農副食品加工行業廢水治理成本的經濟分析及政策啟示*

牛坤玉 於 方 郭靜利

(1.中國農業科學院農業經濟與發展研究所，北京 100081；2.環境保護部環境規劃院，北京 100012)

廢水治理成本的經濟分析可為廢水治理設備、基礎設施建設和運行成本的多情景預測、廢水治理市場的規模測算等提供決策依據。對廢水治理的成本估計還可作為判斷廢水再利用項目可行性的基礎[1-2]。測算廢水污染物邊際治理成本也可為制定合理的環境稅費政策提供依據。盡管廢水治理成本的經濟分析在廢水治理和利用等管理戰略中有巨大的影響，但很少有關于這方面的實證研究可供應用。現有文獻多從廢水治理的工程和工藝等角度進行成本研究，很少從經濟學視角分析廢水治理的成本與治理規模、管理、經濟條件的關系[3]。而且許多成本函數研究的文章都集中在對城鎮生活污水治理成本[4]28-38，[5]，[6]3751-3758，[7]，[8]1-5，[9]的探討上，而對工業廢水成本[10]1-13，[11]40-52分析較少，其中一個重要原因是工業行業廢水治理較復雜、相關信息變量獲取較困難[8]1。

本研究以農副食品加工行業為例，構建了工業行業廢水治理投資和運行費用函數模型，分析了該行業廢水治理投資費用、運行費用與廢水處理規模、企業性質、廢水處理技術、企業所在區域、子行業等因素的關系，在此基礎上分析了研究結論的政策含義。

1 模型和數據

1.1 模型形式

以往的模型存在如下問題：(1)在選擇解釋變量時未與廢水治理實際情況聯系，如有些研究將COD和BOD同時帶入模型[8]2，但實際上污染物指標作為解釋變量并非越多越好，COD和BOD均是對有機污染物氧化需氧量的一種表征，兩者高度相關，將兩者均帶入模型會引起共線性。(2)由于數據難以獲得，以往研究對重要變量的考慮不全面，無法將重要變量全部納入模型，如有些模型考慮了區域因素，但沒有考慮企業性質[12]。(3)對于工業行業來講，同一行業不同子行業間產品類型相差較大，廢水處理難易程度也不同，但以往研究沒有對同行業內不同子行業廢水治理費用加以區分。

本研究在充分認識已有模型缺陷和優勢基礎上構建了工業廢水治理投資和運行費用函數，不僅考慮了廢水處理規模、廢水處理技術以及污染物處理程度等技術因素，還考慮了企業性質以及所在區域等社會經濟因素，此外還考慮了子行業間廢水治理成本的差異。

廢水治理投資和運行費用函數通常以指數方程形式表達[4]30，[6]3752，[8]2，[13-14]，模型形式如下：

(1)

式中：C為廢水治理投資或運行費用，萬元；α、β、r為系數；W為廢水處理規模(廢水設計處理能力(WD，t/d)或廢水實際處理量(WT，t/a))；Pin、Pout分別為污染物進、出口質量濃度，mg/L。

1.2 變量選取

對于廢水處理規模變量，投資費用函數模型選取廢水設計處理能力作為變量；運行費用函數模型選取廢水實際處理量作為變量。

對于污染物處理程度，采用污染物進出口濃度的比值來表征。在污染物指標選取上，對于農副食品加工行業，COD為最主要的污染物指標，且對COD的削減和處理也會同時降低其他污染物的濃度水平[15]，因此選取COD作為污染物變量進入模型。

對于廢水處理技術，廢水處理工藝可分為物理、生物、化學、物化和組合工藝，按照此分類設置了5個關于廢水處理工藝的啞變量。為避免多重共線性，將物理、生物、化學和物化工藝的啞變量代入模型進行擬合，而將組合工藝作為參照變量。

對于企業性質，本研究按照民營、外資、其他(包括國有以及國有控股)企業進行了分類。同理，將其中民營、外資企業的啞變量代入模型進行擬合，而將其他企業作為參照變量。

本研究考慮了廢水治理成本的區域差異，將東、中、西部這3個地區變量作為模型的啞變量。同理，將其中東、中部地區的啞變量代入模型進行擬合，而將西部地區作為參照變量。

農副食品加工行業可分為9個子行業，其中屠宰和肉類加工、水產品加工、制糖、植物油加工這4個子行業的樣本量較多，其余子行業的樣本量較少，將這4個子行業以及其他子行業作為5個分類變量納入模型。同理，將其中屠宰和肉類加工、水產品加工、制糖、植物油加工子行業的啞變量代入模型進行擬合，而將其他子行業作為參照變量。

綜上，α的表達式如下：

α=Cons+αphωph+αcωc+αpcωpc+αbωb+αfωf+αprωpr+αslωsl+αoωo+αaωa+αsωs+αeωe+αmωm

(2)

式中：Cons為常數變量；αph、αc、αpc、αb、αf、αpr、αsl、αo、αa、αs、αe、αm分別為物理工藝、化學工藝、物化工藝、生物工藝、外資企業、民營企業、屠宰和肉類加工子行業、植物油加工子行業、水產品加工子行業、制糖子行業、東部地區、中部地區的系數；ωph、ωc、ωpc、ωb、ωf、ωpr、ωsl、ωo、ωa、ωs、ωe、ωm分別為物理工藝、化學工藝、物化工藝、生物工藝、外資企業、民營企業、屠宰和肉類加工子行業、植物油加工子行業、水產品加工子行業、制糖子行業、東部地區、中部地區的啞變量。

污染物的去除率(μ，%)則為：

(3)

(4)

因此，廢水治理投資和運行費用函數可表達為：

(5)

根據式(5)，若α、β、r參數已知，固定廢水處理規模，可計算不同污染物去除率下的治理成本；固定污染物去除率，可計算不同廢水處理規模下的治理成本。

將廢水治理總運行成本除以廢水處理規模可得到單位廢水的治理成本，表達形式如下：

(6)

1.3 數據來源

基礎數據來源于2007年全國第一次污染源普查工作。2007年全國第一次污染源普查是針對全國150多萬家企業進行的大規模普遍調查，調查的內容(涉及工業水污染)包括工業企業廢水治理設施的投資和運行費用、工業廢水治理技術、廢水污染物的類型和處理效率、企業所在區域以及企業所有制等信息，基本涵蓋了建模所需的變量信息。建模前對數據進行篩選，剔除原始數據中的離群值，避免或盡量降低離群值對模擬工作的影響。通過完整性檢驗、邏輯性檢驗以及殘差檢驗，最終篩選得到農副食品加工行業廢水治理投資費用函數的分析有效樣本量為7 386個，廢水治理運行費用函數分析有效樣本量為7 172個。

1.4 模型結果

式(1)兩邊取對數，將指數方程轉化為多元線性方程，用SPSS軟件進行線性回歸，農副食品加工行業廢水治理投資和運行費用參數估計和檢驗結果見表1(其中，Sig.≥0.1的變量被排除)。模型的擬合度較高(投資、運行費用函數R2分別為0.645、0.617)，各變量均合理，主要變量顯著性與預期一致，且各變量之間不存在共線性(VIF<2)。結果顯示，農副食品加工行業廢水治理投資和運行費用與廢水處理規模、COD的去除率、地區、廢水處理技術以及企業性質等因素均顯著相關(Sig.<0.1)。

2 結果分析與討論

2.1 廢水治理成本與處理規模

根據表1，WD、WT的非標準化系數分別為0.575與0.563。DASGUPTA等[10]18-20通過建立工業廢水治理成本方程，得到的工業廢水處理規模的非標準化系數為0.400～0.408。WD、WT的非標準化系數均小于1，說明投資和運行費用存在顯著的規模遞減效應，即單位廢水治理成本隨廢水處理規模的增大而減小[6]3753。由圖1(a)可見，當農副食品加工行業的廢水設計處理能力分別為樣本的1/4分位數(25 t/d)、中位數(100 t/d)以及3/4分位數(400 t/d)時，單位廢水治理投資費用分別為3 317.55、1 840.53、1 021.10元/t，單位廢水治理投資費用隨著廢水設計處理能力的增大而迅速下降。由圖1(b)可見，當農副食品加工行業的廢水實際處理量分別為樣本的1/4分位數(1 918 t/a)、中位數(7 870 t/a)以及3/4分位數(32 000 t/a)時，單位廢水治理運行費用分別為4.65、2.51、1.36元/t，單位廢水治理運行費用隨著廢水實際處理量的增大而迅速下降。

表1 農副食品加工行業廢水治理投資和運行費用參數估計和檢驗結果

注：1)參照變量的非標準化系數為0。

圖1 單位廢水治理投資和運行費用隨廢水處理規模的變化趨勢Fig.1 Unit wastewater treatment construction & operation costs with respect to wastewater treatment scale

圖2 不同性質企業單位廢水治理投資和運行費用Fig.2 Unit wastewater treatment construction & operation costs for enterprises with different ownerships

2.2 廢水治理成本與企業性質

DASGUPTA等[11]50在研究中國工業廢水治理成本時將企業分為國有與非國有企業，得出國有企業污染物邊際削減成本顯著高于非國有企業的結論，由此提出向非國有企業方向發展的所有制改革能提高廢水治理績效。本研究對于企業的所有制性質進行了進一步劃分。表1顯示，對于投資費用函數，外資、民營企業非標準化系數分別為0.229、-0.243；對于運行費用函數，外資、民營企業非標準化系數分別為0.247、-0.204。可見，外資、民營以及其他企業在廢水設施建設投資以及運行費用上均有顯著差異，且外資企業非標準化系數為正，表明其廢水治理費用要顯著高于民營和其他企業，而民營企業非標準化系數為負，表明民營企業費用最低。圖2顯示，當廢水治理規模為行業中位數(取廢水實際處理量中位數7 870 t/a，廢水設計治理能力中位數100 t/d)、污染物去除率為90%時，民營、外資、其他企業的單位廢水治理投資費用分別為1 595.80、2 558.38、2 034.75元/t，單位廢水治理運行費用分別為2.21、3.47、2.71元/t。

本研究得出與DASGUPTA等[11]50不同的研究結論：外資與民營企業同屬非國有企業，但外資企業的治理費用要顯著高于民營企業，甚至高于國有企業，可見向非國有企業方向發展的所有制改革并不一定顯著降低廢水治理成本，外資企業環保意識較強，更注重遵守排放標準，治理成本相對較高。民營企業較低的廢水治理成本也并非一定是由廢水治理績效的改善帶來，而可能是由于其生產規模小、利潤空間較少，環境保護意識相對于國有、外資企業薄弱，因而不重視廢水治理、超標排放、壓縮治理成本導致。吳永立等[16]對河北省民營企業環境成本的實證研究中也得出類似的結論。

2.3 廢水治理成本與處理技術

根據表1，對于投資費用函數，物理、化學工藝非標準化系數分別為-1.473、-0.364。由圖3(a)可見，物理工藝單位廢水治理投資費用最低，其次是化學工藝，生物、組合和物化工藝最高。BUYUKKAMACI等[17]對土耳其造紙行業化學和生物兩種工藝主要的廢水治理技術成本進行調查，也得出了化學工藝的廢水治理設施建造成本低于生物工藝的結論。根據表1，對于運行費用函數，物理、生物工藝非標準化系數分別為-0.945、-0.122。由圖3(b)可見，物理工藝單位廢水治理運行費用最低，生物工藝次之，化學、物化與組合工藝最高。同時，調查也得出，化學工藝的單位廢水治理運行費用要高于生物工藝，并指出原因是由于化學工藝較生物工藝產生了更多污泥所致。

2.4 廢水治理成本與區域差異

研究表明，農副食品加工行業的廢水治理成本具有區域差異。表1顯示，對于投資費用函數，東、中部地區非標準化系數分別為0.272、0.398；對于運行費用函數，東、中部地區非標準化系數分別為0.366、0.317。圖4顯示，當廢水治理規模為行業中位數、污染物去除率為90%時，東、中、西部地區單位廢水治理投資費用分別為1 982.51、2 248.73、1 510.39元/t，單位廢水治理運行費用分別為2.84、2.70、1.97元/t，可以看出無論是投資還是運行費用，西部地區均最低。基于污染源普查數據統計分析發現，東、中、西部地區廢水設計處理能力的平均值分別為623、516、1 691 t/d，廢水實際處理量的平均值分別為66 104、49 616、167 075 t/a。西部地區的廢水治理建設規模要遠大于東、中部地區，規模遞減效應導致西部地區的單位廢水治理投資和運行費用最低。而對于東、中部地區，其廢水治理規模較接近，中部地區略小于東部地區，再加上中部地區深處內陸，交通運輸不便，使得生產資料價格較高，費用規模遞減效應加上交通不利等因素導致中部地區的單位廢水治理投資費用高于東部地區。對于單位廢水治理運行費用，東部地區略高于中部地區，分析原因，可能在于東部地區經濟發展水平較高，相應的人力資本以及原材料價格較高，因此單位廢水治理運行費用略高。

圖3 不同處理工藝的單位廢水治理投資和運行費用Fig.3 Unit wastewater treatment construction & operation costs with different treatment technologies

圖4 不同地區的單位廢水治理投資和運行費用Fig.4 Regional difference in unit wastewater treatment construction & operation costs

圖5 不同子行業的單位廢水治理投資和運行費用Fig.5 Unit wastewater treatment construction & operation costs between different sub-sectors

2.5 廢水治理成本在子行業間的差異

研究考慮了農副食品加工行業廢水治理成本在不同子行業間的差異，對于投資費用函數，屠宰和肉類加工、植物油加工、水產品加工子行業非標準化系數分別為-0.097、0.454、-0.171；對于運行費用函數，制糖、植物油加工、屠宰和肉類加工子行業非標準化系數分別為0.191、0.515、-0.143。圖5顯示，當廢水治理規模為行業中位數、污染物去除率為90%時，單位廢水治理投資費用由高到低依次為植物油加工、制糖、其他、屠宰和肉類加工、水產品加工子行業，分別為2 925.20、1 857.74、1 857.74、1 686.00、1 565.75元/t；單位廢水治理運行費用由高到低依次為植物油加工、制糖、水產品加工、其他、屠宰和肉類加工子行業，分別為4.31、3.12、2.57、2.57、2.23元/t。

3 結論和政策啟示

從經濟學視角對農副食品加工行業廢水治理投資和運行費用的主要影響因素進行剖析，特色在于汲取污染源普查數據的優勢，對影響廢水治理投資和運行費用的因素考慮得更加全面，在模型中不僅加入了影響工業廢水處理成本效率的客觀因素，如廢水處理規模、處理技術以及污染物去除率，而且加入了表征經濟發展程度的地區因素，同時考慮子行業廢水處理難度。

研究主要結論如下：(1)農副食品加工行單位業廢水治理投資和運行費用呈現顯著的規模遞減效應。(2)向非國有制方向發展的所有制改革并非一定能使廢水治理成本降低，外資企業的廢水治理成本高于國有企業。(3)民營企業廢水治理成本較國有企業低不一定是由于廢水治理績效改善而帶來的，而可能是由于企業環保意識薄弱、壓縮治理成本、超標排污導致的。(4)廢水治理費用在地區間具有顯著差異，西部地區廢水治理規模遠大于東、中部地區，規模遞減效應導致西部地區單位廢水治理投資和運行費用最低。(5)技術因素也是廢水治理成本的影響因素之一，化學工藝的廢水治理投資費用低于生物工藝，但運行費用高于生物工藝。

研究政策啟示如下：(1)建議進一步加強對民營企業污染治理的監管力度。目前，農副食品加工行業中的民營企業已占到了52.5%，民營企業的環境績效對于農副食品加工行業的污染治理至關重要，建議政府應進一步加強對民營企業的環境治理監管力度。(2)排污稅費征收標準的設計要考慮地區、行業與子行業間廢水治理成本的差異。對于農副食品加工行業，雖然子行業特征污染物指標均為COD，但廢水治理難度差異頗大，目前的環境稅收費標準在不同行業、不同地區均采取一刀切的方式有失公平，建議在設計排污稅費政策對不同地區、不同行業加以區別對待。

[1] ASANO T.Planning and implementation for water reuse projects[J].Water Science and Technology，1991，24(9)：1-10.

[3] MOLINOS SENANTE M，HERNANDEZ SANCHO F，SALA GARRIDO R.Cost modeling for sludge and waste management from wastewater treatment plants：an empirical approach for Spain[J].Desalination and Water Treatment，2013，51(28/29/30)：5414-5420.

[4] FRAAS A G，MUNLEY V G.Municipal wastewater treatment cost[J].Journal of Environmental Economics and Management，1984，11(1).

[5] VANROLLEGHEM P A，JEPPSSON U，CARSTENSEN J，et al.Integration of wastewater treatment plant design and operation - a systematic approach using cost functions[J].Water Science and Technology，1996，34(3)：159-171.

[6] FRIEDLER E，PISANTY E.Effects of design flow and treatment level on construction and operation costs of municipal wastewater treatment plants and their implications on policy making[J].Water Research，2006，40(20).

[7] GONZALEZ SERRANO E，RODRIGUEZ MIRASOL J，CORDERO T，et al.Cost of reclaimed municipal wastewater for applications in seasonally stressed semi-arid regions[J].Journal of Water Supply：Research and Technology - AQUA，2006，54(6)：355-369.

[8] HERNANDEZ SANCHO F，MOLINOS SENANTE M，SALA GARRIDO R.Cost modelling for wastewater treatment processes[J].Desalination，2011，268(1).

[9] 於方，牛坤玉，曹東，等.基于成本核算的城鎮污水處理收費標準設計研究[J].中國環境科學，2011，31(9)：1578-1584.

[10] DASGUPTA S，HUQ M，WHEELER D，et al.Water pollution abatement by Chinese industry：cost estimates and policy implications[R].Washington，D.C.：The World Bank，1996.

[11] DASGUPTA S，WANG Hua，WHEELER D.Surviving success：policy reform and the future of industrial pollution in China[R].Washington，D.C.：The World Bank，1997.

[12] MCCONNELL V D，SCHWARTZ G E.The supply and demand for pollution control：evidence from wastewater treatment[J].Journal of Environmental Economics and Management，1992，23(1):54-77.

[13] MACAL C M.An engineering-economic simulation model for regional wastewater treatment cost functions[J].Journal of Environmental Management，1984(19)：107-118.

[14] TSAGARAKIS K P，MARA D D，ANGELAKIS A N.Application of cost criteria for selection of municipal wastewater treatment systems[J].Water Air & Soil Pollution，2003，142(1/2/3/4)：187-210.

[15] MAGAT W A，VISCUSI W K.Effectiveness of the EPA’s regulatory enforcement：the case of industrial effluent standards[J].Journal of Law & Economics，1990，33(2)：331-360.

[16] 吳永立，麻宇欣.河北省民營企業環境成本管理實證研究[J].中小企業管理與科技，2012(31)：190-191.

[17] BUYUKKAMACI N，KOKEN E.Economic evaluation of alternative wastewater treatment plant options for pulp and paper industry[J].Science of the Total Environment，2010，408(24)：6070-6078.