太湖流域工业点源排污许可管理技术集成与应用研究

国晓春 韩镇阳 卢少勇 郑丙辉 田泽斌

摘要： 梳理了國内外排污许可制度的发展历程， 分析总结了国家水体污染控制与治理科技重大专项（简称“水专项”）实施初期太湖流域排污许可管理体系存在的问题和科技需求. 根据对“十一五”、“十二五”水专项太湖技术成果的梳理总结， 从控制单元划分、控制单元污染负荷核定、控制单元水环境容量核算、重点行业水污染控制与治理技术评估、排污许可量分配和证后动态监管角度集成形成工业点源排污许可管理成套技术. 同时阐释了成套技术在太湖流域的应用成效， 以期为太湖流域排污许可管理制度的实施提供经验和借鉴.

关键词： 水专项； 太湖流域； 控制单元； 排污许可量分配； 排污许可管理； 技术集成应用

中图分类号： X524 文献标志码： A DOI：10.3969/j.issn.1000-5641. 2021.04.005

Research on the integration and application of industrial point source emission permit management technology in Taihu Basin

GUO Xiaochun1，2，3，4， HAN Zhenyang1，2，3，4， LU Shaoyong1，2，3，4， ZHENG Binghui1，2，3，4， TIAN Zebin1，2，3，4

（1. National Engineering Laboratory for Lake Pollution Control and Ecological Restoration， Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China； 2. Environmental Protection Scientific Observation and Research Station for Lake Dongtinghu （SEPSORSLD）， Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China； 3. Key Laboratory of Environmental Protection Agency for Lake Pollution Control， Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China； 4. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment， Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China）

Abstract： In this paper， we provide an overview of the development of emission permit systems domestically and globally， and analyze the problems and technology requirements for an emission permit management system at the initial stage of the National Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment （referred to hereinafter as the “Water Program”） in the Taihu Basin.Based on a summary of technical achievements from the 11th and 12th Five-Year Plans for the Taihu Basin Water Program， a comprehensive set of industrial point source emission permit management technology methods was developed for unit division， control unit pollution load verification， control unit water environmental capacity calculation， assessment of water pollution control and management for key industries， allocation of emission permits， and dynamic monitoring. Furthermore， the effects of implementing a complete set of technologies in Taihu Lake Basin were explored and will serve as a reference for the implementation of a pollution permit management system.

Keywords： water program； Taihu Basin； control unit； emission permit allocation； emission permit management； technology integration and application

0 引 言

排污许可管理制度是国际通行的一项环境管理基本制度， 旨在控制固定源污染排放. 排污许可管理是指政府以环境保护为目标， 根据区域水环境容量， 通过行政手段对各排污单位排污总量进行限制与分配， 把单个排污者的排污量控制与总量控制和环境改善相挂钩， 落实对排污单位污染物排放的管理和监督. 排污许可管理是环境许可中点源污染排放管理的核心工具， 是削减和控制污染物排放总量、实现水质达标、改善水环境质量、保护水生态健康的重要管理和监督手段[1-3].

排污许可制度在美国等发达国家都已经有了良好的实践[4]. 1972年美国国会正式通过联邦《水污染控制法》（修正案）后， 排污许可制度正式确立， 时隔五年对《水污染控制法》进行修正， 即《清洁水法》， 扩展了水污染控制指标， 正式建立国家污染排放削减制度（National Pollutant Discharge Elimination System， NPDES）， 并出台了《美国NPDES 许可证编写者指南》和《NPDES实施监督指导手册》， 为排污许可制度的实施提供有力的支撑[5-10]. 在美国， 排污许可证作为对排污单位进行环境管理的依据， 实现对新源和现有源的“一证式”管理， 排污许可制度提供了关联整合其他相关环境管理制度的抓手和平台.

随着工业化进程的加快推进， 在经济与污染增长矛盾日渐显现的背景下， 中国从20世纪80年代中后期开始对排污许可制度进行探索和实践[11-12]. 1988年， 原国家环保局下达了以总量控制为核心的《水污染物排放许可证管理暂行办法》， 首次对排污许可管理制度进行了规定； “九五”期间开始“自上而下”的污染物排放总量控制， 并开始由浓度控制向浓度与总量控制相结合的方式转变. 2000年， 《水污染防治法实施细則》规定， 地方环境保护主管部门根据总量控制实施方案， 发放水污染物排放许可证，从行政法规的层面确立了水污染物排放许可制度[12-15]. 2008年， 修订后的《水污染防治法》明确规定，国家实施排污许可制度， 标志着我国排污许可制度的发展进入了实质阶段[13-14]. 随后， 在工业化发展速度快、城市化水平高、污染产业比重大的太湖流域内的多个省市不同程度地开展排污许可管理试点工作.

太湖流域是我国人口密度最大、工农业生产发达、国民经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一， 其工业化发展速度快、城市化水平高、污染产业比重大， 水专项实施初期（2007年）， 太湖流域工业废水排放量达25.6亿t， 氮、磷入河量分别为4.86万t和0.23万t， 使得流域水质改善压力巨大， 对工业企业实施科学有效的排污许可管理， 是环太湖地区共同面临的艰巨任务.

江苏省是全国最早试行排污许可制度的省份之一. 20 世纪80 年代中后期， 江苏省环保部门选取常州、扬州两市， 试行排污许可管理. 排污许可制度实行范围包括： 重污染排放企业、生活饮用水水源地、风景名胜区、自然保护区内等. 此后， 江苏各市陆续开始实行排污许可制度. 1993 年， 在总结试点经验的基础上， 江苏省政府38 号令出台《江苏省排放污染物总量控制暂行规定》， 明确了排污许可证申领、核发、监管的具体要求， 为排污许可制度提供了法制保障和政策支持. 这一时期， 以建设项目竣工环保验收和发放《排放污染物许可证》为重点， 初步建立了排污许可制度的管理体系. 2011年， 省政府出台《江苏省排放水污染物许可证管理办法》， 将排污许可证制度上升为地方性规章， 在全省全面实施水污染物排放许可管理. 尽管太湖流域部分重点工业城市作为国内最早一批进行排污许可管理的试点城市， 但太湖流域排污许可管理体系仍不完善， 主要存在三方面的问题：

一是“核算—分配—可行技术”体系还需不断完善. 现有水环境容量核算技术在环境管理中适用性不强， 在流域气候、水文条件、技术水平、排污特征等多因素影响下， 复杂河湖系统水环境容量的准确核算技术有待提升. 排污许可量核定以目标总量为基础， 缺乏与区域环境容量总量的有效衔接， 不能体现环境质量改善需求. 同时， 污染物排放申报数据的可靠性缺乏核查， 排污许可量核定与分配缺乏数据的有效支撑. 现有工业企业最佳可行技术属于非强制性， 由于缺乏完整可靠的行业数据， 行业控制技术的经济性和可操作性， 企业执行情况和是否有效监管， 还需要不断进行验证、反馈和改进.

二是排污许可制度管理体系尚不完善. 已有排污许可管理缺乏有效的技术规范、配套政策及监督考核管理体系. 环境管理制度政策较多， 如总量控制制度、环评和“三同时”制度、排污申报制度、排污收费制度、环境统计制度、排污权有偿使用和交易等， 缺乏协调和整合， 导致污染源“数出多门”、 “多头管理”现象严重， 管理效能不高， 政策目标难以全面实现[16].

三是证后监管力度不强. 一方面， 行业排污许可证发放尚未实现全覆盖， 发证范围和种类仍有缺失； 企业排污在线监测往往不能全覆盖， 排污量的核算缺少必要依据， 难以全面准确定量； 污染源数量众多而政府部门监管力量有限， 对企业排污行为的监督管理往往不能全覆盖. 另一方面， 排污许可证后监督检查工作涉及环评手续、生产装备、治污设施、达标排放、法规政策等众多方面， 对执法人员的专业知识和实践经验具有较高要求， 亟须加强专业人才队伍建设.

因此， 必须建立基于容量总量控制的从排污许可量精准核算、分配， 到排污许可证动态管理、考核的完善体系， 促使企业从“末端治理”向“源头控制”转变， 支撑流域工业污染源环境管理的科学化、定量化、规范化.

1 集成思路

针对太湖流域排污许可管理所面临的主要问题及科技需求， 在系统梳理太湖流域水专项相关成果的基础上， 从科学核定区域水环境容量、推动许可证与容量总量有效衔接、建立有效排污许可管理体系三个角度进行技术集成. 集成形成包括面向排污许可证实施的控制单元划分、控制单元污染负荷核定、控制单元水环境容量核算、重点行业水污染控制与治理评估、基于水质目标的排污许可量分配、以容量控制为核心的排污许可证动态监管技术6个方面的太湖流域工业点源排污许可管理成套技术体系（见图1）.

2 关键技术

2.1 面向排污许可证实施的控制单元划分技术

污染控制单元是指对重要水质控制断面产生影响的主要污染负荷所在区域， 是水环境管理的基础单元[17-18]. 太湖流域面向排污许可证实施的控制单元需满足内部单位污染负荷对控制断面的水质影响比超过50%. 控制单元划分包括制定划分原则、划分指标与GIS空间划分三个步骤. 控制单元的划分以控制断面水质达标为核心原则， 以流域水生态功能区为基础， 同时充分考虑现有控制断面分布，流域水文情势和流域圩区分布、水系完整性、兼顾区县行政边界、水资源分区等， 针对太湖流域丘陵山区、平原水网区两种地貌类型提出控制单元划分指标. 在GIS空间分析技术的支持下进行各指标空间分布图的制作与叠加分析， 再通过人工进行部分边界的确定以及边界的修整， 最后确定污染控制单元边界， 划分得到面向排污许可证实施的控制单元[19-20].

2.2 控制单元污染负荷核定技术

控制单元污染负荷是控制单元对污染物的负载量， 其核算包括数据调研、污染物负荷计算、控制单元污染物负荷分配三方面. 通过查阅污染源普查资料、环境保护统计数据和排污申报登记资料等，获得流域工业企业、污水处理厂及分散处理设施数量， 明确污染物排放情况. 再根据统计年鉴获得人口、养殖业数量和规模、种植业类型和面积等基础资料. 基于数据调研获得的基础数据， 根据污染物负荷计算公式计算区域污染物排放量和入河量. 根据各类污染源的特征及入河方式， 将污染源分为有固定排放口和分散式两类， 对有固定排放口的污染源（工业点源、污水厂、集中式养殖场）， 根据排污口的经纬度信息， 结合地理信息管理软件mapinfo将点位對应到各控制单元， 得到各控制单元内固定点源各污染物的入河量； 对分散式污染源（农田面源、农村生活、城镇生活、分散式养殖）， 以县级区域为单位， 根据控制单元面积， 将区域该类污染源各污染物入河量按各控制单元所占面积比例分配至各控制单元. 其中农村生活和城镇生活污染源入河量分配至控制单元时还需参考农村和城镇人口分布因素. 按照上述分配原则， 得出各市污染物入河量， 最终得到各控制单元污染负荷.

2.3 控制单元的水环境容量核算技术

控制单元水环境容量是指在设计水文条件下， 满足控制单元内计算水域的水质目标要求时， 控制单元内水体所能容纳的某种污染物的最大数量[20-22]. 控制单元水环境容量的计算， 是通过收集计算区域内水文、水质资料、污染源资料、区域社会、经济及环境资料， 建立基础资料库. 基于河网区河流功能达标、排污口混合带约束、控制断面达标及湖泊入湖口污染混合带控制等多个目标， 在太湖流域一维河网模型和太湖二维湖体模型基础上， 构建太湖流域水环境数学模型. 选取典型水文设计条件及合适模型参数， 考虑水功能区现状水质、现状污染物入河排放量、污染物削减程度、社会经济发展水平、污染治理程度及其下游水功能区的敏感性等因素， 按照水功能区和控制断面水质均达标的要求， 计算满足“双达标”要求的区域水环境容量， 按照水域面积及功能区划长度的权重系数法， 将计算得到的水环境容量核定分配至各控制单元[19-20].

2.4 重点行业水污染控制与治理评估技术

流域重点行业水污染控制与治理评估包括水污染物处理技术现状调研、重点行业水处理技术现状分析、评估指标体系建立、技术评估与筛选. 基于流域各类工业污染物排放量、处理工艺现状与技术发展水平、污染物排放达标率和水环境目标与管理要求， 以有机物、氨氮、总磷等水质指标为控制指标， 对太湖流域（江苏）城镇污水处理厂、化工、印染、钢铁、电子、食品、造纸共“6 + 1”行业水污染控制与治理技术现状进行分析. 建立包括基建投资、运行费用、抗冲击负荷能力、技术成熟程度、技术先进性、操作难易程度、设备电耗、中水回用率、废水处理规模、处理达标情况、特征污染物去除率及二次污染产生情况等涵盖经济、技术、社会、环境多方面的技术评估指标体系， 确定指标权重与选择偏好函数， 应用PROMETHEE法、GAIA图、Stability图分析法， 本着综合防治， 以防为主， 防治结合的原则， 紧密结合流域当地的地域条件、资源条件和污染治理具体情况和节能减排的原则， 对行业水污染控制与治理技术进行评估， 筛选出满足不同指标条件下的最佳推荐技术[19].

2.5 基于水质目标的排污许可量分配技术

基于水质目标的排污许可量分配主要考虑公平合理的原则， 主要流程包括重点污染源主要污染物最大允许排放量核定、污染源减排潜力分析、基于水质目标的排污许可量分配. 根据控制单元水环境容量分配结果， 通过概化控制单元排污口、分析控制单元内污染源和断面水质的响应关系， 采用模型计算的方法， 确定控制单元内重点污染源的主要污染物最大允许排放量. 以排污权核定方案中排放绩效（系数或标准）对重点污染源（工业点源和污水处理厂）进行核定， 以污染源现状为基础， 结合重点行业污染控制技术评估结果， 计算重点污染源（工业点源和污水处理厂）水污染物（COD、氨氮、总氮和总磷）减排潜力， 分析各控制单元减排潜力， 其中工业点源的减排潜力包括工业技术评估和工业结构调整所形成的减排潜力， 污水处理厂的减排潜力包括新建污水厂、扩建污水厂和污水厂技术改造所形成的减排潜力. 在最大允许排放量、排放绩效值核算的基础上， 结合当地社会经济水平， 在满足控制单元水环境容量的前提下， 采用动态层次分析法、绩效型分配法等方法， 确定控制单元不同阶段重点污染源的排污许可目标， 对排污单位重点污染物初始排污许可量进行分配[19].

2.6 以容量控制为核心的排污许可证动态监管技术

依据工业企业最大初始排污许可量核算结果， 将环境容量与企业排污许可证挂钩， 形成排污许可动态管理系统. 以环境容量指导企业排污， 实现污染物排放控制由目标总量控制向容量总量控制转变.通过运用软件技术、互联网技术和GIS技术， 开发太湖流域（江苏）污染物排放许可证管理平台， 对各个控制单元地图区域进行划分、信息化储存和多种推演、分析； 根据控制单元的承载容量进行实时监控、反控及动态仿真演示， 将控制单元的承载容量与试点地区发放的排污许可证许可容量进行汇总对比， 同时具有控制单元污染物许可量预警， 排污许可证发证单位管理锁止等功能， 实现动态管理， 自动建立各个行政区用户层级关系， 上级行政区可查询下级行政区相关信息数据， 加强宏观决策分析辅助功能， 降低决策风险[19].

3 应用示范及推广

太湖流域工业点源排污许可管理成套技术在江苏省、浙江省太湖流域实现全面业务化运行， 应用于江苏省环境保护厅《江苏省主要污染物排污权核定方案》《江苏省排污许可证发放管理办法》、无锡市环境保护局《无锡市基于容量总量的水污染物排放许可实施考核办法（试行）》、常州市武进区环境保护局《常州市基于容量总量的水污染物排放许可实施考核办法（试行）》等文件， 指导地方政府开展太湖流域排污许可管理工作， 实现排污许可证管理程序化、精细化、公平化， 有力地推动太湖流域排污许可证制度实施.

3.1 面向排污许可证实施的控制单元划分与水环境容量分配方案

基于成套技术中污染控制单元划分原则对太湖流域进行面向排污许可证实施的控制单元划分.太湖流域共划分为104个面向排污许可证实施的控制单元， 其中， 江苏70个[19]， 浙江34个[20].

基于控制单元划分结果， 将计算得到的太湖流域（江苏、浙江）水环境容量分配至各片区控制单元，支撑无锡市区、宜兴市、常州市武进区等示范区开展基于容量总量的排污许可证管理的业务化运行.

3.2 太湖流域（江苏）重点行业水污染控制与治理技术评估筛选

按照太湖流域水污染控制与治理技术评估体系及要求， 针对江苏省宜兴、武进两个示范区开展覆盖工业点源、城镇生活源和农村面源的水污染控制与治理技术措施评估. 对城镇污水处理厂、化工、印染、钢铁、电子、食品、造纸等“6+1”行业进行了水污染控制与治理技术评估， 筛选出推荐技术， 指导了武进、宜兴示范区水污染控制技术方案的制定， 起到了显著的节能减排效果和环境、经济效益.以武进示范区为例， 针对重点行业废水及处理工艺特点， 分别对不同行业废水处理工艺进行技术筛选与评估： ①化工行业， 化工原料废水处理工艺推荐微电解-UASB-MBR和化学氧化-EGSB-CASS， 化工材料废水处理工艺推荐湿式催化-UBF-SBR和化学氧化-EGSB-CASS； ②钢铁行业， 烧结厂废水处理推荐工艺包括集中浓缩综合工艺和平流式沉淀池工艺， 焦化厂废水处理推荐工艺包括A2/O工艺和SBR工艺， 高炉煤气洗涤水处理推荐工艺包括石灰软化-药剂法和酸化法， 热轧厂废水处理推荐工艺包括沉淀—过滤—冷却工艺和沉淀—除油—冷却工艺； ③电子行业， 电子混合废水处理推荐化学沉淀法和电解法+膜分离处理技术.

通过对研究区域内化工、钢铁和电子行业废水处理工艺改造和运行管理， 可分别减少废水排放442.89万t/a， COD排放减少336.91 t/a， 氨氮排放减少13.041 t/a.

3.3 流域重点污染源排污许可量分配

基于水质目标的排污许可量分配技术在江苏省无锡市、宜兴市和常州市武进示范区， 以及浙江省示范区长兴县、湖州市区、桐乡市和嘉善县进行应用. 对太湖流域江苏省1 024个、浙江省337个重点污染源主要水污染物初始许可量进行分配， 为排污许可证制度的落地提供支撑.

3.4 太湖流域排污许可证动态管理

太湖流域排污许可证动态管理系统的运行增强了地方行政机构审批效率， 约束了地方行政机构在发证过程中的规范性， 加强了上级部门对下级部门监管能力. 推动水环境管理从目标总量控制向容量总量控制的转变， 可有效支撑水污染物总量减排和环境质量改善工作， 为地方产业结构调整和经济发展方式改进提供水环境管理技术支持.

构建的排污许可证动态管理系统应用于无锡市区、宜兴市、常州市武进区示范区， 467家企业在系统中申报了排污许可证， 环保局按照审批权限承担排污许可证发放的受理、审核和批准工作， 同时对排污许可证的实施情况进行绩效评估， 大部分企业按照排污许可证的要求排污， 运行情况良好. 实现了排污许可证的业务化运行.

构建的重点源智能总量排放控制系统应用于浙江省示范区长兴县、湖州市区、桐乡市和嘉善县，发放排污许可证258套， 示范区主要水污染排放企业都已纳入控制系统， 成为实现容量总量目标和减排的重要控制手段.

4 结论与建议

排污许可管理是环境许可中点源污染排放管理的核心工具， 是削减和控制污染物排放总量、实现水质达标、改善水环境质量、保护水生态健康的重要管理和监督手段. 太湖流域在各级政府的高度重视下， 得益于水专项的技术研发成果， 以水生态功能分区为基础、控制单元为核心、水环境容量为依据、污染源排污许可量分配技术及排污许可证监管技术为支撑， 构建形成了适合太湖流域特点、满足管控需求、技术先进、运行高效的排污许可管理制度体系， 成效显著， 为建立以容量总量为基础、以改善环境质量为目标的排污许可制度提供了重要技术支撑与创新思路.

为进一步提升排污许可管理能力， 达到固定源污染治理的预期成效， 必须不断完善排污许可管理技术体系， 健全排污许可制度相关的法律法规， 形成技术规范、配套政策及监督考核管理办法. 必须不断提高水环境容量核算、排污许可量分配技术水平， 为排污单位制定环保与经济效益双赢的排污许可量， 做到科学、公平发证. 加强发证后监管能力提升， 落实排污许可成效. 作为排污许可管理一直以来的薄弱环节， 应加强监管意识， 严格证后监管， 研发可监测、可报告、可核查的排污許可监管技术， 建立企业排污许可执行数据审核方法、污染物实际排放量核算方法， 确保排污单位按证达标排放. 逐步扩大在线监控安装范围， 加强数据有效性审核， 推行在线监控第三方运行管理. 加强自监督与公众监督， 国家、企业、公众三方协力， 推动排污许可制度向更加专业化、规范化、透明化方向发展， 夯实排污许可作为环境治理制度重大改革的基础.

[参 考 文 献]

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（责任编辑： 张 晶）