应用等效质量方法确定间接排放企业的排污许可限值——以常州市为例

张一帆,雷坤，邓义祥，李子成，乔飞，严梦姣

1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168 2.中国环境科学研究院国家环境保护河口与海岸带环境重点实验室，北京 100012

应用等效质量方法确定间接排放企业的排污许可限值
——以常州市为例

张一帆1,2,雷坤2*，邓义祥2，李子成2，乔飞2，严梦姣1

1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168 2.中国环境科学研究院国家环境保护河口与海岸带环境重点实验室，北京 100012

排污许可证制度是实施总量控制和减排任务的重要手段，是改善流域水环境质量的有效措施。间接排放企业是排污许可管理的重要对象，其排污许可限值是排污许可证发放的核心内容，我国关于间接排放企业排污许可限值的核定还没有统一的规定。通过借鉴美国国家污染物排放削减系统(NPDES)预处理机制，提出采用等效质量方法来确定间接排放企业排污许可限值，并以常州市某污水处理厂为研究对象，对该污水处理厂接纳的6家间接排放企业的污染物排污许可限值进行了研究。结果表明：采用等效质量方法计算出6家企业的等效质量负荷限值，结合我国现有排放标准浓度限值，可确定6家纳管企业CODCr的排污许可限值。等效质量方法在新建接管企业、现有企业停止接管和提高水质排放标准等多种情况下，能兼顾纳管企业的个体差异，方便灵活、便于应用。

排污许可限值；间接排放企业；等效质量方法；行业总量控制；分配

随着经济的发展，环境问题日益突出，针对环境污染问题我国于1985年在上海开始实施排污许可制度，截至2013年已有24个省、市开展了不同程度的排污许可证发放工作[1]。排污许可制度从20世纪70年代在欧盟和美国兴起，并逐渐完善，其通常被定义为：国家规定的主管机关根据事业单位和其他生产经营者的申请，经依法审查，允许其按照排污许可证所载明的污染物种类、浓度、数量、排放路线等要求排放，对排污者的排污行为进行约束的管理制度[2]。

在美国要求任何点源排污都必须取得国家污染物排放许可证，即美国国家污染物排放削减系统(NPDES)许可证后才可以向水体排放污染物[3]。NPDES预处理程序中的分类预处理标准是基于技术支撑的，分为已知源预处理标准(PSES)和新源预处理标准(PSNS)，其对应于工业直排标准中的用于现有企业的最佳可行性经济技术(BAT)和用于新建企业的最佳可行性演示技术(BADT)[4-5]。美国国家环境保护局(US EPA)在地方限值导则(local limit guidance)中详细介绍了如何制定污水处理厂最大允许工业排放负荷(MAIL)的计算方法[6]，并在行业预处理标准导则中使用等效限值方法分配污水处理厂的最大允许工业负荷[7]。

在我国间接排放企业作为排污许可管理的重要对象，其产生的工业废水要求排入已建成运行的城镇二级污水处理厂，但目前我国间接排放存在监管职责不清晰、执行标准不明确的问题[8]。2006年以来，随着我国环保技术水平和环境监管能力的提高，所有国控重点污染源都安装了在线监测仪[9-10]，在调查企业污染物排放情况时，在线监测系统可作为可靠的数据支持[11-12]。笔者基于污染源在线监测数据，依据美国NPDES预处理程序中提供的方法，制定出污水处理厂污染物最大允许工业排放负荷，并对污水处理厂纳管企业污染物排放限值制定合理的分配方法。

1 数据与方法

1.1研究区域概况

江苏省常州市(119°08′E～120°12′E，31°09′N～32°04′N)地处长江之南、太湖之滨，位于长江三角洲中心地带，是江苏省长江经济带的重要组成部分。2015年全市人口共470.14万，规模以上工业企业4046家，全年完成工业生产总值11454.3亿元[13]。全市113个水功能区中有42个达标，达标率为37.2%[14]。

以常州市污水处理厂运行情况和间接排放企业的排污情况作为研究对象，选取了常州市武进区1家污水处理厂及其纳管的6家企业(均为棉织造加工企业)进行分析。在线数据采用的起止时间为2010—2012年，按照HJ/T356—2007《水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范(试行)》的规定，流量为0或水质监测值为负时为无效数据，分析时不考虑在内。所选污水厂处理工艺为A2/O工艺，设计处理能力为10000t/d，运行时间为350d/a。纳管的6家企业2012年排放信息如表1所示。

表1 纳管的6家企业基本排放信息(2012年)

1.2预处理机制排放限值计算

在美国，生活污水、工业及商业废水均要求排入公共污水处理设施(POTW)中收集处理，US EPA针对污水厂无法去除的有毒污染物和非常规污染物[15]，如易在污水管网中挥发从而使污水处理厂处理效果降低[16-17]的一些具有挥发性污染物，提出了国家预处理机制[18]，包括排放禁令、行业预处理标准和地方限值3个部分[19]。

通过借鉴美国预处理机制提供的计算方法，结合我国的工业废水排放现状，提出了间接排放企业排放限值的计算流程，见图1。

图1 间接排放企业排放限值的计算流程Fig.1 Calculation process of indirect discharge permit limits

间接排放企业排放限值的具体计算方法及公式如下。

(1)确定污水处理厂的最大允许工业排放负荷(QMAIL)。先根据在线数据给出的污水处理厂进水浓度和出水浓度计算出日平均去除率(Rpotw)：

(1)

式中：Ii为i污染物在污水处理厂的进水浓度，mg/L；Epotw,i为i污染物从污水处理厂排出时的浓度，mg/L；n为观测次数。

根据日平均去除率和设计流量，计算得到每日允许总负荷(QAHL)：

QAHL=CGB×Qpotw/(1-Rpotw)

(2)

式中：CGB为污水处理厂出水浓度控制标准限值，mg/L；Qpotw为污水处理厂每日设计流量，L。

以污水处理厂执行最严格的出水浓度控制标准下得出的QAHL作为每日最大允许总负荷(QMAHL)。最后计算出最大允许工业排放负荷(QMAIL)：

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

(3)

式中：SF为安全系数，通常取值为10%；LUNC为其他来源的污染物负荷，kg；QGA为污水处理厂污染物负荷预留量，kg。

(2)根据在线数据提供的工业企业信息，分别计算出某个工业企业的平均日生产率(Rx，j)及该企业的等效质量限值(EMLx,j)。

Rx，j=Amax,j/Tx,j

(4)

EMLx,j=SGB,j×Rx，j/C

(5)

式中：Amax,j为j企业近3～5a正常生产情况下的一年最大产量和，t/a；Tx,j为该年的工作天数，d；SGB,j为j企业单位产量的排污系数，本文采用《工业源产排污系数手册(2010修订)上册》中的排污系数[20]；C为单位换算系数。

(3)根据工业企业的等效质量限值的比例，将QMAIL分配给各工业企业，即：

Lx,j=QMAIL(EMLx,j/∑EMLx,j)

(6)

式中Lx,j为j企业的间接排放负荷限值，kg。

2 结果与分析

2.1QMAIL计算

选取的污水处理厂2010—2012年在线监测数据见表2。

表2 污水处理厂2010—2012年CODCr在线监测数据

将3年的监测数据代入式(1)，得到Rpotw为60.147%(按60%计)。

该污水处理厂每日设计流量10 000 t，GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准中CODCr排放标准限值为50 mg/L，DB/32-1072—2007《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》中城镇污水处理厂Ⅰ、Ⅱ级标准的CODCr排放限值同为50 mg/L。因此CGB取50 mg/L时，所执行的2种标准得出的QAHL数值相同，根据式(2)计算得出的QAHL即为QMAHL(1 250 kg/d)。

该污水处理厂的LUNC为0，QGA为QMAHL的10%，代入式(3)得到QMAIL为1 000 kg/d。

2.2等效质量分配比例

因该污水处理厂接纳的企业均为纺织企业，因此其污染物总量控制实际上是行业总量控制的问题。6家纳管企业3年的生产情况见图2和图3，每年工作天数见图4。选取各家纳管企业3年中产量最大的一年的产量和作为各自的Amax,j，及该年工作天数(Tx,j)代入式(4)，得到各家企业的Rx，j，结果见表3。

图2 染色棉机织物生产情况Fig.2 Annual outputs of the dyed cotton of six enterprises

图3 纱生产情况Fig.3 Annual output of the yarn of six enterprises

图4 企业年工作天数Fig.4 Annual production days of six enterprises

企业编号Rx,j∕(t∕d)染色棉机织物纱A13.333—B13.746—C19.557—D—8.793E5.3331.273F3.008—

根据《工业源产排污系数手册(2010修订)上册》[20]，纱、线(未染色)和色织棉机织物的CODCr排放系数(SGB,j)分别为1 044和16 965 g/t；取C为103；代入式(5)和式(6)，得到了等效限值比，并按比例分配QMAIL，结果见表4和图5。

由整体计算过程可以看出，在污水处理厂运行期间如果该污水处理厂接管了新建的企业，则可以按照式(4)和式(5)计算出新源等效质量限值，加入分配比例中参与污染物负荷的分配，得到新的污染物负荷分配，从而得到新源的间接排放限值。如果污水处理厂运行期间，现有企业停止接管，则将其他现有企业等效质量限值(EMLx)重新分配QMAIL，得到新的分配比例，从而得到各个纳管企业新的间接排放限值。

表4 6家纳管企业CODCr日排放等效质量限值和日排放限值

注：单位为kg/d。图5 6家纳管企业最大允许工业排放负荷分配Fig.5 Allocation of the QMAIL among six enterprises

若需要对水质提出更高要求，提高污水处理厂排放标准，则可改变式(4)中规定标准限值(CGB)，从而计算得出新标准下的QMAIL，再按照现等效质量限值分配比例重新分配新负荷值，最终得到各纳管企业在水质排放标准提高情况下新的间接排放限值。

利用该方法可以计算出间接排放企业的间接排放污染物负荷限值(表4)。根据我国现有的间接排放标准得到的浓度限值见表5。根据表5选取最为严格的200 mg/L为排污许可浓度限值。从污染物浓度和污染物负荷双方面限值，可更为科学严谨地为纳管企业制定排污许可间接排放最终限值。

表5 我国间接排放企业CODCr标准限值

3 结论

(1)借鉴美国国家污染物排放削减系统(NPDES)预处理机制，提出采用等效质量方法确定间接排放企业排污许可限值。可以准确计算各家纳管企业的等效质量限值，与我国现有排放标准浓度限值结合，可以确定各家纳管企业的污染物的排污许可限值。

(2)将提出的方法应用到常州某污水厂，从污染物浓度和污染物负荷双方面限值，得到纳管的6家企业CODCr污染物负荷限值分别为220.51、227.33、323.45、89.49、89.49和49.72kg/d；6家纳管企业CODCr的排污许可限值为200mg/L。

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[14] 常州市水利局.2015年度常州市水资源公报[EB/OL].(2016-10-26). http://www.changzhou.gov.cn/ns_news/902147744454859.

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[20] 环境保护部.工业源产排污系数手册(2010修订)上册[M].北京：环境保护部,2010:402-413. ○

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

张一帆,雷坤，邓义祥,等.应用等效质量方法确定间接排放企业的排污许可限值：以常州市为例[J].环境工程技术学报,2017,7(6):754-758.

ZHANG Y F, LEI K, DENG Y X, et al.Determination of discharge permit limits for indirect discharge enterprises with equivalent mass method: a case study in Changzhou City[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(6):754-758.

2017-05-22

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07501005)

张一帆(1993—)，男，硕士，主要从事污水处理研究，396795074@qq.com

*责任作者：雷坤(1973—)，女，研究员，博士，主要从事河口与海岸带环境规划与管理研究，leikun99@163.com

X32

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

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