為控制單元水質(zhì)達(dá)標(biāo)提供綜合管理手段
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水生態(tài)承載力評估方法
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技術(shù)路線圖
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排污許可限值確定方法
項目簡介
“十三五”以來，控制單元逐漸在我國的水環(huán)境管理中扮演著越來越重要的角色。為分解落實《水污染防治行動計劃》水質(zhì)目標(biāo)，環(huán)境保護(hù)部在全國劃分了1784個控制單元，其中343個控制單元是水質(zhì)需改善的國控單元，涉及29個省（市），197個地級及以上城市，956個縣（區(qū)、市），所涉及的29個省（市）均已簽訂了《水污染防治目標(biāo)責(zé)任書》。
記者了解到，為適應(yīng)國家水環(huán)境保護(hù)管理思路的轉(zhuǎn)變，國家水體污染控制與治理科技重大專項（以下稱水專項）針對控制單元水質(zhì)達(dá)標(biāo)開展了大量研究，為管理部門提供技術(shù)支撐。“十二五”期間，水專項監(jiān)控預(yù)警主題流域水生態(tài)承載力調(diào)控與污染減排技術(shù)研究項目設(shè)置了“控制單元水生態(tài)承載力與污染物總量控制技術(shù)研究”課題（2013ZX07501005）。課題負(fù)責(zé)人中國環(huán)境科學(xué)研究院雷坤研究員介紹，這一課題由中國環(huán)境科學(xué)研究院承擔(dān)，總經(jīng)費1819萬元，其中中央財政劃撥資金1219萬元，參與單位包括北京大學(xué)深圳研究生院、北京師范大學(xué)、常州市環(huán)境科學(xué)研究院、鐵嶺市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院。
據(jù)了解，這一課題是“十一五”水專項“控制單元水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究”課題的延續(xù)。課題在“十一五”研究基礎(chǔ)上，按照“分區(qū)、分類、分級、分期”管理思路，以基于流域水生態(tài)功能分區(qū)的水質(zhì)保障和水生態(tài)安全為目標(biāo)，圍繞污染物水質(zhì)改善與污染負(fù)荷削減，進(jìn)一步完善控制單元水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系，提出控制單元水生態(tài)承載力優(yōu)化調(diào)控與結(jié)構(gòu)減排管理技術(shù)，形成面向固定污染源的排污許可技術(shù)、面向城鎮(zhèn)面源的模擬與優(yōu)化控制技術(shù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了排污許可證管理平臺，并在遼河流域鐵嶺市和太湖流域常州市進(jìn)行了技術(shù)應(yīng)用。
基于水生態(tài)承載力的產(chǎn)業(yè)調(diào)控是水環(huán)境管理的控源之本
根據(jù)中國環(huán)境科學(xué)研究院傅澤強研究員介紹，水生態(tài)承載力優(yōu)化調(diào)控技術(shù)是引導(dǎo)流域水資源利用和產(chǎn)業(yè)機構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的科學(xué)基礎(chǔ)。此技術(shù)以流域水生態(tài)系統(tǒng)的健康為目標(biāo)，綜合考慮水資源的自然屬性和社會屬性，進(jìn)行流域水資源利用和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)化調(diào)控，實現(xiàn)流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，為流域水質(zhì)改善和水生態(tài)保護(hù)提供保障。課題從政策、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等角度，將產(chǎn)業(yè)環(huán)境準(zhǔn)入細(xì)分為政策準(zhǔn)入、總量準(zhǔn)入、空間準(zhǔn)入、業(yè)態(tài)準(zhǔn)入和技術(shù)準(zhǔn)入共5個方面。
政策準(zhǔn)入就是要求所有擬入駐企業(yè)（項目）必須符合國家和地方產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)。不符合國家和地方產(chǎn)業(yè)政策的所有企業(yè)（項目）一律不得開工建設(shè)。屬于淘汰類的，應(yīng)責(zé)令即時或限時關(guān)閉。應(yīng)結(jié)合《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》（2013年修正）、《產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移指導(dǎo)目錄（2012年本）》、《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2015年修訂）》等國家政策制定政策準(zhǔn)入清單。鐵嶺市還要結(jié)合《遼寧省人民政府關(guān)于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見》（遼政發(fā)［2015］68號）等地方政策，在對鐵嶺市現(xiàn)有行業(yè)進(jìn)行對照分析的基礎(chǔ)上編制負(fù)面清單；常州市要結(jié)合《江蘇省政府辦公廳關(guān)于印發(fā)江蘇省工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2012年本）的通知（蘇政辦發(fā)［2013］9號）》等地方政策，在對常州市現(xiàn)有行業(yè)進(jìn)行對照分析的基礎(chǔ)上編制負(fù)面清單。凡列入負(fù)面清單的產(chǎn)業(yè)（項目），應(yīng)按照負(fù)面清單管控要求進(jìn)行管理。
總量準(zhǔn)入的核心就是在保證生態(tài)環(huán)境不受破壞和可持續(xù)發(fā)展的前提下，以合理配置資源和有效保護(hù)環(huán)境為原則，提出在一定時間段內(nèi)某區(qū)域或行業(yè)的用水總量控制上限和水環(huán)境容量總量，作為該區(qū)域或行業(yè)的水資源消耗和污染物排放總量管控限值，要求在此時間段內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)所有擬建設(shè)企業(yè)（項目）的資源利用和污染排放總和不得超過此上限。根據(jù)測算，鐵嶺市化學(xué)需氧量和氨氮的環(huán)境容量分別為10486噸/年、896噸/年，常州市化學(xué)需氧量、氨氮、總氮和總磷的污染物排污許可限值為47926噸、2868噸、6070噸和377噸。
空間準(zhǔn)入就是首先將生態(tài)敏感區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)、生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)，以及其他對于維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義的自然生態(tài)用地等區(qū)域列為禁止建設(shè)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)禁止進(jìn)行任何形式的生產(chǎn)建設(shè)活動。鐵嶺市空間準(zhǔn)入方案為：水生態(tài)約束低區(qū)為昌圖縣；水生態(tài)約束中區(qū)為開原市、鐵嶺縣；水生態(tài)約束高區(qū)為清河區(qū)、銀州區(qū)、調(diào)兵山市、西豐縣；禁止建設(shè)區(qū)包括自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等核心區(qū)或一級保護(hù)區(qū)范圍。常州市空間準(zhǔn)入方案為：水生態(tài)約束低區(qū)為常州市區(qū)，包括新北區(qū)、天寧區(qū)、武進(jìn)區(qū)、戚墅堰區(qū)、鐘樓區(qū)5個區(qū)域；水生態(tài)約束中區(qū)為溧陽市；水生態(tài)約束高區(qū)為金壇市。
業(yè)態(tài)準(zhǔn)入，是指依據(jù)生態(tài)工業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)原理，結(jié)合開發(fā)建設(shè)活動所在區(qū)域的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，對擬發(fā)展產(chǎn)業(yè)和建設(shè)項目所做出的準(zhǔn)入規(guī)定。鐵嶺市應(yīng)促進(jìn)形成4個產(chǎn)業(yè)鏈，即農(nóng)產(chǎn)品種植（豆類、玉米等）—農(nóng)產(chǎn)品深加工（豆制品、淀粉制品等）產(chǎn)業(yè)鏈、果蔬種植—果蔬深加工產(chǎn)業(yè)鏈、化肥生產(chǎn)銷售使用產(chǎn)業(yè)鏈和煤炭采選—火力發(fā)電—建材產(chǎn)業(yè)鏈。常州市要鼓勵形成“紡紗—面料—印染—服裝家紡—生產(chǎn)銷售—廢棄物回收利用”等一體化產(chǎn)業(yè)鏈、鋼鐵下游產(chǎn)業(yè)鏈，以及“余熱余壓—發(fā)電”、“冶煉—廢渣—建材”、“冶煉—含鐵塵泥—燒結(jié)”等產(chǎn)業(yè)鏈。
技術(shù)準(zhǔn)入，是指依據(jù)工藝和技術(shù)，以及資源消耗和污染物排放強度等指標(biāo)，對擬發(fā)展產(chǎn)業(yè)和建設(shè)項目所做出的準(zhǔn)入規(guī)定。鐵嶺市對于肉牛養(yǎng)殖，新建、改建和擴(kuò)建養(yǎng)殖場的化學(xué)需氧量、氨氮日均排放濃度不得超過《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001）的標(biāo)準(zhǔn)值。對于常州市農(nóng)田灌溉用水而言，必須嚴(yán)格執(zhí)行《江蘇省灌溉用水定額》，對于肉雞養(yǎng)殖、生豬養(yǎng)殖、重點工業(yè)行業(yè)而言，新建、改建和擴(kuò)建養(yǎng)殖場、企業(yè)（項目）的用水效率、產(chǎn)排污強度等必須達(dá)到《常州市重點工業(yè)行業(yè)的用水效率、產(chǎn)排污強度要求》。其他工業(yè)行業(yè)新建、改建和擴(kuò)建企業(yè)（項目）的用水效率、化學(xué)需氧量、氨氮產(chǎn)排強度應(yīng)達(dá)到國家清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的國內(nèi)先進(jìn)水平或滿足清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系中的清潔生產(chǎn)二級水平；無國家清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系的建設(shè)項目，應(yīng)達(dá)到國內(nèi)同行業(yè)現(xiàn)有企業(yè)先進(jìn)水平。
政策準(zhǔn)入是基礎(chǔ)條件，只有符合國家、地方法律法規(guī)、產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)境政策和規(guī)劃等，才具備開工建設(shè)的可能性。空間準(zhǔn)入和總量準(zhǔn)入是約束條件，空間準(zhǔn)入是從合理利用國土空間、充分保護(hù)生態(tài)空間的角度對擬入駐企業(yè)（項目）的布局選址做出的準(zhǔn)入規(guī)定。總量準(zhǔn)入是從資源能源利用、污染排放等資源環(huán)境承載力的角度對擬入駐企業(yè)（項目）做出的準(zhǔn)入規(guī)定。業(yè)態(tài)準(zhǔn)入和技術(shù)準(zhǔn)入則是從延長產(chǎn)業(yè)鏈、推進(jìn)清潔生產(chǎn)角度引導(dǎo)擬入駐企業(yè)（項目）實現(xiàn)減污增效。
城市面源優(yōu)化調(diào)整是解決城市水環(huán)境問題的重要手段
據(jù)北京大學(xué)深圳研究生院秦華鵬教授介紹，近年來，城市面源對水環(huán)境問題的影響日益受到人們的關(guān)注。在城市區(qū)域，污染物主要來源于路面（如人行道、種植帶、車道、停車場、屋頂?shù)龋饕幸韵绿攸c：一是隨機性：城市非點源受很多因素影響，比如人類活動情況、下墊面類型等。由于這些因素在時間和空間上具有不確定性，使其具有隨機性、時空變化大的特點。二是廣泛性：城市的快速發(fā)展導(dǎo)致不透水地面的比例越來越高，城市非點源的污染源日益增多，分布范圍廣，對水環(huán)境的影響日益嚴(yán)重。三是復(fù)雜性：城市非點源污染的排放不固定，形成機理模糊，監(jiān)測、研究和控制工作比點源污染更困難，因此具有復(fù)雜性。四是潛伏性：城市非點源污染具有晴天累積、雨天排放的特征。晴天時，污染物在城市地表進(jìn)行累積，對水體產(chǎn)生的危害很有限；當(dāng)發(fā)生降雨的時候，污染物被沖刷進(jìn)入水體，造成潛在威脅。因此，那些地表的灰塵、堆放的垃圾等都屬于潛在的非點源污染，具有潛伏性。
課題建立了城市生活污染源污染優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益，提高城市生活污水收集和處理效率，降低污水收集和處理成本。課題對垃圾清掃、雨水調(diào)蓄設(shè)施、低影響開發(fā)等面源污染控制措施的減排效果進(jìn)行評估。以費用最低和面源污染最低目標(biāo)，開發(fā)了城市面源污染模擬技術(shù)，可模擬各種下墊面單位面積徑流污染排放過程，以及各種低影響發(fā)展（LID）措施，包括初期雨水截排、調(diào)蓄池、分散式雨水收集與處置等多種形式面源污染控制措施的減排效果，因地制宜地實現(xiàn)面源污染控制措施的組合優(yōu)化。
采用這一模型，研究人員估算了常州市各街道（鎮(zhèn)）面源污染逐時負(fù)荷過程，認(rèn)為常州市的面源主要集中在雨季排放，并總體呈現(xiàn)出城區(qū)高、郊區(qū)低的總體趨勢。采用綠色屋頂、滲透鋪裝、植被草溝和雨水花園4種LID方法，常州市城市面源的削減率分別可能達(dá)到30.5%、57.5%、45.0%和47.5%。
農(nóng)業(yè)面源減排是治理氮磷污染的重點之一
據(jù)北京師范大學(xué)蘇保林副教授介紹，由于農(nóng)業(yè)活動大量使用化肥，加上動物糞便的排放，大量的氮磷進(jìn)入水體，造成水體富營養(yǎng)化。開展農(nóng)業(yè)面源治理須對氮磷污染負(fù)荷進(jìn)行評估。數(shù)學(xué)模型是估算農(nóng)業(yè)面源負(fù)荷量的重要工具，課題研發(fā)了針對農(nóng)業(yè)面源計算的數(shù)學(xué)模型，包括降雨徑流過程、土壤侵蝕/土壤流失過程、污染物遷移轉(zhuǎn)化。以分布式水文模擬為基礎(chǔ)，集成考慮流域內(nèi)地形變化、土地利用類型差別、土壤分類區(qū)別、氣象條件變化和農(nóng)業(yè)耕作方式等諸多因素影響，具有堅實的水文科學(xué)和環(huán)境科學(xué)理論基礎(chǔ)，可廣泛應(yīng)用到全國其他地區(qū)。
按照污染源的不同，課題從畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)田種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)村生活4個方面分別進(jìn)行了方案優(yōu)選，并將最優(yōu)工程方案應(yīng)用于面源污染治理效果評估。以鐵嶺市和常州市為例，鐵嶺市旱地種植耕地面積占總耕地面積的85%以上，昌圖縣是全國最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地之一，農(nóng)作物種植面積大，肥料使用量很高，而銀州區(qū)是鐵嶺市中心城區(qū)，農(nóng)業(yè)用地較少，總體測算鐵嶺市總氮和總磷的減排潛力分別為423.2噸和22.9噸。常州市可采用水生植物-菌藻-生物膜復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)、組合式穩(wěn)定塘處理工藝、序批式生物膜法和塔式生態(tài)濾池-人工濕地系統(tǒng)削減技術(shù)，實現(xiàn)總氮、總磷、氨氮和化學(xué)需氧量每年分別削減1837噸、420噸、1239噸和14051噸。
科學(xué)核定排污許可限值，為排污許可管理提供科學(xué)依據(jù)
據(jù)中國環(huán)境科學(xué)研究院雷坤研究員介紹，排污許可管理是我國水環(huán)境管理的重要制度，是我國環(huán)境保護(hù)發(fā)展的必由之路。通過排污許可證的發(fā)放，環(huán)境保護(hù)部門對污染源的排放提出具體的排污要求，并進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和管理，以確保污染源排放達(dá)到許可證的要求。排污許可證使得污染源管理制度化、透明化，是實現(xiàn)污染源依法管理的重要制度。
企業(yè)排污限值核定的關(guān)鍵在于科學(xué)合理地將水環(huán)境污染物總量計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為企業(yè)排放限值。這一轉(zhuǎn)化過程同時涉及企業(yè)及行業(yè)間的公平性和未來發(fā)展的公平性問題，具有較高的復(fù)雜性和技術(shù)難度。課題綜合考慮區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)特點，兼顧公平性、效率性、經(jīng)濟(jì)性和可行性等原則，開展鐵嶺市和常州市控制單元容量總量分配，并將總量分配結(jié)果轉(zhuǎn)化為企業(yè)的排污限值，包括年排放限值和日最大限值，為科學(xué)確定排污許可限值提供了重要的技術(shù)支撐。
企業(yè)污染物排放波動性與建立年排放限值和日最大限值具有密切關(guān)系，波動十分劇烈的企業(yè)，日排放限值對應(yīng)的排放強度要顯著大于年排放限值。從污染物排放波動性來看，鐵嶺市污水量排放最穩(wěn)定的是污水處理廠，波動最大的是煤炭開采；氨氮排放量波動系數(shù)最小的行業(yè)是污水處理廠，波動系數(shù)最大的是煤炭開采行業(yè)；化學(xué)需氧量排放量波動系數(shù)最小的行業(yè)是污水處理廠，屠宰加工業(yè)的波動系數(shù)平均值和變差系數(shù)最大。波動性較大的企業(yè)其污染物排放量不確定性較大，因此應(yīng)加大監(jiān)管頻率，通過多次采樣綜合判斷企業(yè)污染物排放量和排放濃度是否超標(biāo)。課題以水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)為約束，計算出鐵嶺市化學(xué)需氧量和氨氮基于水質(zhì)的年排污許可限值分別為10486噸/年、896噸/年，然后再根據(jù)企業(yè)污染排放情況確定企業(yè)排污許可限值。
據(jù)中國環(huán)境科學(xué)研究院鄧義祥研究員介紹，常州市由于水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，因此短期內(nèi)達(dá)到功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)具有一定的困難。考慮到這一情況，課題研究了分階段的污染物排放限值。到2020年，常州市化學(xué)需氧量、氨氮、總氮和總磷的污染物排污許可限值為62736噸、4109噸、9414噸和1463噸；到2030年，化學(xué)需氧量、氨氮、總氮和總磷的污染物排污許可限值為47926噸、2868噸、6070噸和377噸。課題還研究了根據(jù)環(huán)境容量排污限值和行業(yè)減排技術(shù)限值之間的關(guān)系，并建議采用最為嚴(yán)格的限值作為企業(yè)排污許可限值核發(fā)的依據(jù)。
信息化平臺是開展排污許可管理的工具
據(jù)中國環(huán)境科學(xué)研究院喬飛博士介紹，隨著信息化時代的來臨，方便快捷的管理平臺是開展排污許可制實施必不可少的工具。課題采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立了基于控制單元排污許可管理平臺，在滿足管理部門需求的條件下，將盡可能將功能簡化，建立界面友好、功能簡潔、概念清晰的管理系統(tǒng)。為適應(yīng)環(huán)境保護(hù)部門的業(yè)務(wù)需求，該平臺采用B/S模式，并通過一定的安全級別認(rèn)證和用戶權(quán)限控制，可管理收集地表水水質(zhì)、污染源檔案、污染源水質(zhì)水量、入河排污口水質(zhì)水量等信息。平臺具有排污許可證核定、發(fā)證、證后監(jiān)督、注銷或再次申報等功能，并融合水質(zhì)達(dá)標(biāo)和技術(shù)排污核定技術(shù)，實現(xiàn)對排污方案的最優(yōu)決策。
經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研與分析后，通過深入了解鐵嶺市環(huán)境保護(hù)局的業(yè)務(wù)活動和功能需求情況，并進(jìn)行系統(tǒng)可行性分析，再對其進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)等設(shè)計。最終明確控制單元水環(huán)境信息分析系統(tǒng)定位為對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，針對控制單元污染物產(chǎn)排情況，利用污染源、水環(huán)境模擬模型、容量總量分配模型等，進(jìn)行控制單元水環(huán)境信息分析。經(jīng)調(diào)研及分析，鐵嶺市水環(huán)境信息分析系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)可視化管理和綜合分析等模塊。具體功能如下：（1）空間數(shù)據(jù)的展示：用于地理信息數(shù)據(jù)、河流數(shù)據(jù)、監(jiān)測點、行政區(qū)劃等數(shù)據(jù)展示。（2）基礎(chǔ)功能：用于分類管理各類數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)管理。（3）屬性數(shù)據(jù)展示：用于展示水質(zhì)、水文、污染源等屬性數(shù)據(jù)。（4）模型管理：用于進(jìn)行模型注冊、模型管理等。（5）其他功能：用于進(jìn)行元數(shù)據(jù)管理、方案管理、綜合分析等。
據(jù)悉，課題研發(fā)的排污許可管理技術(shù)平臺在鐵嶺市環(huán)境保護(hù)局實現(xiàn)穩(wěn)定運行，已正式領(lǐng)取排污許可證的排污單位信息已全部實現(xiàn)在線管理，為鐵嶺市實施排污許可證管理提供了重要的技術(shù)支撐。
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