基于超效率DEA模型的污水處理廠運行效率有效性評價

樓楊安　張中琪

摘要：本文運用超DEA模型的分析方法，對江蘇省21座污水處理廠運行效率進(jìn)行有效性評價，并對其影響因素進(jìn)行分析。結(jié)果表明：江蘇省污水處理廠整體運行效率較低，有較大的提高空間，運行效率最高的污水處理廠為徐州荊馬河污水處理廠，運行效率屬于DEA無效的污水處理廠則有13個。負(fù)荷率是污水處理廠運行效率的主要影響因素。

關(guān)鍵詞：超效率DEA；有效性評價；污水處理廠運行效率

中圖分類號：R123.3 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）012-000-02

一、引言

我國正處于城鎮(zhèn)化發(fā)展的加速階段，污水排放量達(dá)到了前所未有的高度，這不僅影響了人們的生活生產(chǎn)方式和社會的可持續(xù)發(fā)展，也對水環(huán)境治理提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》，近五年江蘇省污水排放總量逐年增加，特別是2010年以來污水排放激增，2014年，江蘇省廢水排放總量達(dá)60.12億噸，其中，工業(yè)廢水排放占34.08%，生活污水排放占65.87%，垃圾和危險廢物集中式治理設(shè)施廢水排放占0.05%。污水排放總量中工業(yè)廢水與生活廢水占據(jù)了污水排放總量的90%以上，此兩類污水中含有大量氨氮、硝酸鹽等易溶于水化學(xué)物質(zhì)，會造成水體嚴(yán)重污染進(jìn)而對人類生命健康造成威脅。目前，為解決日益突出的水環(huán)境污染問題，確保社會與資源可持續(xù)發(fā)展，中央政府與地方在加快污水處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)度以及頒布有效措施同時，還必須提高已有污水處理廠的運行效率，而如何客觀評價污水處理廠運行效率是當(dāng)前研究的重中之重。

當(dāng)前，學(xué)者對污水處理廠運行效率的定量分析方法主要分為兩類。一類是對污水處理廠進(jìn)行調(diào)研獲得數(shù)據(jù)，簡單地對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析，通過比較分析得出污水處理廠的相對運行效率。如馬乃毅（2011）和蒙金結(jié)（2013）分別調(diào)研了河南、廣西污水處理廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的描述性分析，從而提出兩個省份污水處理廠存在的問題以及改進(jìn)的建議。另一類則是通過DEA模型對污水處理廠的多個輸出指標(biāo)和輸入指標(biāo)來進(jìn)行簡單的綜合對比與分析，得出污水處理廠的綜合效率。如王芙蓉（2007）借助DEA方法，構(gòu)造污水處理廠運行效率定量評價模型，對污水處理廠的運行效率進(jìn)行分析。吳瓊芳構(gòu)建新的指標(biāo)體系運用BC2模型客觀的評價了貴州市21座市級污水處理廠的運行效率。

但前者存在無法解決各個污水處理廠的使用工藝、規(guī)模不同、所處環(huán)境不同的問題。后者當(dāng)計算得到的有效決策單元較多時，DEA模型無法進(jìn)一步對這些有效單元進(jìn)行排序，這樣得到的測算結(jié)果不能為研究者提供更為真實、可靠的對策依據(jù)。本文采用超效率DEA模型的分析方法來評價江蘇省污水處理廠運行效率，解決了現(xiàn)有模型不能對大部分有效單元進(jìn)行排序的問題，并提出了有針對性的對策建議。

二、評價指標(biāo)的選取與評價對象

（一）評價指標(biāo)的選取

本文根據(jù)以往的研究和數(shù)據(jù)的可得性，選取不可變投入指標(biāo)為污水處理廠的實際投資；選取可變成本指標(biāo)為總耗電率、總運營費用；選取污水處理規(guī)模指標(biāo)為實際日均處理率；選取環(huán)境優(yōu)化效果指標(biāo)有COD去除率、BOD去除率、AN去除率。其中，污水處理廠的實際投資具有規(guī)模經(jīng)濟效益；總耗電率和總運營費用體現(xiàn)了污水處理廠基本設(shè)施的運行效果；實際日均處理量體現(xiàn)了污水處理廠日均處理規(guī)模；COD是水質(zhì)監(jiān)測中最常規(guī)的指標(biāo)，其去除率反映了污水中有機物的處理效果；BOD去除率和AN去除率的去除率是判斷污水處理中去除BOD脫氮除硫效果的有效指標(biāo)；COD、BOD、AN都是污水中對環(huán)境污染較為嚴(yán)重的幾個因素，其去除率高低代表著環(huán)境優(yōu)化效果的優(yōu)良。

（二）評價對象

本文以江蘇省21座污水處理廠為評價對象，其中南京市2座、無錫市6座、徐州市2座、常州市5座、蘇州市2座、昆山市2座、南通市1座、淮安市1座，覆蓋江蘇省11個地市中的8個，所在城市既有二級城市，又有縣城。污水處理廠的規(guī)模大小從0.4到20萬m3/日，基本覆蓋了江蘇省內(nèi)污水處理廠全部規(guī)模大小，較完整體現(xiàn)了江蘇省整體的污水處理廠的綜合情況。其中，21座污水處理廠的出水均達(dá)到或超過了排放標(biāo)準(zhǔn)的一級B標(biāo)。

（三）數(shù)據(jù)來源及描述

本文的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)來源如下：1.不可變投入指標(biāo)：實際投資（萬元）數(shù)據(jù)來源于住建部污水處理信息系統(tǒng)；2.可變投入指標(biāo)：耗電率、運營費用數(shù)據(jù)來源于《城鎮(zhèn)排水統(tǒng)計年鑒》（2013）；3.產(chǎn)出指標(biāo)：實際日均處理量、COD去除率、BOD去除率、AN去除率數(shù)據(jù)來源于《城鎮(zhèn)排水統(tǒng)計年鑒》（2013）。

描述性統(tǒng)計結(jié)果顯示：不可變投入中，江蘇省21座污水處理廠的實際投資的最小值為宜興華琪的2500萬元，最大值為深水城北的83976.6萬元，均值為21179.3萬元；可變投入中，每噸耗電率最高的為無錫梅村的0.529度/噸，最低的為徐州荊馬河的0.15度/噸，均值為0.311度/噸；每噸運營費用最高的為江邊污水處理廠的1.35元/噸，最低的則為宜興華琪的0.32元/噸，均值為0.7638元/噸；產(chǎn)出指標(biāo)中，實際日均處理量最高的為清源華衍的18.39萬噸/日，最低的是宜興新建的0.36萬噸/日，均值為5.46萬噸/日；COD去除率最高的為深水城北的0.92，最低的為宜興清源的0.71，均值為0.845；BOD去除率最高的為宜興張渚的0.97，最低為徐州荊馬河的0.87，均值為0.92；AN去除率最高的為宜興張渚等的0.89，最低的為南京科學(xué)院的0.4，均值為0.685。

三、污水處理廠運行效率評價結(jié)果與分析

（一）運行效率分析

污水處理廠運行效率投入產(chǎn)出指標(biāo)總數(shù)為7，而決策單元數(shù)為21，符合對決策單元數(shù)率至少是投入產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)率之和的2倍以及決策單元數(shù)率要大于或者等于投入指標(biāo)數(shù)率與產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)率的乘積的要求。

本文采用R語言軟件對21座污水處理廠的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。利用C2R模型、BC2模型、超效率DEA模型計算污水處理廠運行效率，其結(jié)果見表1：

利用C2R模型和BC2模型能夠?qū)EA有效對象與無效對象區(qū)分出來，并得到效率值的大小，但對于DEA有效的決策對象（DEA效率制都為1），它們都無法對其進(jìn)行排序。超效率DEA模型對效率值為1的污水處理廠進(jìn)行了進(jìn)一步的評價排序，而無效率部分的效率值與C2R模型的效率值完全一樣。2012年江蘇省污水處理廠中，徐州荊馬河污水廠效率值最高，達(dá)到了2.2944，無錫宜興華騏、常州清潭、無錫宜興張渚、徐州豐縣康達(dá)、南京科學(xué)院、常州溧陽第二污水廠、淮安第二污水廠分別為第2～7名，這部分污水處理廠的DEA是有效的，而且同時達(dá)到了技術(shù)有效和規(guī)模有效。

從對江蘇省的超效率DEA的處理結(jié)果中我們可以看出，污水處理廠超效率DEA有效的為8座，非超效率DEA有效的為13座。即超效率有效占比為38%，非超效率DEA有效占比為62%。其中，效率值小于或等于0.8的污水處理廠個數(shù)為9座，占比為42%。從規(guī)模收益看，非DEA有效區(qū)域的13座污水處理廠大多處在規(guī)模收益遞減階段，產(chǎn)出的增長比例會小于投入的增加比例，也就是說隨著投入的增加產(chǎn)出卻在減少，這就說明資金在投入階段產(chǎn)生問題。經(jīng)研究這些污水處理廠大多位于江蘇省的南部較為發(fā)達(dá)地區(qū)，土地、勞動等生產(chǎn)要素成本比北部要高，政府的投入力度自然也大，其中也不免存在盲目投資建設(shè)過多等不良現(xiàn)象，這就導(dǎo)致投入與產(chǎn)出不成正比，產(chǎn)出小于投入，產(chǎn)出效果不明顯。其余污水處理廠大多處于江蘇省北部，但相比南部污水處理廠具有較大的增產(chǎn)能力，但現(xiàn)階段由于各項投入不足導(dǎo)致產(chǎn)出受到影響，這就導(dǎo)致其運行效率雖有增長但仍處于較低水平。

（二）污水處理廠運行效率影響因素分析

基于以上的分析，假設(shè)污水處理廠運行有效性與污水處理廠的負(fù)荷率和處理工藝類型密切相關(guān)。

負(fù)荷率：將所有污水處理廠實際運行負(fù)荷率分為<50%、50%-80%、>80%三組統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)：1.負(fù)荷率<50%的三個污水處理廠的運行效率值分為排列于17、20、21位。2.負(fù)荷率高的污水處理廠的平均綜合效率高于負(fù)荷率低的污水處理廠，因此提高負(fù)荷率可有助于顯著提高污水處理廠運行效率。

處理工藝類型：江蘇省21座污水處理廠的處理工藝有氧化溝、A2/O工藝、生物膜法、A/O工藝、SBR、傳統(tǒng)活性污泥法、普通生物濾池等7種。但是21座污水處理廠的處理工藝基本都是A2/O工藝，其他工藝有且僅有一家污水處理廠在使用，不具有代表性，因此這里不能得出處理工藝類型與運行效率之間的關(guān)系。

四、主要結(jié)論及政策建議

1.在城鎮(zhèn)化過程中，對江蘇省南北部污水處理廠實行分開投資管理，在對南部污水處理廠進(jìn)行理性投資建設(shè)的同時也要加大對北部的污水處理廠的投資力度，有效擴大北部污水處理廠處理規(guī)模。

2.對污水處理廠進(jìn)行激勵性管制，定期進(jìn)行污水處理廠運行效率的評價或排名，對運行效率高的實施獎勵，對運行效率低的實行懲罰，增加污水處理廠之間的有效競爭，從內(nèi)部提高污水處理廠的運行效率。

3.根據(jù)實際的運行情況和經(jīng)濟規(guī)模等因素，加強工藝規(guī)模等級，選擇合適的污水處理工藝和與處理工藝相匹配的機電運行設(shè)備來改善水質(zhì)出水，并結(jié)合實際情況來適當(dāng)增加或減少職工人數(shù)，加強員工管理，進(jìn)一步加強污水處理廠運行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏權(quán)齡.評價相對有效性的DEA方法——運籌學(xué)的新領(lǐng)域[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，1988.

[2]馬乃毅，徐敏.污水處理企業(yè)投資運行效率比較分析——基于河南13座污水廠的實際調(diào)研[J].生產(chǎn)力研究，2011（05）：115-116.

[3]王芙蓉，蘇波.基于DEA技術(shù)的污水處理廠運行效率評估模型研究[J].西華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，26（4）：5-8.

作者簡介：樓楊安（1991-），男，浙江義烏人，浙江財經(jīng)大學(xué)中國政府管制研究院碩士研究生，研究方向：管制經(jīng)濟學(xué)；

張中琪（1996-），女，浙江杭州人，浙江工商大學(xué)統(tǒng)計與數(shù)學(xué)學(xué)院本科生，研究方向：經(jīng)濟統(tǒng)計學(xué)。