论减少塑料废物对环境的影响

姚梓琦

（华北电力大学，河北 保定 071000）

自20世纪50年代以来，由于塑料的用途多种多样，如食品包装、医疗器械和建筑等，塑料制造业呈指数级增长。虽然有显著的好处，但由塑料产量增加导致相关的负面影响令人担忧[1]。塑料制品不易分解，难以处理，不仅对环境产生视觉方面的污染，而且还会使土壤环境恶化，严重影响农作物的生长，若把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染等。因此，要解决塑料废弃物问题，必须减缓塑料生产的流程，提高塑料废弃物的管理水平。

1 模型的建立与求解

该模型从政策实施，科技发展水平，社会影响等角度定义了10个三级指标，并将其纳入塑料废物消减指标中。

（1）政策实施

限塑令使用年限X1. 禁塑令使用年限X2. 垃圾分类年限X3.

（2）科技发展水平

研究人员数量（每百万人）X4.研发支出（占GDP的比例）X5.高科技出口（现价美元）X6.科技期刊文章数量X7.

（3）社会影响

义务教育年限Xa. 教育支出（占GNI百分比）X9. 人口总数X10.

利用以上定义的评价指标，我们要进一步确定三级指标的权重，从而得到二级指标的线性组合。由于各指标之间属性和量纲都不同，无法直接用作建模数据，我们将对这些指标数据进行标准化处理，使得各变量在变换之后的最优值为1，最差值为0。评价指标为X1,X2,X3,……Xm,其中Xi={xi1,xi2,… ,xin}，m和n为所选取的评价指标和国家的数量[2]。其中m=10，n=17

对于效益型指标，标准化的变换公式为:

对于成本型指标，标准化的变换公式为：

其中yij是各国各种评价指标的标准值。max(xij)为指标系列中的最大值；min(xij)为指标系列中的最小值。

（4）熵权法

经过标准化，我们成功地用替代了xij来反映一个国家的塑料废物消减指数[3]。然后我们介绍：

根据信息论中关于自我信息和熵的概念，我们可以计算出各个评价指标的信息熵Ei，因此我们可以获得：

在信息熵的基础上，进一步计算我们之前定义的各个评价指标的权重：

进而得出三个综合评价指标：政策实施指数，科技发展指数和社会影响指数，下文它们将分别缩写为PII，TDI，SII。根据计算出的权重我们可以获得：

（5）变异系数法

在得到上述三个指标的基础上，应该使用变异系数法对这三个指标进行加权，并将其合并为一个综合指标。因此，我们将简要介绍变异系数法的应用[4]。

变异系数法（VCM）利用各项指标所包含的信息，通过计算得到各指标的权重，是一种客观赋权的方法。

由于受到不同维度的影响，很难直接对指标进行比较，因此需要利用各指标的变异系数来衡量各指标的差异程度。则差异系数公式可以表示为：

通过这种方法，我们可以在没有任何主观印象的情况下获得各个指标的权重。在获得指标权重后，我们可以推导出塑料废物消减指标

其中12个评价指标和3个综合指标的权重值如下图1所示

图1 各指标及其权重

从图中可看出，二级指标中科技发展水平所占权重最大，是最重要的影响因素。在三级指标中，从科技发展方面来看研发支出最为重要；而从社会影响和政策实施的角度看，人口数量和垃圾分类似乎更重要。这些指标确实对一个国家的一次性塑料垃圾消减产生了巨大的影响。

根据PII，TDI，SII，PWRI。这四个综合指数，我们从四个方面将世界各国划分为三类：恶劣，安全，优秀。我们使用的方法是k-means聚类算法。k-means聚类算法的目的是将n个观测值划分为k个簇。它的目的是最小化到排序中心 ()D k的距离之和：

其中ix为第k簇Ck的观测值。

划分国家的指数值越高，环境水平就越好。一旦计算出PII，TDI，SII，PWRI的值，我们就可以确定一个国家的废物消减分类标准。

经计算，我们将PWRI=2.94定义为全球废物可达到的最低水平。

2 各级指标权重塑料废物对环境的影响

当全球废物达到最低水平时，必然会对我们生活的方方面面都产生巨大的影响。大多数塑料的耐磨品质意味着塑料物品可能需要数百年才能降解，所以对环境有很大影响，当塑料废品水平降到最低时，可以有效改善环境问题。如今塑料工业区附近的农田含量超出了安全值，危害人类健康，因此塑料工业的优化有利于加强食品安全工程，提高人民生活水平。塑料废品的减少或者取消将导致国内回收塑料的价格上升，带动整个原料行业的上升。成本上升使企业更关注技术进步和科技创新。环境治理使企业更关注清洁生产[5-6]。为更好的生存与发展，塑料制品行业将逐渐规范化，更加关注产品的绿色化，加快产品转型升级步伐。国家要求快递包装袋采用生物降解塑料，一系列在自然条件下可完全降解的环保材料如生物基可降解塑料等，将会迎来良好的发展机遇。