摘要：污染物減排和能源消耗成為衡量污水處理廠(chǎng)環(huán)境績(jī)效的重要維度，提升污水處理廠(chǎng)的可持續(xù)性需要提高單位能耗的污染物減 排效果，即污染物減排效率。采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，利用我國(guó)5157座污水處理廠(chǎng)2007年至2017年的長(zhǎng)歷時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以電耗作 為投入，以化學(xué)需氧量(COD)、懸浮顆粒物(SS）、氨氮(NH3-N）和總磷(TP）等污染物指標(biāo)的去除率作為產(chǎn)出，分析我國(guó)污水處理廠(chǎng) 污染物減排效率的動(dòng)態(tài)變化特征及其影晌因素。結(jié)果表明，2007年至2017年我國(guó)污水處理廠(chǎng)的噸水處理電耗均值處于0.33kW·h 和0.46kW·h之間，COD、SS、NH3-N和TP的去除率持續(xù)上升。污水處理廠(chǎng)減排效率的均值在34.O％到40.0％之間，2007年至 2013年減排效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2013年至2017年有所下降。從處理規(guī)模看，污水處理廠(chǎng)的減排效率總體上與處理規(guī)模呈正相關(guān)， 2007年至2017年之間不同規(guī)模污水處理廠(chǎng)減排效率的差距在不斷縮小；從處理工藝看，SBR及其改良工藝、氧化溝和A2/O工藝的 減排效率相對(duì) 較高，MBR工 工藝的減排效率相對(duì)較低；從經(jīng)濟(jì)地理區(qū)域看，珠三角、中部和西南區(qū)域污水處理廠(chǎng)的減排效率相對(duì)較離， 西北區(qū)域相對(duì)較低；從進(jìn)水污染物濃度看，進(jìn)水COD濃度與減排效率呈倒U型曲線(xiàn)關(guān)系；從影晌因素的交互作用看，處理規(guī)模、處理 工藝、經(jīng)濟(jì)地理區(qū)域、進(jìn)水COD濃度等4個(gè)因素之閶的交互作用對(duì)減排效率具有顯著影響。可以通過(guò)提升污水處理廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理水 平、推動(dòng)大型 污水處理廠(chǎng)技 術(shù)革新、新建 污水處理廠(chǎng)的 工藝選擇綜合考慮減排效率影響因素、加強(qiáng)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行維 護(hù)等方法，提升我國(guó)整個(gè)污水處理行業(yè)的減排效率。

　　關(guān)鍵詞：污水處理廠(chǎng)；減排效率；電耗；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析

　　伴隨著快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的數(shù)量和規(guī)模也在快速增長(zhǎng)。“十五”至“十二五"期間，我國(guó)城市污水處理率從2000年的34.3%上升至2017年的93.0%，污水處理能力從日處理0.47億t提升至1.6億t。，在這一快速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)也逐步從“規(guī)模增長(zhǎng)”向“提質(zhì)增效"轉(zhuǎn)變。根據(jù)原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局2005年《關(guān)于嚴(yán)格執(zhí)行<城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)〉的通知》及2006年修訂的《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（CB18918-2002）要求，城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)出水排入國(guó)家和省確定的重點(diǎn)流域及湖泊、水庫(kù)等封閉、半封閉水域時(shí)執(zhí)行--級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)，拉開(kāi)了我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)“提標(biāo)改造"的序幕。污水處理是高能耗行業(yè)，在分解和轉(zhuǎn)化污水中的污染物質(zhì)、減少水污染物排放的同時(shí)，需要消耗大量的能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，瑞典的污水處理廠(chǎng)電耗占全社會(huì)電耗1%，德國(guó)的污水處理電耗占市政用電量的20%n。2017年我國(guó)污水處理廠(chǎng)電耗達(dá)到190億kW.h，

　　占全社會(huì)電耗的0.5%。隨著我國(guó)溫室氣體排放控制的持續(xù)推進(jìn)，污染物減排和能源消耗成為衡量污水處理廠(chǎng)環(huán)境績(jī)效的兩個(gè)重要維度，提升單位能耗的污染物減排效果即污染物減排效率必然成為污水處理“提質(zhì)增效"的重要發(fā)展方向。因此，選用合理的方法和指標(biāo)，科學(xué)評(píng)價(jià)污水處理廠(chǎng)的減排效率，是當(dāng)前和今后-段時(shí)期該行業(yè)亟需關(guān)注和解決的重要問(wèn)題之一.。

　　1 問(wèn)題的提出

　　現(xiàn)有對(duì)污水處理廠(chǎng)效率的研究大多采用關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)價(jià)法、層次分析法和生命周期分析等方法（-1，但這些評(píng)價(jià)方法都需要大量的支撐數(shù)據(jù)，而我國(guó)污水處理行業(yè)的數(shù)據(jù)相對(duì)匱乏，因此這些方法更適用于典型案例的評(píng)估，很難應(yīng)用于全國(guó)污水處理行業(yè)的效率評(píng)估。近年來(lái)，隨機(jī)前沿分析（Stochastie Frontier Analysis，SFA）與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis，DEA）方法被應(yīng)用于污水處理廠(chǎng)的效率評(píng)估。Hemandex-Sancho 等（6-71采用DEA方法評(píng)價(jià)了西班牙338個(gè)污水處理廠(chǎng)的效率，其后又采用非徑向DEA方法評(píng)價(jià)了西班牙177個(gè)污水處理.

　　廠(chǎng)的效率；Gomez等[0]和Gurrini等9]分別采用基于雙重自助法的DEA模型評(píng)價(jià)了西班牙30個(gè)污水處理廠(chǎng)和意大利127個(gè)污水處理廠(chǎng)的效率。在我國(guó)，Dong等[0]將DEA與不確定性分析方法相結(jié)合，評(píng)價(jià)了我國(guó)736座污.水處理廠(chǎng)的效率；李鑫等|"1采用DEA-Tobit模型評(píng)估了2014年我國(guó)413個(gè)縣城污水處理設(shè)施的效率；買(mǎi)亞宗等[2）采用DEA模型分析了2013年我國(guó)74座達(dá)到--級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)且處理工藝相同的污水處理廠(chǎng)的效率與處理規(guī)模之間的關(guān)系。

　　2研究框架與方法

　　2.1減排效率評(píng)估框架

　　本文評(píng)估污水處理廠(chǎng)污染物減排效率的方法框架如圖1所示。采用污水處理廠(chǎng)電耗作為DEA模型的輸人，選用多種污染物的去除率作為輸出，將模型計(jì)算得到的減排效率作為衡量污水處理廠(chǎng)能耗與污染物減排關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)采用方差分析等方法對(duì)減排效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

　　2.2 DEA 模型

　　Charmes等（173提出計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程中投人和產(chǎn)出效率問(wèn)題的DEA方法，其核心是用線(xiàn)性規(guī)劃的方法評(píng)價(jià)多投人和多產(chǎn)出決策單元的效率。其原理是通過(guò)保持決策單元的投入或者產(chǎn)出不變，借助線(xiàn)性規(guī)劃來(lái)構(gòu)建相對(duì)有效的生產(chǎn)前沿面，然后將各個(gè)決策單元投影到生產(chǎn)前沿面上，，通過(guò)比較各個(gè)決策單元偏離生產(chǎn)前沿面的距離來(lái)評(píng)判各個(gè)決策單元的相對(duì)有效性。

　　3污染物減排效率及其變化

　　2007年至2017年全國(guó)污水處理廠(chǎng)電耗和污染物去除率的均值和標(biāo)準(zhǔn)差如表1所示。從表中可以看出，2007年至2017年我國(guó)污水處理廠(chǎng)的噸水處理電耗均值處于0.33kW.h和0.46 kW.h之間，高于美國(guó)污水處理廠(chǎng)均值0.29 kW.h'"l。我國(guó)污水處理廠(chǎng)大范圍執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，其出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)明顯高于美國(guó)《清潔水法》規(guī)定的.基本污水排放標(biāo)準(zhǔn)！"91，因此我國(guó)污水處理廠(chǎng)電耗水平高于美國(guó)是符合預(yù)期的。

　　4影響因素的數(shù)理分析

　　4.1處理規(guī)模 與減排效率的關(guān)系

　　2017年全國(guó)4437座污水處理廠(chǎng)的日處理規(guī)模從0.2萬(wàn)t至220萬(wàn)t不等，平均日處理規(guī)模為3.35萬(wàn)1。本文將日處理規(guī)模劃分為0.5萬(wàn)t以下.>0.5~1萬(wàn)t.>1~2萬(wàn)t.>2-5萬(wàn)1.>5-10萬(wàn)t和10萬(wàn)t以上6個(gè)區(qū)間，考察8處理規(guī)模對(duì)污水處理廠(chǎng)減排效率的影響。按此分類(lèi)統(tǒng)計(jì)2007年至2017年不同規(guī)模污水處理廠(chǎng)的數(shù)量分布如圖2所示，可以看到每一個(gè)規(guī)模區(qū)間仍有足夠的樣本進(jìn)行模型計(jì)算。從圖2可知目前我國(guó)日處理5萬(wàn)t以下的污水處理廠(chǎng)在數(shù)量上占到80%以上.同時(shí)2013年以后處理能力0.5萬(wàn)t以下的污水處理廠(chǎng)快速增長(zhǎng)，因此關(guān)注小型污水處理廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效率問(wèn)題對(duì)于整個(gè)污水處理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展更為重要。

　　4.2處理工藝與減排效率的關(guān) 系

　　2007-2017 年不同工藝污水處理廠(chǎng)的數(shù)量變化如圖5所示。從圖中可以看出，各種處理工藝的污水處理廠(chǎng)在“十二五”期間快速增長(zhǎng)，在“+三五”期間增長(zhǎng)速度趨緩；氧化溝、A2/0和SBR及其改良工藝在10年間發(fā)展迅速，且比例不斷上升。在2017年統(tǒng)計(jì)的4437座污水處理廠(chǎng)中，28.1%為氧化溝工藝，23.7%為A2/0工藝，17.0%為SBR及其改良工藝，10.0%傳統(tǒng)活性污泥工藝，4.8%為AO工藝，3.4%為生物濾池工藝，2.9%為MBR工藝。這一分布與國(guó)內(nèi)其它學(xué)者發(fā)表文獻(xiàn)中的污水處理廠(chǎng)工藝分布基本吻合'9.42），這也表明了本文污水處理廠(chǎng)樣本的充分代表性。

　　5結(jié)論

　　本文采用DEA模型方法，以電耗作為投入，以COD、ss、NH2-N和TP的去除率為產(chǎn)出，評(píng)估污水處理廠(chǎng)的污染物減排效率。采用2007年至2017年我國(guó)5 157座污水處理廠(chǎng)長(zhǎng)歷時(shí)、大樣本的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，分析了污水處理廠(chǎng)減排效率的動(dòng)態(tài)變化特征及其影響因素。研究結(jié)果表明。

　　（1）我國(guó)大部分污水處理廠(chǎng)的減排效率與構(gòu)建的生產(chǎn)前沿面的距離較大。減排效率在2007年至2013年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2013年至2017年有所下降。

　　（2）從處理規(guī)模看，污水處理廠(chǎng)減排效率均值總體上與平均日處理規(guī)模呈正相關(guān)。2007 年至2017年，小型污水處理廠(chǎng)的減排效率緩慢上升，大型污水處理廠(chǎng)的減排效率略有下降，不同規(guī)模污水處理廠(chǎng)臧排效率的差距在不斷縮小。

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　　作者：佟慶遠(yuǎn)1 孫傅2 董欣2 高建1