中國六大流域工業(yè)水污染治理效率研究

孫玉陽，宋有濤，王慧玲，布乃順

（1.遼寧大學(xué)a.人口研究所；b.環(huán)境學(xué)院，沈陽 110036；2.沈陽城市建設(shè)學(xué)院 管理系，沈陽 110167）

1 問題的提出

從“九五”開始，國家就集中力量對“三河三湖”（淮河、海河、遼河和太湖、巢湖、滇池）等重點流域進行綜合整治，到“十二五”時期更是將淮河、遼河、海河、松花江、黃河中上游、長江中下游等10個流域列為水污染防治重點流域，綜合治理的范圍不斷擴大和治理的程度不斷增強。從《國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護若干問題的決定》制定到《水污染防治行動計劃》、《水污染防治目標(biāo)責(zé)任書》等多項之策的相繼出臺，都彰顯了黨中央、國務(wù)院對水污染防治工作重視的程度以及對水污染治理的決心。經(jīng)過四個五年重點流域水污染防治規(guī)劃的實施，水污染防治工作取得積極成效。但是，與2020年全面建成小康社會的環(huán)境要求和人民群眾不斷增長的環(huán)境需求相比，“十三五”期間水污染防治工作仍然十分艱巨。從空間上看，大江大河總體水質(zhì)明顯改善，但與群眾生活關(guān)系密切的支流改善不明顯甚至惡化；從類型上看，全國水質(zhì)呈總體改善趨勢，但部分良好水體有所惡化，部分水體仍為劣V類；從污染指標(biāo)來看，實施總量控制的化學(xué)需氧量、氨氮等指標(biāo)改善明顯，但總磷、總氮等指標(biāo)污染日益突出；從問題來看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重、空間布局不合理等因素導(dǎo)致環(huán)境風(fēng)險高、水污染事件頻發(fā)。而工業(yè)污水及污染物的排放是造成流域水污染的重要因素之一，以淮河為代表的因工業(yè)廢水排放而造成的流域污染事件相繼發(fā)生，表明對流域工業(yè)廢水的綜合治理研究的重要性。在此背景下對流域工業(yè)的水污染治理效率研究，對重點流域水污染防治“十三五”規(guī)劃目標(biāo)的實施具有重大的現(xiàn)實意義。

縱觀以往研究，大多學(xué)者從不同角度對工業(yè)水污染治理效率做了大量的研究，但基本都是從地域或行業(yè)角度展開研究，而流域水污染治理效率大都是從流域整體角度展開研究，很少有文章將兩者相結(jié)合，對流域沿岸企業(yè)的水污染治理效率開展有效的研究，而對于六大流域沿岸企業(yè)水污染治理效率至今尚未有相關(guān)文章進行研究。本文以中國環(huán)境統(tǒng)計年報中關(guān)于流域重點調(diào)查工業(yè)企業(yè)為基礎(chǔ)，根據(jù)六大流域的工業(yè)企業(yè)在水污染治理方面的投入和產(chǎn)出為基礎(chǔ)，采用DEA模型和Malmquist指數(shù)對水污染治理效果進行研究，進而為《重點流域水污染防治十三五規(guī)劃》的實施提供參考，從而提高十三五期間的流域治理效率。

2 研究設(shè)計

2.1 模型設(shè)定

2.1.1 DEA模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）是一種基于被評價對象間相對比較的非參數(shù)技術(shù)效率分析方法，是由美國的Charnes、Cooper和Rhodes在1978年首次提出的，因其在分析多投入多產(chǎn)出的情況時具有特殊的優(yōu)勢，因而應(yīng)用范圍得到迅速拓展。DEA模型有多種形式，其中應(yīng)用最為廣泛的CCR模型和BCC模型。CCR模型假設(shè)生產(chǎn)技術(shù)的規(guī)模收益不變，即產(chǎn)出和投入同比例的增減，其計算出的綜合效率值包含了規(guī)模效率部分。BCC模型假設(shè)生產(chǎn)技術(shù)的規(guī)模收益可變，其計算出的純技術(shù)效率值排除規(guī)模效率的影響。

假設(shè)有n個決策單元 DMUj，記為（j=1，2，…，n），每個決策單元 DMUj有m種投入，記為（i=1，2，…，m），有q種產(chǎn)出，記為（r=1，2，…，q）。DEA模型的公式表示為：

其中，ε是一個常量，表示非阿基米德無窮小，實際應(yīng)用中取值為0.00001；θ( )0≤θ≤1表示決策單元DMU的綜合效率值；λ表示權(quán)重變量；s-和s+分別表示松弛變量。當(dāng)λ=0時，此時DEA模型變成CCR模型，當(dāng)λ=1時，此時的DEA模型變?yōu)锽CC模型。

CCR模型經(jīng)濟分析的含義：當(dāng)θ=1并且s+=0，s-=0時，表示決策單元DMU是DEA強有效，即技術(shù)效率和規(guī)模效率同時存在有效，表明既沒有投入浪費、又沒有產(chǎn)出浪費。當(dāng)θ=1并且s+≠0或s-≠0時，表示決策單元DMU是DEA弱有效，即技術(shù)效率和規(guī)模效率不同時存在有效，可以通過松弛變量的調(diào)整實現(xiàn)資源配置的最優(yōu)。當(dāng)θ＜1，表示決策單元DMU是非有效，表示生產(chǎn)活動沒有使資源利用最大化，需要通過資源的合理調(diào)整實現(xiàn)資源配置最優(yōu)。

2.1.2 超效率DEA模型

超效率DEA模型是Andersen和Prtersen在1993年針對傳統(tǒng)的DEA模型無法區(qū)分多個同時有效的決策單元而提出的一種分析方法，即通過超效率DEA可以實現(xiàn)多個有效單元的排序，從而可以對多個同時有效的決策單元進行互相比較。超效率DEA模型公式表示為：

超效率DEA經(jīng)濟分析的含義：在超效率DEA模型中，無效的決策單元效率值與CCR模型一致；而對于有效率的決策單元，如果效率值為1.40則表示該決策單元即使在等比例增加40%的投入，他所在的單元決策集合仍能保持相對有效。

2.1.3 Malmquist指數(shù)及分解

Malmquist生產(chǎn)力指數(shù)最早是由Malmquist在1953年首次提出來，F(xiàn)are R等人于1992年利用DEA方法計算Malmquist指數(shù)，并將Malmquist指數(shù)分解為評價周期內(nèi)的技術(shù)效率變化（EC）和生產(chǎn)技術(shù)的變化（TC）。這里用ML表示Malmquist指數(shù)，即ML=TC×EC。

在t時期技術(shù)水平背景下，從t到t+1時期的Malmquist指數(shù)公式表示為：

Malmquist指數(shù)經(jīng)濟分析的含義：ML代表全要素生產(chǎn)率（TFCP），當(dāng)ML＞1時，表示全要素生產(chǎn)率的提高；當(dāng)ML=1時，表示全要素生產(chǎn)率的不變；當(dāng)ML＜1時，表示全要素生產(chǎn)率的下降。EC表示技術(shù)效率改進指數(shù)，當(dāng)EC＞1時，表示技術(shù)效率提高；當(dāng)EC＝1時；表示效率不變。當(dāng)EC＜1時，表示技術(shù)效率下降。TC表示技術(shù)進步變動指數(shù)，當(dāng)TC＞1時，表示技術(shù)進步，當(dāng)TC＝1時，表示技術(shù)保持不變，當(dāng)TC＜1時，表示技術(shù)退步。

2.2 數(shù)據(jù)來源

DEA模型主要是研究投入產(chǎn)出問題，正確的選擇投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)是正確計算出DEA效率的最基本要求。流域工業(yè)廢水治理主要體現(xiàn)，通過工業(yè)廢水治理設(shè)施的建設(shè)，提高廢水處理能力，并通過相應(yīng)的費用作為運行保障，從而削減工業(yè)廢水污染物，具體表現(xiàn)一定的去除量。本文在總結(jié)和參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)的代表性、易獲得性、易處理性以及對相應(yīng)等特點，選取廢水治理設(shè)施、廢水治理設(shè)施治理能力和廢水治理設(shè)施年運行費用作為投入指標(biāo)。考慮到COD、氨氮化物、石油類、揮發(fā)粉、氰化物是流域工業(yè)廢水中的主要污染物，因此設(shè)定COD、氨氮化物、石油類、揮發(fā)粉、氰化物的去除量作為產(chǎn)出指標(biāo)。本文利用DEA等模型對2012—2015年六大流域重點調(diào)查工業(yè)企業(yè)水污染治理效率進行績效評估，原始數(shù)據(jù)來源于2012—2015年中國環(huán)境統(tǒng)計年報、2012—2015年中國環(huán)境統(tǒng)計公報、2012—2015年《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。

2.3 結(jié)果討論

本文根據(jù)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析中的CCR模型、超效率DEA以及Malmquist指數(shù)采用產(chǎn)出導(dǎo)向性模式評估六大流域企業(yè)的綜合效率值、超效率值、全要素生產(chǎn)率以及投入產(chǎn)出的松弛變量S+、S-，其中、S、分別表示廢水治理設(shè)施（套）、廢水處理能力（萬噸/日）、廢水治理設(shè)施年運行費用（億元）。、、、、分別表示COD削減量（萬噸）、氨氮削減量（萬噸）、石油類削減量（萬噸）、揮發(fā)酚削減量（萬噸）、氰化物削減量（萬噸）。具體結(jié)果見表1。

2.3.1 基于效率值分析

從下頁表1可知，近幾年全國六大流域工業(yè)水污染治理綜合效率均值為0.93，總體效率較高，其中松花江流域、黃河中上游流域、淮河流域4年均達到DEA的有效值，達到最佳效率狀態(tài)。海河流域平均綜合效率值為0.92，總體治理效率僅次于松花江流域、黃河中上游流域、淮河流域，且四年治理的效率值相對穩(wěn)定。遼河流域平均綜合效率值為0.9，總體治理效率處于較高水平，其中2013年達到DEA的有效值，而2014年治理效率最低值0.80，不同年份治理效率值略有波動。長江中下游流域平均綜合效率值僅為0.73，總體治理效率不佳，其中2012年治理效率達到DEA的有效值，而2014年治理效率最低值0.53，且呈現(xiàn)出治理效率值不斷下降的趨勢。

表1 2012—2015年六大流域工業(yè)水治理綜合效率值

2.3.2 松弛變量分析

從投入松弛變量來看（見表1），在廢水治理設(shè)施年運行費用方面，遼河流域的松弛變量為5.24，而長江中下游流域的松弛變量為3，說明遼河和長江中下游應(yīng)分別在廢水治理設(shè)施年運行費用存在冗余，可以通過削減相應(yīng)松弛變量，提高資金利用的使用效率；在廢水處理能力方面，遼河流域的松弛變量為451.78，海河流域的松弛變量為1616.26，而長江中下游流域的松弛變量為468.36，說明三大流域的污水處理能力還沒得到有效發(fā)揮，降低其綜合率值，應(yīng)該統(tǒng)籌規(guī)劃使各流域的處理能力，使其得到充分發(fā)揮。綜上所述，未來海河流域工業(yè)水污染綜合治理效率的提高重點應(yīng)放在對廢水處理能力的調(diào)整，未來遼河和長江中下游流域業(yè)水污染綜合治理效率的提高可以從廢水處理能力和年運行費用兩個方面進行調(diào)整。

從產(chǎn)出松弛變量來看（見表1），在氨氮削減量方面，從平均值來看，遼河流域的松弛變量為1.80，海河流域的松弛變量為12.33，長江中下游的松弛變量為15.78，說明海河流域和長江中下游流域氨氮還有較大的削減空間。海河流域的氨氮排放量主要是受化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，造紙和紙制品業(yè)，農(nóng)副食品加工業(yè)，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業(yè)的影響較大。長江中下游流域的氨氮排放量主要是受化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，農(nóng)副食品加工業(yè)，造紙和紙制品業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)這行業(yè)排放影響較大。這說明今后海河和長江中下游流域在氨氮治理過程中，應(yīng)該加大對主要排放行業(yè)的氨氮削減力度。從變化趨勢來看，遼河和長江中下游的氨氮松弛變量呈現(xiàn)不斷上升趨勢，而海河流域的氨氮冗余量呈現(xiàn)先下降后反彈趨勢。遼河流域氨氮松弛變量上升主要是受流域沿岸的石油加工、煉焦和核燃料加工業(yè)的氨氮排放量增加影響，長江中下游松弛變量上升主要是受流域沿岸的農(nóng)副食品加工業(yè)氨氮排放量增加影響。海河流域氨氮反彈增加的原因主要是受皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業(yè)氨氮排放量增加的影響。在COD削減量方面，從平均值來看，遼河流域的松弛變量為11.34，遼寧流域COD還有一定的削減空間。遼河流域COD排放量主要是受農(nóng)副食品加工業(yè)，造紙和紙制品業(yè)，化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)的影響較大。今后在遼河流域COD的治理中，應(yīng)該加大對主要排放行業(yè)COD的削減力度。從變化趨勢來看，遼河流域COD松弛變量呈較大幅度下降趨勢，主要是受酒、飲料和精制茶制造業(yè)COD排放量下降的影響。在揮發(fā)酚削減量方面，從平均值來看，遼河流域的松弛變量為0.21，海河流域的松弛變量為0.73，長江中下游的松弛變量為1.78，說明揮發(fā)酚削減狀況較好，削減空間較小，從變化趨勢來看，海河和長江中下游的揮發(fā)酚的松弛變量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。在石油類削減量方面，從平均值來看，海河流域的松弛變量為4.20，長江中下游由于的松弛變量為2.37，說明海河和長江中下游流域的石油類削減量還有一定空間，從變化趨勢來看，長江中下游流域石油類的松弛變量不斷上升，而海河流域的石油類的松弛變量在連續(xù)三年下降的趨勢下，2015年出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。

2.3.3 投影分析

投影分析用于判斷決策單元的有效性，可用于判斷其是否處于生產(chǎn)可能性前沿上。如果決策單元DMU是非DEA有效的，可以根據(jù)調(diào)整公式計算、求解，對原有的產(chǎn)出和投入進行調(diào)整，使其變?yōu)镈EA有，把決策單元經(jīng)過調(diào)整后的點稱為在生產(chǎn)前沿面上的“投影”。調(diào)整值的公式為：

表2 非DEA有效年份調(diào)整值

2.3.4 超效率DEA分析

通過上文表1可知，松花江、黃河中下游以及淮河流域綜合平均值為1，僅僅通過傳統(tǒng)的DEA分析方法很難得到有效的排名，可以利用超效率DEA模型對原始數(shù)據(jù)進一步分析計算綜合效率值。通過表3可以2012—2015年超效率平均綜合效率值從高到底的排名依次是，松花江流域、黃河中上游流域、淮河流域、海河流域、遼河流域、長江中下游流域。無效的決策單元效率值與CCR綜合效率值保持一致。

表3 2012—2015年六大流域工業(yè)水污染治理超效率DEA綜合值

2.3.5 Malmquist指數(shù)及分解

2012—2015年累積指數(shù)可知（見表4），黃河中上游流域ML和TC大于1，且TC＞EC，表明在黃河中上游流域工業(yè)水污染治理效率和技術(shù)進步率在逐步提高的，而治理效率的提高主要得益于水污染治理的技術(shù)進步。遼河流域ML和TC小于1，EC＜1，說明遼河流域工業(yè)水污染治理的管理效率下降，水污染治理技術(shù)退步，導(dǎo)致遼河流域水污染治理效率下降。長江中下游流域ML和EC小于1，TC＞1，說明長江中下游流域工業(yè)水污染治理技術(shù)進步不斷促進水污染治理效率的提高，但由于水污染治理的管理效率低下，導(dǎo)致技術(shù)進步無法發(fā)揮作用，從而使整體治理效果逐漸下降，需要提高水污染治理的管理效率。海河和淮河流域的ML和TC小于1，EC≥1，表明水污染治理的管理不斷改善，有助于水污染治理效率的進一步提高，但是技術(shù)落后，是總體效率值不斷下降，因此需要加強技術(shù)革新，推動技術(shù)進步，進一步提高治理的效率。松花江流域ML、TC和EC等于1，說明松花江流域運行管理與技術(shù)進步保持協(xié)同發(fā)展，治理取得較好的效果。

表4 2012—2015年六大流域Malmquist指數(shù)及分解

3 提高流域工業(yè)水污染治理效率的路徑分析

（1）優(yōu)化資源配置

合理規(guī)劃各流域水污染治理的投入，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。根據(jù)不同流域的實際情況，實現(xiàn)廢水治理設(shè)施合理布局，加強建設(shè)的針對性，降低重復(fù)建設(shè)，逐步淘汰落后污水處理設(shè)備，提高資源使用效率。通過污水管網(wǎng)建設(shè)，使各個流域的污水處理能力得到充分發(fā)揮，防止廢水處理能力發(fā)揮不足造成資源浪費，提高廢水治理設(shè)備運行資金的使用效率，減少不必要的運行費用支出。鼓勵企業(yè)自身進行技術(shù)創(chuàng)新、工藝革新或引進吸收消化先進的技術(shù)，提高資源利用效率，減少污染物排放，提高科技在水污染處理過程中作用。提升流域企業(yè)的科學(xué)管理水平，通過管理水平提高實現(xiàn)技術(shù)效率的最大化，進而提升工業(yè)廢水治理效果。

（2）調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)

根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策以及各流域地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，調(diào)整流域工業(yè)企業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)老工業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，提高產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，積極推進大型企業(yè)和重點排污企業(yè)采用先進的技術(shù)裝備，建成一批科技含量高、經(jīng)濟效益好、環(huán)境污染小的企業(yè)。繼續(xù)貫徹落實淘汰落后產(chǎn)能各項要求，加快產(chǎn)能過剩行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、抑制重復(fù)建設(shè)，堅決取締關(guān)?！笆　蔽廴舅h(huán)境企業(yè)，對于潛在環(huán)境風(fēng)險大，升級改造困難的企業(yè)也要逐步淘汰。鼓勵企業(yè)加強水污染治理設(shè)施建設(shè)，不斷提升污水處理效果，對于超標(biāo)或超總量排放的企業(yè)經(jīng)過限期治理后，讓不能達到規(guī)定要求的要予以依法進行關(guān)閉。合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局，引導(dǎo)工業(yè)企業(yè)向工業(yè)園區(qū)集中，集中治污。

（3）推進清潔生產(chǎn)

積極貫徹落實政府關(guān)于清潔生產(chǎn)的各項要求，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，不斷降低水污染物排放的強度。政府通過稅收減免、資金支持或政策扶持等多種方式，引導(dǎo)和鼓勵企業(yè)實行清潔生產(chǎn)，推進工業(yè)用水循環(huán)再利用。加強對于化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、重有色金屬冶煉業(yè)等重金屬污染防治重點防控行業(yè)，以及鋼鐵、水泥等產(chǎn)能過剩主要行業(yè)的清潔生產(chǎn)審核，對于不符合清潔生產(chǎn)要求的應(yīng)予以關(guān)閉或淘汰。對于在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有毒、有害物質(zhì)，但不實施清潔生產(chǎn)審核或者雖經(jīng)清潔生產(chǎn)審核但不如實報告審核結(jié)果的企業(yè)，應(yīng)責(zé)令限期改正；對拒不改正的企業(yè)根據(jù)相關(guān)條例實行重罰。按照國家循環(huán)經(jīng)濟和清潔生產(chǎn)的要求，不斷推動工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)建設(shè)。

（4）嚴(yán)格環(huán)境準(zhǔn)入

提高環(huán)保準(zhǔn)入門檻。根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策以及流域的特點，建立環(huán)境準(zhǔn)入負(fù)面清單，列出禁止進入流域的重污染工業(yè)行業(yè)名單，對于新上設(shè)備和新采用的工藝必須符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，同時嚴(yán)格把好新建項目準(zhǔn)入關(guān)，新建項目必須嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境影響評價和“三同時”制度。從嚴(yán)審批新建與擴建產(chǎn)生有毒有害污染物的建設(shè)項目，積極發(fā)展環(huán)境污染小、資源能夠綜合或循環(huán)利用的建設(shè)項目。對于大型企業(yè)的改擴建項目資源利用率必須達到同期國際先進水平。實行流域和企業(yè)排放總量控制制度，新增主要污染物排放的建設(shè)項目，需取得主要污染物排放總量指標(biāo)，嚴(yán)控新增排放量。

（5）加大環(huán)保執(zhí)法力度

積極推行排污許可證制度。按照流域總量控制要求，把總量控制指標(biāo)分配到每個工業(yè)污染源，實行持證排污。加強環(huán)保執(zhí)法隊伍建設(shè)，提升環(huán)保執(zhí)法的能力，科學(xué)執(zhí)法，提高執(zhí)法效果，同時進一步加強污染源監(jiān)控能力，提升流域自動監(jiān)控裝置的水平和程度，實現(xiàn)時時監(jiān)控，動態(tài)管理，提升環(huán)境監(jiān)測的能力。對重點工業(yè)污染源要增加污染物排放監(jiān)測和現(xiàn)場執(zhí)法檢查頻次，及時發(fā)現(xiàn)和治理環(huán)境違法行為，建立環(huán)境風(fēng)險防范的制度體系。加強公共環(huán)保意識，引導(dǎo)積極公眾參與，充分發(fā)揮公眾監(jiān)督作用。