DOI: https://doi.org/10.31181/sor31202633
تاريخ النشر: 2025-04-10
المؤلف: Ali Katrancı وآخرون
الموضوع الرئيسي: اتخاذ القرار متعدد المعايير
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة التحديات البيئية والاقتصادية الملحة التي تفرضها التصنيع السريع، ونمو السكان، وسوء إدارة النفايات، مع التركيز على تحديد أنسب تقنية للتخلص من النفايات الصلبة المستدامة لمرفق التخلص من النفايات الصلبة في تشيفريل في محافظة دنيزلي. باستخدام طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير المعتمدة على الضبابية، وتحديداً حساب الوزن البسيط (SIWEC) وترتيب البدائل مع أوزان المعايير (RAWEC)، تقيم الدراسة ثمانية بدائل للتخلص: دفن النفايات (A₁)، التسميد (A₂)، التحلل البيولوجي (A₃)، الحرق (A₄)، الغازification (A₅)، معالجة البلازما (A₆)، التحلل الحراري (A₇)، والوقود المستمد من النفايات (RDF) (A₈). تم تقييم اثني عشر معيارًا، بما في ذلك الأثر البيئي والتكاليف التشغيلية، مما كشف عن أن التسميد (A₂) هو الخيار الأكثر تفضيلاً، بينما كان RDF (A₈) الأقل فعالية.
تشير النتائج إلى أن نوع النفايات الملقاة (C₉) هو المعيار الأكثر أهمية في عملية اتخاذ القرار، متجاوزًا تكاليف الاستثمار الأولية (C₁)، والنفقات التشغيلية (C₅)، واستهلاك الطاقة (C₁₀). كانت الترتيبات المستمدة من طريقة Fuzzy RAWEC متسقة مع تلك الناتجة عن تقنيات MCDM الأخرى، مثل F-TOPSIS وF-SAW، وأكدت تحليلات الحساسية استقرار التسميد (A₂) والغازification (A₅) عبر سيناريوهات مختلفة. تؤكد الدراسة على قوة الطرق الضبابية المدمجة في تسهيل اتخاذ القرار المنظم لإدارة النفايات المستدامة وتقترح مجالات للبحث المستقبلي، بما في ذلك توسيع المعايير، واختبار القابلية للتعميم في سياقات مختلفة، ودمج الذكاء الاصطناعي في عمليات التخلص من النفايات. بشكل عام، تسهم هذه الدراسة بشكل كبير في الأدبيات المتعلقة بإدارة النفايات المستدامة من خلال تقديم نموذج استراتيجي قابل للتطبيق في دنيزلي، تركيا، وربما أبعد من ذلك.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات الملحة المرتبطة بإدارة النفايات الصلبة، والتي تفاقمت بسبب عوامل مثل التصنيع السريع، ونمو السكان، والبنية التحتية غير الكافية، والأطر المالية والقانونية غير الكافية. أدت هذه القضايا إلى ممارسات إدارة نفايات سيئة ومكبات نفايات غير مسيطر عليها، مما أثر سلبًا على الصحة العامة والبيئة. أصبحت ضرورة وجود نظام إدارة نفايات منظم بشكل جيد أكثر وضوحًا، خاصة مع التقدم في التكنولوجيا التي تهدف إلى تعزيز النظافة البيئية والصحة العامة.
لمعالجة هذه التحديات، تؤكد الدراسة على أهمية اختيار تقنيات التخلص من النفايات الصلبة المستدامة المناسبة، والتي يجب أن تأخذ في الاعتبار الآثار الاقتصادية والبيئية والاجتماعية لمختلف الحلول. يعد إشراك العديد من أصحاب المصلحة – بما في ذلك المجتمعات المحلية، والمديرين، والعلماء، والمهندسين، والبيئيين – أمرًا حيويًا لتحديد الخيارات الأكثر استدامة. تركز الدراسة بشكل خاص على مرفق التخلص من النفايات الصلبة في تشيفريل، الذي يخدم عدة بلديات ومصادر صناعية. باستخدام طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير المعتمدة على الضبابية، وهي حساب الوزن البسيط الضبابي (F-SIWEC) وترتيب البدائل مع أوزان المعايير الضبابية (F-RAWEC)، تهدف الدراسة إلى تحديد تقنية التخلص المثلى من النفايات الصلبة. تم هيكلة الورقة في ستة أقسام، تغطي مراجعة الأدبيات، والأطر النظرية، وشرح مفصل للمنهجيات، ودراسات التحقق لضمان موثوقية النتائج.
طرق
في هذا القسم، تم تفصيل المنهجية المستخدمة لمقارنة طريقة F-RAWEC مع طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير الأخرى (MCDM) – وتحديداً F-TOPSIS وF-SAW وF-MABAC وCORASO. كشفت التحليلات المقارنة أن البدائل \( A_2، A_4، A_7، \) و \( A_8 \) حافظت على تصنيفات متسقة عبر جميع الطرق. على النقيض من ذلك، أظهرت البدائل \( A_1، A_3، A_5، \) و \( A_6 \) تصنيفات موحدة في طرق F-RAWEC وF-TOPSIS وF-SAW وF-MABAC، بينما تم ملاحظة اختلافات طفيفة مع طريقة CORASO بسبب خطوات التنفيذ المميزة لها.
للمزيد من التحقق من التصنيفات، تم تطبيق معامل ارتباط سبيرمان (SCC)، مع الصيغة \( SCC = 1 – \frac{6 \sum D_i^2}{n(n^2 – 1)} \)، حيث يمثل \( D_i \) اختلافات التصنيف و \( n \) هو عدد العناصر المصنفة. تراوحت قيم SCC من 0.88 إلى 1، مما يشير إلى وجود ارتباط إيجابي قوي بين التصنيفات الناتجة عن طريقة F-RAWEC وتلك الناتجة عن طرق MCDM الأخرى. تؤكد هذه العلاقة العالية على موثوقية طريقة F-RAWEC في اختيار تقنية التخلص من النفايات المستدامة الأكثر ملاءمة.
نتائج
في قسم النتائج، تم التحقق من طريقة F-RAWEC من خلال عملية من مرحلتين. في البداية، تم مقارنة نتائج طريقة F-RAWEC مع تلك الناتجة عن منهجيات بديلة. بعد ذلك، تم إجراء تحليل حساسية من خلال تغيير معاملات الوزن لتقييم قوة النتائج.
كشفت النتائج من تحليل الحساسية، الموضحة في الشكل 3، أن طرق التخلص من النفايات \( A_2 \) و \( A_5 \) حافظت باستمرار على تصنيفاتها عبر جميع السيناريوهات. حافظت الطريقة \( A_3 \) على موقعها في خمسة وثلاثين سيناريو ولكن تم تجاوزها بواسطة الطريقة \( A_7 \) في حالة واحدة. على النقيض من ذلك، كانت الطرق \( A_1 \) و \( A_8 \) مصنفة باستمرار في أدنى مستوى. من الجدير بالذكر أن الطرق \( A_4 \) و \( A_6 \) و \( A_7 \) أظهرت تصنيفات متغيرة تأثرت بتفضيلات صانعي القرار، مما يشير إلى درجة من الحساسية للمعايير المختارة. تؤكد الدراسة، التي تشمل ثلاثة من صانعي القرار ومجموعة محدودة من السيناريوهات، على صحة النتائج تحت ظروف معينة وتضع الأساس لتحليلات مستقبلية أكثر شمولاً.
مناقشة
في هذا القسم، أجرى المؤلفون مراجعة شاملة للأدبيات على ثلاث مراحل لتقييم طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) المختلفة لاختيار تقنيات التخلص من النفايات. ركزت المرحلة الأولى على طرق التخلص من النفايات الصلبة المستدامة، مع تسليط الضوء على الدراسات التي استخدمت تقنيات مثل عملية الشبكة التحليلية (ANP)، ELECTRE III، وAHP الضبابي لتقييم الخيارات عبر سياقات مختلفة. استعرضت المرحلة الثانية طريقة F-SIWEC، التي تبسط عملية اتخاذ القرار من خلال السماح لصانعي القرار بتقييم المعايير دون الحاجة إلى مقارنات ثنائية معقدة. تم تطبيق هذه الطريقة في سياقات مختلفة، بما في ذلك مبيعات المنتجات الزراعية واستراتيجيات الاستثمار للمستشفيات الخضراء. استكشفت المرحلة الثالثة طريقة F-RAWEC، التي تعزز طريقة RAWEC من خلال دمج المنطق الضبابي لمعالجة عدم اليقين في اتخاذ القرار، مما يظهر تطبيقها في تقييمات الطاقة المتجددة وتقييمات استدامة النقل.
كما عرّف المؤلفون الأعداد الضبابية وحددوا القواعد التشغيلية للأعداد الضبابية مثلثية الشكل، مؤكدين على أهمية المنطق الضبابي في نمذجة عدم اليقين. وقد أوضحوا طرق F-SIWEC وF-RAWEC، مفصلين خطواتها ومزاياها، مثل تقليل التعقيد وتحسين دقة القرار من خلال عمليات التطبيع المزدوج. ركزت دراسة الحالة على تحديد أفضل تقنية للتخلص من النفايات الصلبة لمرفق في تشيفريل، باستخدام كل من طرق F-SIWEC وF-RAWEC لتقييم البدائل بناءً على المعايير التي وضعتها المهندسون البيئيون. في النهاية، خلص التحليل إلى أن التسميد ظهر كأكثر تقنيات التخلص من النفايات المستدامة فعالية، بينما تم تحديد الوقود المستمد من النفايات (RDF) كأقل خيار مفضل.
DOI: https://doi.org/10.31181/sor31202633
Publication Date: 2025-04-10
Author(s): Ali Katrancı et al.
Primary Topic: Multi-Criteria Decision Making
Overview
This study addresses the pressing environmental and economic challenges posed by rapid industrialization, population growth, and inadequate waste management, focusing on identifying the most suitable sustainable solid waste disposal technology for the Çivril Solid Waste Disposal Facility in Denizli Province. Utilizing fuzzy-based Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) methods, specifically Simple Weight Calculation (SIWEC) and Ranking Alternatives with Weights of Criterion (RAWEC), the research evaluates eight disposal alternatives: landfilling (A₁), composting (A₂), biomethanization (A₃), incineration (A₄), gasification (A₅), plasma treatment (A₆), pyrolysis (A₇), and refuse-derived fuel (RDF) (A₈). Twelve criteria, including environmental impact and operational costs, were assessed, revealing composting (A₂) as the most favorable option, while RDF (A₈) was the least effective.
The findings indicate that the type of waste disposed (C₉) is the most critical criterion in the decision-making process, overshadowing initial investment costs (C₁), operational expenses (C₅), and energy consumption (C₁₀). The rankings derived from the Fuzzy RAWEC method were consistent with those from other MCDM techniques, such as F-TOPSIS and F-SAW, and sensitivity analyses confirmed the stability of composting (A₂) and gasification (A₅) across various scenarios. The study emphasizes the robustness of the combined fuzzy methods in facilitating systematic decision-making for sustainable waste management and suggests avenues for future research, including expanding criteria, testing generalizability in different contexts, and integrating AI into waste disposal processes. Overall, this research contributes significantly to the literature on sustainable waste management by providing a strategic model applicable to Denizli, Türkiye, and potentially beyond.
Introduction
The introduction highlights the pressing challenges associated with solid waste management, exacerbated by factors such as rapid industrialization, population growth, inadequate infrastructure, and insufficient financial and legal frameworks. These issues have led to poor waste management practices and uncontrolled landfills, adversely affecting public health and the environment. The necessity for a well-structured waste management system has become increasingly apparent, particularly with advancements in technology aimed at promoting environmental cleanliness and public health.
To address these challenges, the study emphasizes the importance of selecting suitable sustainable solid waste disposal technologies, which should consider the economic, environmental, and social implications of various solutions. Engaging multiple stakeholders—including local communities, managers, scientists, engineers, and environmentalists—is crucial for identifying the most sustainable options. The research specifically focuses on the Çivril Solid Waste Disposal Facility, which serves multiple municipalities and industrial sources. Utilizing fuzzy Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods, namely Fuzzy Simple Weight Calculation (F-SIWEC) and Fuzzy Ranking Alternatives with Weights of Criterion (F-RAWEC), the study aims to determine the optimal solid waste disposal technology. The paper is structured into six sections, covering a literature review, theoretical frameworks, detailed explanations of the methodologies, and validation studies to ensure the reliability of the findings.
Methods
In this section, the methodology employed for comparing the F-RAWEC method with other multi-criteria decision-making (MCDM) methods—specifically F-TOPSIS, F-SAW, F-MABAC, and CORASO—is detailed. The comparative analysis revealed that alternatives \( A_2, A_4, A_7, \) and \( A_8 \) maintained consistent rankings across all methods. Conversely, alternatives \( A_1, A_3, A_5, \) and \( A_6 \) exhibited uniform rankings in the F-RAWEC, F-TOPSIS, F-SAW, and F-MABAC methods, while minor discrepancies were noted with the CORASO method due to its distinct implementation steps.
To further validate the rankings, the Spearman correlation coefficient (SCC) was applied, with the formula \( SCC = 1 – \frac{6 \sum D_i^2}{n(n^2 – 1)} \), where \( D_i \) represents the ranking differences and \( n \) is the number of ranked items. The SCC values ranged from 0.88 to 1, indicating a strong positive correlation between the rankings produced by the F-RAWEC method and those from the other MCDM methods. This high correlation underscores the reliability of the F-RAWEC method in selecting the most suitable sustainable waste disposal technology.
Results
In the Results section, the validation of the F-RAWEC method was conducted through a two-stage process. Initially, the outcomes of the F-RAWEC method were compared with those from alternative methodologies. Subsequently, a sensitivity analysis was performed by varying the weighting coefficients to assess the robustness of the results.
The findings from the sensitivity analysis, illustrated in Figure 3, revealed that waste disposal methods \( A_2 \) and \( A_5 \) consistently retained their rankings across all scenarios. Method \( A_3 \) maintained its position in thirty-five scenarios but was surpassed by method \( A_7 \) in one instance. Conversely, methods \( A_1 \) and \( A_8 \) were consistently ranked lowest. Notably, methods \( A_4 \), \( A_6 \), and \( A_7 \) exhibited varying rankings influenced by the preferences of the decision-makers, indicating a degree of sensitivity to the chosen criteria. The study, involving three decision-makers and a limited scenario set, underscores the validity of the results under specific conditions and lays the groundwork for more extensive future analyses.
Discussion
In this section, the authors conducted a comprehensive literature review in three stages to evaluate various multi-criteria decision-making (MCDM) methods for selecting waste disposal technologies. The first stage focused on sustainable solid waste disposal methods, highlighting studies that utilized techniques such as the Analytic Network Process (ANP), ELECTRE III, and fuzzy AHP to assess options across different contexts. The second stage examined the F-SIWEC method, which simplifies the decision-making process by allowing decision-makers to evaluate criteria without the need for complex pairwise comparisons. This method has been applied in various contexts, including agricultural product sales and investment strategies for green hospitals. The third stage explored the F-RAWEC method, which enhances the RAWEC method by incorporating fuzzy logic to address uncertainties in decision-making, demonstrating its application in renewable energy evaluations and transport sustainability assessments.
The authors also defined fuzzy numbers and outlined the operational rules for triangular fuzzy numbers, emphasizing the importance of fuzzy logic in modeling uncertainty. They elaborated on the F-SIWEC and F-RAWEC methods, detailing their steps and advantages, such as reducing complexity and improving decision accuracy through double normalization processes. The case study focused on identifying the best solid waste disposal technology for a facility in Çivril, utilizing both F-SIWEC and F-RAWEC methods to evaluate alternatives based on criteria established by environmental engineers. Ultimately, the analysis concluded that composting emerged as the most effective sustainable waste disposal technology, while refuse-derived fuel (RDF) was identified as the least favorable option.