1 引言(Introduction)

排污许可限值核定是排污许可证管理的一项重要技术(Wang, 2008).目前我国排污许可证的管理仍以地方为主, 尚未形成系统性、全国性的技术指导方法, 各地排污许可限值指标差别较大(苏丹等, 2014).如《甘肃省排污许可证管理办法》只要求许可证正本对主要污染物的种类、总量指标进行规定(甘肃省人民政府, 2013), 而《广东省排污许可证管理办法》中明确规定正本要对排放污染物的种类、浓度限值和排放主要污染物的总量限值做出说明(广东省人民政府, 2014).目前, 水污染排污许可证的控制、监管指标较少, 排污单位的控制指标以COD、NH₄⁺-N为主, 对二者进行总量控制和浓度限制.对其它一些有机物、重金属等污染物, 仅有很少一部分企业具备相应的浓度限值的规定, 限值的制定主要参照行业污染物排放标准.

基于技术的排放限值旨在依据目前污染治理的技术水平, 允许排污者采用任何可行的治污技术, 核定工业污染源处理要求的最低标准(Wayland-Eheartet al., 1987；Dawn et al., 2009).美国的排放限值指南中对不同行业和子行业类别等做出相应的排放限值, 这些限值是依据某行业通过应用处理技术所能达到的污染物削减程度而设定的.美国排放限值导则的制定是评估最佳污染控制技术, 考虑经济成本和污染物削减带来的收益, 考察大量生产排污企业而得出(宋国君等, 2014；U.S.EPA, 2016).欧盟与美国类似, 给出了制定许可限值的最佳可行技术参考文件, 同时指出应用规定的技术可以达到的排放值和去除效率.目前国内没有类似于美国排放限值指南的详尽的技术支持文件, 仅有部分行业的排放标准和污染防治可行技术指南(或最佳可行技术指南).从污染源排放标准来看, 通常只规定企业排放的主要污染物的浓度排放限值和企业生产的单位产品基准排水量.而最佳可行技术指南只对污染防治技术及能达到的污染物削减程度等作出说明.因此, 本文在借鉴国外先进经验的基础上, 开展符合我国国情的基于技术的排污许可限值核定技术方法研究, 以建立一套符合国内发展的排污许可限值确定的技术流程, 从而为全国众多排放水污染物的企业的排污许可限值的确定提供借鉴.

2 资料和方法(Materials and methods) 2.1 基本框架

最新发布的《排污许可证管理暂行办法》规定, 排污许可证上需载明最大浓度限值、年排放量限值和日最大排放量限值.我国当前排污许可限值的核定方法, 一是按照现状排放量, 根据环境保护主管部门提供的各类统计数据, 核定现状排放量, 结合削减技术, 给定排污许可限值；二是按照目标总量进行给定, 由环保部门制定目标总量, 之后分配给各单位, 进行排污许可限值的给定(夏青等, 1990)；三是按照环境影响评价、三同时验收时的量值给定, 工厂企业在运行之前一般都会进行环境影响评价, 参考环评中的量值进行排污许可限值的给定；四是按照排放标准给定, 国家对很多行业都制订了排放标准, 排放标准对排放浓度做出了规定(赵若楠等, 2015).排放总量的确定主要采用前3种方法, 而浓度限值的确定主要参照排放标准进行制定.

美国排污许可证制度的限值类型分为以技术为基础的排放标准限值和以水质为基础的排放总量限值(宋国君等, 2006; U.S.EPA, 2010).其中，基于技术的排放限值主要参照国家排放限值指南制定.美国在《NPDES许可证编写者指南》中明确了确定排污许可限值的几个步骤：调查申请企业情况并确定企业所适合的行业和子行业, 然后对应到适用的排放限值指南, 而后考虑多重限值需求, 如企业是否增减产, 有无排污处理设施的改变计划等, 最后计算确定限值(U.S.EPA, 2004).本研究在美国基于技术的排污许可限值核定技术的基础上, 结合我国生产发展现状, 制定如图 1所示的基于技术的排污许可限值计算流程.

2.2 行业分类

我国的行业种类众多, 对某个行业最适合的处理技术并不一定适用于其他行业.因此, 我国针对不同的行业类别, 分别制定不同的污染物排放标准和最佳可行性技术指南.其中, 不同行业的排放标准有60多个, 不同行业的最佳可行性技术指南有近30个.排放标准直接指定企业的污水排放限值浓度, 不考虑受纳水体和企业自身情况.最佳可行性技术指南根据不同需求设计不同处理水平的污水处理工艺, 以及经过这些工艺处理后, 所能达到的污染物削减百分比或者污染物出水浓度.现阶段基于技术的排污许可限值的确定主要参照上述标准和技术指南.为了恰当使用这些标准和技术指南, 许可证编写者必须首先确定申请企业所属的行业类别.若根据地方规定实行地方污水排放标准的, 则需按照地方标准的规定来执行.

2.3 数据审核与分析

排污许可证发放工作开展的前期需要进行相关数据的收集, 以对企业进行深入了解, 为计算限值做准备.在铁岭地区所能获取的主要数据来源是环评数据、企业调查表数据、环统数据和污染排放监测数据等(薛鹏丽等, 2015).

环评数据是指环评报告中关于生产和排污的数据, 其中, 排污数据是对未来企业生产排污情况的预估, 与企业现在生产排污情况相比一般偏小.环评报告书一般代表报告书撰写时期, 企业的最佳处理排放水平(李想等, 2012).环统数据和监测数据是常规的环境统计方式, 统计周期固定, 采用自下而上、层层上报的方式进行数据汇总(孙娟等, 2009).环统数据是将众多企业汇集在一起, 进行行业总结、归纳、比较的有效方式.环统数据涉及了“企业所在地经纬度、组织机构代码、工业总产值、主要产品生产情况、能源使用情况、污染物产生量、污染物排放量、环境管理情况等”在内的约700个指标, 涵盖了现有常规污染指标及相关联信息(林志凌等, 2014).在线监测数据是对企业排污情况进行实时、动态监测的数据, 是准确性较高、具有说服力的数据.数据在使用前, 需按照《水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范(试行)(HJ/T356-2007)》的规定, 对无效数据进行剔除.

在获取这些数据之后, 要有针对性地选取代表性企业进行企业实地考察, 着重考察企业的生产工艺和污水处理工艺.排污口现场采样是针对需要监管的项目进行水质分析, 若水质超标严重, 提出可行的处理工艺改进措施.

2.4 数据汇总和限值计算 2.4.1 污染物指标的确定

污染物指标的确定主要参照《水污染物排放总量监测技术规范(HJ/T 92-2002)》(以下简称“规范”)中的水污染物排放总量监测项目确定监管指标.规范中明确规定了总量监测的必测项目和选测项目.由此作为参照, 将监测项目作为监管指标, 排污许可证制定的总量限值由总量监测来监督执行.一般来说, 规范中的必测项目是必须监管指标, 选测项目根据实际监管需求决定是否需要监管.同时可参考相应的行业排放标准, 对指标进行补充或删除.各污染物指标均需进行浓度限值的核定.现阶段各企业的排污许可证主要以COD和氨氮为主要监管指标, 由于COD和氨氮是国家污染减排控制指标, 因此, 二者必须制定总量限值.此外, 还需根据行业特征, 选定其他需要核定总量限值的项目.

2.4.2 限值的确定

浓度限值的确定：现阶段的浓度限值只有最大浓度限值一种类型.浓度限值的确定主要依据排放标准, 排放标准对污染物限值的规定通过许可证得以体现(赵若楠等, 2014).排放标准大多针对两种不同的排污去向, 排入污水处理厂或处理后直排, 制定两种不同的最大浓度限值.一般情况下, 有地方污水综合排放标准的优先执行地方标准, 没有地方标准的执行行业排放标准或国家污水综合排放标准.

排放量限值的确定：排放量限值类型包括日最大排放量限值和年排放量限值两种.排放量限值的确定要在各类数据，如企业的生产周期、日排水量、年排水量、各污染物排放浓度的变化范围、行业排放标准浓度限值、主要的污染处理措施等的基础上综合分析确定.在企业以往排污数据不达标的情况下, 直接取最大浓度限值与年排水量乘积作为年排放量限值.在企业排污基本达标的情况下, 若直接取最大浓度限值与年排水量的乘积作为年排放量限值, 则不利于实现污染减排和水质改善, 因此, 采用所有监测数据的平均值作为计算依据.年排放量限值计算公式如下：

(1)

(2)

式中, L_y为年排放量限值(t), T为年排水量(m³), C为长期平均浓度(mg·L^-1), X_i为第i天COD的监测值(mg·L^-1), n为监测值个数.

年排水量一般可从环评报告中获取, 但若无法获取, 或者环评数据与排放现状相差较大, 需从其他途径获取, 如日排水量及生产周期.也可在得知企业各产品年产量的前提下, 根据排放标准中单位产品基准排水量计算年排水量, 具体见式(3).

(3)

式中, S为单位产品基准排水量(m³·t^-1), P为产品年产量(t).

根据最新发布的《排污许可证管理暂行办法》, 除了年排放量限值外, 还需确定污染物的日最大排放限值.在已知年排放量限值的基础上, 可根据企业日排放量波动性, 建立日排放量与年排放量日均值的比例系数, 利用该系数将年排放量限值转化为日最大排放量限值(式(4)).

(4)

式中, L_d为日最大排放量限值(kg)；β为日最大排放量限值与年排放量限值日均值的比例系数, 无量纲, β的确定方法参照美国NPDES方法和前人研究(王淑一等, 2016), 具体见式(5)~(7).

(5)

(6)

(7)

式中, CV为变异系数, 可衡量样本的变化程度；σ用来估计样本的变化差异状况.

3 案例描述及数据处理(Case description and data processing) 3.1 铁岭市情况简介

铁岭市地处辽宁省北部, 松辽平原中段, 是辽宁省14个省辖地级市之一, 沈阳经济区副中心城市, 地处东经123°27′~125°06′, 北纬41°59′~43°29′.2013年, 铁岭市总人口为301.9万人, 地区生产总值为1031.3亿元.规模以上工业企业总数为1301个, 其中, 有“三废”排放的环境重点监察企业270个.2014年, 工业源废水排放量为1168.1万t, 工业源COD排放量0.16万t, 氨氮排放量0.01万t (铁岭市水利局, 2014).

3.2 企业排污许可限值计算示例 3.2.1 铁岭行业分类与示例行业企业选取

铁岭市需要发放排污许可证的260多家企业涉及了电力、热力生产和供应业、水的生产和供应业、煤炭开采和洗选业、农副食品加工业等20个大类, 火力发电、热力生产和供应、水污染治理、危险废物治理、烟煤和无烟煤开采洗选、牲畜屠宰、禽类屠宰等40多个小类, 其中，企业数目在5个及以上的有12个大类，具体见表 1.化学合成制药、炼钢、燃煤电厂、医疗废物、城镇污水处理厂行业能等找到适用的最佳可行性技术指南.

铁岭市是畜牧产业大市, 2014年全市畜牧业产值居全省第2位, 占全省畜牧业产值的15%(胡熙雯, 2015).铁岭养殖业发达, 屠宰企业众多, 因此, 选取肉类屠宰加工行业作为研究行业, 选取某禽类屠宰企业进行示例研究.对应的行业排放标准为《肉类加工工业水污染物排放标准》, 无相应的最佳可行性技术指南.

3.2.2 数据来源及审核

本方案收集的数据主要是某企业各类与工业生产和污染排放相关的数据, 主要收集在线监测数据、环评报告数据、环统数据等.环评报告表是2004年企业搬迁到新厂区时, 由铁岭市环境保护科学研究所撰写的, 执行标准是《肉类加工工业水污染物排放标准》一级标准, 浓度限值为70 mg·L^-1, 因此, 环评报告表中预计的各项污染物浓度及年排放总量与现状相比较高, 所以，污染物排放浓度及年排放量等数据已失效, 无参考意义.环统数据是由铁岭市污染源普查小组到各排污单位调查统计而成, 2013年环统数据共有涉及行政区划代码、组织机构代码等在内的170个项目, 包含269家排污单位.参照环统数据，该企业年屠宰肉食鸡约1.5万t, 年废水排放量约11.37万t, 直接排入河流，其中，COD年排放量约115.7 t, 氨氮年排放量约11 t, 与在线监测数据和企业调查表数相差太大, 数据弃用.在线监测数据是从铁岭市环境保护监测站获取，铁岭市重点监控污染源均安装在线监测系统, 由环境保护监测站实行后台管理.在线监测数据为2014年的全年数据, 共包括COD值、COD累计值、氨氮浓度和氨氮累计值等6个监测项目, 每1 h监测1次, 1 d有24个数据.由全年COD值和氨氮浓度可以计算COD平均值和氨氮平均浓度，将全年的COD累计值和氨氮累计值分别累计相加, 计算得到COD年排放量和氨氮年排放量.企业调查表是由环保局提供表格模板, 排污单位根据生产排污情况自行填报获取的, 共包括单位基本情况、工艺流程情况、生产运行台账等8方面内容, 填报的内容是2014年企业的生产排污情况.通过企业调查表可以获取排污单位年屠宰肉食鸡量、年废水排放量、污染物平均浓度和年排放量，具体数据见表 2.

现场调查企业的废水处理工艺流程如图 2所示.现行处理工艺基本满足处理需求, 进水COD为1470 mg·L^-1, 出水为41.9 mg·L^-1, 进水氨氮浓度31.7 mg·L^-1, 出水为1.8 mg·L^-1, 进水悬浮物为274 mg·L^-1, 出水为16 mg·L^-1, 进水动植物油浓度为7.46 mg·L^-1, 出水为0.23 mg·L^-1.出水COD、氨氮等各指标在运行正常情况下均能达标, 因此, 对处理工艺不做修正(李敬存等, 2004).

3.2.3 污染物指标确定和限值计算

污染物指标的确定：根据《水污染排放总量监测技术规范》, 屠宰及肉类加工的必测项目为COD、石油类、动植物油和氨氮, 选测项目为悬浮物、BOD₅、总氮和总磷.依据《肉类加工工业水污染物排放标准》, 污染物项目有悬浮物、BOD₅、COD、动植物油、氨氮等7个项目.最终决定选取石油类、COD、动植物油、氨氮、悬浮物作为排污许可证监管指标, 其中, COD和氨氮进行浓度和总量控制, 石油类、悬浮物和动植物油进行浓度控制.COD和氨氮的监测数据等各类数据较为齐全, 而石油类、悬浮物和动植物油的数据比较缺乏, 因此, 在进行排污许可限值核算之前要进行石油类和动植物油浓度的补测.在此选取COD举例进行计算.

浓度限值计算：肉类屠宰加工行业执行的行业排放标准是《肉类加工工业水污染物排放标准》, 参照《肉类加工工业水污染物排放标准》, 排入辽河Ⅲ类水域的废水执行一级标准, COD限值为70 mg·L^-1.根据《辽宁省污水综合排放标准》, 直接排放到水体的COD最高允许排放值为50 mg·L^-1.根据在线监测数据, COD长期平均值为25 mg·L^-1, 最大为100 mg·L^-1, 24 h变化情况见图 3, 基本满足《辽宁省污水综合排放标准》的限值, 但仍存在超标行为.因此, 将企业日最大限值定为50 mg·L^-1, 也就是企业现在所执行的排放标准.

排放量限值计算：根据在线监测数据, COD年排放量约9.0 t; 根据企业调查表数据, COD年排放量约6.1 t; 根据《辽宁省水综合排放标准》, 最高允许排水量为10 m³·t^-1活重或原料肉, 根据式(3)计算得, 年排水量为15万t, 依据式(1)进行计算, 年排放量限值为3.8 t.对比3种途径获得的排放量限值, 最后取中间值, 为6.1 t.

依据在线监测中的COD日排放量, 根据式(5)~(7), 进行COD日最大排放量限值的计算, CV值为0.71, σ值为0.64, β值为2.3.根据《排污许可证管理暂行办法》, 排污单位的日最大排放量限值, 原则上不得超过正常工况下年排放量限值日均值的2倍, 因此, β取2.0.根据式(4), 计算得L_d为33.4 kg.

4 结果与讨论(Results and discussion)

本研究在对我国限值核定技术现状进行研究的前提下, 结合国内外排污许可限值核定的最新技术进展, 提出适合国内管理需求的基于技术的排污许可限值核定技术, 包括：① 行业分类：识别企业所属的行业分类, 找出企业所适用的排放标准和最佳可行技术指南；② 数据调查：将获取的环评数据、企业调查表数据、环统数据和污染排放监测等数据进行筛选, 找出其中可以应用的数据；③ 实地考察：对工厂的污染处理工艺、方法等进行评价及改进, 对缺失数据进行取样、补测；④ 汇总计算：将监测数据计算、环评报告获取、排放标准计算等多种途径获取的限值进行比较, 从中选择最合适的一种, 作为企业的管理和执法依据.

根据企业在线监测数据, 研究企业污染源排放波动规律并确定排污许可限值, 能够比较精确地反映企业的实际排放情况, 但该方法对监测数据等的依赖性较大.由于现在对企业排污的监测监察并没有严格的规定, 导致很多企业并没有系统的监测数据, 同时一些企业申报数据的准确性存在一定的问题.如果要确保企业严格按照排污量进行申报, 一方面必须说明许可限值的意义, 同时与排污收费和排污权交易等挂钩, 才能避免企业故意夸大或者隐瞒申请量的问题.企业有重要改扩建而导致企业生产规模和污染物排放量变化时, 需及时更换排污许可证.

单一采用现状排放量、目标总量或者环境影响评价进行排放量的确定, 总会存在这样那样的问题, 或者不利于污染物处理技术的改进, 或者没有充分考虑排污单位的排污现状, 或者没有考虑排污单位近年的发展情况等等.本研究为排污许可限值的确定制定一种合理的流程方法, 并综合比较这几类确定方法的优缺点和限值大小而确定排污许可限值, 考虑更为全面, 在实际工作中也更容易推广.本研究选取铁岭市某禽类屠宰企业进行了排污许可限值计算示例分析, 对同一行业的禽类屠宰企业也可按照这样的思路进行计算.对其他行业, 则需要按照行业分类, 查找是否有最佳可行性技术指南等资料, 并与现有方法进行深入比较, 选取最恰当的方法进行限值的计算.