珠江三角洲城市群污水资源化利用价值分析

马乃毅, 龚义枫

(广东海洋大学 管理学院, 广东 湛江 524088)

水资源是重要的自然资源和经济资源,对人类的生产生活起着重要的作用。在生态环境遭到破坏、水污染日益严重、用水结构不合理的情况下,如何有效利用水资源和挖掘污水资源的潜在价值,助力经济社会协调发展,已然成为一个迫在眉睫的问题。珠江三角洲城市群是亚太地区最具活力的经济区域之一,人口占全省的70%,GDP占全省的85%。2019年2月18日,中共中央、国务院印发《粤港澳大湾区发展规划纲要》,明确提出推动粤港澳大湾区合作的要求。作为中国开放程度最高和经济活力最强的区域之一,珠三角城市群与港澳合作共建,能够推动经济社会的飞速发展,但也必然带来水资源环境和经济社会协同发展的问题[1]。

广东省仍有较大节水空间,大力推进珠三角9市区域协调发展,仍需加强水资源管理[2]。粤港澳大湾区中香港、澳门供水主要依靠广东省珠三角城市供给。目前,香港水务署也在不断探索海水淡化、再造水、中水重用和雨水回收等水资源再生利用途径。澳门淡水资源缺乏,日常95%以上的原水由珠海供应,水源主要来自西江,本地水库主要起应急调配作用。珠三角城市群作为广东省经济发展龙头,解决其水资源配置和再生利用问题不仅可以缓解广东省区域水资源利用问题,更能缓解湾区缺水问题。

目前国内对于污水资源化利用的研究主要集中在污水处理技术、污水处理行业现状等方面。在污水处理技术方面,曹达啟等[3]总结了污水处理过程中合成藻酸盐研究现状,以及好氧颗粒污泥技术在污水资源化利用中的作用；韩松芳等[4]根据藻种在城市污水中的生长与产脂情况以及对污水的净化能力筛选出适宜于城市污水培养的藻种,实现污水无害化处理和资源有效利用。陈皓琪[5]深入分析了城市污水再利用的两种处理模式以及4个主要处理工艺步骤；张光明等[6]从光合细菌污水资源化技术对各类废污水处理重要影响因素、主要促进方法等进行综述并对未来研究进行了展望。另一部分侧重于对污水资源化利用现状的研究。张云等[7]提出澳门污水资源再生利用近期、中期和远期利用方案；胡洪营[8]分析了中国污水资源化利用及再生水利用存在的问题,并提出再生水利用基本原则与主要措施；王洪臣[9]梳理了中国水资源特征以及用水状况,提出水资源是制约中国经济社会可持续发展的瓶颈；刘晓君等[10]选取西北干旱缺水城市对污水资源化利用与社会经济系统之间的关系进行研究。

在现有文献中,只有少部分学者对污水资源化利用效益和动因进行了研究,且污水资源化利用价值的研究具有明显的地域偏向,对西北干旱缺水地区的研究较多,研究较为具体化,多以某一污水处理项目为研究对象,缺乏对城市整体建设和可持续发展的参考意义。本文以非典型缺水地区为对象,从可持续发展角度,利用熵值法对珠江三角洲城市群污水资源化利用价值进行测算,进一步挖掘污水资源化利用的再生效益和价值,以期为污水资源化利用政策制定及工作推进提供参考。

1 研究区域概况

珠三角城市群,包括广东省广州、深圳、珠海、佛山、惠州、东莞、中山、江门、肇庆9个城市,毗邻香港特别行政区和澳门特别行政区。珠三角城市群与港澳文化同源,长期以来人员往来密切,经济社会合作历史悠久。珠三角9市是粤港澳大湾区的重要组成部分,随着经济的发展,水资源供需矛盾、水质污染、用水效率偏低等问题随之出现。2016—2020年,珠三角9市用水总量占全省一半以上,年均达到51.51%,说明水资源的总量与消耗对珠三角的发展存在极大的影响,促进水资源的有效利用与节约,有利于对广东省各市水资源做好管控,助力粤港澳大湾区的发展。

2 指标体系构建

2.1 数据来源与指标选取

2.1.1 数据来源

数据来源于《广东省统计年鉴》《广东省水资源公报》,以及各地市的统计年鉴、国民经济与社会发展公报和其他公开资料。根据数据的有效性和可得性,主要选取了14个指标,反映污水资源化利用价值对经济社会、资源环境带来的影响。研究样本包括珠三角的9个城市,不含港澳的粤港澳大湾区中的城市。

2.1.2 指标选取

结合相关学者的研究,共选取了4个一级指标和14个二级指标,构建评价指标体系,见表1。

2.2 评价方法

熵值法是一种根据各项指标的影响程度所反映的信息大小来计算权重的客观赋权法。在信息论中,熵是对不确定性信息的一种度量。信息量越大,不确定性就越小,熵也就越小；信息量越小,不确定性就越大,熵也越大。一定程度上避免了人为原因造成的主观偏差,能够较为科学地确定权重。避免了层次分析法等主观赋权方法的偏差。具体计算步骤如下:

1)数据标准化,对各数据进行归一化处理。

对于正向指标:

表1 污水资源化利用价值评价体系

(1)

对于负向指标:

(2)

式中:i=2016,2017,…,2020；j=1,2,…,14；maxxij和minxij分别表示在第i年第j个指标值的最大值和最小值；xij为原始数据样本值；yij为归一化处理后的样本值；i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。

2)计算第j项指标下第i年指标值的比重Rij。

(3)

3)计算第j项指标的熵值ej。

(4)

式中，k=1/ln,k>0,ej≥0。

4)计算第j项指标的差异性系数gj。

对于第j项指标,指标的差异性越大,对方案评价作用越大,熵值就越小,差异性系数:

gj=1-ej

(5)

5)计算各项指标的权重:

(6)

3 评价结果分析

3.1 权重分析

根据熵值法计算出2016—2020年珠江三角洲城市群9市的污水资源化利用价值情况,见表2。在准则层,4个指标权重占比排序分别为资源总量与消耗、社会经济、环境保护和用水效率,权重系数分别为32.23%、27.6%、21.99%、18.17%,可知水资源的总量对污水资源化利用价值产生的影响最大,用水效率对污水资源化利用价值的影响相对较小。在次准则层中,工业用水量、污水排放量和人口密度的权重系数位居前列,权重系数分别为14.81%、14.41%、12.34%。3个指标层之间的关系密切。工业用水量在一定程度上决定了生产用水,人口密度则决定了生活用水量,生产和生活用水是污水产生的最主要的源头。以广州市用水为例,2020年用水总量59.9亿m3,工业用水量 27.5亿m3,占比达45.91%,工业用水量占据了用水总量的较大部分,对污水资源化利用价值影响较大。污水排放量是污水资源化利用的载体,排放量越大,蕴含的潜在利用价值相应较大。人口密度从社会层面反映了水资源是人类社会赖以生存和发展的物质条件,对污水资源的再生利用利国利民。

表2 指标权重

3.2 综合得分评价分析

由表3可知,2016—2019年,综合得分从0.344 7上升到0.356 2,污水资源化利用价值呈现稳步上升,价值愈发凸显。2020年各指标均略微下降,说明整体污水资源化利用价值减弱,从宏观环境角度,可能原因在于工业由于其大体量的行业性质规模效益显著,集中处理污水和再生利用污水资源优势明显。而2020年新冠疫情初始,GDP增速放缓,工业用水总量减少,2019年9市工业用水量共计76.5亿m3,2020年工业用水量共计67.2亿m3,同比下降12.16%,从而对利用量产生影响。从政策角度,2020年是《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》的收官之年,该规划指出到2020年底,中国将实现城镇污水处理设施全覆盖,城市污水处理率达到95%。地级及以上城市建成区基本实现污水全收集、全处理；京津冀、长三角、珠三角等区域提前一年完成。本文评价体系中污水资源化利用价值的降低也说明现有污水处理成效突出。

以5年的综合得分总和来看(表4),污水资源化利用价值从大到小的排序为广州、深圳、东莞、佛山、中山、江门、珠海、惠州、肇庆。污水资源利用价值与区域发达程度有着密切关系,以2020年为例,综合得分变化的趋势与GDP变化趋势相一致(表5),经计算,综合得分与地方GDP之间的相关系数为0.90,两者具有较强相关关系,对应准则层中的“社会经济”指标。不同城市之间污水资源化利用存在差异,因而提高珠江三角洲整体污水资源化利用价值需要精确分析每个城市的问题,根据其自身区域特点积极探索提升污水资源化利用措施。

表3 2016—2020年珠三角地区污水资源化利用价值综合得分

从不同城市的角度,以平均值来看,广州、深圳的综合得分最高,为0.608 7、0.459 5。两个城市都是广东的副省级城市,经济的迅速发展使得对水资源的需求愈发强烈,在水资源总量一定的情况,“节流”与“再生”便是大城市经济可持续发展的必然选择。综合得分排名最后的4个城市分别为惠州、肇庆、珠海、江门,综合得分分别为1.157 8、1.261 0、1.381 4、1.453 0。惠州、肇庆、江门3个城市水资源总量较大,珠海虽然水资源总量不大,但人均水资源量远高于广州、深圳。综合得分排名最后的4个城市,污水资源化价值不高的原因主要为水资源较为丰富,且经济发展相对珠三角其他城市较为落后,经济发展与水资源紧张的矛盾远不如广州、深圳尖锐。

表4 2016—2020年珠三角9市污水资源化利用价值及排序

表5 2020年珠三角9市污水资源化利用价值综合得分与GDP数据

4 结论与建议

从资源总量与消耗、用水效率、社会经济、环境保护4个维度,构建污水资源化利用价值评价指标体系,测算出珠江三角洲9市在2016—2020年的污水资源化利用价值。结果表明:①珠三角污水资源化利用价值波动上升；②利用价值与地区经济发展水平密切相关,经济越发达,利用价值越高；③广州、深圳、东莞污水资源化利用价值较高,珠海、肇庆、惠州污水资源化利用价值较低。对于珠江三角洲城市圈来说,要统筹规划,根据各城市用水需求与用水特点合理调配资金资源,把水资源的再生利用摆在战略地位,加快推动污水资源化利用进程。针对研究结果,提出如下建议:

1)对于污水资源化利用价值较高的城市,加大政府投资力度,提高对再生水行业的技术支持力度,确保再生水水量稳定、水质可控；建立明确的再生水利用奖惩机制,将再生水利用量与污水排放量挂钩,较大的污水排放量对应较大的再生水利用量,对未达用量标准的企业,次年实行较高供水价格；构建再生水资产的交易机制,充分发挥在经济活跃地区市场经济的优势,明确“谁投资、谁受益”的原则,推动非常规水资产交易市场化。

2)对于污水资源化利用价值较低的城市,虽然目前还未面临水资源再生利用的危机,但要有长远的眼光,从粤港澳大湾区整体协同发展的角度,制定水资源利用与再生利用的长远计划,加大基础配套设施的建设力度,统筹规划污水处理厂、再生水厂和环境治理设施；加大再生水利用的宣传力度,通过媒体宣传、样板工程和建立示范工程等多种喜闻乐见的形式,普及污水资源化利用知识,营造全社会节水和再生水利用的良好氛围。