為控制單元水質達標提供綜合管理手段
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水生態承載力評估方法
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技術路線圖
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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》水質目標，環境保護部在全國劃分了1784個控制單元，其中343個控制單元是水質需改善的國控單元，涉及29個省（市），197個地級及以上城市，956個縣（區、市），所涉及的29個省（市）均已簽訂了《水污染防治目標責任書》。
記者了解到，為適應國家水環境保護管理思路的轉變，國家水體污染控制與治理科技重大專項（以下稱水專項）針對控制單元水質達標開展了大量研究，為管理部門提供技術支撐。“十二五”期間，水專項監控預警主題流域水生態承載力調控與污染減排技術研究項目設置了“控制單元水生態承載力與污染物總量控制技術研究”課題（2013ZX07501005）。課題負責人中國環境科學研究院雷坤研究員介紹，這一課題由中國環境科學研究院承擔，總經費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深圳研究生院、北京師范大學、常州市環境科學研究院、鐵嶺市環境保護科學研究院。
據了解，這一課題是“十一五”水專項“控制單元水質目標管理技術研究”課題的延續。課題在“十一五”研究基礎上，按照“分區、分類、分級、分期”管理思路，以基于流域水生態功能分區的水質保障和水生態安全為目標，圍繞污染物水質改善與污染負荷削減，進一步完善控制單元水質目標管理技術體系，提出控制單元水生態承載力優化調控與結構減排管理技術，形成面向固定污染源的排污許可技術、面向城鎮面源的模擬與優化控制技術，在此基礎上開發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行了技術應用。
基于水生態承載力的產業調控是水環境管理的控源之本
根據中國環境科學研究院傅澤強研究員介紹，水生態承載力優化調控技術是引導流域水資源利用和產業機構優化調整的科學基礎。此技術以流域水生態系統的健康為目標，綜合考慮水資源的自然屬性和社會屬性，進行流域水資源利用和產業結構的綜合優化調控，實現流域社會經濟發展與水生態保護的協調發展，為流域水質改善和水生態保護提供保障。課題從政策、環境、技術、經濟等角度，將產業環境準入細分為政策準入、總量準入、空間準入、業態準入和技術準入共5個方面。
政策準入就是要求所有擬入駐企業（項目）必須符合國家和地方產業政策、環境保護法律法規。不符合國家和地方產業政策的所有企業（項目）一律不得開工建設。屬于淘汰類的，應責令即時或限時關閉。應結合《產業結構調整指導目錄（2011年本）》（2013年修正）、《產業轉移指導目錄（2012年本）》、《外商投資產業指導目錄（2015年修訂）》等國家政策制定政策準入清單。鐵嶺市還要結合《遼寧省人民政府關于優化產業布局和結構調整的指導意見》（遼政發［2015］68號）等地方政策，在對鐵嶺市現有行業進行對照分析的基礎上編制負面清單；常州市要結合《江蘇省政府辦公廳關于印發江蘇省工業和信息產業結構調整指導目錄（2012年本）的通知（蘇政辦發［2013］9號）》等地方政策，在對常州市現有行業進行對照分析的基礎上編制負面清單。凡列入負面清單的產業（項目），應按照負面清單管控要求進行管理。
總量準入的核心就是在保證生態環境不受破壞和可持續發展的前提下，以合理配置資源和有效保護環境為原則，提出在一定時間段內某區域或行業的用水總量控制上限和水環境容量總量，作為該區域或行業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，該區域內所有擬建設企業（項目）的資源利用和污染排放總和不得超過此上限。根據測算，鐵嶺市化學需氧量和氨氮的環境容量分別為10486噸/年、896噸/年，常州市化學需氧量、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。
空間準入就是首先將生態敏感區、生態脆弱區、生物多樣性保護優先區，以及其他對于維持生態系統結構和功能具有重要意義的自然生態用地等區域列為禁止建設區，在此區域內禁止進行任何形式的生產建設活動。鐵嶺市空間準入方案為：水生態約束低區為昌圖縣；水生態約束中區為開原市、鐵嶺縣；水生態約束高區為清河區、銀州區、調兵山市、西豐縣；禁止建設區包括自然保護區、風景名勝區等核心區或一級保護區范圍。常州市空間準入方案為：水生態約束低區為常州市區，包括新北區、天寧區、武進區、戚墅堰區、鐘樓區5個區域；水生態約束中區為溧陽市；水生態約束高區為金壇市。
業態準入，是指依據生態工業和循環經濟原理，結合開發建設活動所在區域的主導產業鏈結構現狀，對擬發展產業和建設項目所做出的準入規定。鐵嶺市應促進形成4個產業鏈，即農產品種植（豆類、玉米等）—農產品深加工（豆制品、淀粉制品等）產業鏈、果蔬種植—果蔬深加工產業鏈、化肥生產銷售使用產業鏈和煤炭采選—火力發電—建材產業鏈。常州市要鼓勵形成“紡紗—面料—印染—服裝家紡—生產銷售—廢棄物回收利用”等一體化產業鏈、鋼鐵下游產業鏈，以及“余熱余壓—發電”、“冶煉—廢渣—建材”、“冶煉—含鐵塵泥—燒結”等產業鏈。
技術準入，是指依據工藝和技術，以及資源消耗和污染物排放強度等指標，對擬發展產業和建設項目所做出的準入規定。鐵嶺市對于肉牛養殖，新建、改建和擴建養殖場的化學需氧量、氨氮日均排放濃度不得超過《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596-2001）的標準值。對于常州市農田灌溉用水而言，必須嚴格執行《江蘇省灌溉用水定額》，對于肉雞養殖、生豬養殖、重點工業行業而言，新建、改建和擴建養殖場、企業（項目）的用水效率、產排污強度等必須達到《常州市重點工業行業的用水效率、產排污強度要求》。其他工業行業新建、改建和擴建企業（項目）的用水效率、化學需氧量、氨氮產排強度應達到國家清潔生產標準的國內先進水平或滿足清潔生產評價指標體系中的清潔生產二級水平；無國家清潔生產標準和清潔生產評價指標體系的建設項目，應達到國內同行業現有企業先進水平。
政策準入是基礎條件，只有符合國家、地方法律法規、產業政策、環境政策和規劃等，才具備開工建設的可能性。空間準入和總量準入是約束條件，空間準入是從合理利用國土空間、充分保護生態空間的角度對擬入駐企業（項目）的布局選址做出的準入規定。總量準入是從資源能源利用、污染排放等資源環境承載力的角度對擬入駐企業（項目）做出的準入規定。業態準入和技術準入則是從延長產業鏈、推進清潔生產角度引導擬入駐企業（項目）實現減污增效。
城市面源優化調整是解決城市水環境問題的重要手段
據北京大學深圳研究生院秦華鵬教授介紹，近年來，城市面源對水環境問題的影響日益受到人們的關注。在城市區域，污染物主要來源于路面（如人行道、種植帶、車道、停車場、屋頂等），主要有以下特點：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：城市的快速發展導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，對水環境的影響日益嚴重。三是復雜性：城市非點源污染的排放不固定，形成機理模糊，監測、研究和控制工作比點源污染更困難，因此具有復雜性。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行累積，對水體產生的危害很有限；當發生降雨的時候，污染物被沖刷進入水體，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化調控技術，綜合考慮環境、經濟和社會效益，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、雨水調蓄設施、低影響開發等面源污染控制措施的減排效果進行評估。以費用最低和面源污染最低目標，開發了城市面源污染模擬技術，可模擬各種下墊面單位面積徑流污染排放過程，以及各種低影響發展（LID）措施，包括初期雨水截排、調蓄池、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，因地制宜地實現面源污染控制措施的組合優化。
采用這一模型，研究人員估算了常州市各街道（鎮）面源污染逐時負荷過程，認為常州市的面源主要集中在雨季排放，并總體呈現出城區高、郊區低的總體趨勢。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到30.5%、57.5%、45.0%和47.5%。
農業面源減排是治理氮磷污染的重點之一
據北京師范大學蘇保林副教授介紹，由于農業活動大量使用化肥，加上動物糞便的排放，大量的氮磷進入水體，造成水體富營養化。開展農業面源治理須對氮磷污染負荷進行評估。數學模型是估算農業面源負荷量的重要工具，課題研發了針對農業面源計算的數學模型，包括降雨徑流過程、土壤侵蝕/土壤流失過程、污染物遷移轉化。以分布式水文模擬為基礎，集成考慮流域內地形變化、土地利用類型差別、土壤分類區別、氣象條件變化和農業耕作方式等諸多因素影響，具有堅實的水文科學和環境科學理論基礎，可廣泛應用到全國其他地區。
按照污染源的不同，課題從畜禽養殖、農田種植、水產養殖和農村生活4個方面分別進行了方案優選，并將最優工程方案應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業生產基地之一，農作物種植面積大，肥料使用量很高，而銀州區是鐵嶺市中心城區，農業用地較少，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-生物膜復合生態系統、組合式穩定塘處理工藝、序批式生物膜法和塔式生態濾池-人工濕地系統削減技術，實現總氮、總磷、氨氮和化學需氧量每年分別削減1837噸、420噸、1239噸和14051噸。
科學核定排污許可限值，為排污許可管理提供科學依據
據中國環境科學研究院雷坤研究員介紹，排污許可管理是我國水環境管理的重要制度，是我國環境保護發展的必由之路。通過排污許可證的發放，環境保護部門對污染源的排放提出具體的排污要求，并進行嚴格的監督和管理，以確保污染源排放達到許可證的要求。排污許可證使得污染源管理制度化、透明化，是實現污染源依法管理的重要制度。
企業排污限值核定的關鍵在于科學合理地將水環境污染物總量計算結果轉化為企業排放限值。這一轉化過程同時涉及企業及行業間的公平性和未來發展的公平性問題，具有較高的復雜性和技術難度。課題綜合考慮區域的水生態系統特點，兼顧公平性、效率性、經濟性和可行性等原則，開展鐵嶺市和常州市控制單元容量總量分配，并將總量分配結果轉化為企業的排污限值，包括年排放限值和日最大限值，為科學確定排污許可限值提供了重要的技術支撐。
企業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系，波動十分劇烈的企業，日排放限值對應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最小的行業是污水處理廠，波動系數最大的是煤炭開采行業；化學需氧量排放量波動系數最小的行業是污水處理廠，屠宰加工業的波動系數平均值和變差系數最大。波動性較大的企業其污染物排放量不確定性較大，因此應加大監管頻率，通過多次采樣綜合判斷企業污染物排放量和排放濃度是否超標。課題以水環境功能區水質目標為約束，計算出鐵嶺市化學需氧量和氨氮基于水質的年排污許可限值分別為10486噸/年、896噸/年，然后再根據企業污染排放情況確定企業排污許可限值。
據中國環境科學研究院鄧義祥研究員介紹，常州市由于水質污染較為嚴重，因此短期內達到功能區水質目標具有一定的困難。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。課題還研究了根據環境容量排污限值和行業減排技術限值之間的關系，并建議采用最為嚴格的限值作為企業排污許可限值核發的依據。
信息化平臺是開展排污許可管理的工具
據中國環境科學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技術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。為適應環境保護部門的業務需求，該平臺采用B/S模式，并通過一定的安全級別認證和用戶權限控制，可管理收集地表水水質、污染源檔案、污染源水質水量、入河排污口水質水量等信息。平臺具有排污許可證核定、發證、證后監督、注銷或再次申報等功能，并融合水質達標和技術排污核定技術，實現對排污方案的最優決策。
經現場調研與分析后，通過深入了解鐵嶺市環境保護局的業務活動和功能需求情況，并進行系統可行性分析，再對其進行功能結構等設計。最終明確控制單元水環境信息分析系統定位為對數據進行綜合分析，針對控制單元污染物產排情況，利用污染源、水環境模擬模型、容量總量分配模型等，進行控制單元水環境信息分析。經調研及分析，鐵嶺市水環境信息分析系統主要包含數據可視化管理和綜合分析等模塊。具體功能如下：（1）空間數據的展示：用于地理信息數據、河流數據、監測點、行政區劃等數據展示。（2）基礎功能：用于分類管理各類數據，即數據管理。（3）屬性數據展示：用于展示水質、水文、污染源等屬性數據。（4）模型管理：用于進行模型注冊、模型管理等。（5）其他功能：用于進行元數據管理、方案管理、綜合分析等。
據悉，課題研發的排污許可管理技術平臺在鐵嶺市環境保護局實現穩定運行，已正式領取排污許可證的排污單位信息已全部實現在線管理，為鐵嶺市實施排污許可證管理提供了重要的技術支撐。
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