火电行业废水排放绩效评估

竹 涛，袁前程，金鑫睿，叶泽甫，侯益铭

(1. 中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083；2. 山西格盟中英清洁能源研发中心有限公司，山西 太原 030031；3. 格盟国际能源有限公司，山西 太原 030031)

0 引 言

根据国办发《控制污染物排放许可制实施方案》要求，率先对火电、造纸行业企业核发排污许可证，2020年全国基本完成排污许可证核发，实现对所有固定污染源全覆盖。火电行业是我国国民支柱产业和用水大户，在火力发电占比高达70%的情况下，水作为重要资源，排放废水情况不容忽视[1]。本文主要依据2015年全国各省环境统计数据进行分析，由于自2008年火电逐渐进入成熟期后，国家陆续出台政策控制火电发展规模，火电装机容量和废水排放情况趋于稳定，与2019年各地区的数据总体水平无显著差异，即采用2015年的数据获得的结论适用于2019年的情况。根据调查数据，与其他工业相比，火电行业的废水大致有以下特点：水质水量差异很大，污染成分以无机物为主，有机污染物主要是油，且间断性排水较多[2]。

排污权交易制度作为一种以发挥市场机制作用为特点的新型环境经济政策，可有效控制环境污染，起到节省治理费用、保护环境质量的作用[3]，是我国较早实施的环境保护制度，实施已有20余年，但自从2007年《水污染物排放许可证管理暂行办法》废止后一直未出台新的管理法规。从整体来看，无法有效保证点源的“连续达标排放”，形式过于简单。发达国家中的代表美国的水排污许可证制度发展至今，其覆盖范围和内容不断规范和细化，从控制水污染的角度看已经十分合理和成熟，与之相比我国排污许可证制度创新相对较缓慢，还存在较大差距。1990年迄今，国内学者对排污许可证制度的研究主要关于框架式，而目前围绕排污权交易讨论较多[3]。但目前国内对排污许可证制度的地位和性质认识上仍存在较大局限，规范性研究不多，如普遍认为排污许可证制度是以总量控制为目标的污染物授权排放制度，鲜见对排污许可证制度内容框架规范、全面、系统的研究。

该制度在我国还存在许多亟待解决的问题：① 相关立法不健全，缺乏完善的法律体系来保障排污权交易的实施；② 难以实现排污量和交易量的准确预测，因为我国对企业的排污检测还不到位，排污指标也没有完全建立起来，更没有建立起配套的监测机制[4]；③ 实施困难很大，排污权的交易费用偏高，实施程序复杂，操作难度大[5]；④ 政府监管不力，监管指标量化不准确，造成企业随意排污；⑤ 地方保护主义严重，政府过多干预影响了排污权交易的公平、公正、公开进行。因此建立火电废水排污权交易市场困难重重。

为更好地开展排污许可制度，并基于火电行业的水污染物排放绩效进行排污权交易可行性研究，本文旨在探究我国火电行业水区域性及其水污染因子特征，梳理各地区火电废水排放绩效水平(废水排放绩效=废水排放量/火电发电量)，各地区可根据绩效核算结果对自身在火电行业的水资源使用及排放方面的问题制定针对性政策，为其排污许可制度的进一步实施提供基础支持。

1 火电行业排污许可证核发与废水排放特征

1.1 排污许可证核发情况

根据全国排污许可管理信息平台数据，截至2018年7月，全国火电行业共发放1 958张(不包含自备电厂)排污许可证，其中包括1 923个火力发电企业(D4411)，35张热电联产企业(D4412)。范围是执行GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》的火电机组所在企业，以及仅包括执行GB 13223—2011标准的设施且有自备电厂的企业。火电企业排污许可证空间分布数据见表1。

表1 火电企业排污许可证空间分布数据

由表1可知，排污许可填报火电行业企业最多的省份为山东省，为329家，占全国发证企业个数的16.80%。在已核发排污许可证的所有企业中，进行污水排放所执行的污水排放标准主要分为3种类型，其中执行《污水综合排放标准》的火电企业数量最多，达到1 442家，一定程度上反映了现阶段我国针对火电行业并没有针对性的行业废水排放标准。

1.2 火电行业区域性废水特征

目前我国火电行业发电技术已达到成熟阶段，各省市火电企业之间厂内水资源使用情况具有明显区域性特征，根据地区水资源情况(港澳台地区相关数据难以收集，故排除在本次调研之外)[6]，选择具有区域代表性的省份中部分火电厂，分析其废水现状。

本文选取山东(水资源缺乏地区)和广东(水资源丰富地区)，后续将其他省份数据(数据来源于生态环境部的2015年全国各省市火电企业污染排放及处理利用情况表)与代表性区域进行对比分析，以期总结出火电行业排污许可制度中水资源控制管理的一般规律[7]。

首先需明确火电企业相关用水指标，火力发电厂运行时,需大量冷却水来冷却机组，冷却方式的差异决定了火电厂冷却水量的不同，对于直流冷却系统，取水和排水之间的差异被视为耗水量[8]。根据现有冷却水技术，使用3个指标确定企业的冷却技术，分别为：工业用水量W1(吨)，取水量W2(吨)，重复用水量W3(吨)[9]。根据不同情况进行分类：直流冷却，W1=W2；循环冷却，W3/W1>W2/W1；联合冷却，W3/W1

1.2.1水资源缺乏代表性地区水污染因子特征

华东地区(山东)：山东省属于黄河流域、淮河流域、海河流域，水资源总量仅占全国的1.09%，人均水资源占有量仅为全国平均水平的14.9%，为世界人均占有量的4%，位居全国各省(市、自治区)倒数第3位，远小于国际公认的维持一个地区经济社会发展所必需临界水资源值，属于严重缺水地区。2015年环境统计数据完整的火电企业有270家，其中使用直流冷却的企业27家，占比10%；循环冷却98家，占比36.3%；联合冷却145家，占比53.7%。主要以联合冷却方式为主，直流冷却较少，但作为水资源缺乏的地区，必须进一步减少直流冷却技术的使用，向再循环和干式冷却技术发展，尽管再循环系统比单程冷却系统消耗更多的水，但火电厂冷却法规促进了冷却水从单程技术到其他类型的冷却技术的转变[11]。根据山东近海的特点可通过提高发电效率或使用非淡水资源来减少热电的淡水消耗，对于经济及设备的要求会更高。废水排入城市污水处理厂的79家，占比29.3%；直接进入江河湖、库等水环境的191家，占比70.7%。

本次调研中，通过筛选统计了发电机组规模相当火电企业的水污染因子处理效率，山东地区部分火电企业4种特征水污染因子的产生量与排放量如图1所示。

图1 山东地区部分火电企业特征水污染因子的产生量与排放量

由图1可知，山东地区火电企业废水产生及排放中化学需氧量占比最大，氨氮和总氮相差不大，总磷排放量最少。

2018年，空调在库存周期及景气周期的双重压力下，增长放缓趋势日益明显。从第二季度开始，补库存周期结束，市场销售就落入负增长区间。而在叠加地产不景气后，空调增长压力在第四季度凸显，并将至少持续到2019年第一季度。

计算水污染因子的处理效率，计算公式为：(产生量-排放量)/产生量×100%，结果如图2所示。化学需氧量地区平均处理效率为49%，氨氮地区平均处理效率为52.4%，总氮地区平均处理效率为37.8%，总磷地区平均处理效率为34%。其中废水直接排入环境的比例较大，故导致处理效率计算结果接近0，即该火电企业在自行废水处理设备上无投入或投入较少。需对直排的废水加强监测，各水污染物处理效率总体水平不高，最高化学需氧量处理效率不到50%，应加大废水治理设施运行费用投入，改进废水处理技术[12]。

1.2.2水资源丰富代表性地区水污染因子特征

华南地区(广东)：广东水资源丰富，年降水总量和河川径流总量位于全国前列，可供开采的人均水资源占有量远高于中国平均水平，2015年环境统计数据完整的火电企业共有74家，其中使用直流冷却的企业17家，占比23%；循环冷却26家，占比35.1%；联合冷却31家，占比41.9%。可以看出，水资源更加丰富的广东省使用直流冷却技术的企业占比更大，大部分企业采用联合冷却的方式，冷却水技术水平较高，其水资源时空分布不均的特点可推动水污染物排污权交易的实施，广东省是适合全国进行试点建立水污染物排污权交易地区。废水排入城市污水处理厂的14家，占比18.9%；直接进入江河湖、库等水环境的60家，占比81.1%。广东地区部分火电企业4种主要水污染因子的产生量与排放量如图3所示。

由图3可知，广东地区火电企业废水排放中量化学需氧量最大，氨氮和总氮排放量基本相同，推测检测过程中，氨氮与总氮使用同一个检测指标。水污染因子的处理效率计算公式为：(产生量-排放量)/产生量×100%，结果如图4所示。

由图4可知，化学需氧量地区平均处理效率为43.4%，氨氮地区平均处理效率为53.9%，总氮地区平均处理效率为53.5%，总磷地区平均处理效率为64.2%。大部分火电企业的4种水污染因子处理效率趋势相同。广东省各水污染物处理效率总体水平相比山东省较好，氨氮、总氮、总磷处理效率均达到50%以上，推测是由于废水治理资金大量投入，提高了水污染因子的处理效率，但还需减少直接排入自然环境的废水量。

图2 山东地区部分火电企业特征水污染因子的处理效率

图3 广东地区部分火电企业主要水污染因子的产生量与排放量

图4 广东地区部分火电企业主要水污染因子的处理效率

2 全国火电行业废水绩效评估

2.1 废水排放总量绩效核算

2015年全国各省环统数据显示，火电废水排放量与废水排放总量趋势大致相同[13]，具体见表2。其中火电废水占比最高接近地区废水排放总量的20%。

表2 全国各省火电行业废水排放量(包含自备电厂)

2.2 主要水污染因子排放绩效核算

对2015年全国环统数据中化学需氧量及氨氮实际排放浓度进行样本分析，根据全国各省及自治区火电行业企业数量不同，相应抽取一定数量样本，得出全国火电第二类水污染分因子实际排放浓度。

表3 全国各省火电废水绩效水平

通过计算得出2015年全国各省火电废水排放绩效，结合第二类水污染因子实际排放浓度可计算得出相应的水污染物排放绩效，计算结果见表4，计算公式如下：

YCOD=YCCOD

YNH3-N=YCNH3-N

YTN=YCTN

YTP=YCTP

式中，YCOD为化学需氧量实际排放绩效；Y为火电废水排放绩效；CCOD为化学需氧量实际排放浓度；YNH3-N为氨氮实际排放绩效；CNH3-N为氨氮实际排放浓度；YTN为总氮实际排放绩效；CTN为总氮实际排放浓度；YTP为总磷实际排放绩效；CTP为总磷实际排放浓度。

由表4可知，现阶段全国火电行业废水中的污染因子排放情况有明显的地域性差异，由所在区域的水文条件、发电效率以及冷却方式决定，所以在废水排放上提升管理水平，因地制宜地制定对应的政策，提高发电效率，使用合适的冷却方式，使火力发电厂减少淡水消耗。如沿海地区可使用非淡水如盐水、微咸水和再生水，内陆地区可出台限制使用直流冷却技术的法规，冷却技术逐渐转向再循环技术[14]。干式冷却也可以替代传统的冷却技术，但可能存在经济和操作问题。

表4 2015年全国火电行业第二类水污染因子排放绩效

电力作为火电企业的主要产品，在生产过程中大量水资源的使用和排放不可避免，因此探究发电量与废水及主要水污染物的关系，可为其排污许可制度的实施提供支持。本文根据收集整理的全国火电废水排放量和水污染物(第二类水污染因子)排放浓度数据，结合各地区发电量进行绩效核算，各地区可根据绩效核算结果对自身在火电行业的水资源使用及排放方面的问题制定针对性政策。

3 结语与展望

任何生产活动或消费活动中都不可能实现“零污染”，允许一定量的污水排放合情合理[15]。火电企业以电力为产品，水资源为生产消耗品，排放总量控制应基于废水的排放绩效。

1)废水排放绩效评估及区域性特征研究目的是探究电力与废水排放之间联系。得出与所在区域的水文条件、发电效率以及冷却方式有关，水资源缺乏地区废水处理水平低于水资源丰富地区，会导致不良用水情况加剧，可制定出对应的废水治理政策，在排污权交易与废水处理设备资金投入上寻找平衡点。

2)总结现阶段排污权交易存在的阻碍：① 火电行业的水污染物不受重视，导致排放量统计不够准确，为政策制定带来困难；② 互联网实时监测平台未建立，无法实时监测火电企业排放水质水量，采取污染源头追查方法，督促不达标企业整改，考虑优先通过排污权交易来推动水污染物的减排[16]。

3)废水排放绩效显示各地区情况相差较大，全国平均水平为13.49 t/万kWh，最小值为贵州0.47 t/万kWh，最大值为西藏189.37 t/万kWh。考虑到流域是废水排放的主要去向，以流域划分为基础，将各企业划分至相应流域，通过核算流域环境容量来控制企业的废水排放总量，针对其流域中火电企业的用水全过程污染物排放限制的规定，确定排污权交易的空间。政府机构向绩效较高企业提出总量削减要求，绩效较低企业给予排污权交易优惠政策，使行业内形成自主性节能减排状态，构建排污权交易市场良性框架[17]。