Sürdürülebilir atık yönetimi için tersine lojistik ağ tasarımı: Çok amaçlı optimizasyon modeli

Abstract

Tez çalışması, Eskişehir'deki tıbbi atık yönetiminde tersine lojistik zorluklarını ele almaktadır. Odunpazarı ve Tepebaşı ilçelerindeki 9 büyük hastaneden tıbbi atıkların toplanması ve bertarafına odaklanmaktadır. Patolojik atıkların Ankara'daki bir yakma tesisine taşınmasıyla Eskişehir'de yerel bir yakma tesisi kurmanın fizibilitesi incelenmiştir. Bu çalışma, atık taşımacılığındaki tersine lojistiğin kritik rolünü vurgulayarak, her iki tür tıbbi atığın da dikkate alındığını göstermektedir. Modelde, tıbbi atıkların bertarafı için çok amaçlı bir optimizasyon modeli formüle edilmiştir. MINLP (Karışık Tam Sayılı Doğrusal Olmayan Programlama) modeli kullanılarak GAMS'te (Genelleştirilmiş Cebirsel Modelleme Sistemi) çözüme ulaşılmıştır. Amaçlar, ekonomik ve çevresel boyutları kapsamaktadır; ekonomik amaç, sabit kurulum, taşıma, operasyon ve CO2(e) emisyonu maliyetlerinin en aza indirgenmesini içerirken, çevresel amaç, CO2(e) emisyonunun en aza indirilmesini hedefler. Eskişehir'deki 9 büyük hastanenin gerçek tıbbi atık verileri modele entegre edilmiş olup, sterilizasyon tesisleri, depolama sahaları ve önerilen yakma tesisleri gibi mevcut altyapılarla birlikte ele alınmıştır. Amaç fonksiyonlarına eşit ağırlık verildiğinde, patolojik atıkların bertarafı için mevcuttaki sürecin uygun olduğu görülmüştür. Simülasyonlar, mevcut sterilizasyon ve Ankara'daki yakma tesislerinin 10 yıl boyunca yeterli kapasiteye sahip olduğunu göstererek her iki tıbbi atık türündeki artışı başarıyla yönetebileceğini ortaya koymaktadır. Araştırmada, farklı tıbbi atık miktarları, maliyetler ve emisyon salınımı gibi değişkenlerle beş farklı senaryo incelenmiştir. Amaç fonksiyonlarına atanan farklı ağırlıkların etkisini değerlendirmek için çeşitli senaryolar kullanılmıştır. Böylelikle, karar vericilerin maliyet ve emisyon salınımı gibi faktörlere verdikleri önemin sonuçları üzerinde daha kesin bir düşünceye sahip olmaları sağlanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, Eskişehir'de ekonomik olarak yakma tesisi kurmanın, CO2(e) emisyonu salınımı amaç fonksiyonuna minimum önem verildiğinde mümkün olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, amaç fonksiyonlarına atanan farklı ağırlıkların etkisini değerlendirmek için senaryolar içinde denemeler yapılmıştır. Bu senaryolar sonucunda maliyet ve emisyon minimizasyonunun eşit önemde olduğu kabulü ile mevcut durumun yaklaşık 17 yıl boyunca optimal olarak devam etmesi gerektiği, fakat tıbbi artık miktarlarında yüksek artışa sebebiyet verecek durumlarda Eskişehir tesisleşmesinin yakın gelecekte optimal olacağı gözlemlenmiştir. Aynı şekilde maliyet minimizasyonunun daha önemli olduğu kabulü ile Eskişehir için önerilen tesisleşmenin 8 yıl içerisinde optimal bir seviyeye geleceği gözlemlenmiştir. Bu veriler ışığında, karar vericiler sonuçları önceliklerine göre daha net analiz edebilir. Tüm sonuçlar incelendiğinde, Eskişehir'de ekonomik olarak yakma tesisi kurmanın, CO2(e) emisyonu salınımı amaç fonksiyonuna minimum önem verildiğinde mümkün olduğu belirlenmiştir.This study addresses the reverse logistics challenges in medical waste management in Eskişehir. Specifically, it focuses on the collection and disposal of two types of waste, namely cutting-piercing and infectious waste, as well as pathological waste, from nine major hospitals in Odunpazarı and Tepebaşı, the largest districts of Eskişehir. The feasibility of establishing a local incineration facility in Eskişehir by transporting pathological waste to a incineration plant in Ankara has been evaluated. The study underscores the critical role of reverse logistics in waste transportation, demonstrating the consideration of both types of medical waste. The disposal of medical waste is formulated as a multi-objective optimization model, covering economic and environmental aspects. The economic objective entails minimizing costs associated with fixed installation, transportation, operation, and costs caused from CO2(e) emissions. The environmental objective focuses on minimizing CO2(e) emissions. The MINLP model was solved using GAMS. Real medical waste data from nine major hospitals in Eskişehir were integrated using mixed-integer nonlinear programming and weighted sum methods. The existing sterilization facility, landfill, proposed incineration facility, and incineration facility in Ankara were incorporated into the model. Simulations indicating that the capacities of sterilization and incineration facilities in Ankara would be sufficient for the next ten years demonstrate the successful management of increasing medical waste in both types. Five scenarios were examined, encompassing various combinations of medical waste quantities, costs, and emission levels. Moreover, various weight values were tested to assess the impact of assigning weights to objective functions. As a result, it was observed that with the assumption of equal importance given to cost and emission minimization, the current situation should optimally continue for approximately 17 years. However, in cases where there would be a significant increase in medical waste, establishment of facilities in Eskişehir would be optimal in the near future. Similarly, assuming that cost minimization is more important, it was observed that the proposed establishment in Eskişehir would reach an optimal level within 8 years. Consequently, decision-makers can more clearly evaluate the implications of their priorities on cost and emission reduction. Evaluation of the model results indicates that establishing an incineration facility in Eskişehir would be economically feasible only when minimum importance is given to CO2(e) emission reduction in the objective function. This study contributes valuable insights to decision-makers and waste management authorities by offering important information on the optimal allocation of resources for the collection, transportation, and disposal of both types of medical waste, thereby contributing to ongoing debates on sustainable waste management practices in the healthcare sector.