多目标导向下中国重点城市污水处理绩效评价研究

发布时间：2020-08-10 21:15

【摘要】：随着中国城镇化进程不断加快,污水排放总量持续增长,但相应的污水处理却显得滞后。据中国环境统计数据显示,2015年中国污水排放量达735亿吨,而相应污水处理率为80.1%。工业和生活污水中的化学需氧量和氨氮两种主要污染物的去除率也仅有70.2%和38.9%。真正实现安全无害化处理处置的污泥比重极少,严重危害到环境。此外,城市污水管网普及率仅为60%,污水输送和污水处理能力有待提高。污水处理的滞后已经成为影响中国区域水污染防治目标实现的一个重要因素,并且严重制约了社会经济的可持续发展。为此,国家专门颁布一系列与污水处理相关的政策及技术规定,同时发布和制订治污达标的“时间表”,明确要求强化城市污水治理,提升污水收集处理能力,推进污泥处理处置,减少污染物排放。因此,本研究从城市污水处理的宏观生产机理着手,建立符合现阶段中国国情并以多目标为导向的中国城市污水处理绩效评价机制,通过污水输送和污水处理能力最大化目标、污水处理量最大化而污泥产生量最小化目标以及污水污染物排放量最小化目标分别对污水输送和污水处理能力、污水和污泥处理以及污染物排放的静态效率分析和比较,并且运用全要素生产率对污水处理进行动态效率测算和指标、要素分解,厘清各重点城市污水处理的薄弱环节,并结合城市间的差异性,指出不同类型城市后期污水处理工作的重点,以期为地方政府的宏观决策提供依据。主要研究工作和结论包括:(1)构建污水处理环境生产技术分析框架。在借鉴环境生产技术的基础上,结合污水处理的原理和过程,以污水处理运行费用、污水输送能力、污水排放量和污水处理能力为投入,以污水处理量为期望产出,污泥产生量、化学需氧量排放量和氨氮排放量为非期望产出,以非期望产出的强可处置性为假定刻画污水处理的环境生产技术。运用该生产技术,分别考察多目标导向下污水处理的静态效率和污水处理全要素生产率为代表的动态效率。(2)构建多目标导向下污水处理效率评价体系。传统效率测算多以单一目标为导向,侧重污水处理过程中某一方面效率的评价,给不同要素间的效率比较带来一定困难,同时效率的评价也不够全面。本文分别以污水输送和污水处理能力最大化、污水处理量最大化而污泥产生量最小化、污水污染物排放量最小化为目标,分别测算和比较68个环境保护重点城市2006-2015年间的污水输送和污水处理能力建设效率、污泥和污水处理技术效率、污水化学需氧量和氨氮排放效率。通过研究发现,分析期内重点城市污水输送能力总体建设效率始终低于污水处理能力。除2007年外,污泥处理技术效率显著低于污水处理,在效率上也存在“重水轻泥”的现象。污水化学需氧量和氨氮总体排放效率大体相近且相对较低。即中国重点城市污水处理静态效率的薄弱环节主要为污水输送能力、污泥处理和污水污染物排放(尤其是化学需氧量)。(3)将脱钩分析和LMDI分解法扩展至污水处理。脱钩分析和LMDI分解法在环境领域常被用于碳排放方面的研究。本文将Tapio弹性脱钩核心思想拓展至污水处理领域,分别构建污水输送和污水处理能力与人口、污水处理量和污泥产生量与经济增长、污水污染物排放与经济增长之间的脱钩模型,根据重新定义的脱钩状态判断变量间的脱钩关系。研究表明,2006-2015年中国重点城市污水输送和污水处理能力与人口变化总体均呈现增长强连接状态,后者脱钩弹性值更大。污水处理量和污泥产生量与经济增长总体均表现为增长强连接,后者状态并不理想。污水化学需氧量和经济增长总体表现为强正脱钩,处于最理想状态,而污水氨氮和经济增长总体表现为增长弱脱钩。此外,采用更为简单的加法LMDI分解方式,以考察各驱动因素对关键要素变化率的影响。研究表明,污水输送(处理)能力建设强度、污水(污泥)处理力度和污染物治理力度分别对污水输送和污水处理能力、污水处理量和污泥产生量以及污水化学需氧量和氨氮排放量变化率的贡献最大。(4)利用SBM模型和Luenberger指数实现对污水处理全要素生产率的全部投入产出要素分解。利用Malmquist指数或Malmquist-Luenberger指数进行全要素生产率分析时,无法考察各投入产出变量对生产率的贡献。而传统Luenberger指数在计算过程中常出现不可行解的现象,由此得到的生产率结果可能存在偏差。针对这一问题,本文采用刘瑞翔和安同良的方法,结合SBM方向性距离函数和Luenberger指数特点,动态测度中国重点城市污水全要素生产率的变化,实现对污水处理全要素生产率、效率进步和技术进步的要素分解,得出全部投入产出要素的贡献。实证表明,在环境约束条件下,以污泥、氨氮和化学需氧量为代表的污染物排放已成为中国重点城市污水处理无效率的主要来源。分析期内中国重点城市污水处理全要素生产率的增长主要源自效率的改进而非技术进步,而效率的改进则更多依赖纯效率的提高而非规模效率的变化。不同区域间生产率差异较大,总体呈现中部东北东部西部的分布。污染物排放量的降低是污水处理生产率提升的主要原因。污水处理效率的改进主要归功于污水排放量和氨氮排放两个要素,而污水处理技术的进步主要归功于化学需氧量排放。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,污水输送

6图 1.1 研究技术路线图1.4.3 章节安排第一章：绪论。简要介绍背景并引出研究问题，说明研究的理论和现实意义，阐明研究的思路和内容，介绍研究方法及技术路线。第二章：国内外研究文献综述。从污水处理效率评估内容、污水处理效率影响因素和污水处理效率研究方法三个方面对已有文献进行综述。第三章：重点城市污水输送和污水处理能力建设效率评价。提出污水处理环境生产技术，构建污水输送和污水处理能力最大化目标导向下的效率模型，并将其应用于 68 个重点城市污水输送和污水处理能力建设效率的分析。同时，运用脱钩模型分析污水输送能力、污水处理能力与人口变化的关系，并借助加法形式的 LMDI 方法对前两个变量的变化率进行分解，考察各影响因素的贡献水平。

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图 3.3 各重点城市 2006-2015 年污水输送能力平均建设效率表 3.3 2006-2015 年污水输送和污水处理能力建设效率同时为 1 的城市及次数次数城市10 天津、深圳、昆明9 南京8 包头、长春、无锡、芜湖、青岛7 抚顺、南昌6 杭州、长沙、乌鲁木齐5 石家庄、沈阳、齐齐哈尔、连云港、宁波、合肥、厦门、开封、成都、贵阳、兰州4 北京、秦皇岛、上海、烟台、武汉3 绍兴、潍坊、洛阳、广州、珠海2 呼和浩特、鞍山、哈尔滨、常州、济宁、柳州、银川1 太原、大连、苏州、扬州、济南、郑州、株洲、汕头、南宁、泸州、绵阳、西安、咸阳0 唐山、邯郸、保定、大同、吉林、徐州、南通、温州、福州、泉州、淄博、重庆、西宁3.5 重点城市污水输送能力、污水处理能力与人口变化的脱钩分析

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.4 污水输送能力、污水处理能力与人口变化的脱钩判定、污水处理能力与人口变化的脱钩特征为期，对各重点城市污水输送和污水处理能力与人口增长进行脱钩，根标准，得到各城市的脱钩弹性（表 3.4）。力与人口的脱钩特征重点城市污水输送能力与人口总体表现为增长强连接，说明重点城市在送能力大幅度提升，后者的增幅是前者的 4.78 倍，总体处于理想状态。送能力与人口处于增长强连接状态的城市共 50 个（占比 73.5%）。其中，大，分别为 48.54 和 47.9，污水管网建设速度能够远超城市人口的增长。市共 3 个（占比 4.4%）：天津、邯郸和厦门，表明在城市人口增长的同升，二者增幅相当。秦皇岛、吉林、连云港、郑州和汕头 5 个城市表现7.4%），说明上述城市在人口快速增长的污水管网建设却未及时跟进，导慢。另有 10 个城市（如大连、抚顺、苏州、宁波等，占比 14.7%）处于述城市虽然人口减少，但污水输送能力却增加。原因可能是上述城市在

【参考文献】