتدا با مطالعۀ ضمنی امکان تبادل ضایعات و مواد اولیۀ صنایع انجام شود تا فرصت‌های تبادلات بیشتری ازنظر محدودیت‌های فاصله‌ای ضایعات خطرناک فراهم شود و عملکرد همزیستی افزایش یابد.
|
شکل 4- تحلیل حساسیت حجم تبادلات برمبنای بیشترین فاصلۀ مجاز انتقال
|
شکل 5-تحلیل حساسیت مقادیر هدف برمبنای بیشترین فاصلۀ مجاز انتقال
|
6- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
شهرک‌های صنعتی علی‌رغم دستاوردهای خود، تأثیرات مخربی بر محیط زیست دارند و گاهی، در آنها به موضوعات مرتبط با رفاه اجتماعی توجه نشده است. همزیستی صنعتی بهعنوان رویکرد نظام‌مند و همکاری متقابل بین صنایع، همسو با بهینه‌سازی تبادلات مواد و انرژی به وجود آمده است که هدف آن، اکولوژیک‌کردن طراحی شهرک‌های صنعتی است. در این پژوهش، یک مدل دوهدفۀ برنامه‌ریزی مختلط عدد صحیح برای بهینه‌سازی تبادلات شبکه‌های همزیستی و مکان‌یابی ایستگاه‌های بازیابی ارائه شده است. ازجمله نوآوری‌های مدل نسبت به دیگر پژوهش‌های این زمینه، تبادل هم‌زمان هر سه حالت جامد، آب و انرژی است. همچنین، تبادل غیرمستقیم ضایعات ازطریق مراکز بازیابی، از دیگر نوآوری‌های مدل بوده است. برای بهبود عملکرد شهرک برای دستیابی به بعد اجتماعی توسعۀ پایدار، هدف اجتماعی در مدل لحاظ شده است. حل مدل با استفاده از روش اپسیلون محدودیت و با نرم‌افزار گمز انجام شده است. نتایج خروجی مدل بر شهرک مورد مطالعه نشان می‌دهد، حجم کل ضایعات بدون استفاده از مجموع صنایع شهرک نسبت به پیش از آن، به میزان زیادی کاهش یافته است. همچنین، هزینۀ صنایع در همزیستی نسبت به هزینه‌های انفرادی آنها بسیار کاهش یافته است و همین امر، ابزار مناسبی برای ترغیب آنها به مشارکت در طرح است. ایجاد 23 فرصت شغلی جدید با احداث مراکز بازیابی و جبران روزهای کاری ازدسترفته ناشی از آلاینده‌های محیط زیستی، ازجمله دستاوردهای هدف اجتماعی است. این پژوهش نیز همانند سایر مطالعات، مفروضات و محدودیت‌هایی در توسعۀ مدل دارد؛ برای مثال، مسیر انتقال هر سه حالت مواد و ضایعات، یکسان در نظر گرفته شده است. امکان تبدیل بین حالت‌ها و استفاده از ضایعات مراکز بازیابی در نظر گرفته نشده است. همچنین، انتظارات شهرک و صنایع به‌صورت یکپارچه منظور نشده است؛ بنابراین، پیشنهادهای ذیل برای بهبود و توسعۀ مدل در پژوهش‌های آتی پیشنهاد می‌شود:
سپاسگزاری
این پژوهش با حمایت مالی شرکت شهرک‌های صنعتی انجام شده است. بدین‌وسیله، سپاسگزاری خود را از این مجموعه اعلام می‌‌کنیم.
[i]. Liu
[ii]. Bae
[iii]. Genc
[iv]. Capelleveen
[v]. Erdis
[vi]. O’Dwyer
[vii]. Chen
[viii]. Wang
[ix]. Eco-Industrial Park
[x]. Industrial Symbiosis
[xi]. Fraccascia
[xii]. Giannoccaro
[xiii]. Albino
[xiv]. Boix
[xv]. Montastruc
[xvi]. Azzaro
[xvii]. Mixed Integer Linear Programming (MILP)
[xviii]. Biegler
[xix]. Grassmann
[xx]. Lovelady
[xxi]. El‐Halwagi
[xxii]. Aviso
[xxiii]. Tan
[xxiv]. Culaba
[xxv]. Bi-Level Based on Fuzzy approach
[xxvi]. Kim
[xxvii]. Yoon
[xxviii]. Chae
[xxix]. Rubio
[xxx]. Ponce
[xxxi]. Serna
[xxxii]. Boix
[xxxiii]. Pibouleau
[xxxiv]. Chao
[xxxv]. Leveneur
[xxxvi]. Estel
[xxxvii]. Taskhiri
[xxxviii]. Behera
[xxxix]. Tan
[xl]. Zhang
[xli]. Zhou
[xlii]. Chhabra
[xliii]. Tiu
[xliv]. Cruze
[xlv]. Afshari
[xlvi]. Jaber
[xlvii]. searcy
[xlviii]. Nouinou
[xlix]. Roy
[l]. Hennequin
[li]. Valenzuela-Venegas
[lii]. Vera
[liii]. Daiz
[liv]. Hennequin
[lv]. Ho
[lvi]. Le
[lvii]. Chae
[lviii]. Gonela
[lix]. Andiapan
[lx]. Bi
[lxi]. Al-Fadhli
[lxii]. Panu
[lxiii]. Daquin
[lxiv]. Cao
[lxv]. Chan
[lxvi]. ε-Constraint
[lxvii]. Solver
[lxviii]. Ciplex
[lxix]. Brandt land report
)