王軍霞,唐桂剛,敬 紅,陳敏敏

中國環(huán)境監(jiān)測總站,北京 100012

監(jiān)測是獲取污染物排放狀況的重要手段。由于受生產(chǎn)工況、治理狀況等因素的影響,污染物排放狀況存在波動,監(jiān)測時間和監(jiān)測頻次與數(shù)據(jù)代表性密切相關(guān)[1]。根據(jù)監(jiān)測目的不同,在確定監(jiān)測頻次時應(yīng)考慮的因素也不相同,例如,為獲取有代表性的監(jiān)測濃度、準(zhǔn)確獲取排放總量、獲取最優(yōu)或最差情況的排放狀況等不同目標(biāo)下,監(jiān)測頻次確定原則有所差異。對于不同目標(biāo)下的監(jiān)測頻次確定方法與原則,相關(guān)學(xué)者開展了較多的研究[2-5]。

2013 年以來,我國污染源監(jiān)測管理體制發(fā)生了較大變革,將排污單位自行監(jiān)測主體地位進(jìn)行了強(qiáng)化[6-9]。排污單位自行監(jiān)測實施的目標(biāo)是多元的、綜合的,既包括獲取有代表性的濃度數(shù)據(jù)與排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對;也包括對于排放量貢獻(xiàn)大、與環(huán)境質(zhì)量密切的污染物,通過監(jiān)測相對準(zhǔn)確獲取排放總量結(jié)果;同時還要兼顧到對于有毒有害污染物,應(yīng)通過監(jiān)測獲取風(fēng)險的影響。因此,在多目標(biāo)導(dǎo)向下,如何確定適用于排污單位日常自我監(jiān)管的自行監(jiān)測頻次是推進(jìn)排污單位自行監(jiān)測工作的重要研究內(nèi)容。本文在對自行監(jiān)測頻次確定現(xiàn)狀與問題分析基礎(chǔ)上,提出分級分類的排污單位自行監(jiān)測頻次確定方法,并就廢氣、廢水污染物排放監(jiān)測頻次確定方法進(jìn)行研究,以期為排污單位自行監(jiān)測頻次研究提供借鑒。

1 現(xiàn)狀與問題

根據(jù)對我國針對排污單位自行監(jiān)測頻次確定方法的梳理,監(jiān)測頻次確定時主要存在兩種情況:單從排放源角度考慮,排放源單因素為主的監(jiān)測方案制定方法;單從污染物考慮,污染物單因素為主的監(jiān)測方法制定方法。

對于排放源單因素為主的監(jiān)測頻次確定方法,多用于提出自動監(jiān)測要求的情況,表現(xiàn)為根據(jù)排放源的污染貢獻(xiàn)總體情況,不區(qū)分污染物排放特征而提出統(tǒng)一的監(jiān)測頻次要求。對于排放源的確定又存在兩種情形:一是根據(jù)排放源的污染物產(chǎn)生機(jī)理確定;二是根據(jù)排放源的形態(tài)特征而確定。對于根據(jù)排放源的污染物產(chǎn)生機(jī)理確定排放源分類的,例如,20 t/h 及以上蒸汽鍋爐和14 MW 及以上熱水鍋爐應(yīng)安裝污染物排放自動監(jiān)測設(shè)備。對于根據(jù)排放源的形態(tài)特征而確定排放源分類的,例如,對于45 m 以上排污口應(yīng)實施自動監(jiān)控。

對于污染物單因素為主的監(jiān)測頻次確定方法,多用于確定手工監(jiān)測頻次的情況,表現(xiàn)為根據(jù)污染物的重要性,不區(qū)分具體排放源排放特征而提出統(tǒng)一監(jiān)測頻次要求。例如,重金屬排放日監(jiān)測,化學(xué)需氧量、氨氮每日開展監(jiān)測,二氧化硫、氮氧化物每周至少開展一次監(jiān)測,顆粒物每月至少開展一次監(jiān)測,二噁英每年至少開展一次監(jiān)測等。

以上兩種情況下,監(jiān)測頻次確定方法主要存在以下兩方面的問題:第一,缺少方法學(xué)指導(dǎo),各種規(guī)定過于零散,不成體系。盡管各種管理規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中,涉及部分自行監(jiān)測方案制定相關(guān)的內(nèi)容,但缺少方法學(xué)的指導(dǎo),多因管理需求分別確定,散落于各種文件或標(biāo)準(zhǔn)。由于缺少統(tǒng)一的方法,且由各方分別確定,存在相互之間不匹配、不銜接等問題,甚至存在相互矛盾的情形。第二,考慮因素過于單一,造成對某些情形適用性差的情況。由于對于特定對象,排放特征同時受排放源類型、污染物類型的影響,對于同類排放源不同污染物排放特征、同類污染物不同排放源排放特征均有可能不同,且這種情況非常普遍。因此,排放源單因素為主的監(jiān)測方案制定方法、污染物單因素為主的監(jiān)測方法制定方法均會對造成對部分對象的“誤傷”。例如,對于鋼鐵、電子行業(yè)排污單位等COD、氨氮排放濃度較低或排放量不大的排放源,則存在要求過高的現(xiàn)象。

2 分級分類的排污單位自行監(jiān)測頻次確定方法

針對排放源、污染物單因素的排放監(jiān)測頻次確定技術(shù)方法存在的不足,將排放源和污染物兩個因素疊加進(jìn)行考慮,從而針對每類污染物的特征確定監(jiān)測頻次,形成具有多個層次差異的監(jiān)測方案。

對于排放源和污染物兩個因素,考慮到排放源跟生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)性較強(qiáng),同一排放源往往有多個污染物,因此以排放源作為兩因素疊加的第一因素,在排放源的基礎(chǔ)上疊加污染物,形成“排放源—污染物”矩陣,見圖1。

圖1 “排放源—污染物” 矩陣Fig.1 "emission source—pollutant" matrix

根據(jù)“排放源—污染物” 矩陣,可以得到每個“排放源—污染物” 的類別,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對“排放源—污染物” 進(jìn)行歸類,設(shè)計分層次的監(jiān)測頻次,也即賦予每類“排放源—污染物” 的監(jiān)測頻次,從而形成排放源分級分類疊加污染物分級分類的排放監(jiān)測方案。

根據(jù)本技術(shù)路線,確定排放源分級分類方法、污染物分級分類方法、監(jiān)測頻次分級是確定排放監(jiān)測方案的技術(shù)要點。由于廢氣、廢水在污染物“產(chǎn)生—治理—排放” 上,呈現(xiàn)不同的特征。廢水污染物從產(chǎn)污單元到排放,中間往往經(jīng)過車間廢水的混合,并經(jīng)集中處理后經(jīng)排放口排放,排放較為集中,排放口往往較少。廢氣污染物從產(chǎn)污到排放關(guān)聯(lián)關(guān)系較強(qiáng),往往從產(chǎn)污單元經(jīng)過獨立治理后經(jīng)產(chǎn)污設(shè)備對應(yīng)的排放口排放,由于較少集中治理排放,廢氣排放口往往較多。這在應(yīng)用排放源分級分類疊加污染物分級分類的排放監(jiān)測方案制定技術(shù)方法上,會存在差異。對于廢水應(yīng)立足排放口進(jìn)行分級分類,而廢氣應(yīng)立足排放源分級分類,因此以下將分別針對廢氣、廢水進(jìn)行研究。

3 廢氣污染源監(jiān)測頻次確定方法

根據(jù)廢氣排放源的特征,在確定自行監(jiān)測頻次時,應(yīng)首先對廢氣排放源及污染物指標(biāo)進(jìn)行梳理,在此基礎(chǔ)上對排放源進(jìn)行分級分類,確定主要排放源和一般排放源。由于排放源與排污口緊密關(guān)聯(lián),在排放源分級分類的同時,也即實現(xiàn)了對排污口的分級分類。排污口與監(jiān)測點位緊密關(guān)聯(lián),對于每類排污口(監(jiān)測點位) 因涉及多種污染物指標(biāo),對于主要排污口還應(yīng)進(jìn)行污染物分級分類,而一般排污口由于對全廠排放貢獻(xiàn)率較低,再進(jìn)行污染物分級分類的意義不大。在對排污口進(jìn)行分級分類、污染物分級分類的基礎(chǔ)上,對監(jiān)測頻次進(jìn)行分級,從而實現(xiàn)主要排污口監(jiān)測要求高于一般排污口、主要污染物監(jiān)測要求高于非主要污染物的目標(biāo),形成分層次、可操作的自行監(jiān)測排放監(jiān)測方案。

3.1 排放源分級分類方法

對于廢氣排放源,首先按照單個排放源污染物排放水平將其分為主要排放源和一般排放源兩個級別。主要排放源是指單個排放源排放量較大,在行業(yè)排放總量中貢獻(xiàn)率高的排放源。一般排放源指單個排放源排放量較小,對行業(yè)排放總量貢獻(xiàn)率較低的排放源?？紤]到同一行業(yè)排放源差異大,對于主要排放源和一般排放源,可以根據(jù)實際情況,進(jìn)一步細(xì)分排放源的級別為一級主要排放源、二級主要排放源、一級一般排放源、二級一般排放源等。

排放源分級分類的難點在于科學(xué)確定主要污染源與一般污染物的劃分界限。對此,本文提出兩種主要污染源確定的方法,分別為單源標(biāo)桿法和多源“監(jiān)測點個數(shù)—排放量占比” 曲線切線斜率法。

3.1.1 單源標(biāo)桿法

單源標(biāo)桿法適用于同一企業(yè)中同類排放源數(shù)量少的情況,如造紙行業(yè)堿回收爐、某些行業(yè)的焚燒裝置等等,在確定這類排放源是否為主要排放源時,可以采用標(biāo)桿法。這種方法需要先給定可參照的標(biāo)桿,在確定某類排放源是否為主要排放源時,可通過對該類排放源的廢氣排放量、污染物濃度、排放量與標(biāo)桿進(jìn)行對比予以確定。若排放量超過標(biāo)桿,則可將其劃定為主要排放源;若排放量未達(dá)到標(biāo)桿的水平,則可以將其劃定為主要排放源。該方法的重點在于確定合適和相對明確的標(biāo)桿。

根據(jù)廢氣排放源常見分類方式,固定污染源主要有燃料燃燒源、工藝過程源、溶劑使用源等幾種類型,可分類設(shè)定標(biāo)桿。對于燃料燃燒源,參照《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014) 中規(guī)定,20 t/h 及以上蒸汽鍋爐和14 MW 及以上熱水鍋爐應(yīng)安裝污染物排放自動監(jiān)控設(shè)備,故將單臺出力14 MW 或20 t/h 燃煤鍋爐作為單純?nèi)剂先紵吹臉?biāo)桿。對于溶劑使用源,主要涉及揮發(fā)性有機(jī)物,這與揮發(fā)性有機(jī)溶劑使用量有關(guān),可以一定規(guī)模的揮發(fā)性有機(jī)溶劑使用量作為標(biāo)桿。由于揮發(fā)性有機(jī)物的研究基礎(chǔ)與燃料燃燒源相比較弱,暫以10 t 油性漆使用量作為溶劑使用源的標(biāo)桿。對于工藝過程源,既涉及燃料燃燒相關(guān)的污染物,也可能涉及揮發(fā)性有機(jī)物。因此,對于涉二氧化硫、氮氧化物、顆粒物的工藝過程源,可參照燃料燃燒源的標(biāo)桿;對于涉揮發(fā)性有機(jī)物的工藝過程源,可參照溶劑使用源的標(biāo)桿。

3.1.2 多源“監(jiān)測點個數(shù)—排放量占比” 曲線切線斜率法

多源“監(jiān)測點個數(shù)—排放量占比” 曲線切線斜率法適用于同一污染物有數(shù)量較多的排放源的情況。同一污染物有數(shù)量較多排放源的情況下,如何選擇合適的主要排放源和一般排放源分界線,以實現(xiàn)盡可能少的監(jiān)測成本覆蓋盡可能多的排放量,是監(jiān)測方案制定的關(guān)鍵問題。

這種方法在應(yīng)用時,首先對同類排放源進(jìn)行歸類,得出同類排放源的數(shù)量和排放量情況,從而畫出“監(jiān)測點位個數(shù)—排放量占比” 曲線,進(jìn)而尋找“監(jiān)測點位個數(shù)—排放量占比” 曲線切線斜率的突變點,將切線斜率的突變點所對應(yīng)的點作為劃分主要排放源和一般排放源,以及進(jìn)一步細(xì)分排放源級別的分界線,見圖2。

3.2 污染物分級分類方法

對于主要污染源,若涉及多種污染物,則應(yīng)進(jìn)一步確定主要污染源的主要污染物。為了便于確定主要污染物,首先將污染物進(jìn)行分類。對污染物的分類主要從兩個角度進(jìn)行考慮,一是對環(huán)境質(zhì)量的影響情況,二是對人體健康的影響情況。

圖2 “監(jiān)測點個數(shù)—排放量占比” 曲線切線斜率法示意圖Fig.2 Schematic diagram of tangent slope method of "number of monitoring points—proportion of emission" curve

對環(huán)境質(zhì)量的影響來說,重點考慮對環(huán)境質(zhì)量六項基本項目的影響,且結(jié)合污染源排放形式多樣性的特點,優(yōu)先考慮采用綜合性的指標(biāo)進(jìn)行表征。由于這類污染物與環(huán)境質(zhì)量六項基本項目具有一定對應(yīng)性,社會公眾關(guān)注度和熟悉度較高,將其統(tǒng)稱為一般污染物,具體包括二氧化硫(主要對應(yīng)空氣質(zhì)量評價指標(biāo)二氧化硫,與一氧化碳和PM2.5有關(guān)聯(lián))、氮氧化物(主要對應(yīng)空氣質(zhì)量評價指標(biāo)二氧化氮,與一氧化碳和PM2.5有關(guān)聯(lián))、顆粒物(主要對應(yīng)空氣質(zhì)量評價指標(biāo)PM2.5、PM10)、揮發(fā)性有機(jī)物(主要對應(yīng)空氣質(zhì)量評價指標(biāo)臭氧) 等4 項污染物指標(biāo)。對于人體健康的影響情況來說,考慮到污染物對人體多有不同程度的影響,且存在一定的未知性,為了使其具有參考性和可操作性,必須限定在一定范圍內(nèi),因此以《有毒有害大氣污染物名錄》為依據(jù),列入其中的統(tǒng)稱為有毒污染物。一般污染物、有毒污染物之外的污染物,統(tǒng)稱為其他。由于一般污染物、有毒污染物都有確定的范圍,只要未列入其中的,都?xì)w為其他。隨著管理和研究進(jìn)展,可調(diào)整一般污染物、有毒污染物的范圍,但仍應(yīng)是確定的范圍。

在上述分類基礎(chǔ)上,可按照以下條件篩選主要污染物:(1) 二氧化硫、氮氧化物、顆粒物(煙塵/粉塵)、揮發(fā)性有機(jī)物中排放量較大的污染物指標(biāo),可參照排放源分級分類中的單源標(biāo)桿法,以其中標(biāo)桿排放量作為標(biāo)桿予以確定;(2) 《有毒有害大氣污染物名錄》中列明的污染物,且在日常平均生產(chǎn)工況下能夠檢出的污染物;(3) 排污單位所在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)的污染物指標(biāo)(環(huán)境質(zhì)量六項基本項目之外)。

3.3 監(jiān)測頻次分級

確定監(jiān)測頻次分級時,主要考慮監(jiān)測成本和監(jiān)測需求的平衡性。監(jiān)測成本是監(jiān)測人力和其他投入的綜合體現(xiàn)。對于廢氣排放監(jiān)測,單次監(jiān)測所花費的人力時間較大,由于需要首先對儀器設(shè)備進(jìn)行調(diào)試,并完成至少一個小時的采樣或分析測試,加上各種其他準(zhǔn)備工作,開展一個多項目的點位監(jiān)測,往往現(xiàn)場就需要花費2～3 人半天時間。加上部分項目還需要進(jìn)行實驗室分析,那么綜合耗時往往較大,故對于手工監(jiān)測往往不宜提出過高的頻次要求。

對于監(jiān)測需求,除了考慮是否為主要污染物外,還需考慮排放的穩(wěn)定性,是否存在影響排放的因素,若無污染物治理設(shè)施,排放相對穩(wěn)定,那么單次監(jiān)測的代表性較強(qiáng),則不需要考慮過高的監(jiān)測頻次要求。

綜合以上因素,并結(jié)合廢氣排放監(jiān)測經(jīng)驗情況,將廢氣排放監(jiān)測頻次分級設(shè)定為自動監(jiān)測、月、季度、半年、年等五個等級。對于排放量貢獻(xiàn)大,且自動監(jiān)測技術(shù)成熟的主要污染源的主要污染物指標(biāo),可考慮自動監(jiān)測;對于排放量貢獻(xiàn)相對小或無法實施自動監(jiān)測的主要污染源的主要污染物指標(biāo),按月—季度頻次;對于非主要污染源的污染物指標(biāo),按照半年—年的頻次;若有必要,對于數(shù)量特別多、排放量貢獻(xiàn)率很低的污染源的污染物指標(biāo),也可考慮進(jìn)一步將監(jiān)測頻次降低至兩年。

4 廢水污染源監(jiān)測頻次確定方法

4.1 廢水排污口分級分類

對于廢水污染源,污染物產(chǎn)生與排放之間的直接關(guān)聯(lián)較弱,因此與廢氣污染源不同,不再對排放源進(jìn)行分類,而是直接立足排污口進(jìn)行分類分級,這也是與排放標(biāo)準(zhǔn)相匹配的。考慮到廢水排放口數(shù)量與廢氣相比較少,與廢氣污染源不同,不再區(qū)分主要排污口,而是根據(jù)排污口位置和排放去向?qū)ε盼劭谶M(jìn)行分級分類。在對排污口進(jìn)行分級分類、污染物分級分類的基礎(chǔ)上,對監(jiān)測頻次進(jìn)行分級,從而實現(xiàn)主要污染物監(jiān)測要求高于非主要污染物的目標(biāo),形成分層次、可操作的自行監(jiān)測排放監(jiān)測方案。

根據(jù)廢水排放口的監(jiān)控位置、廢水類型,目前我國對廢水排放口的分類包括車間排放口(含專門處理車間廢水的處理設(shè)施排放口)、雨水排放口、單獨的生活污水排放口、企業(yè)廢水總排放口。廢水總排放口又可分為直接排放的廢水總排放口和間接排放的廢水總排放口。

由廢水中所含污染物較為復(fù)雜,廢水排放口分級方法也較為復(fù)雜,從便于操作的角度,將其簡化為名錄法,即以重點排污單位名錄為依據(jù),以是否納入重點排污單位名錄作為劃分排污口級別的依據(jù)。由此,可以得到廢水排放口分級分類框架,見圖3。

圖3 廢水排放口分級分類Fig.3 Classification of wastewater discharge outlet

4.2 污染物分級分類方法

廢水污染物的分級分類也是從對環(huán)境質(zhì)量影響和對人體健康影響兩個角度考慮。對于環(huán)境質(zhì)量影響,重點考慮廢水中的綜合性指標(biāo),根據(jù)我國環(huán)境管理基礎(chǔ)和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中普遍涉及的污染物指標(biāo),篩選出化學(xué)需氧量、生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、懸浮物、石油類等7 種綜合性污染物指標(biāo),統(tǒng)稱為一般污染物。對于人體健康影響,同廢氣,以《有毒有害水污染物名錄》為依據(jù)。與廢氣污染物分類類似,一般污染物、有毒污染物之外的污染物,統(tǒng)稱為其他。由于一般污染物、有毒污染物都有確定的范圍,只要未列入其中的,都?xì)w為其他。與廢氣污染物分類相同,隨著管理和研究進(jìn)展,可調(diào)整一般污染物、有毒污染物的范圍,但仍應(yīng)是確定的范圍。

在上述分類基礎(chǔ)上,篩選主要污染物,可按照以下條件進(jìn)行篩選:(1) 化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、懸浮物、石油類中排放量較大的污染物指標(biāo);(2) 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的監(jiān)控位置為車間或生產(chǎn)設(shè)施廢水排放口的污染物指標(biāo),《有毒有害水污染物名錄》中列明的污染物,且在日常平均生產(chǎn)工況下能夠檢出的污染物;(3) 排污單位所在流域環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)的污染物指標(biāo)(一般污染物以為指標(biāo))。

4.3 監(jiān)測頻次分級

廢水監(jiān)測頻次分級所考慮的因素與廢氣類似。同時廢水監(jiān)測所耗人力與廢氣相比相對較少,因此在監(jiān)測頻次分級節(jié)點上有所調(diào)整。廢水排放監(jiān)測頻次分級設(shè)定為自動監(jiān)測、日、月、季度、半年、年等六個等級。對于重點排污單位,排放量貢獻(xiàn)大且自動監(jiān)測技術(shù)成熟的主要污染物指標(biāo),可考慮自動監(jiān)測;對于排放量貢獻(xiàn)相對小或無法實施自動監(jiān)測的主要污染物指標(biāo),按日—月頻次;對于其他污染物指標(biāo),按照半年—年的頻次。對于非重點排污單位,主要污染物指標(biāo)可考慮按季度開展監(jiān)測,其他污染物指標(biāo)按年開展監(jiān)測。對于監(jiān)控位置非車間排放口的污染物指標(biāo),間接排放企業(yè)的監(jiān)測頻次可以較直接排放企業(yè)的監(jiān)測頻次有所降低。

5 結(jié)語

合理確定排污單位自行監(jiān)測頻次是一項復(fù)雜的技術(shù)工作,要真正能夠反映排污單位排污狀況特征,需要對排污單位排放狀況信息及生產(chǎn)、治理狀況進(jìn)行長期、全面跟蹤研究。我國排污單位自行監(jiān)測研究基礎(chǔ)較弱,“一企一策” 的深入跟蹤研究更是極其缺乏。本文提出的排污單位自行監(jiān)測頻次確定方法,是針對排污單位自行監(jiān)測頻次研究和實踐薄弱的現(xiàn)狀提出的通用方法,對于進(jìn)一步開展企業(yè)層面排污單位監(jiān)測頻次的精細(xì)化、科學(xué)化、規(guī)范化確定具有一定的借鑒價值。希望有關(guān)學(xué)者在此基礎(chǔ)上開展更加深入科學(xué)的研究,為我國排污單位自行監(jiān)測工作提供有力的科技指導(dǎo)和支撐,為排污單位自行監(jiān)測真正發(fā)揮應(yīng)有的作用奠定基礎(chǔ)。