應(yīng)用等效質(zhì)量方法確定間接排放企業(yè)的排污許可限值
——以常州市為例

張一帆,雷坤，鄧義祥，李子成，喬飛，嚴(yán)夢(mèng)姣

1.沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)河口與海岸帶環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

應(yīng)用等效質(zhì)量方法確定間接排放企業(yè)的排污許可限值
——以常州市為例

張一帆1,2,雷坤2*，鄧義祥2，李子成2，喬飛2，嚴(yán)夢(mèng)姣1

1.沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)河口與海岸帶環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

排污許可證制度是實(shí)施總量控制和減排任務(wù)的重要手段，是改善流域水環(huán)境質(zhì)量的有效措施。間接排放企業(yè)是排污許可管理的重要對(duì)象，其排污許可限值是排污許可證發(fā)放的核心內(nèi)容，我國(guó)關(guān)于間接排放企業(yè)排污許可限值的核定還沒有統(tǒng)一的規(guī)定。通過借鑒美國(guó)國(guó)家污染物排放削減系統(tǒng)(NPDES)預(yù)處理機(jī)制，提出采用等效質(zhì)量方法來確定間接排放企業(yè)排污許可限值，并以常州市某污水處理廠為研究對(duì)象，對(duì)該污水處理廠接納的6家間接排放企業(yè)的污染物排污許可限值進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：采用等效質(zhì)量方法計(jì)算出6家企業(yè)的等效質(zhì)量負(fù)荷限值，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，可確定6家納管企業(yè)CODCr的排污許可限值。等效質(zhì)量方法在新建接管企業(yè)、現(xiàn)有企業(yè)停止接管和提高水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)等多種情況下，能兼顧納管企業(yè)的個(gè)體差異，方便靈活、便于應(yīng)用。

排污許可限值；間接排放企業(yè)；等效質(zhì)量方法；行業(yè)總量控制；分配

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題日益突出，針對(duì)環(huán)境污染問題我國(guó)于1985年在上海開始實(shí)施排污許可制度，截至2013年已有24個(gè)省、市開展了不同程度的排污許可證發(fā)放工作[1]。排污許可制度從20世紀(jì)70年代在歐盟和美國(guó)興起，并逐漸完善，其通常被定義為：國(guó)家規(guī)定的主管機(jī)關(guān)根據(jù)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者的申請(qǐng)，經(jīng)依法審查，允許其按照排污許可證所載明的污染物種類、濃度、數(shù)量、排放路線等要求排放，對(duì)排污者的排污行為進(jìn)行約束的管理制度[2]。

在美國(guó)要求任何點(diǎn)源排污都必須取得國(guó)家污染物排放許可證，即美國(guó)國(guó)家污染物排放削減系統(tǒng)(NPDES)許可證后才可以向水體排放污染物[3]。NPDES預(yù)處理程序中的分類預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)是基于技術(shù)支撐的，分為已知源預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)(PSES)和新源預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)(PSNS)，其對(duì)應(yīng)于工業(yè)直排標(biāo)準(zhǔn)中的用于現(xiàn)有企業(yè)的最佳可行性經(jīng)濟(jì)技術(shù)(BAT)和用于新建企業(yè)的最佳可行性演示技術(shù)(BADT)[4-5]。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)在地方限值導(dǎo)則(local limit guidance)中詳細(xì)介紹了如何制定污水處理廠最大允許工業(yè)排放負(fù)荷(MAIL)的計(jì)算方法[6]，并在行業(yè)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則中使用等效限值方法分配污水處理廠的最大允許工業(yè)負(fù)荷[7]。

在我國(guó)間接排放企業(yè)作為排污許可管理的重要對(duì)象，其產(chǎn)生的工業(yè)廢水要求排入已建成運(yùn)行的城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠，但目前我國(guó)間接排放存在監(jiān)管職責(zé)不清晰、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不明確的問題[8]。2006年以來，隨著我國(guó)環(huán)保技術(shù)水平和環(huán)境監(jiān)管能力的提高，所有國(guó)控重點(diǎn)污染源都安裝了在線監(jiān)測(cè)儀[9-10]，在調(diào)查企業(yè)污染物排放情況時(shí)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可作為可靠的數(shù)據(jù)支持[11-12]。筆者基于污染源在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)美國(guó)NPDES預(yù)處理程序中提供的方法，制定出污水處理廠污染物最大允許工業(yè)排放負(fù)荷，并對(duì)污水處理廠納管企業(yè)污染物排放限值制定合理的分配方法。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1研究區(qū)域概況

江蘇省常州市(119°08′E～120°12′E，31°09′N～32°04′N)地處長(zhǎng)江之南、太湖之濱，位于長(zhǎng)江三角洲中心地帶，是江蘇省長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分。2015年全市人口共470.14萬，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)4046家，全年完成工業(yè)生產(chǎn)總值11454.3億元[13]。全市113個(gè)水功能區(qū)中有42個(gè)達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為37.2%[14]。

以常州市污水處理廠運(yùn)行情況和間接排放企業(yè)的排污情況作為研究對(duì)象，選取了常州市武進(jìn)區(qū)1家污水處理廠及其納管的6家企業(yè)(均為棉織造加工企業(yè))進(jìn)行分析。在線數(shù)據(jù)采用的起止時(shí)間為2010—2012年，按照HJ/T356—2007《水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效性判別技術(shù)規(guī)范(試行)》的規(guī)定，流量為0或水質(zhì)監(jiān)測(cè)值為負(fù)時(shí)為無效數(shù)據(jù)，分析時(shí)不考慮在內(nèi)。所選污水廠處理工藝為A2/O工藝，設(shè)計(jì)處理能力為10000t/d，運(yùn)行時(shí)間為350d/a。納管的6家企業(yè)2012年排放信息如表1所示。

表1 納管的6家企業(yè)基本排放信息(2012年)

1.2預(yù)處理機(jī)制排放限值計(jì)算

在美國(guó)，生活污水、工業(yè)及商業(yè)廢水均要求排入公共污水處理設(shè)施(POTW)中收集處理，US EPA針對(duì)污水廠無法去除的有毒污染物和非常規(guī)污染物[15]，如易在污水管網(wǎng)中揮發(fā)從而使污水處理廠處理效果降低[16-17]的一些具有揮發(fā)性污染物，提出了國(guó)家預(yù)處理機(jī)制[18]，包括排放禁令、行業(yè)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)和地方限值3個(gè)部分[19]。

通過借鑒美國(guó)預(yù)處理機(jī)制提供的計(jì)算方法，結(jié)合我國(guó)的工業(yè)廢水排放現(xiàn)狀，提出了間接排放企業(yè)排放限值的計(jì)算流程，見圖1。

圖1 間接排放企業(yè)排放限值的計(jì)算流程Fig.1 Calculation process of indirect discharge permit limits

間接排放企業(yè)排放限值的具體計(jì)算方法及公式如下。

(1)確定污水處理廠的最大允許工業(yè)排放負(fù)荷(QMAIL)。先根據(jù)在線數(shù)據(jù)給出的污水處理廠進(jìn)水濃度和出水濃度計(jì)算出日平均去除率(Rpotw)：

(1)

式中：Ii為i污染物在污水處理廠的進(jìn)水濃度，mg/L；Epotw,i為i污染物從污水處理廠排出時(shí)的濃度，mg/L；n為觀測(cè)次數(shù)。

根據(jù)日平均去除率和設(shè)計(jì)流量，計(jì)算得到每日允許總負(fù)荷(QAHL)：

QAHL=CGB×Qpotw/(1-Rpotw)

(2)

式中：CGB為污水處理廠出水濃度控制標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L；Qpotw為污水處理廠每日設(shè)計(jì)流量，L。

以污水處理廠執(zhí)行最嚴(yán)格的出水濃度控制標(biāo)準(zhǔn)下得出的QAHL作為每日最大允許總負(fù)荷(QMAHL)。最后計(jì)算出最大允許工業(yè)排放負(fù)荷(QMAIL)：

QMAIL=QMAHL(1-SF)-(LUNC+QGA)

(3)

式中：SF為安全系數(shù)，通常取值為10%；LUNC為其他來源的污染物負(fù)荷，kg；QGA為污水處理廠污染物負(fù)荷預(yù)留量，kg。

(2)根據(jù)在線數(shù)據(jù)提供的工業(yè)企業(yè)信息，分別計(jì)算出某個(gè)工業(yè)企業(yè)的平均日生產(chǎn)率(Rx，j)及該企業(yè)的等效質(zhì)量限值(EMLx,j)。

Rx，j=Amax,j/Tx,j

(4)

EMLx,j=SGB,j×Rx，j/C

(5)

式中：Amax,j為j企業(yè)近3～5a正常生產(chǎn)情況下的一年最大產(chǎn)量和，t/a；Tx,j為該年的工作天數(shù)，d；SGB,j為j企業(yè)單位產(chǎn)量的排污系數(shù)，本文采用《工業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)(2010修訂)上冊(cè)》中的排污系數(shù)[20]；C為單位換算系數(shù)。

(3)根據(jù)工業(yè)企業(yè)的等效質(zhì)量限值的比例，將QMAIL分配給各工業(yè)企業(yè)，即：

Lx,j=QMAIL(EMLx,j/∑EMLx,j)

(6)

式中Lx,j為j企業(yè)的間接排放負(fù)荷限值，kg。

2 結(jié)果與分析

2.1QMAIL計(jì)算

選取的污水處理廠2010—2012年在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 污水處理廠2010—2012年CODCr在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

將3年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代入式(1)，得到Rpotw為60.147%(按60%計(jì))。

該污水處理廠每日設(shè)計(jì)流量10 000 t，GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)中CODCr排放標(biāo)準(zhǔn)限值為50 mg/L，DB/32-1072—2007《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》中城鎮(zhèn)污水處理廠Ⅰ、Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的CODCr排放限值同為50 mg/L。因此CGB取50 mg/L時(shí)，所執(zhí)行的2種標(biāo)準(zhǔn)得出的QAHL數(shù)值相同，根據(jù)式(2)計(jì)算得出的QAHL即為QMAHL(1 250 kg/d)。

該污水處理廠的LUNC為0，QGA為QMAHL的10%，代入式(3)得到QMAIL為1 000 kg/d。

2.2等效質(zhì)量分配比例

因該污水處理廠接納的企業(yè)均為紡織企業(yè)，因此其污染物總量控制實(shí)際上是行業(yè)總量控制的問題。6家納管企業(yè)3年的生產(chǎn)情況見圖2和圖3，每年工作天數(shù)見圖4。選取各家納管企業(yè)3年中產(chǎn)量最大的一年的產(chǎn)量和作為各自的Amax,j，及該年工作天數(shù)(Tx,j)代入式(4)，得到各家企業(yè)的Rx，j，結(jié)果見表3。

圖2 染色棉機(jī)織物生產(chǎn)情況Fig.2 Annual outputs of the dyed cotton of six enterprises

圖3 紗生產(chǎn)情況Fig.3 Annual output of the yarn of six enterprises

圖4 企業(yè)年工作天數(shù)Fig.4 Annual production days of six enterprises

企業(yè)編號(hào)Rx,j∕(t∕d)染色棉機(jī)織物紗A13.333—B13.746—C19.557—D—8.793E5.3331.273F3.008—

根據(jù)《工業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)(2010修訂)上冊(cè)》[20]，紗、線(未染色)和色織棉機(jī)織物的CODCr排放系數(shù)(SGB,j)分別為1 044和16 965 g/t；取C為103；代入式(5)和式(6)，得到了等效限值比，并按比例分配QMAIL，結(jié)果見表4和圖5。

由整體計(jì)算過程可以看出，在污水處理廠運(yùn)行期間如果該污水處理廠接管了新建的企業(yè)，則可以按照式(4)和式(5)計(jì)算出新源等效質(zhì)量限值，加入分配比例中參與污染物負(fù)荷的分配，得到新的污染物負(fù)荷分配，從而得到新源的間接排放限值。如果污水處理廠運(yùn)行期間，現(xiàn)有企業(yè)停止接管，則將其他現(xiàn)有企業(yè)等效質(zhì)量限值(EMLx)重新分配QMAIL，得到新的分配比例，從而得到各個(gè)納管企業(yè)新的間接排放限值。

表4 6家納管企業(yè)CODCr日排放等效質(zhì)量限值和日排放限值

注：?jiǎn)挝粸閗g/d。圖5 6家納管企業(yè)最大允許工業(yè)排放負(fù)荷分配Fig.5 Allocation of the QMAIL among six enterprises

若需要對(duì)水質(zhì)提出更高要求，提高污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)，則可改變式(4)中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)限值(CGB)，從而計(jì)算得出新標(biāo)準(zhǔn)下的QMAIL，再按照現(xiàn)等效質(zhì)量限值分配比例重新分配新負(fù)荷值，最終得到各納管企業(yè)在水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)提高情況下新的間接排放限值。

利用該方法可以計(jì)算出間接排放企業(yè)的間接排放污染物負(fù)荷限值(表4)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的間接排放標(biāo)準(zhǔn)得到的濃度限值見表5。根據(jù)表5選取最為嚴(yán)格的200 mg/L為排污許可濃度限值。從污染物濃度和污染物負(fù)荷雙方面限值，可更為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貫榧{管企業(yè)制定排污許可間接排放最終限值。

表5 我國(guó)間接排放企業(yè)CODCr標(biāo)準(zhǔn)限值

3 結(jié)論

(1)借鑒美國(guó)國(guó)家污染物排放削減系統(tǒng)(NPDES)預(yù)處理機(jī)制，提出采用等效質(zhì)量方法確定間接排放企業(yè)排污許可限值?？梢詼?zhǔn)確計(jì)算各家納管企業(yè)的等效質(zhì)量限值，與我國(guó)現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)濃度限值結(jié)合，可以確定各家納管企業(yè)的污染物的排污許可限值。

(2)將提出的方法應(yīng)用到常州某污水廠，從污染物濃度和污染物負(fù)荷雙方面限值，得到納管的6家企業(yè)CODCr污染物負(fù)荷限值分別為220.51、227.33、323.45、89.49、89.49和49.72kg/d；6家納管企業(yè)CODCr的排污許可限值為200mg/L。

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Determinationofdischargepermitlimitsforindirectdischargeenterpriseswithequivalentmassmethod:acasestudyinChangzhouCity

ZHANG Yifan1,2, LEI Kun2, DENG Yixiang2, LI Zicheng2, QIAO Fei2, YAN Mengjiao1

1.School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Construction University, Shenyang 110168, China 2.State Environmental Protection Key Laboratory of Estuarine and Coastal Environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

The discharge permit system is an important means to control the total pollutant load and improve the watershed environmental quality. The indirect discharge enterprises (IDEs) are also included in the discharge permit system. It is a difficult problem on how to determine the discharge permit limit (DPL) for the IDEs, and there is no such a uniform regulation at the national level at present. By referring to the NPDES of the United States, the Equivalent Mass Method (EMM) was formulated to estimate the DPL for the IDEs. The EMM was successfully used to estimate the DPL for six IDEs, which were located in Changzhou City, Jiangsu Province and with the wastewater being discharged into one wastewater treatment plant. The EMM was used to calculate the equivalent mass load limits for the 6 enterprises and, in combination with the current discharge concentration standards, the CODCrDPLs were determined. Thus, the EMM is an effective method to estimate the discharge permit limits for the IDEs, and can be applied flexibly to the enterprises with different discharge characteristics, including newly built enterprises discharging into the pipeline network, existing enterprises stopping to discharge into the pipeline network, and under the circumstance of enhancing the discharge standards, etc.

discharge permits limits; indirect discharge enterprises; Equivalent Mass Method; industrial pollutant load control; allocation

張一帆,雷坤，鄧義祥,等.應(yīng)用等效質(zhì)量方法確定間接排放企業(yè)的排污許可限值：以常州市為例[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2017,7(6):754-758.

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2017-05-22

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2013ZX07501005)

張一帆(1993—)，男，碩士，主要從事污水處理研究，396795074@qq.com

*責(zé)任作者：雷坤(1973—)，女，研究員，博士，主要從事河口與海岸帶環(huán)境規(guī)劃與管理研究，leikun99@163.com

X32

1674-991X(2017)06-0754-05

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.06.104