国内外炼焦行业水污染排放标准比较

2022-06-01马佳莹周雪飞张亚雷褚华强

工业水处理 2022年5期

王帆，马佳莹，周雪飞，张亚雷，褚华强

（同济大学环境科学与工程学院，上海 200092）

近年来，水环境污染引起社会的广泛关注，污染物控制和管理水平对水环境保护至关重要。污染物排放标准是国家环境管理与执法的重要依据〔1〕，起直接控制污染源排放的作用。污染物排放标准由各国根据自身国情和污染物处理技术制定，且排放控制要求随着经济和技术水平的发展逐步提高。

炼焦行业废水具有化学成分复杂、水质多变和无机、有机污染物含量高等特点，是一种典型的高浓度难降解工业废水〔2〕，其处理过程需按照固定的标准体系才可以保证污水处理质量。我国现有的炼焦行业废水处理标准对于废水中某些特殊污染物的认识不足且缺少标准化处置体系，因此目前较难依靠废水处理标准的实践提升焦化废水的处理水平和效率。本研究梳理对比了美国、欧盟、日本等国家与我国炼焦行业废水的污染物排放标准，系统阐述了废水排放标准的建立体系、限值分析等。并结合我国炼焦行业现行标准体系和污染物管理水平提出了建议，以期为焦化行业废水排放标准的修订和实施工作提供参考。

1 炼焦行业水污染排放标准体系

1.1 美国炼焦行业水污染物排放标准概述

美国环保署于1974年颁布了《钢铁（I&S）废水指南和标准》（40CFR 第420 部分），建立BPT（Best Practicable Control Technology Currently Available）、BAT（Best Available Technology）、NSPS（New Source Performance Standards）和PSNS（Pretreatment Standards for New Sources），用于综合钢铁行业的基本炼钢业务，并于1976 年、1982 年、1984 年、2002 年和2005 年修订了该法规。该条例涵盖从事钢铁制造、成型和精加工（包括焦炭制造）的全部设施。I＆S法规将钢铁行业分成13 个子类别，炼焦行业为A 子部分。

美国环保署于1982 年5 月27 日在40CFR 第420部分颁布了《钢铁点源类别的废水限制指南和预处理标准》（47FR23258），并于1984 年5 月17 日修订了这些法规（49FR21024）。这些法规为炼焦、热端和精加工操作建立了限制和标准。2002 年美国环保署修订了钢铁制造废水指南中部分内容，对A 子部分（炼焦）、B 子部分（烧结）和D 子部分（炼钢）的污水排放限制指南和标准进行修订，并针对新增的M子部分（其他操作）颁布了新的污水排放限制准则和标准。本次修订还删除了有关过时操作的规定：蜂巢式焦炉、锰铁高炉和平底炉炼钢。2005 年美国环保署恢复了允许在国家污染排放消除系统（National Pollutant Discharge Elimination System，NPDES）许可证中使用替代油脂限制的规定，并更正了NSPS 生效日期中的错误〔3〕。

1.2 欧盟相关标准体系概述

1996 年9 月欧盟通过了综合污染预防与控制指令（Integrated Pollution Prevention and Control，IPPC指令）96/61/EC〔4〕。IPPC 指令先后进行了4 次修改，欧盟于2008 年1 月将96/61/EC 指令及4 个修订指令编纂成完整的2008/1/EC 指令〔5〕。2010 年11 月，欧盟将现有的7 个工业排放指令进行整合，将2008/1/EC 指令升级为欧盟工业排放指令2010/75/EU（Directive on Industrial Emissions，IED）〔6〕。IED 指令强调了BAT 在环境管理中的重要性，规定了钢铁工业的污染物排放标准。钢铁行业BAT 文件涵盖指令2010/75/EU 附件I 中指定的以下内容：活动1.3 焦炭生产活动；活动2.1 金属矿石（包括硫化矿石）的焙烧和烧结；活动2.2 生铁或钢（一次或二次熔融）的生产。欧盟委员会公布BAT 参考文件BREFs（Best Available Technique Reference documents），BREFs 包括污染物排放限值、相关技术参数及监测要求等内容，是欧盟制定许可证条件以及排放限值的基础。根据欧盟规定，各成员国在参照BAT 文件基础上，结合各国污染控制实践情况和法律规范，制定适合本国应用及发展的排放标准。

1.3 日本水污染物排放标准体系概述

日本主要依赖行政指导对污染物排放进行控制，由国家制定排放标准。日本水污染排放标准分为国家统一排放标准、追加排放标准、地方排放标准和总量控制标准4 种〔7〕。针对炼焦化学工业废水排放，日本没有制定单独排放标准，而是应用国家统一排放标准及一些特殊规定。根据日本《水污染防治法》规定，水污染物排放标准分为健康项目和生活环境项目〔8〕。国家统一排放标准在应用中不区分行业而实行统一的限值，对处理技术受限的行业则采用暂行行业排放标准，随着技术的提高逐渐转为执行统一排放标准。若在某些公共水域中实施统一排放标准不足以保护人类生活环境和健康，为维护水域环境质量，督道府县可依法制定更加严格的追加排放标准。对于某些工业集中、严重污染的水域督道府县可制定总量控制标准，总量控制标准规定了特定水域中降低污染负荷的目标负荷和实现时间。

1.4 中国炼焦行业水污染排放标准概述

国家环境保护局于1992 年颁布并实施《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456—1992）〔9〕。2012年国家颁布《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012），于同年10 月1 日开始实施。该标准以2012 年10 月1 日和2015 年1 月1 日为两个时间节点，对现有企业水污染排放浓度限值及单位产品基准排水量做出不同时间段的规定；新建企业从2012年10 月1 日起即执行现有企业第二时间段的标准。同时，对条件较特殊、生态环境敏感的特殊区域，应用水污染物特别排放限值。随着技术发展，为了加强对炼焦化学工业企业水污染物排放管理，2019 年8 月1 日生态环境部决定修改《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012），并发布修改单（征求意见稿）。2018 年12 月29 日我国制订发布《炼焦化学工业污染防治可行技术指南》（HJ 2306—2018）中介绍了废水污染防治可行技术，根据适用条件不同介绍3 种技术并说明了对应的污染物排放水平。

1987 年5 月5 日，中国台湾地区根据《水污染防治法》制定发布放流水排放标准，至今对该标准进行了18 次检讨修正。台湾地区放流水排放标准主要分为事业、污水下水道系统及建筑物污水处理设施放流水标准〔10〕，并根据不同行业差异分别制定水质项目及排放限值。标准主要包括适用范围、管制方式等共6 项内容。当地管理部门可根据管辖范围内特殊环境或者特殊水体，对排放总量（浓度）、管制项目（方式）等内容进行扩充或限制，但需上级部门进一步核定。若由于事业或污水下水道系统密集，其水质无法达到放流水标准，则采用废（污）水排放总量管制方式。炼焦相关程序属于化工业分支，污水排放适用化工业放流水水质项目及限值。

2 炼焦行业水污染排放标准限值分析

2.1 美国焦化行业废水排放标准限值

美国针对不同情况，制定了不同的炼焦制造排放标准，因为技术要求、应用对象等不同，各标准中对污染物排放要求也存在一定差异和联系。美国关于炼焦制造的排放标准有BPT、BAT、NSPS、PSES（Pretreatment Standards for Existing Sources）、PSNS和BCT（Best Conventional Technology）。

2.1.1 BPT 限值

BPT 限值基于“现有最佳工厂的平均性能水平”，要求减少污染物，并考虑现有污染者的财务能力。BPT 标准将炼焦企业分为商业焦炭厂和钢铁焦化厂，污染物排放限值见表1，这些限值代表了通过应用当前最佳可行控制技术能获得的废水削减程度。BPT 在现有企业的可负担的基础上制定排污要求，污染物排放限值较宽松。

2.1.2 BAT 限值

BAT 污水排放限制指南，表示通过应用经济上可行的最佳技术可以实现的污水削减程度，且其排放限值主要是针对有毒污染物和非常规污染物（表2）。对比表1、表2 可以看出，相比于BPT，BAT对炼焦企业的氨氮、氰化物和苯酚设定了更严格的排放要求，并增加了对苯并（a）芘和萘的限值要求。

表1 BPT 标准排放限值Table 1 BPT standard emission limits

表2 BAT 标准排放限值Table 2 BAT standard emission limits

2.1.3 NSPS 限值

对于新增焦化企业，美国环保局颁布NSPS。1992 年11 月18 日至2002 年11 月18 日新建焦化企业，须继续达到经修订的《联邦规章》第40 标题第420.14 节规定的标准〔11〕。对于有毒和非常规污染物，该标准应一直适用到40CFR122.29（d）（1）中规定的适用时间期满。2002 年11 月18 日以后开始建造的焦化企业必须满足表3 排放限值。NSPS 是经证实的最佳可行示范技术（Best Available Demonstration Technology，BADT）所能达到的最大削减，且NSPS 标准与BAT 中对氨氮、氰化物、苯酚、苯并（a）芘和萘的限值要求相同。

2.1.4 PSES 和PSNS 限值

对于间接排放的焦化企业，即处理后的污水排入公共污水处理厂（POTWs）的企业，美国环保局制定了PSES 和PSNS，具体限值见表4，其中氨气的预处理标准不适用于排放至具有硝化能力的POTW 的排放源。对比表3、表4 可知，相比于现有污染源预处理排放标准，新污染源预处理排放标准更加严格，且PSNS 与NSPS 排放限值保持统一。

表3 NSPS 标准排放限值Table 3 NSPS standard emission limits

表4 PSES/PSNS 标准排放限值Table 4 PSES/PSNS standard emission limits

2.1.5 BCT 限值

BCT（Best Conventional Technology）污水排放限值，代表通过应用最佳常规技术可获得的污水削减程度。BCT 和BPT 采用相同的方式，将企业分为商业焦炭厂和钢铁焦化厂。对于常规污染物排放限值与BPT 中要求相同，具体限值见表5。

表5 BCT 标准排放限值Table 5 BCT standard emission limits

2.2 欧盟相关标准限值

在欧盟钢铁行业BAT 文件的第9 章第4 节焦炉厂的BAT 结论中，列出某些具体污染物的排放限值（见表6），包括7 种污染物项目，该限值是基于合格随机样品或24 h 复合样品，仅涉及单个焦炉水处理厂的BAT 相关排放水平。通常情况下，焦化废水经过采用预硝化/硝化和硝化的先进生物废水处理厂处理后，废水中的氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的总量低于35 mg/L。

表6 欧盟-焦化废水排放限值Table 6 EU-coking wastewater discharge limits mg/L

2.3 日本相关标准限值

日本未对炼焦化工业单独颁布污染排放标准，而是采取国家统一排放标准，执行过程中不区分行业，应用相同的限值。标准中针对某些污染物项目，根据不同排放区域设置不同限值，海域以外的排污要求严格于海域，具体数值见表7。对不适宜实行统一有害物质排放标准的企事业单位和地方，各级政府可制定地方排放标准加以限制〔12〕。对于某些环境敏感区域，污水排放在适用统一排放标准的同时也要满足总量控制标准要求。

表7 日本有害物质统一排放标准Table 7 Unified emission standard of hazardous substances in Japan

2.4 中国相关标准限值

根据现行标准GB 16171—2012 要求，自2012年10 月1 日至2014 年底，现有企业执行现有企业水污染物排放限值。而新建企业需从2012 年10 月1日起执行新建企业水污染物排放限值，对于某些生态环境敏感区应用特别排放限值。具体排放限值要求见表8。

由表8 可知，我国排放标准根据不同污水排放方式设置不同的限值，对于不经处理直接向环境排放的污水要求更加严格。目前，我国炼焦行业废水处理主要采用生化与深度处理相结合的方式，废水中的氰类化合物和酚类化合物经生化处理后可有效削减，符合排放限值要求，而废水中的TN、COD 和BOD5等则需经深度处理才能够达到限值要求〔13〕。

表8 GB 16171—2012 中水污染物排放限值Table 8 Water pollutant emission limits in GB 16171—2012

我国发布的GB 16171—2012 修改单中提出调整多环芳烃、苯并（a）芘的排放要求，并增加对萘排放控制要求。具体修改内容见表9，对于新增修改的污染物项目限值不区分直接排放与间接排放，应用同一限值；根据废水采取的不同处理方式，设定不同限值。

表9 GB 16171—2012 中水污染物排放限值新增修改Table 9 Addition and modification of water pollutant emission limits in GB 16171—2012

中国台湾地区焦化污水排放适用化工业放流水水质项目及限值。总共包含54 个水质项目，部分项目限值见表10。其中水温根据是否直接排入海洋设有不同限值；部分水质项目根据工程建造时间及每日排水量大小设定不同限值；对于氨氮，排入自来水水质水量保护区内的废水需＜10 mg/L，对于排入区外者，根据是否为高含氮化工业设置不同限值，放流水标准中将炼焦化工业归为高含氮化工业，排放应满足＜150 mg/L，从2018 年12 月31 日起排污满足＜60 mg/L。

表10 化工业放流水水质项目及限值Table 10 Discharge limits of water pollutants in chemical industry

3 启示与借鉴

3.1 国内外排放标准制定的流程和体系

《钢铁（I & S）废水指南和标准》自1974 年颁布以来经历了5 次修改，美国环保局根据实际情况的变化，及时更改标准，调整标准限值，利于焦化行业污染治理。从对美国相关标准的研究可以看出，美国针对不同处理过程适用不同的排放标准，科学性更强。我国《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）只根据新建企业、现有企业和特殊环境保护地区区分了废水排放标准，没有考虑其与处理工艺的关系。在标准更新和改进过程中，可以参考美国相关标准的制定。

目前我国已开展BAT 的编制工作，对典型行业污染防治BAT 进行筛选和评估，以供企业在污水处理实践过程中参照，使企业在选择污染防治技术上更加合理化。但由于行业及企业技术水平存在较大差异，BAT 筛选与评估过程复杂程度高〔14〕；基础数据不足导致BAT 筛选与评估的科学性与可靠性较差；受经济水平限制，一些中小企业不能负担一些先进的处理技术，对比一些发达国家，BAT 筛选技术水平相对落后。BAT 制定可借鉴欧盟经验，为发挥BAT 对我国污染防治的技术支撑作用，需建立与BAT 实施相配套的相关政策和法律法规。基于行业和环境等问题建立技术信息交流平台，建立BAT 技术专家工作组和环境技术验证评估机制，保证BAT筛选和评估的全面性、科学性和连续性，促进创新技术发展。

3.2 国内外排放标准的限值差异

根据各个国家相关排放标准限值对比分析可知，美国与欧盟关于焦化废水排放标准限值较中国严格，我国仍需提高污水处理技术，以达到更高标准。我国在修订相关标准时可进行参考。

日本相关排放限值较中国宽松，但从有害物质控制指标看日本水污染排放标准是由国家制定统一的排放标准，控制指标最完整。我国台湾地区采用化工行业整体标准，涉及到的有害物质控制指标也较为全面，且针对具体行业特征进行细分，标准制定具有很强的科学性。

考虑炼焦行业废水特性的变化及相关处理技术的提高，应定期统计相关数据，及时更新行业特征污染控制项目的限值，关注新兴污染。强化与其他相关应用标准对接，建立协调高效标准体系，避免标准限值应用的冲突。

3.3 国内外排放标准的具体实施方式

有效的法律制度是日本标准得以实施的保障，日本水污染物排放标准主要由国家采取行政指导得以实施，各级地方政府对标准实施过程具有重要作用。在实施污染物控制标准过程中，各级地方政府根据当地环境的需要制定并实施更严格的地方标准，保证了标准实施的灵活性。

我国《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）中说明地方可根据情况设定更加严格的标准，据调查河北、山西、河南等地颁布了更加严格的地方污染排放标准，但对于焦化废水排放标准各地并没有涉及。我国台湾地区各区执行情况较好，各地区根据区域情况，积极调整相关标准以更好地进行环境保护。我国各地政府应根据地区、流域的水污染特征，在广泛调研的基础上制定更加严格的标准。