技术异质视角下中国工业行业废水排放效率测度及减排潜力分析

方琳　吴凤平　张庆海

摘要：工业废水排放造成的环境污染已经成为制约中国工业经济转型的重要瓶颈，因此合理测度工业行业废水排放效率和减排潜力，可以为制订合适的工业行业废水排放减排措施提供一定的科学依据。考虑到不同工业行业间生产技术的差异性，本文在共同前沿理论框架下，基于规模方向性距离函数对我国2004—2015年37类工业行业的废水排放效率和减排潜力进行测度，并从静态和动态视角下揭示其差异性及变动趋势。研究结果显示：废水低、中等和高排放组的排放效率多年均值分别为0.512、0.250和0.168，减排潜力分别高达48.8%、75%和83.2%，减排潜力巨大。三组的技术落差率历年均值分别为0.992、0.377和0.221，说明只有废水低排放组内各工业行业的技术水平基本达到该区域的潜在最优技术水平，而其余两组则均未实现组内最优。行业间废水排放效率和减排潜力差异性较大，效率高减排潜力小的行业主要集中在废水排放量低且技术落差率高的行业，而效率低减排潜力大的行业则主要集中在废水排放量高且技术落差率低的行业。考察期内全国工业行业废水排放效率在逐年提高，废水减排潜力在逐渐降低，但是行业间差距在变大，并逐渐呈现两极分化现象。最后基于实证分析结果，本文提出了若干政策建议，包括：全面提高工业科技投入，增强管理能力，提升工业废水排放效率，减少废水排放；分行业制定工业废水排放标准，提出分类技术改进措施；积极推进行业间在废水处理技术和先进管理理念方面的交流与合作，实现工业内所有行业废水排放效率的普遍提升和改善。

关键词 ：共同前沿生产函数；规模方向性距离函数；技术落差率；工业行业废水排放效率；废水减排潜力

中图分类号：X22

文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2018）10-0143-09 DOI：10.12062/cpre.20180505

中国作为一个严重缺水的国家，水安全问题日益引起人们的广泛关注。过度使用水资源、地区水污染和工业废水排放被认为是水资源利用过程中出现的三大主要问题，2015年工业废水排放总量占全国废水排放总量的27.1%，工业源化学需氧量（COD）排放占全国废水中COD排放量的13.2%，工业废水排放造成的环境污染已经成为制约中国工业转型的重要瓶颈，降低中国工业废水排放量任重而道远。最严格水资源管理制度和《水污染防治行动计划》中进一步提出需要继续控制工业废水排放量，提高工业废水排放效率。因此合理测度各工业行业废水排放效率，分析其废水减排潜力，对指导中国工业企业合理地安排生产布局具有重要的现实意义。

1 文献综述

目前，学术界关于工业废水排放的研究多关注在工业废水排放量的现状分析和驱动机制分析方面，如唐志鹏等[1]，苏丹等[2]，王松等[3]分别对中国八大区域、辽河流域、滨海化工区的工业废水污染物排放现状进行了分析；刘铁鹰、李京梅[4]基于环境库兹涅茨曲线分析了工业COD排放与经济增长的关系；陈向等[5]分析了京津冀地区工业污染物排放总量与城市化过程的耦合关系；谢波、项成[6]基于112个地级市面板数据分析了工业废水排放量与人均GDP、财政分权、外资投入的关系；而李长嘉等[7]基于LMDI因素分解模型，考察了经济增长、技术进步、结构调整对各工业行业废水排放总量的驱动机制；马海良等[8]基于脱钩模型，从技术、结构、生态和效率脱钩方面进行因素分解，分析造成工业废水排放现状与经济增长脱钩的主导因素；刘安国等[9]从全国和东中西部分别验证了环境政策和环境技术创新会显著促进工业企业的废水减排行为。

有部分学者[10-12]认为提高工业废水排放效率会通过技术效应、规模效应间接影响到工业废水排放量，从而实现工业废水污染排放量零增长或负增长。然而，综合来看，现有文献尚未系统测度工业废水排放效率问题，由于中国工业各行业发展严重不均衡，不同工业行业在用水量、生产模式等技术方面存在很强的差异性，从而导致不同工业行业的废水排放效率和减排潜力存在异质性，因此本文基于技术异质性视角，在共同前沿理论框架下，结合规模方向性距离函数测度各工业行业废水排放效率和减排潜力，从中揭示工业各行业废水排放效率的差异性及变动趋势，定位各工业行业投入生产排污的薄弱环节，分析其造成的根源，为制订适合各工业行业实际情况的废水排放减排措施提供科学依据。

2 研究方法与数据来源

由于我国工业不同行业之间存在技术异质性，因此各行业面对的生产前沿也必然存在一定的差异。此时，如果继续使用总体样本进行效率评价，将无法真实反映各行业的实际情况。针对这一现象，Battese等[13]提出共同前沿生产函数的分析框架，其主要思想是：首先依据一定标准将决策单元DMU划分为不同的群组，然后采用随机前沿分析方法（SFA）界定所有DMU的共同前沿和各组DMU的群组前沿。随后，ODonnell等[14]进行了改进，用DEA方法取代了随机前沿分析方法，并采用线性规划法构建了共同前沿和群组前沿，并在此基础上分析共同前沿效率和群组前沿效率，并将两者的比值设定为技术落差率（Technology Gap Ratio， TGR），用以衡量不同技术水平下的技术差距。

显然，基于共同前沿理论测度技术异质性视角下的效率问题是合适的，但是选择不同的距离函数会造成测度结果的不一致，由于方向性距离函数（ Directional Distance Function，DDF） 可以同时考虑期望产出的增加和非期望产出的减少，为分析经济与环境绩效提供了一条合理的途径，因此在共同前沿理论框架下，目前大部分学者主要采用传统的DDF对中国的环境绩效进行测度（如康玉泉[15]、汪克亮[16]、程云鹤[17]、邢贞成[18]等）。

但是传统的DDF认为决策单元只能以相同的比例放缩期望产出和非期望产出，并且其方向向量也是预先设定的，这些往往与现实不符，容易导致测度结果的不合理性。而Ramli等[19]提出的规模方向性距离函数（Scale Directional Distance Function， SDDF）可以以不同倍数同时扩大期望产出和缩减非期望产出，并且其方向向量也可以由模型內生确定，能有效弥补传统DDF函数的不足。因此，目前SDDF被一些学者（如Ramli等[19]，李健等[20]）应用于测度二氧化碳排放效率、地区和行业生态效率等问题上。

鉴于已有研究在碳排放效率测度方面已经取得了丰富成果，考虑到工业行业废水排放和碳排放同属于非期望产出，均会对环境产生影响，而且工业废水排放量数据不必像CO2那样需经过换算得到，数据来源也相对可靠。因此本文在共同前沿理论框架[21]下，探索性地构建共同前沿和群组前沿下生产可能性集和规模方向性距离函数，将测算碳排放效率的SDDF方法和共同前沿相结合，应用到工业行业废水排放效率的研究中，以此界定不同前沿下工业废水排放效率、废水减排潜力指标，并确定技术落差率，分析地区间差异性及变动趋势。

2.1 生产可能性集

本文根据Fre等[22]关于环境生产技术的研究，关注工业生产中废水排放和减排问题，在全要素生产框架下构造生产可能性集如下：设生产系统中有N个决策单元DMU，x=（K，L，W）∈R+，y∈R+和b∈R+分别为投入（资本、劳动力和用水量）、期望产出（工业行业总产值）和非期望产出（工业行业废水）向量。假设将N个决策单元分为H个组别，在第h个组（h=1，2…，H）中包含Nh个决策单元，即∑Hh=1Nh=N。

共同前沿框架下的技术落差率（TGR）等于共同前沿效率和群组前沿效率的比值，其值反映了群组前沿与共同前沿技术水平之间的差距，介于[0，1]之间。TGR越大，表示实际利用的生产技术越接近潜在的生产技术水平；TGR越小，表示实际利用的生产技术离潜在的技术水平越远。

2.4 指标设定与样本选取

本文在共同前沿理论框架下，基于规模方向距离函数测算我国工业37类行业2004—2015年废水排放效率，其投入和产出指标参考工业碳排放效率测算指标和张家旗[24]的研究，同时对数据进行了补充更新，如表1所示。

2.5 组别划分

如何划分组群也是本文的一个重要问题，选择划分标准关键是要保证组群内各工业行业技术水平是相同或相似的，而组群间工业行业技术水平则应呈现明显异质性。

本文中，不同行业间的技术异质性主要体现在各工业行业用水生产环节中投入产出数据存在的差异性，其中，投入变量包含劳动力、资本、用水量，产出变量包含工业总产值、工业COD，由于全体工业行业包含37类，不适宜对所有行业的技术异质性进行直接研究，因此依据国家统计局工业分类标准，基于各工业行业废水排放量数据的差异性将所有37类工业行业分为3组，即按照37个工业行业历年COD排放量均值大小依次排序，将所有行业依次划分为废水高排放组（13个）、废水中等排放组（13个）和废水低排放组（11个），从不同组间投入产出数据差异性视角下分析各工业行业的技术异质性，具体分组信息见表2。

按照工业行业废水排放情况进行分组，得到各组投入产出变量的描述性统计结果如表3所示。从表3可

以看出，3组间存在投入产出量的显著差异，废水高排放组的所有投入产出数据均值都明显高于中等排放和低排放组，而中等排放组各投入产出变量的均值也均高于低排放组，表明不同排放组别之间存在明显的技术异质性。

其次，从各组历年变化趋势来看，不同行业间也存在较大的技术异质性。各组工业COD排放量均在逐年下降，但下降程度不一，废水高排放量组的下降幅度最大，2004—2015年均降幅达-5.12%，其次是低排放量组降幅为-3.33%，三组中变化最小的是中等排放量组，其年均资本存量的估算大多采用永续盘存法，这种估算方法涉及资本折旧率、投资额和初始资本存量等基础数据，受统计资料的限制，为尽可能减少数据估计环节及其偏差，本文借鉴周五七和聂鸣[25]所采取的替代方法，以固定资产净值作为各工业行业资本存量投入的近似估算（亿元），即各工业行业固定资产原价减去累计折旧后的净额。

从上述数据变化来看，随着国家环境调控强度加大，各工业行业废水排放都得到很大的改善，废水高排放量组中各行业虽然各项投入增幅不如其他两组行业，但废水排放量控制效果最优，因此，从静态均值和动态变化趋势来看，不同群组间各工业行业的技术水平存在显著差异，全国各工业行业之间存在技术异质性。

3 实证分析

3.1 不同组别下工业行业废水排放效率和减排潜力的静态分析

表4是不同组别下2004—2015年我国37个工业行业废水排放效率、技术落差率和减排潜力的测算结果。可以看出，我国工业废水排放效率整体水平较低，而且行业间差异比较明显。在共同前沿下，各群组工业废水排放效

率值从高到底排列依次为废水低排放行业组、废水中等排放行业组和废水高排放行业组，其多年均值分别为0.512，0.250和0.168，即采用潜在的最优生产技术，工业废水减排潜力将分别高达48.8%、75%和83.2%，各组行业废水减排潜力巨大。

共同技术落差率（TGR）反映了特定群组技术水平与潜在共同前沿技术水平之间的缺口，其值越大，表示决策单元的实际技术水平越接近共同前沿最優技术水平。由表4可以看出，三大群组的TGR均值从高到低的排列依此是废水低排放行业组、废水中等排放行业组和废水高排放行业组。其中，废水低排放组的TGR平均值为0.992，表明群组内的大部分工业行业技术水平基本接近组内共同前沿的最优技术水平。对于废水中等排放和高排放组而言，其TGR平均值分别为0.377和0.221，技术效率低和群组内各工业行业的技术差距过大是造成这两个群组工业行业废水排放效率低下的主要原因，因此，提高技术效率和缩小地区间的技术差距是有效提高废水中等排放和高排放组工业废水排放效率的重要途径。

具体而言，从群组内各工业行业来看：

（1）在废水低排放行业组内，其11个工业行业的技术落差率均为1或者接近1，说明该组各工业行业共同前沿下效率均接近群组前沿下效率，废水排放技术水平大体达到该区域的潜在最优技术水平。另外，从共同前沿下工业废水排放效率值来看，表现最好的是废气资源综合利用业，其次是烟草制品业、文教体育用品制造业、家具制造业和电气机械及器材制造业，表现最差的主要有非金属矿采选业和仪器仪表制造业，其工业废水排放效率值均不超过0.4，减排潜力分别高达80.7%和61.8%，急需节污减排。

（2）從废水中等排放行业组来看，其表现介于高低排放组行业间，13个行业中有6个行业技术落差率低于0.4，而其余行业的技术落差率也仅介于0.4～0.6之间，说明该组工业行业共同前沿和群组前沿下效率差异较大，所有行业均未达到该区域的潜在最优技术水平。而且，从共同前沿下效率来看，所有行业废水排放效率均较低，效率最低的依次是有色金属矿采选业、金属制品业、服装及其他纤维制品制造业、木材加工及竹、藤、棕、草制品业和黑色金属矿采选业，其废水排放效率仅为0.055、0.122、0.125、0.132和0.194，减排潜力则分别高达94.5%、87.8%、87.5%、86.8%和80.6%，这些行业的技术落差率也居组内最低，其技术水平远远落后组内最优技术水平，均亟待改善生产工艺并提高用水循环技术等。

（3）对于废水高排放行业组而言，共同前沿和群组前沿下工业废水排放效率存在最大差异，其技术落差率平均值仅为0.221，尤其是煤炭开采和洗选业、食品制造业、酒饮料和精制茶制造业、造纸及纸制品业、医药制造业、化学纤维制造业，其技术落差率都低于0.1，说明不同技术前沿存在较大的技术缺口，群组内所有工业行业的废水排放效率均未达到最优状态，废水排放技术水平较低。这可能是由于这些工业行业废水排放方式一直较粗放，废水处理技术水平较低和生产工艺不合理等一系列原因造成的结 果。另外，从共同前沿下效率值来看，除了石油加工业和电力.热力生产供应业的废水排放效率超过0.4外，其余所有行业废水排放效率均不到0.4，13个行业中有9个行业减排潜力超过80%，废水高排放工业行业组的减排压力和责任最大。

3.2 各工业行业间废水排放效率和减排潜力的动态演进规律分析

为了进一步探究各工业行业间废水排放效率、技术落差率和减排潜力的动态变化趋势，本文利用核密度函数估计法画出主要年份的动态演进趋势图，考虑到我国五年规划对社会经济影响较大及篇幅限制，本文仅对2005年、2010年和2015年进行重点分析，如图1所示：

由图1可以看出，考察期内全国工业行业废水排放效率的核密度估计曲线呈现朝右移动态势，峰值逐渐下降、峰宽变宽、峰尖趋于平缓，而且从2005→2010→2015年，曲线逐渐呈现“双峰”分布形态，这些变化说明，全国37个工业行业废水排放效率在逐年提高，但是废水排放效率逐渐出现两极分化现象，行业间效率差距在变大，各行业废水排放效率越来越趋于离散状态。

从技术落差率的核密度曲线图可以看出，曲线呈现出略微朝右移动态势，左侧面积在逐渐减少，右侧面积在逐渐增加，而且从2005→2010→2015年，曲线一直呈现出 “双峰”分布形态，这意味着，技术落差率低的行业数量在减少，而技术效率高的行业数量则在逐渐增加，全国工业的技术落差率在逐年增大，各工业行业的技术水平在逐渐提高，但考察期内行业间的两极分化现象一直存在，而且分化程度并未得到减弱。

由工业废水减排潜力的核密度函数图可以看出，曲线呈现朝左移动态势，峰值逐渐下降、峰宽变宽、峰尖趋于平缓，而且从2005→2010→2015年，曲线逐渐呈现“双峰”分布形态，这些变化说明，全国37个工业行业废水减排潜力在逐减降低，但逐渐出现两极分化现象，行业间减排潜力差距在变大，各行业间的离差也在逐渐增强。

4 结论与政策建议

工业废水排放造成的环境污染已经成为制约中国工业转型的重要瓶颈，因此合理测度工业行业废水排放效率和减排潜力，可以为制订适合各工业行业实际情况的废水排放减排措施提供一定的科学依据。考虑到不同工业行业间生产技术的差异性，本文在共同前沿理论框架下，基于规模方向性距离函数对我国2004—2015年37类工业行业的废水排放效率和减排潜力进行测度，并从静态和动态视角下揭示各工业行业废水排放效率和减排潜力的差异性及变动趋势。研究结果表明：

（1）按照废水排放量将全国工业行业分为废水高排放组、中等排放组和低排放组，不同组别下生产投入产出变量差异较大，高投入造成高废水排放，低投入导致低废水排放，不同组别之间存在显著的技术异质性。

（2）静态分析结果显示，废水低、中等和高排放组的技术落差率历年平均值分别为0.992、0.377和0.221，说明只有废水低排放组内各工业行业的技术水平大体达到该区域的潜在最优技术水平，其余两组则均未实现组内最优。

（3）共同前沿下，各群组工业废水排放效率从高到底排列依次为废水低排放行业组、废水中等排放行业组和废水高排放行业组，其多年均值分别为0.512，0.250和0.168，而工业废水减排潜力则依次分别高达48.8%、75%和83.2%，各组行业废水减排潜力巨大。

（4）从各工业行业来看，废气资源综合利用业、烟草制品业、文教体育用品制造业、电力、热力生产供应业、家具制造业、电气机械及器材制造业、金属制品和机械设备修理业的废水排放效率最高，减排潜力相对较小，而且这些行业的废水排放量较低，技术落差率也基本接近潜在最优水平；而废水排放效率最低且减排潜力最大的主要是废水排放量高且技术落差率低的行业，如造纸及纸制品业、酒饮料精制茶制造业、化学纤维制造业、食品制造业、纺织业、医药制造业、煤炭开采洗选业和有色金属矿采选业。

（5）动态分析结果显示，考察期内全国工业废水排放效率在逐年提高，废水减排潜力在逐渐降低，但行业间差距在变大，并逐渐呈现两极分化现象。

基于上述分析，本文提出以下建议：第一，鉴于中国整体工业行业废水排放效率较低的现状，需要转变工业行业粗放型经济发展模式，通过积极调整工业行业结构，提高工业科技投入，增强管理能力，全面提升工业废水排放效率，减少工业废水排放量。第二，针对不同废水排放程度的工业行业，需要分类别制定合理的提高废水排放效率的机制和措施，废水排放低的行业需要继续保持，而废水排放高的行业则需要加速提高工业废水排放效率，通过制定严格的排放标准，在排放之前进行无害化处理，加强工业用水循环、改进生产工艺等，提高废水排放效率，减少废水排放。第三，积极推进工业行业间在废水处理技术和先进管理理念方面的交流与合作，确保先进技术和管理方法得到有效推广和扩散，从而实现工业内所有行业废水排放效率的普遍提升和改善。

（编辑：李 琪）

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Abstract As industrial wastewater discharge has become an important barrier in Chinas industrial economic transformation， to formulate measure to reduce wastewater discharge， it is imperative to rationally measure wastewater discharge efficiency and mitigation potential of the industrial sectors in China. Taking the heterogeneity of production technology among industrial sectors into consideration， under metafrontier theoretical framework， the 37 industrial sectors between the years from 2004 to 2015 in China were divided into three groups by the discharge level of wastewater. Based on scale directional distance function and nuclear density function， wastewater discharge efficiency and mitigation potential in the industrial sectors were measured and the differences and trends were analyzed. The results showed that the average values of industrial wastewater discharge efficiency with lowdischarge， mediumdischarge and highdischarge groups were 0.512， 0.250 and 0.168， respectively. Mitigation potential were 48.8%， 75% and 83.2%， and potentials were huge. The average values of technology gap ratio in three groups were 0.992， 0.992 and 0.377， respectively suggesting only lowdischarge industries reached the optimal in the group， while the rest of the two groups did not. And wastewater discharge efficiency and mitigation potential varied widely in the industrial sectors， the industries with high efficiency and low mitigation potential were mainly concentrated in the industries with low wastewater discharge and high technology gap ratio， while the industries with low efficiency and high mitigation potential were mainly concentrated in the industries with high wastewater discharge and low technology gap ratio， the gap between industrial sectors was getting bigger and polarization gradually appeared. Finally， according to the empirical analysis results， this paper puts forward several policy suggestions as follows. First， to improve industrial science and technology input in allround， strengthen management ability， improve industrial wastewater emission efficiency and reduce waste emissions. Second， to formulate standards for industrial wastewater discharge in different industries and propose measures for the improvement of classification technique. Third， to promote exchanges and cooperation between industries in wastewater treatment technology and advanced management concepts， so that to realize a general improvement of wastewater discharge efficiency in all industries.

Key words metafrontier production function； scale directional distance function； industrial wastewater discharge efficiency； mitigation potential