火電行業(yè)廢水排放績效評估

竹 濤，袁前程，金鑫睿，葉澤甫，侯益銘

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2. 山西格盟中英清潔能源研發(fā)中心有限公司，山西 太原 030031；3. 格盟國際能源有限公司，山西 太原 030031)

0 引 言

根據(jù)國辦發(fā)《控制污染物排放許可制實施方案》要求，率先對火電、造紙行業(yè)企業(yè)核發(fā)排污許可證，2020年全國基本完成排污許可證核發(fā)，實現(xiàn)對所有固定污染源全覆蓋?；痣娦袠I(yè)是我國國民支柱產(chǎn)業(yè)和用水大戶，在火力發(fā)電占比高達70%的情況下，水作為重要資源，排放廢水情況不容忽視[1]。本文主要依據(jù)2015年全國各省環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，由于自2008年火電逐漸進入成熟期后，國家陸續(xù)出臺政策控制火電發(fā)展規(guī)模，火電裝機容量和廢水排放情況趨于穩(wěn)定，與2019年各地區(qū)的數(shù)據(jù)總體水平無顯著差異，即采用2015年的數(shù)據(jù)獲得的結(jié)論適用于2019年的情況。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，與其他工業(yè)相比，火電行業(yè)的廢水大致有以下特點：水質(zhì)水量差異很大，污染成分以無機物為主，有機污染物主要是油，且間斷性排水較多[2]。

排污權(quán)交易制度作為一種以發(fā)揮市場機制作用為特點的新型環(huán)境經(jīng)濟政策，可有效控制環(huán)境污染，起到節(jié)省治理費用、保護環(huán)境質(zhì)量的作用[3]，是我國較早實施的環(huán)境保護制度，實施已有20余年，但自從2007年《水污染物排放許可證管理暫行辦法》廢止后一直未出臺新的管理法規(guī)。從整體來看，無法有效保證點源的“連續(xù)達標(biāo)排放”，形式過于簡單。發(fā)達國家中的代表美國的水排污許可證制度發(fā)展至今，其覆蓋范圍和內(nèi)容不斷規(guī)范和細化，從控制水污染的角度看已經(jīng)十分合理和成熟，與之相比我國排污許可證制度創(chuàng)新相對較緩慢，還存在較大差距。1990年迄今，國內(nèi)學(xué)者對排污許可證制度的研究主要關(guān)于框架式，而目前圍繞排污權(quán)交易討論較多[3]。但目前國內(nèi)對排污許可證制度的地位和性質(zhì)認(rèn)識上仍存在較大局限，規(guī)范性研究不多，如普遍認(rèn)為排污許可證制度是以總量控制為目標(biāo)的污染物授權(quán)排放制度，鮮見對排污許可證制度內(nèi)容框架規(guī)范、全面、系統(tǒng)的研究。

該制度在我國還存在許多亟待解決的問題：① 相關(guān)立法不健全，缺乏完善的法律體系來保障排污權(quán)交易的實施；② 難以實現(xiàn)排污量和交易量的準(zhǔn)確預(yù)測，因為我國對企業(yè)的排污檢測還不到位，排污指標(biāo)也沒有完全建立起來，更沒有建立起配套的監(jiān)測機制[4]；③ 實施困難很大，排污權(quán)的交易費用偏高，實施程序復(fù)雜，操作難度大[5]；④ 政府監(jiān)管不力，監(jiān)管指標(biāo)量化不準(zhǔn)確，造成企業(yè)隨意排污；⑤ 地方保護主義嚴(yán)重，政府過多干預(yù)影響了排污權(quán)交易的公平、公正、公開進行。因此建立火電廢水排污權(quán)交易市場困難重重。

為更好地開展排污許可制度，并基于火電行業(yè)的水污染物排放績效進行排污權(quán)交易可行性研究，本文旨在探究我國火電行業(yè)水區(qū)域性及其水污染因子特征，梳理各地區(qū)火電廢水排放績效水平(廢水排放績效=廢水排放量/火電發(fā)電量)，各地區(qū)可根據(jù)績效核算結(jié)果對自身在火電行業(yè)的水資源使用及排放方面的問題制定針對性政策，為其排污許可制度的進一步實施提供基礎(chǔ)支持。

1 火電行業(yè)排污許可證核發(fā)與廢水排放特征

1.1 排污許可證核發(fā)情況

根據(jù)全國排污許可管理信息平臺數(shù)據(jù)，截至2018年7月，全國火電行業(yè)共發(fā)放1 958張(不包含自備電廠)排污許可證，其中包括1 923個火力發(fā)電企業(yè)(D4411)，35張熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)(D4412)。范圍是執(zhí)行GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的火電機組所在企業(yè)，以及僅包括執(zhí)行GB 13223—2011標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施且有自備電廠的企業(yè)?；痣娖髽I(yè)排污許可證空間分布數(shù)據(jù)見表1。

表1 火電企業(yè)排污許可證空間分布數(shù)據(jù)

由表1可知，排污許可填報火電行業(yè)企業(yè)最多的省份為山東省，為329家，占全國發(fā)證企業(yè)個數(shù)的16.80%。在已核發(fā)排污許可證的所有企業(yè)中，進行污水排放所執(zhí)行的污水排放標(biāo)準(zhǔn)主要分為3種類型，其中執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的火電企業(yè)數(shù)量最多，達到1 442家，一定程度上反映了現(xiàn)階段我國針對火電行業(yè)并沒有針對性的行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 火電行業(yè)區(qū)域性廢水特征

目前我國火電行業(yè)發(fā)電技術(shù)已達到成熟階段，各省市火電企業(yè)之間廠內(nèi)水資源使用情況具有明顯區(qū)域性特征，根據(jù)地區(qū)水資源情況(港澳臺地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)難以收集，故排除在本次調(diào)研之外)[6]，選擇具有區(qū)域代表性的省份中部分火電廠，分析其廢水現(xiàn)狀。

本文選取山東(水資源缺乏地區(qū))和廣東(水資源豐富地區(qū))，后續(xù)將其他省份數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于生態(tài)環(huán)境部的2015年全國各省市火電企業(yè)污染排放及處理利用情況表)與代表性區(qū)域進行對比分析，以期總結(jié)出火電行業(yè)排污許可制度中水資源控制管理的一般規(guī)律[7]。

首先需明確火電企業(yè)相關(guān)用水指標(biāo)，火力發(fā)電廠運行時,需大量冷卻水來冷卻機組，冷卻方式的差異決定了火電廠冷卻水量的不同，對于直流冷卻系統(tǒng)，取水和排水之間的差異被視為耗水量[8]。根據(jù)現(xiàn)有冷卻水技術(shù)，使用3個指標(biāo)確定企業(yè)的冷卻技術(shù)，分別為：工業(yè)用水量W1(噸)，取水量W2(噸)，重復(fù)用水量W3(噸)[9]。根據(jù)不同情況進行分類：直流冷卻，W1=W2；循環(huán)冷卻，W3/W1>W2/W1；聯(lián)合冷卻，W3/W1

1.2.1水資源缺乏代表性地區(qū)水污染因子特征

華東地區(qū)(山東)：山東省屬于黃河流域、淮河流域、海河流域，水資源總量僅占全國的1.09%，人均水資源占有量僅為全國平均水平的14.9%，為世界人均占有量的4%，位居全國各省(市、自治區(qū))倒數(shù)第3位，遠小于國際公認(rèn)的維持一個地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展所必需臨界水資源值，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)。2015年環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)完整的火電企業(yè)有270家，其中使用直流冷卻的企業(yè)27家，占比10%；循環(huán)冷卻98家，占比36.3%；聯(lián)合冷卻145家，占比53.7%。主要以聯(lián)合冷卻方式為主，直流冷卻較少，但作為水資源缺乏的地區(qū)，必須進一步減少直流冷卻技術(shù)的使用，向再循環(huán)和干式冷卻技術(shù)發(fā)展，盡管再循環(huán)系統(tǒng)比單程冷卻系統(tǒng)消耗更多的水，但火電廠冷卻法規(guī)促進了冷卻水從單程技術(shù)到其他類型的冷卻技術(shù)的轉(zhuǎn)變[11]。根據(jù)山東近海的特點可通過提高發(fā)電效率或使用非淡水資源來減少熱電的淡水消耗，對于經(jīng)濟及設(shè)備的要求會更高。廢水排入城市污水處理廠的79家，占比29.3%；直接進入江河湖、庫等水環(huán)境的191家，占比70.7%。

本次調(diào)研中，通過篩選統(tǒng)計了發(fā)電機組規(guī)模相當(dāng)火電企業(yè)的水污染因子處理效率，山東地區(qū)部分火電企業(yè)4種特征水污染因子的產(chǎn)生量與排放量如圖1所示。

圖1 山東地區(qū)部分火電企業(yè)特征水污染因子的產(chǎn)生量與排放量

由圖1可知，山東地區(qū)火電企業(yè)廢水產(chǎn)生及排放中化學(xué)需氧量占比最大，氨氮和總氮相差不大，總磷排放量最少。

2018年，空調(diào)在庫存周期及景氣周期的雙重壓力下，增長放緩趨勢日益明顯。從第二季度開始，補庫存周期結(jié)束，市場銷售就落入負增長區(qū)間。而在疊加地產(chǎn)不景氣后，空調(diào)增長壓力在第四季度凸顯，并將至少持續(xù)到2019年第一季度。

計算水污染因子的處理效率，計算公式為：(產(chǎn)生量-排放量)/產(chǎn)生量×100%，結(jié)果如圖2所示?；瘜W(xué)需氧量地區(qū)平均處理效率為49%，氨氮地區(qū)平均處理效率為52.4%，總氮地區(qū)平均處理效率為37.8%，總磷地區(qū)平均處理效率為34%。其中廢水直接排入環(huán)境的比例較大，故導(dǎo)致處理效率計算結(jié)果接近0，即該火電企業(yè)在自行廢水處理設(shè)備上無投入或投入較少。需對直排的廢水加強監(jiān)測，各水污染物處理效率總體水平不高，最高化學(xué)需氧量處理效率不到50%，應(yīng)加大廢水治理設(shè)施運行費用投入，改進廢水處理技術(shù)[12]。

1.2.2水資源豐富代表性地區(qū)水污染因子特征

華南地區(qū)(廣東)：廣東水資源豐富，年降水總量和河川徑流總量位于全國前列，可供開采的人均水資源占有量遠高于中國平均水平，2015年環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)完整的火電企業(yè)共有74家，其中使用直流冷卻的企業(yè)17家，占比23%；循環(huán)冷卻26家，占比35.1%；聯(lián)合冷卻31家，占比41.9%?？梢钥闯?，水資源更加豐富的廣東省使用直流冷卻技術(shù)的企業(yè)占比更大，大部分企業(yè)采用聯(lián)合冷卻的方式，冷卻水技術(shù)水平較高，其水資源時空分布不均的特點可推動水污染物排污權(quán)交易的實施，廣東省是適合全國進行試點建立水污染物排污權(quán)交易地區(qū)。廢水排入城市污水處理廠的14家，占比18.9%；直接進入江河湖、庫等水環(huán)境的60家，占比81.1%。廣東地區(qū)部分火電企業(yè)4種主要水污染因子的產(chǎn)生量與排放量如圖3所示。

由圖3可知，廣東地區(qū)火電企業(yè)廢水排放中量化學(xué)需氧量最大，氨氮和總氮排放量基本相同，推測檢測過程中，氨氮與總氮使用同一個檢測指標(biāo)。水污染因子的處理效率計算公式為：(產(chǎn)生量-排放量)/產(chǎn)生量×100%，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，化學(xué)需氧量地區(qū)平均處理效率為43.4%，氨氮地區(qū)平均處理效率為53.9%，總氮地區(qū)平均處理效率為53.5%，總磷地區(qū)平均處理效率為64.2%。大部分火電企業(yè)的4種水污染因子處理效率趨勢相同。廣東省各水污染物處理效率總體水平相比山東省較好，氨氮、總氮、總磷處理效率均達到50%以上，推測是由于廢水治理資金大量投入，提高了水污染因子的處理效率，但還需減少直接排入自然環(huán)境的廢水量。

圖2 山東地區(qū)部分火電企業(yè)特征水污染因子的處理效率

圖3 廣東地區(qū)部分火電企業(yè)主要水污染因子的產(chǎn)生量與排放量

圖4 廣東地區(qū)部分火電企業(yè)主要水污染因子的處理效率

2 全國火電行業(yè)廢水績效評估

2.1 廢水排放總量績效核算

2015年全國各省環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，火電廢水排放量與廢水排放總量趨勢大致相同[13]，具體見表2。其中火電廢水占比最高接近地區(qū)廢水排放總量的20%。

表2 全國各省火電行業(yè)廢水排放量(包含自備電廠)

2.2 主要水污染因子排放績效核算

對2015年全國環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)中化學(xué)需氧量及氨氮實際排放濃度進行樣本分析，根據(jù)全國各省及自治區(qū)火電行業(yè)企業(yè)數(shù)量不同，相應(yīng)抽取一定數(shù)量樣本，得出全國火電第二類水污染分因子實際排放濃度。

表3 全國各省火電廢水績效水平

通過計算得出2015年全國各省火電廢水排放績效，結(jié)合第二類水污染因子實際排放濃度可計算得出相應(yīng)的水污染物排放績效，計算結(jié)果見表4，計算公式如下：

YCOD=YCCOD

YNH3-N=YCNH3-N

YTN=YCTN

YTP=YCTP

式中，YCOD為化學(xué)需氧量實際排放績效；Y為火電廢水排放績效；CCOD為化學(xué)需氧量實際排放濃度；YNH3-N為氨氮實際排放績效；CNH3-N為氨氮實際排放濃度；YTN為總氮實際排放績效；CTN為總氮實際排放濃度；YTP為總磷實際排放績效；CTP為總磷實際排放濃度。

由表4可知，現(xiàn)階段全國火電行業(yè)廢水中的污染因子排放情況有明顯的地域性差異，由所在區(qū)域的水文條件、發(fā)電效率以及冷卻方式?jīng)Q定，所以在廢水排放上提升管理水平，因地制宜地制定對應(yīng)的政策，提高發(fā)電效率，使用合適的冷卻方式，使火力發(fā)電廠減少淡水消耗。如沿海地區(qū)可使用非淡水如鹽水、微咸水和再生水，內(nèi)陸地區(qū)可出臺限制使用直流冷卻技術(shù)的法規(guī)，冷卻技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)向再循環(huán)技術(shù)[14]。干式冷卻也可以替代傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)，但可能存在經(jīng)濟和操作問題。

表4 2015年全國火電行業(yè)第二類水污染因子排放績效

電力作為火電企業(yè)的主要產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中大量水資源的使用和排放不可避免，因此探究發(fā)電量與廢水及主要水污染物的關(guān)系，可為其排污許可制度的實施提供支持。本文根據(jù)收集整理的全國火電廢水排放量和水污染物(第二類水污染因子)排放濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合各地區(qū)發(fā)電量進行績效核算，各地區(qū)可根據(jù)績效核算結(jié)果對自身在火電行業(yè)的水資源使用及排放方面的問題制定針對性政策。

3 結(jié)語與展望

任何生產(chǎn)活動或消費活動中都不可能實現(xiàn)“零污染”，允許一定量的污水排放合情合理[15]?；痣娖髽I(yè)以電力為產(chǎn)品，水資源為生產(chǎn)消耗品，排放總量控制應(yīng)基于廢水的排放績效。

1)廢水排放績效評估及區(qū)域性特征研究目的是探究電力與廢水排放之間聯(lián)系。得出與所在區(qū)域的水文條件、發(fā)電效率以及冷卻方式有關(guān)，水資源缺乏地區(qū)廢水處理水平低于水資源豐富地區(qū)，會導(dǎo)致不良用水情況加劇，可制定出對應(yīng)的廢水治理政策，在排污權(quán)交易與廢水處理設(shè)備資金投入上尋找平衡點。

2)總結(jié)現(xiàn)階段排污權(quán)交易存在的阻礙：① 火電行業(yè)的水污染物不受重視，導(dǎo)致排放量統(tǒng)計不夠準(zhǔn)確，為政策制定帶來困難；② 互聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測平臺未建立，無法實時監(jiān)測火電企業(yè)排放水質(zhì)水量，采取污染源頭追查方法，督促不達標(biāo)企業(yè)整改，考慮優(yōu)先通過排污權(quán)交易來推動水污染物的減排[16]。

3)廢水排放績效顯示各地區(qū)情況相差較大，全國平均水平為13.49 t/萬kWh，最小值為貴州0.47 t/萬kWh，最大值為西藏189.37 t/萬kWh。考慮到流域是廢水排放的主要去向，以流域劃分為基礎(chǔ)，將各企業(yè)劃分至相應(yīng)流域，通過核算流域環(huán)境容量來控制企業(yè)的廢水排放總量，針對其流域中火電企業(yè)的用水全過程污染物排放限制的規(guī)定，確定排污權(quán)交易的空間。政府機構(gòu)向績效較高企業(yè)提出總量削減要求，績效較低企業(yè)給予排污權(quán)交易優(yōu)惠政策，使行業(yè)內(nèi)形成自主性節(jié)能減排狀態(tài)，構(gòu)建排污權(quán)交易市場良性框架[17]。