一种强大的优化方法，用于将农村地区的医疗废物就地处理与城市地区的集中处理相结合

《Journal of Environmental Management》：A robust optimization method for integrating on-site medical waste treatment in rural areas with centralized treatment in urban areas

　　构建的模型可以进一步实现可持续的医疗废物管理。考虑了农村医疗废物的现场处理方案。城市和农村地区的医疗废物管理被视为一个整体。讨论了不确定性对最优决策安排的影响。详细探讨了管理偏好对结果的影响。

引言
随着全球医疗服务的扩展和传染病的频繁发生，医疗废物的产生量显示出显著上升的趋势（Wei等人，2021年）。美国每年产生约350万吨医疗废物（Attrah等人，2022年）。印度每年产生的医疗废物超过30万吨，尽管这一数字反映了统计报告的不完整性（Kashyap和Ramaprasad，2023年）。中国也面临着同样严峻的挑战，全国每年的医疗废物产生量在280万至310万吨之间（Ye等人，2022年）。根据世界卫生组织（WHO）的数据，高收入国家平均每张医院床位每天产生0.5公斤的危险废物，而低收入国家仅为0.2公斤。然而，由于废物分类和管理系统的不足，低收入国家的实际废物重量可能更高（Gao等人，2018年）。除了这种不断增加的重量外，医疗废物还可能携带病毒、滋生细菌，并导致环境污染，这些因素共同说明了医疗废物产量的增加已成为全球公共卫生和环境治理的重大挑战（You等人，2020年；Adyel，2020年）。
与城市地区成熟的医疗废物管理系统相比，农村地区在医疗废物管理方面仍是一个关键薄弱环节。一些中国的农村医疗机构缺乏足够的基础设施和管理能力，经常遇到诸如废物分类不当、临时储存不当以及灭菌协议不充分等问题（Gao等人，2022年）。这些缺陷不仅增加了疾病传播的风险，还助长了医疗废物的非法交易（Market Data Forecast，2025年），进一步加剧了环境和公共卫生的危害（Bano等人，2023年）。国际上也存在类似的问题。在马拉维，观察到农村诊所依赖露天焚烧或倾倒作为医疗废物的最终处理方式（Mmanga等人，2019年）。在坦桑尼亚，农村医疗机构中，通过露天焚烧或倾倒处理的锐器废物比例明显高于城市设施（Meshi等人，2022年）。在英国、法国和德国，农村地区的医疗废物经常在临时储存场所累积，超过了法律规定的储存限值（Hansen等人，2014年；Jung等人，2020年；Fadaei，2023年）。这些案例跨越了不同经济发展阶段的国家和地区，表明农村地区医疗废物管理能力的薄弱并非局限于某个特定区域，而是全球医疗废物治理中的一个共同结构缺陷。因此，为农村地区制定改进的医疗废物管理策略并解决农村医疗废物处理问题对于推进全球医疗废物管理实践至关重要。

医疗废物处理目前主要采用两种模式：集中处理和现场处理（Zulqarnain等人，2024年）。集中处理主要应用于人口密集的城市地区，采用焚烧、热解和等离子气化等末端处理技术（Veli?kovi?和Ili?，2023年）。应用这些技术需要一个专门的医疗废物逆向物流系统，以确保及时收集并安全运输到集中处理设施。相比之下，现场处理通常部署在地理分散、偏远或资源有限的地区，其主要目的是迅速对产生的医疗废物进行灭菌，以防止病原体传播。现场处理方法因地区经济和技术发展水平的不同而有所不同，从不安全的露天焚烧和消毒填埋到使用合规的专用现场处理设备（Yazie等人，2019年；Meshi等人，2022年；Weian和Feng，2023年）。农村地区的医疗废物可以运输到城市中的集中处理设施，也可以在现场进行处理。因此，为农村地区选择适当的医疗废物处理模式需要一种综合视角，将集中处理和现场处理视为可行的选项，从而实现更优的医疗废物管理方法。

多项研究表明，现场医疗废物处理具有潜在的好处。Chen等人（2023年）回顾了国际趋势，发现移动式现场处理技术具有减少污染和提高处理效率的优势，尽管其技术适用性和与现有管理系统的兼容性仍需进一步发展。H. Zhao等人（2022年）研究了中国的医疗废物产生和处理情况，发现尽管大多数移动设施的处理能力相对有限，但仍然能够实现传染性医疗废物的现场处理。Liu等人（2023年）追踪了全球医疗废物处理技术的进展，包括对COVID-19的应对措施以及中国的新兴实践，并提出未来的发展方向将趋向于结合大规模集中处理和分布式现场处理的方式。疫情加速了新型现场处理方法和设备的发展。Zhang等人（2021年）探讨了将移动式动物尸体焚烧炉改装用于医疗废物处理的可行性，并指出了专用移动式医疗废物焚烧炉仍需改进的关键之处。Mahdi等人（2022年）提出了一种基于微波辐射的现场设备，能够减少废物体积并灭活微生物，显示出它可以缩短处理时间、降低能耗和运营成本，同时达到更高的处理温度。Jie等人（2023年）开发了一种紧凑型、分布式的试点规模原型，使用微波等离子火炬技术，实现了本地医疗废物处理，并解决了现场处理中的现有问题。Gnanapriya等人（2025年）设计了一种便携式医疗废物灭菌处理器，配备高强度刀片粉碎器，可以处理多种类型的医疗废物，提升了移动性。关于处理模式的选择，Taghipour等人（2014年）使用层次分析法比较了现场处理和集中处理，并得出结论认为集中处理更可取。然而，近年来现场处理设备在处理效率、能耗和运营成本方面取得了显著进步，为将其整合到更广泛的医疗废物管理系统中提供了新的可能性。尽管取得了这些进展，但在系统框架中，特别是在城乡医疗废物管理系统中决定在哪里部署现场处理设备的系统框架仍然很少见。

关于医疗废物管理系统规划的研究大多采用纯集中处理结构，成本一直是这些研究中最一致的目标，越来越多的研究还考虑了风险和碳排放。这种集中结构涵盖了从单一收集到处理的网络到更复杂的多层供应链的各种配置，但其基本处理结构始终相同：（Homayouni和Pishvaee，2020年）在涵盖回收、处理、焚烧和填埋设施的双目标鲁棒网络中最小化成本和风险；Balci等人（2022年）在确定性的逆向物流网络中通过转运站将废物输送到灭菌或焚烧设施和垃圾填埋场，从而最小化成本和碳排放；Gao等人（2021年）和Zhang等人（2023年）围绕单一集中收集或回收中心建立了纯路由导向的模型，后者通过反应性两阶段框架在服务请求时间不确定的情况下优化风险；Qi等人（2023年）在三层逆向物流网络中最小化成本，包括收集、测试、再处理和发电；Cao等人（2024年）在灾后医疗废物设施选址和运输中最小化成本、风险和碳排放；Karimi等人（2024年）在危险医疗废物逆向供应链中最小化成本和风险，尽管其名称中包含“现场处理”，但实际上这些临时处理中心仍然是集中设施而非产生点的现场处理。Shen等人（2024年）、Hao等人（2025年）、Xu等人（2025年）、Pham等人（2026年）和Ben-Romdhane（2026年）同样在完全集中的结构中最小化了成本和风险。X. Zhao等人（2022年）提出了一种分布-集中路径，用于个人防护装备（PPE）废物的处理，其中分布式设施仅进行预处理，然后所有废物被集中到集中式热解厂进行处理；因此，分布式层仅作为初步分类阶段，而不是独立的处理模式，模型也没有区分现场处理和集中处理作为竞争性处理选项。Xu等人（2023年）同样表明，在产生点和集中处理厂之间的中间收集点可以降低系统成本，但这些点仍然是集中网络中的传输节点，而不是独立的处理设施。在这些研究中，现场处理从未被作为与集中处理竞争的处理模式选项在单一优化模型中进行讨论，也没有任何研究将城市和农村地区的医疗废物产生情况结合起来进行考虑。

这些研究中最常处理的不确定性是医疗废物的产生量，采用了一系列方法来应对：Homayouni和Pishvaee（2020年）采用稳健优化方法，Xu等人（2023年）和Pham等人（2026年）采用随机约束规划，Qi等人（2023年）采用敏感性分析，Karimi等人（2024）采用稳健可能性规划，也将容量视为不确定因素；Shen等人（2024年）同样结合了产生不确定性以及通过基于对数正态分布的可靠性概念和贝叶斯运输风险估计来表示的传输时间不确定性。另一组研究关注与服务或操作参数相关的不确定性：（Zhang等人，2023年）根据不确定时间的服务请求动态更新路由决策；Zhao等人（2025年）通过数据驱动的神经网络估计紧急响应时间的不确定性，采用模糊随机约束公式；Xu等人（2025年）通过基于可靠性的公式改善了路由决策中的行程时间可靠性。只有两项研究考虑了运输成本不确定性，这是现场处理和集中处理之间权衡的最直接相关参数，因为现场处理的主要优势在于完全避免了运输：Massah等人（2025年）通过模糊稳健优化处理产生和运输成本的不确定性，Quan等人（2025年）通过基于指数矩模糊集的分布式稳健随机约束规划处理风险和运输成本不确定性，同时也是少数同时最小化成本、风险和碳排放的研究之一。然而，在这两种情况下，与文献中的其他研究一样，现场处理和集中处理之间的选择并未作为决策变量进行建模，因此运输成本不确定性虽然存在于模型中，但从未被允许影响处理模式的选定。

对先前文献的回顾总结在表1中，发现关于医疗废物管理系统规划的研究主要将集中式医疗废物处理设施视为系统中的终端处理节点，通常位于城市环境中。虽然研究人员提出了现场医疗废物处理的方法并开发了相应的设备，但在交通成本不确定性的情况下，将现场农村医疗废物处理系统集成到城乡医疗废物管理系统中并与集中处理共同优化的研究仍然很少。为解决这一空白，本研究将现场处理设备作为集中处理农村废物的补充选项，建立了城乡医疗废物管理的综合系统，并开发了一个多目标稳健优化模型，同时最小化成本、风险和碳排放，以得出在交通成本不确定性下的保守决策策略。进一步研究了管理者对不同目标的偏好以及医疗废物产生波动对系统性能的影响，以验证模型的实际价值。研究单独考虑了运输成本不确定性，以便在不受到多个不确定性来源的同时影响的情况下识别其对处理模式选择的独特影响。

本研究在三个方面不同于现有文献。首先，迄今为止现场处理仅被视为设备或技术选项，从未作为单一优化模型中与集中处理竞争的处理模式决策变量；本研究首次明确提出了这一选择，使模型能够确定哪些农村站点应采用现场处理，而不是预先假设处理模式。其次，所有以往的研究都将医疗废物产生限制在城市环境中；而本研究将城市和农村地区的医疗废物产生整合到一个系统中，使两种环境下的集中处理和现场处理路径能够共同优化。第三，尽管Massah等人（2025年）和Quan等人（2025年）考虑了运输成本的不确定性，但他们都预先确定了处理模式，并且不允许这种不确定性影响现场处理与集中处理的决策；本研究允许运输成本的不确定性直接影响处理模式的选择，而这种不确定性可能是影响处理模式决策的关键因素。本研究的主要贡献如下：（1）开发了一个模型，探讨将现场处理作为集中处理的补充选项，用于农村污水处理；（2）将城市和农村地区视为一个整体，确定最佳的污水处理解决方案，以节约现有资源；（3）考虑污水处理运输成本不确定性对处理模式选择的影响，并获得保守的决策策略；（4）通过评估不同的集中污水处理技术和现场处理设备作为替代方案，确定最佳的应用方案；（5）模拟管理者对不同目标的偏好和态度，以及污水处理量波动对整体最优决策方案的影响，从而获得相应的管理洞察。

**关键问题陈述**
为了确保污水处理的安全，集中处理已成为主要做法。产生污水的地区可以大致分为城市地区和农村地区：城市地区人口密集，医疗机构集中；而农村地区医疗机构分散且地理位置偏远。由于基础设施的便利性和规模经济，集中污水处理厂通常位于城市地区。在许多地区，农村污水由专门的设施收集。

**假设**
（1）考虑了关于选择集中处理技术和现场处理设备的决策。为了便于评估和比较，假设这些技术和设备的污水处理效率保持稳定（Deng等人，2023年）。
（2）只有那些污染排放符合监管要求的设施和设备才能获得行政部门的使用权。因此，污水处理过程中的污染排放受到严格控制。

**案例研究**
COVID-19大流行促使中国武汉市建立了一套全面的污水处理管理系统，以应对未来的疾病爆发，该市现在被视为中国污水处理管理方面的领导者。本研究以武汉的城市地区及周边农村地区为例，验证所提出模型在确定最佳污水处理模式方面的实用性。

**结论**
大多数现有研究都集中在城市污水处理管理的规划上，但与这些城市系统相连的农村地区也需要污水处理，而这一需求却受到了较少的关注。与城市污水相比，农村污水的特点是产生点分散、单次处理量较小，且距离集中处理设施较远，这些因素都延长了集中处理所需的运输距离，并对成本和风险产生了不利影响。

**作者贡献声明**
Deng Yan：撰写原始稿件、进行调查、概念化设计
Lv Qi：筹集资金
Li Lei：方法论研究、数据收集
Luo Wenxin：撰写原始稿件
Huang Yidan：监督、资源调配、正式分析
Tsan Sheng Adam NG：撰写、审阅和编辑
Su Bin：撰写、审阅和编辑

**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

**致谢**
本研究得到了北四川医学院博士启动基金项目（项目编号CBY23-QDA25）、系统科学与企业发展研究中心（项目编号Xq24C05）、南充社会科学联合会（项目编号NC26C388）、四川省初级卫生发展研究中心项目（项目编号SWFZ25-Y-57）、云南省教育厅科学研究基金项目（项目编号2026J0565）以及国家自然科学基金的支持。