翟光紅， 左孝凡

(1.合肥師范學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.福建農(nóng)林大學(xué) 公共管理學(xué)院，福建 福州 350002)

一、引言

全球變暖問(wèn)題已經(jīng)變成一個(gè)不容忽視的環(huán)境問(wèn)題，涉及人類(lèi)的生存與可持續(xù)發(fā)展[1]。就目前而言，減少碳排放是緩解全球變暖的重要手段已經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí)。但是在應(yīng)對(duì)諸如污水處理、垃圾處理等環(huán)境問(wèn)題時(shí)，往往處理手段也會(huì)帶來(lái)較多溫室氣體排放，如何測(cè)量這些由于應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題產(chǎn)生的二次碳排放所帶來(lái)的效應(yīng)，以及研究其碳排放的影響因素具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)碳排放的研究涉及領(lǐng)域較為廣泛。第一類(lèi)是對(duì)能源行業(yè)的研究，這一類(lèi)研究也是對(duì)碳排放研究較為成熟的領(lǐng)域。能源消費(fèi)具有直接的碳排放[2]，所以對(duì)能源消費(fèi)帶來(lái)的碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系[3]，以及碳排放的影響因素[4]和空間差異[5]成為關(guān)注的熱點(diǎn)。第二類(lèi)是對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放的研究，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是溫室氣體產(chǎn)生的另一個(gè)重要源頭，對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放研究很有必要[6]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放具有較大的時(shí)空差異[7]和空間差異[8]，分析其區(qū)域差異、動(dòng)態(tài)變化和影響因素對(duì)研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有一定的參考作用[9]。碳排放的研究還涉及旅游[10]、區(qū)域經(jīng)濟(jì)[11]以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[12]等領(lǐng)域。污水處理廠(chǎng)屬于能源消費(fèi)的主體，并承載水污染處理的公共服務(wù)職責(zé)。對(duì)污水處理廠(chǎng)的研究主要集中在以下幾個(gè)層面。第一，將污水處理廠(chǎng)視為一個(gè)企業(yè)，從投入產(chǎn)出的角度去研究如何使污水處理廠(chǎng)保持高效運(yùn)轉(zhuǎn)[13]，并從污水處理費(fèi)制度的角度對(duì)污水處理廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本估算[14]；第二，從污水處理廠(chǎng)職責(zé)的角度，將污水處理廠(chǎng)視為公共服務(wù)提供者，污水處理實(shí)際是一個(gè)減少排污的過(guò)程[15]；第三，從化學(xué)以及污水處理方法的角度，包括對(duì)污泥成分[16]、污水處理工藝[17]以及處理技術(shù)[18]；第四，將污水處理廠(chǎng)視為一個(gè)污染主體，關(guān)注到了污水處理廠(chǎng)的溫室氣體排放[19]，將污水處理運(yùn)行階段產(chǎn)生的溫室氣體進(jìn)行核算，并對(duì)碳排放進(jìn)行分析提出減排對(duì)策[20]，以及結(jié)合化學(xué)化工領(lǐng)域研究污泥處置工藝和碳排放的關(guān)系[21]。從現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)看，多數(shù)學(xué)者雖然關(guān)注到碳排放帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，以及對(duì)碳排放進(jìn)行一系列深入的研究，但是卻忽視了一些本身在處理環(huán)境污染問(wèn)題過(guò)程中可能出現(xiàn)的碳排放問(wèn)題，如垃圾處理廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)在處理垃圾、污水污染時(shí)產(chǎn)生的碳排放問(wèn)題。單獨(dú)對(duì)污水處理碳排放研究的文獻(xiàn)觀(guān)察，多數(shù)學(xué)者關(guān)注的是某一個(gè)體或某一個(gè)區(qū)域的案例研究、定性研究，另一部分文獻(xiàn)雖然采用定量分析手段但是選取范圍較小，同時(shí)沒(méi)有對(duì)區(qū)域之間差異進(jìn)行分析，顯然具有一定的局限性。

本文在既有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，區(qū)別于既有文獻(xiàn)本文的貢獻(xiàn)是：第一，關(guān)注到了污水處理在進(jìn)行水污染處理的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次污染問(wèn)題，將視角擴(kuò)展到全國(guó)范圍，較個(gè)別案例研究具有較高的參考價(jià)值，第二，對(duì)污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的直接碳排放和間接碳排放分別予以測(cè)算并進(jìn)行空間分布分析，并通過(guò)選取樣本數(shù)據(jù)進(jìn)一步估算擴(kuò)展到省域?qū)用?；第三，通過(guò)建立縣域污水處理碳排放模型，解決模型所需基本樣本量的要求，從縣域角度驗(yàn)證省域差異性分析中的結(jié)論。

二、材料與研究方法

(一)研究方法

1.碳排放計(jì)算方法

本研究對(duì)污水處理廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中的碳排放區(qū)分為直接碳排放和間接碳排放。直接碳排放包括污水處理廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中釋放的CH4和N2O，CH4主要來(lái)源于對(duì)BOD污染物和COD污染物的處理過(guò)程中，N2O主要是對(duì)氨氮污染物處理過(guò)程中產(chǎn)生的污染氣體。間接排放主要是污水處理廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中所耗用的能源，本文將以污水處理設(shè)備的耗電量來(lái)表示。

對(duì)于污水處理廠(chǎng)的直接碳排放，CH4和N2O的計(jì)算主要是通過(guò)污水進(jìn)出前的BOD、COD和氨氮污染物消減量與相應(yīng)的排放因子乘積實(shí)現(xiàn)的，具體如公式(1)和公式(2)所示。

CH4排放計(jì)算公式如公式(1)所示。

QCH4=q(BODex-BOD)ECH4·BOD+
q(CODex-COD)ECH4·COD

(1)

式中，QCH4表示CH4的排放量，單位為kg;q表示污水處理廠(chǎng)污水年進(jìn)水量，單位為m3;BODex和 BOD分別表示進(jìn)水BOD濃度和出水BOD濃度;CODex和 COD分別表示進(jìn)水BOD濃度和出水COD濃度單位為kg/m3;ECH4·COD為BOD污染排放物處理的CH4排放因子；ECH4·BOD為BOD污染排放物處理的CH4排放因子，單位為kg(CH4) / kg(BOD)和kg(CH4) / kg(COD)。

N2O排放計(jì)算公式如公式(2)所示。

QN2O=q(TNex-TN)EN2O

(2)

式中，QN2O表示N2O的排放量，單位為kg;q表示污水處理廠(chǎng)污水年進(jìn)水量，單位為m3;TNex和TN分別表示進(jìn)水氨氮濃度和出水氨氮濃度，單位為kg/m3;EN2O為N2O排放因子，單位為kg(N2O) / kg(氨氮)。

污水處理廠(chǎng)的碳間接排放，即CO2的排放計(jì)算公式如公式(3)所示。

QCO2=M·ECO2

(3)

式中，QCO2表示CO2的排放量，單位為kg;M表示污水處理廠(chǎng)的電能消耗，單位kW·h;ECO2表示CO2排放因子，單位kg(CO2) / kW·h(電能)。同時(shí)根據(jù)IPCC指南中對(duì)于污水生物處理過(guò)程中排放CO2未納入清單當(dāng)中，故本研究不考慮該過(guò)程的CO2排放。

上述公式中的影響因子具體數(shù)值如表1和表2所示。

考慮到準(zhǔn)確的計(jì)算全國(guó)各省域的碳排放情況，本文在選取影響因子取值時(shí)，考慮到了地域之間的差異。CH4和N2O的排放因子均參考聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)于2010年發(fā)布的《2006年國(guó)家溫室氣體清單指南》中的建議取值范圍來(lái)劃定的，BOD的CH4影響因子取值范圍在0.075 2～0.096 9之間，本文取其均值0.086，N2O的取值范圍在0.006～0.253之間，本文取均值0.035。確定COD的CH4排放因子時(shí)，參考了IPCC(2006)和蔡博峰等(2015)對(duì)排放因子的估算，按照省域進(jìn)行劃分確定符合實(shí)際情況的排放因子數(shù)值(如表2所示)。其中上海市排放因子高于其他省份為0.013 7，云南省排放因子低于其他省份為0.003 9,與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度劃分區(qū)域不同，按照2015年《中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線(xiàn)排放因子》中的區(qū)域劃分。華北區(qū)域包括北京、天津、河北、山西、山東、內(nèi)蒙古等6個(gè)省市自治區(qū)；東北區(qū)域包括遼寧、吉林和黑龍江等3??；華東包括上海、江蘇、浙江、安徽和福建等5個(gè)省份；華中區(qū)域包括河南、湖北、湖南、江西、四川和重慶等6個(gè)省市；西北區(qū)域包括陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆等5個(gè)省自治區(qū)；南方區(qū)域包括廣東、廣西、云南、貴州和海南等5個(gè)省份。其中東北區(qū)域的排放因子最高，達(dá)到1.129 1，南方區(qū)域的排放因子最低，為0.811 2。

標(biāo)準(zhǔn)碳排放換算如公式(4)所示。

Q100a=βCH4QCH4+βN2OQN2O+βCO2QCO2

(4)

式中，Q100a為換算后的標(biāo)準(zhǔn)碳排放，按照《2006年國(guó)家溫室氣體清單指南》中標(biāo)準(zhǔn)碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)；βCH4為CH4排放的轉(zhuǎn)化數(shù)值，取值為25；βN2O為N2O的轉(zhuǎn)化數(shù)值，取值為298；βCO2為CO2排放的轉(zhuǎn)化數(shù)值，取值為1。公式(4)中其他為介紹變量表示含義與公式(1)、公式(2)和公式(3)中含義一致，在此不再贅述。

表1 影響因子取值范圍及單位

表2 各區(qū)域COD排放因子

注：城鎮(zhèn)污水處理污染源主要來(lái)自生活污水，故本文選取COD排放因子按照生活污水排放因子計(jì)算。

2.計(jì)量模型

根據(jù)被解釋變量的數(shù)據(jù)分布特征，碳排放為連續(xù)性變量，故適用通過(guò)最小二乘法構(gòu)建多元線(xiàn)性回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn)。本文建立方程如公式(5)所示：

Yr=β0+∑βirVarir+εr

(5)

式中，Yr表示第r個(gè)污水處理廠(chǎng)的碳排放；β0表示常數(shù)項(xiàng)；βir表示第r個(gè)污水處理廠(chǎng)的第i個(gè)待估計(jì)參數(shù)；Varir表示第r個(gè)污水處理廠(chǎng)的第i個(gè)影響因素；εr表示隨機(jī)誤差項(xiàng)。

3.研究框架及假設(shè)

圖1報(bào)告了本文的研究框架，通過(guò)對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)樣本污水處理廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中的直接碳排放和間接碳排放依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算，將碳排放單位換算為標(biāo)準(zhǔn)CO2排放單位。通過(guò)不同區(qū)域之間的分析和影響因素分析，探討分析出提高污水處理廠(chǎng)碳排放效率的可能路徑。

按照上述框架設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，本文提出以下假設(shè)：

假設(shè)H1：經(jīng)濟(jì)發(fā)展越好、工業(yè)越發(fā)達(dá)的區(qū)域，污水處理壓力越大，污水碳排放越高。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)是通過(guò)社會(huì)GDP和各產(chǎn)業(yè)增加值來(lái)體現(xiàn)的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展越好，帶來(lái)的污水處理壓力則越大，隨著污水處理量的增加污水處理過(guò)程中的碳排放也隨之增加。

假設(shè)H2：污水處理碳排放結(jié)構(gòu)具有區(qū)域差異，不同處理法對(duì)污水處理碳排放具有影響。

污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放結(jié)構(gòu)具有差異，就省域?qū)用鎭?lái)看，每個(gè)地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同、排放標(biāo)準(zhǔn)要求不同以及污水處理工藝的差異性，由此帶來(lái)污水處理碳排放內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間具有一定差異，如直接碳排放中的結(jié)構(gòu)差異、直接碳排放與間接碳排放結(jié)構(gòu)的差異。

假設(shè)H3：污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放影響因素包括污水處理廠(chǎng)自身和所在地區(qū)宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)環(huán)境有關(guān)。

污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放與污水處理廠(chǎng)的設(shè)備老化程度、規(guī)模化程度、處理工藝等存在關(guān)系，同時(shí)宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)對(duì)污水處理廠(chǎng)污水處理過(guò)程中的碳排放也存在影響，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)、人口密集度越高的區(qū)域污水處理量越大，其污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放可能就越多。

圖1 研究框架及路線(xiàn)

(二)數(shù)據(jù)材料

1.數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所使用數(shù)據(jù)以及公式計(jì)算方法分別來(lái)自《城鎮(zhèn)排水統(tǒng)計(jì)年鑒(2015年)》、《中國(guó)縣域統(tǒng)計(jì)年鑒·縣市卷》、2015年《中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線(xiàn)排放因子》、《2006國(guó)家溫室氣體清單指南》以及各省市統(tǒng)計(jì)年鑒。為保證數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的信度，對(duì)《城鎮(zhèn)排水統(tǒng)計(jì)年鑒(2015年)》中包含缺失值樣本以及離群值進(jìn)行篩選，故本文從2 619個(gè)城鎮(zhèn)查中選取1 908個(gè)樣本作為研究對(duì)象，樣本涵蓋北京、天津、河北、山西、山東、內(nèi)蒙古等24個(gè)省市自治區(qū)，覆蓋華北、東北、華東、華中、西北、南方6個(gè)區(qū)域。樣本選取的數(shù)量和分布情況符合研究所需的基本要求。

2.數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計(jì)

表3報(bào)告了本文測(cè)算碳排放所需數(shù)據(jù)的描述統(tǒng)計(jì)情況。本節(jié)數(shù)據(jù)并非直接引用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而來(lái)，而是通過(guò)對(duì)1 908個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)算，按照樣本所屬省域測(cè)算污染物消減量的單位值(污染物消減量/污水處理量)與省域污水年處理總量乘積估算得來(lái)，省耗電總量是通過(guò)測(cè)算耗電量單位值(總耗電量/污水處理量)與省域污水年處理總量乘積估算得來(lái)。相比僅使用樣本數(shù)據(jù)，使用省域估測(cè)數(shù)據(jù)更符合真實(shí)情況，使統(tǒng)計(jì)絕對(duì)數(shù)值具有一定意義。從描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，省域之間、區(qū)域之間具有明顯差異性。COD消減量方面最高省份為廣東省的9 548.41萬(wàn)t，最低省份為寧夏的5.06萬(wàn)t，極差為9 543.35萬(wàn)t。BOD消減量最高省份為山東省22 313.94萬(wàn)t，最低省份寧夏8.73萬(wàn)t。氨氮消減量和電能消耗最高均為廣東省2 156.56萬(wàn)t和241 630 684.25萬(wàn)MW·h，最低仍然是寧夏1.06萬(wàn)t和93 983.89萬(wàn)MW·h。從各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，各省污水處理廠(chǎng)污水處理數(shù)量、處理的主要污染物以及用電量均具有差異。

表3 碳排放測(cè)算所需指標(biāo)描述統(tǒng)計(jì)情況

注：本表報(bào)告數(shù)據(jù)，均通過(guò)樣本數(shù)據(jù)單位量估測(cè)計(jì)算后呈現(xiàn)。

三、結(jié)果分析

(一)碳排放計(jì)算結(jié)果及分布

本節(jié)將介紹碳排放數(shù)值經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的計(jì)算結(jié)果及空間分布。具體而言，從數(shù)量角度來(lái)看，表4報(bào)告了中國(guó)省域樣本污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放的情況。省域之間差別較大，污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放最高為廣東省216 524.04萬(wàn)t，最低為寧夏壯族自治區(qū)為89萬(wàn)t。從全國(guó)平均值的角度觀(guān)察，選取樣本省份的污水處理碳排放均值為34 763萬(wàn)t，其中低于平均值的省份有17個(gè)，分別為北京市、天津市、山西省、吉林省、上海市、安徽省、福建省、河南省、湖南省、廣西省、海南省、重慶市、四川省、貴州省、陜西省、寧夏、新疆，高于全國(guó)平均水平的省份有7個(gè)，分別為河北省、遼寧省、江蘇省、江西省、山東省、廣東省和云南省。從結(jié)構(gòu)方面看，碳排放主要是由間接排放貢獻(xiàn)，占總排放的99%以上，可見(jiàn)污水處理過(guò)程中的直接碳排放僅占較小的一部分。本文采用人均碳排放數(shù)值來(lái)表示碳排放強(qiáng)度。從碳排放強(qiáng)度中可以看出，山東、廣東碳排放強(qiáng)度分別為20.39和20.19高于其他省份，而陜西省碳排放強(qiáng)度僅有0.06，低于所有樣本省份。

雖然從各個(gè)省域來(lái)看，直接碳排放和間接碳排放結(jié)構(gòu)相似，但各省域直接碳排放內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有一定差異。圖2報(bào)告了直接碳排放內(nèi)部結(jié)構(gòu)變動(dòng)結(jié)構(gòu)情況。從整體結(jié)構(gòu)上觀(guān)察，氨氮污染物和COD污染物處理過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放占直接碳排放的比重較高，COD污染物處理碳排放所占比重較小。從每個(gè)直接碳排放結(jié)構(gòu)組成部分來(lái)看，全國(guó)省份氨氮碳排放占直接碳排放平均占比為48%，但是上海明顯低于平均值，僅占總排放36%。而吉林省和廣西省要明顯高于其他省份，分別占直接排放總量的82%和60%。BOD污染物排放方面，各個(gè)省份占平均值占比水平為44%，吉林省和廣西明顯低于平均值，分別占比17%和35%。COD污染物碳排放方面，各省份占比平均水平為8%，其中上海、新疆向上偏離平均值，分別為16%和21%，但是吉林省向下偏離平均值，僅占比2%。對(duì)比每個(gè)結(jié)構(gòu)成分發(fā)現(xiàn)，氨氮碳排放與COD碳排放和BOD碳排放之間存在“此消彼長(zhǎng)”的負(fù)向關(guān)系。直接碳排放內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異的原因主要是：第一，污水處理廠(chǎng)所在區(qū)域污水處理物質(zhì)有所差異，BOD污染物、COD污染物和氨氮污染物有所差別導(dǎo)致污水處理碳排放具有差異，城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)主要處理的是生活污水，故而每個(gè)地區(qū)的人口密集度會(huì)影響到生活污水的排放；第二，污水處理內(nèi)部的處理工藝有所區(qū)別，使用污水處理工藝不同，產(chǎn)生的碳排放也會(huì)有所區(qū)別，使用的污水處理工藝包括SBR類(lèi)、氧化溝類(lèi)、生物膜法以及其他類(lèi)，在化學(xué)處理工藝中產(chǎn)生的CH4、N2O和CO2氣體排放種類(lèi)和數(shù)量會(huì)存在差異；第三，污水處理廠(chǎng)規(guī)模、內(nèi)部管理、污水處理廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)年限因素等因素都會(huì)影響污水處理效率，從而會(huì)增加碳排放，污水處理規(guī)模大小直接影響污水處理數(shù)量，高效的內(nèi)部管理會(huì)有效降低不必要的碳排放和電能的消耗，同時(shí)隨著污水處理廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，污水處理設(shè)備老化導(dǎo)致污水處理效率低下，從而會(huì)增加污水處理過(guò)程中產(chǎn)生不必要的碳排放量。

表4 中國(guó)省域樣本污水處理設(shè)施碳排放情況 萬(wàn)t

圖2 污水處理直接碳排放內(nèi)部結(jié)構(gòu)及省域結(jié)構(gòu)情況

從空間分布來(lái)看，污水處理廠(chǎng)排放較高的區(qū)域集中在華北區(qū)域和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為發(fā)達(dá)的沿海省份。從整體特征而言，這些區(qū)域的人口、經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都具有相似的特征，這些區(qū)域的人口密集程度較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好且產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主。而經(jīng)濟(jì)發(fā)展較弱的地區(qū)，污水處理廠(chǎng)的碳排放較少。具體來(lái)看，山東、廣東碳排放較樣本省份而言處于較高的位置，河北、遼寧、江蘇碳排放量也較多。但是可以發(fā)現(xiàn)，諸如新疆、寧夏、四川、山西、重慶等地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)較弱的地區(qū)，碳排放量較少?？梢?jiàn)，污水處理廠(chǎng)的碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有高度密切的聯(lián)系。

(二)碳排放影響因素分析

通過(guò)上節(jié)對(duì)我國(guó)污水處理廠(chǎng)碳排放的數(shù)量和區(qū)域分布的分析，發(fā)現(xiàn)碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有較強(qiáng)的相關(guān)性，本節(jié)將通過(guò)建立計(jì)量模型分析碳排放的內(nèi)外部影響因素。為了較為具體地研究影響污水處理廠(chǎng)碳排放的因素，保證數(shù)據(jù)的匹配程度更加準(zhǔn)確，本文在2 619個(gè)全國(guó)樣本中選取了一個(gè)縣級(jí)行政區(qū)域(包括縣、區(qū)、縣級(jí)市)僅有一座污水處理單位的406座污水處理廠(chǎng)，從較為微觀(guān)的縣域?qū)用嫒ヌ剿饔绊懱寂欧诺囊蛩?。圖3報(bào)告了406座污水處理廠(chǎng)的分布情況，根據(jù)不同省份的統(tǒng)計(jì)情況及縣域污水處設(shè)施的選擇，從24個(gè)樣本省份中選取了17個(gè)省份，分布涵蓋了6大區(qū)域能夠較為全面了反映碳排放影響的影響因素，河北省樣本量最高，占比22.1%，廣東和江蘇僅篩選出一個(gè)樣本。

表5報(bào)告了污水處理廠(chǎng)影響模型選取變量的描述統(tǒng)計(jì)情況。

圖3 縣域污水處理廠(chǎng)碳排放樣本選擇數(shù)量及區(qū)域分布

表5 縣域污水處理廠(chǎng)碳排放影響模型變量描述統(tǒng)計(jì)

注：表中變量標(biāo)注*，表示該變量經(jīng)對(duì)數(shù)化處理。

表6報(bào)告了污水處理廠(chǎng)碳排放影響基準(zhǔn)回歸及穩(wěn)健性檢驗(yàn)。從模型參數(shù)來(lái)看，一般認(rèn)為VIF小于10，模型不存在多重共線(xiàn)性問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多重共線(xiàn)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)模型1～模型4平均VIF均小于10，且每個(gè)變量之間的最大VIF小于10，故可以認(rèn)為模型不存在多重共線(xiàn)性問(wèn)題。再?gòu)恼{(diào)整R2角度可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)模型擬合度較好，就有較強(qiáng)的解釋力。

注：*p<0.1, **p<0.05, ***p<0.01，括號(hào)內(nèi)報(bào)告的是標(biāo)準(zhǔn)誤。

模型1僅納入了污水處理廠(chǎng)的內(nèi)部因素，從模型運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，運(yùn)營(yíng)年限、設(shè)計(jì)處理能力、從業(yè)人數(shù)均在1%的顯著性水平下通過(guò)檢驗(yàn)，說(shuō)明隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加，污水處理廠(chǎng)碳排放數(shù)量越多，污水處理廠(chǎng)隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加會(huì)出現(xiàn)設(shè)備老化、投放工藝精準(zhǔn)度降低等問(wèn)題，本文研究樣本的平均運(yùn)營(yíng)年限為4.697年，出現(xiàn)這樣的問(wèn)題可能與污水處理廠(chǎng)管理水平不善、員工操作技能較低等原因有關(guān)。設(shè)計(jì)處理能力與從業(yè)人數(shù)都說(shuō)明了其規(guī)模大小，即隨著污水處理廠(chǎng)規(guī)模的增加其污水處理碳排放的數(shù)量就越多，污水處理規(guī)模越大，污水處理量隨之提高，故而碳排放水平提高。污水處理廠(chǎng)選用不同的污水處理工藝也會(huì)影響到污水處理廠(chǎng)碳排放的多少，從模型結(jié)果中可以看出，使用SBR類(lèi)工藝和氧化溝類(lèi)工藝對(duì)污水處理廠(chǎng)具有顯著正向影響。從各個(gè)影響因素的系數(shù)值來(lái)看，設(shè)計(jì)處理能力對(duì)污水處理設(shè)備碳排放影響程度最高。

模型2僅納入了外部因素，其中GDP、第三產(chǎn)業(yè)增加值、第二產(chǎn)業(yè)增加值和人口密度對(duì)污水處理廠(chǎng)碳排放具有顯著影響。GDP、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)增加值都是衡量地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，采用宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)研究其對(duì)污水處理廠(chǎng)碳排放的影響，用于驗(yàn)證省域差異性分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)碳排放較重的省份分布在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)、工業(yè)水平較高的省份。從模型結(jié)果來(lái)看，GDP、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)增加值對(duì)污水處理碳排放具有重要影響，其主要原因可能是經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)污水處理數(shù)量增加，進(jìn)而增加了污水處理碳排放。城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)主要的污染來(lái)源是城鎮(zhèn)生活污水，這與城鎮(zhèn)居住人口具有重要關(guān)系。通過(guò)模型結(jié)果可以看出，隨著人口密度越高，污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放數(shù)量也會(huì)隨著提高；從系數(shù)值可以看出，人口密度對(duì)城鎮(zhèn)污水處理碳排放具有重要影響。

模型3是在模型1和模型2的基礎(chǔ)上，將內(nèi)外部因素同時(shí)納入到模型當(dāng)中，從模型的調(diào)整R方數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，同時(shí)納入內(nèi)外部因素后，調(diào)整R方數(shù)值達(dá)到0.64，其數(shù)值高于單獨(dú)納入內(nèi)部因素是的0.60和外部因素時(shí)的0.43，說(shuō)明模型3的擬合程度較高，解釋力相比較模型1和模型2而言有所增強(qiáng)。模型3中內(nèi)部因素運(yùn)營(yíng)年限不在對(duì)污水處理碳排放具有顯著影響，說(shuō)明運(yùn)營(yíng)年限對(duì)污水處理碳排放的影響并不穩(wěn)健，而在污水處理工藝中，發(fā)現(xiàn)使用生物膜法可以有效減少污水處理過(guò)程中的碳排放，說(shuō)明生物膜法工藝在減少污水處理過(guò)程中碳排放具有一定的有益作用。從模型估計(jì)的系數(shù)值來(lái)看，人口密度依然是影響污水處理碳排放的重要因素，采用生物膜法工藝對(duì)污水處理碳排放的緩解作用，比SBR類(lèi)和氧化溝類(lèi)工藝對(duì)污水處理碳排放的促進(jìn)作用程度要高。

模型4是在模型3 的基礎(chǔ)上隨機(jī)抽取85%的樣本再次運(yùn)行模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)模型3的結(jié)果較為穩(wěn)健。

五、結(jié)論與討論

(一)結(jié)論

通過(guò)上述對(duì)污水處理廠(chǎng)碳排放的測(cè)算、空間差異和影響因素分析，得出以下結(jié)論：

第一，污水處理廠(chǎng)碳排放結(jié)構(gòu)具有較大差異，直接碳排放與間接碳排放、直接碳排放內(nèi)部結(jié)構(gòu)均存在一定差異。污水處理廠(chǎng)污水處理碳排放主要來(lái)源于間接碳排放，間接碳排放占總排放的99%以上，直接碳排放所占比例較小。但是污水處理直接碳排放中結(jié)構(gòu)具有一定差異，BOD、COD和氨氮處理過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放有所不同，但是從各省污水處理廠(chǎng)污水處理過(guò)程中的CH4和N2O產(chǎn)生碳排放處于比例為1∶1的水平波動(dòng)。

第二，污水處理廠(chǎng)碳排放空間分布差異明顯。碳排放主要來(lái)源于經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好、工業(yè)產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)的省份。從空間分布來(lái)看，我國(guó)由西向東污水處理碳排放逐漸加重。其中廣東省和山東省污水處理碳排放總量為216 477萬(wàn)t和199 570.49萬(wàn)t，分別占全國(guó)污水處理廠(chǎng)碳排放的25.95%和23.92%。而寧夏、陜西、新疆等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為薄弱的區(qū)域碳排放量較少。

第三，污水處理廠(chǎng)碳排放的影響因素包括內(nèi)部因素和外部因素兩個(gè)方面。內(nèi)部因素中污水處理廠(chǎng)規(guī)模、運(yùn)營(yíng)年限以及處理工藝和外部因素中經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度對(duì)碳排放具有顯著影響。通過(guò)縣域影響因素分析驗(yàn)證了省域差異性分析過(guò)程中的結(jié)論，從而可以為控制污水處理廠(chǎng)碳排放，實(shí)現(xiàn)提高污水處理廠(chǎng)碳排放效率，從污水處理廠(chǎng)自身和外界宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)環(huán)境提供一定的參考路徑。

(二)討論

本文關(guān)注到了在生態(tài)環(huán)境治理過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題，從宏觀(guān)和較為微觀(guān)的層面對(duì)污水處理設(shè)施在進(jìn)行污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放情況進(jìn)行了分析。本文在篩選研究污水處理碳排放的影響因素樣本過(guò)程可能存在一定不足，以及僅考慮空間差異并未考慮到時(shí)空效應(yīng)的影響，好在省域和縣域的結(jié)果可以相互驗(yàn)證。下一步本研究將形成面板數(shù)據(jù)對(duì)污水處理碳排放進(jìn)行時(shí)空差異上的研究，并增加本文歸結(jié)為區(qū)域差異特征中的其他解釋變量，使模型更加完善。