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行有效性評價，并對其影響因素進行分析。結果表明：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。負荷率是污水處理廠運行效率的主要影響因素。

關鍵詞：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 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）012-000-02

一、引言

我國正處于城鎮化發展的加速階段，污水排放量達到了前所未有的高度，這不僅影響了人們的生活生產方式和社會的可持續發展，也對水環境治理提出了嚴峻的挑戰。據《中國城市建設統計年鑒》，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60.12億噸，其中，工業廢水排放占34.08%，生活污水排放占65.87%，垃圾和危險廢物集中式治理設施廢水排放占0.05%。污水排放總量中工業廢水與生活廢水占據了污水排放總量的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物質，會造成水體嚴重污染進而對人類生命健康造成威脅。目前，為解決日益突出的水環境污染問題，確保社會與資源可持續發展，中央政府與地方在加快污水處理設施建設進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前研究的重中之重。

當前，學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行調研獲得數據，簡單地對所得的數據進行描述性分析，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（2013）分別調研了河南、廣西污水處理廠的數據進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和輸入指標來進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行分析。吳瓊芳構建新的指標體系運用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、規模不同、所處環境不同的問題。后者當計算得到的有效決策單元較多時，DEA模型無法進一步對這些有效單元進行排序，這樣得到的測算結果不能為研究者提供更為真實、可靠的對策依據。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，解決了現有模型不能對大部分有效單元進行排序的問題，并提出了有針對性的對策建議。

二、評價指標的選取與評價對象

（一）評價指標的選取

本文根據以往的研究和數據的可得性，選取不可變投入指標為污水處理廠的實際投資；選取可變成本指標為總耗電率、總運營費用；選取污水處理規模指標為實際日均處理率；選取環境優化效果指標有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模經濟效益；總耗電率和總運營費用體現了污水處理廠基本設施的運行效果；實際日均處理量體現了污水處理廠日均處理規模；COD是水質監測中最常規的指標，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；COD、BOD、AN都是污水中對環境污染較為嚴重的幾個因素，其去除率高低代表著環境優化效果的優良。

（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。污水處理廠的規模大小從0.4到20萬m3/日，基本覆蓋了江蘇省內污水處理廠全部規模大小，較完整體現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到或超過了排放標準的一級B標。

（三）數據來源及描述

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

描述性統計結果顯示：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；產出指標中，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，最低的為南京科學院的0.4，均值為0.685。

三、污水處理廠運行效率評價結果與分析

（一）運行效率分析

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

本文采用R語言軟件對21座污水處理廠的相關數據進行處理。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，其結果見表1：

利用C2R模型和BC2模型能夠將DEA有效對象與無效對象區分出來，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），它們都無法對其進行排序。超效率DEA模型對效率值為1的污水處理廠進行了進一步的評價排序，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、南京科學院、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，而且同時達到了技術有效和規模有效。

從對江蘇省的超效率DEA的處理結果中我們可以看出，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的污水處理廠個數為9座，占比為42%。從規模收益看，非DEA有效區域的13座污水處理廠大多處在規模收益遞減階段，產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出卻在減少，這就說明資金在投入階段產生問題。經研究這些污水處理廠大多位于江蘇省的南部較為發達地區，土地、勞動等生產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過多等不良現象，這就導致投入與產出不成正比，產出小于投入，產出效果不明顯。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能力，但現階段由于各項投入不足導致產出受到影響，這就導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，假設污水處理廠運行有效性與污水處理廠的負荷率和處理工藝類型密切相關。

負荷率：將所有污水處理廠實際運行負荷率分為<50%、50%-80%、>80%三組統計，可以發現：1.負荷率<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.負荷率高的污水處理廠的平均綜合效率高于負荷率低的污水處理廠，因此提高負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系。

四、主要結論及政策建議

1.在城鎮化過程中，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行理性投資建設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模。

2.對污水處理廠進行激勵性管制，定期進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，從內部提高污水處理廠的運行效率。

3.根據實際的運行情況和經濟規模等因素，加強工藝規模等級，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備來改善水質出水，并結合實際情況來適當增加或減少職工人數，加強員工管理，進一步加強污水處理廠運行效率。

參考文獻：

[1]魏權齡.評價相對有效性的DEA方法——運籌學的新領域[M].北京：中國人民大學出版社，1988.

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

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

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

張中琪（1996-），女，浙江杭州人，浙江工商大學統計與數學學院本科生，研究方向：經濟統計學。