火電行業廢水排放績效評估

竹 濤，袁前程，金鑫睿，葉澤甫，侯益銘

(1. 中國礦業大學(北京) 化學與環境工程學院，北京 100083；2. 山西格盟中英清潔能源研發中心有限公司，山西 太原 030031；3. 格盟國際能源有限公司，山西 太原 030031)

0 引 言

根據國辦發《控制污染物排放許可制實施方案》要求，率先對火電、造紙行業企業核發排污許可證，2020年全國基本完成排污許可證核發，實現對所有固定污染源全覆蓋?；痣娦袠I是我國國民支柱產業和用水大戶，在火力發電占比高達70%的情況下，水作為重要資源，排放廢水情況不容忽視[1]。本文主要依據2015年全國各省環境統計數據進行分析，由于自2008年火電逐漸進入成熟期后，國家陸續出臺政策控制火電發展規模，火電裝機容量和廢水排放情況趨于穩定，與2019年各地區的數據總體水平無顯著差異，即采用2015年的數據獲得的結論適用于2019年的情況。根據調查數據，與其他工業相比，火電行業的廢水大致有以下特點：水質水量差異很大，污染成分以無機物為主，有機污染物主要是油，且間斷性排水較多[2]。

排污權交易制度作為一種以發揮市場機制作用為特點的新型環境經濟政策，可有效控制環境污染，起到節省治理費用、保護環境質量的作用[3]，是我國較早實施的環境保護制度，實施已有20余年，但自從2007年《水污染物排放許可證管理暫行辦法》廢止后一直未出臺新的管理法規。從整體來看，無法有效保證點源的“連續達標排放”，形式過于簡單。發達國家中的代表美國的水排污許可證制度發展至今，其覆蓋范圍和內容不斷規范和細化，從控制水污染的角度看已經十分合理和成熟，與之相比我國排污許可證制度創新相對較緩慢，還存在較大差距。1990年迄今，國內學者對排污許可證制度的研究主要關于框架式，而目前圍繞排污權交易討論較多[3]。但目前國內對排污許可證制度的地位和性質認識上仍存在較大局限，規范性研究不多，如普遍認為排污許可證制度是以總量控制為目標的污染物授權排放制度，鮮見對排污許可證制度內容框架規范、全面、系統的研究。

該制度在我國還存在許多亟待解決的問題：① 相關立法不健全，缺乏完善的法律體系來保障排污權交易的實施；② 難以實現排污量和交易量的準確預測，因為我國對企業的排污檢測還不到位，排污指標也沒有完全建立起來，更沒有建立起配套的監測機制[4]；③ 實施困難很大，排污權的交易費用偏高，實施程序復雜，操作難度大[5]；④ 政府監管不力，監管指標量化不準確，造成企業隨意排污；⑤ 地方保護主義嚴重，政府過多干預影響了排污權交易的公平、公正、公開進行。因此建立火電廢水排污權交易市場困難重重。

為更好地開展排污許可制度，并基于火電行業的水污染物排放績效進行排污權交易可行性研究，本文旨在探究我國火電行業水區域性及其水污染因子特征，梳理各地區火電廢水排放績效水平(廢水排放績效=廢水排放量/火電發電量)，各地區可根據績效核算結果對自身在火電行業的水資源使用及排放方面的問題制定針對性政策，為其排污許可制度的進一步實施提供基礎支持。

1 火電行業排污許可證核發與廢水排放特征

1.1 排污許可證核發情況

根據全國排污許可管理信息平臺數據，截至2018年7月，全國火電行業共發放1 958張(不包含自備電廠)排污許可證，其中包括1 923個火力發電企業(D4411)，35張熱電聯產企業(D4412)。范圍是執行GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的火電機組所在企業，以及僅包括執行GB 13223—2011標準的設施且有自備電廠的企業。火電企業排污許可證空間分布數據見表1。

表1 火電企業排污許可證空間分布數據

由表1可知，排污許可填報火電行業企業最多的省份為山東省，為329家，占全國發證企業個數的16.80%。在已核發排污許可證的所有企業中，進行污水排放所執行的污水排放標準主要分為3種類型，其中執行《污水綜合排放標準》的火電企業數量最多，達到1 442家，一定程度上反映了現階段我國針對火電行業并沒有針對性的行業廢水排放標準。

1.2 火電行業區域性廢水特征

目前我國火電行業發電技術已達到成熟階段，各省市火電企業之間廠內水資源使用情況具有明顯區域性特征，根據地區水資源情況(港澳臺地區相關數據難以收集，故排除在本次調研之外)[6]，選擇具有區域代表性的省份中部分火電廠，分析其廢水現狀。

本文選取山東(水資源缺乏地區)和廣東(水資源豐富地區)，后續將其他省份數據(數據來源于生態環境部的2015年全國各省市火電企業污染排放及處理利用情況表)與代表性區域進行對比分析，以期總結出火電行業排污許可制度中水資源控制管理的一般規律[7]。

首先需明確火電企業相關用水指標，火力發電廠運行時,需大量冷卻水來冷卻機組，冷卻方式的差異決定了火電廠冷卻水量的不同，對于直流冷卻系統，取水和排水之間的差異被視為耗水量[8]。根據現有冷卻水技術，使用3個指標確定企業的冷卻技術，分別為：工業用水量W1(噸)，取水量W2(噸)，重復用水量W3(噸)[9]。根據不同情況進行分類：直流冷卻，W1=W2；循環冷卻，W3/W1>W2/W1；聯合冷卻，W3/W1

1.2.1水資源缺乏代表性地區水污染因子特征

華東地區(山東)：山東省屬于黃河流域、淮河流域、海河流域，水資源總量僅占全國的1.09%，人均水資源占有量僅為全國平均水平的14.9%，為世界人均占有量的4%，位居全國各省(市、自治區)倒數第3位，遠小于國際公認的維持一個地區經濟社會發展所必需臨界水資源值，屬于嚴重缺水地區。2015年環境統計數據完整的火電企業有270家，其中使用直流冷卻的企業27家，占比10%；循環冷卻98家，占比36.3%；聯合冷卻145家，占比53.7%。主要以聯合冷卻方式為主，直流冷卻較少，但作為水資源缺乏的地區，必須進一步減少直流冷卻技術的使用，向再循環和干式冷卻技術發展，盡管再循環系統比單程冷卻系統消耗更多的水，但火電廠冷卻法規促進了冷卻水從單程技術到其他類型的冷卻技術的轉變[11]。根據山東近海的特點可通過提高發電效率或使用非淡水資源來減少熱電的淡水消耗，對于經濟及設備的要求會更高。廢水排入城市污水處理廠的79家，占比29.3%；直接進入江河湖、庫等水環境的191家，占比70.7%。

本次調研中，通過篩選統計了發電機組規模相當火電企業的水污染因子處理效率，山東地區部分火電企業4種特征水污染因子的產生量與排放量如圖1所示。

圖1 山東地區部分火電企業特征水污染因子的產生量與排放量

由圖1可知，山東地區火電企業廢水產生及排放中化學需氧量占比最大，氨氮和總氮相差不大，總磷排放量最少。

2018年，空調在庫存周期及景氣周期的雙重壓力下，增長放緩趨勢日益明顯。從第二季度開始，補庫存周期結束，市場銷售就落入負增長區間。而在疊加地產不景氣后，空調增長壓力在第四季度凸顯，并將至少持續到2019年第一季度。

計算水污染因子的處理效率，計算公式為：(產生量-排放量)/產生量×100%，結果如圖2所示?；瘜W需氧量地區平均處理效率為49%，氨氮地區平均處理效率為52.4%，總氮地區平均處理效率為37.8%，總磷地區平均處理效率為34%。其中廢水直接排入環境的比例較大，故導致處理效率計算結果接近0，即該火電企業在自行廢水處理設備上無投入或投入較少。需對直排的廢水加強監測，各水污染物處理效率總體水平不高，最高化學需氧量處理效率不到50%，應加大廢水治理設施運行費用投入，改進廢水處理技術[12]。

1.2.2水資源豐富代表性地區水污染因子特征

華南地區(廣東)：廣東水資源豐富，年降水總量和河川徑流總量位于全國前列，可供開采的人均水資源占有量遠高于中國平均水平，2015年環境統計數據完整的火電企業共有74家，其中使用直流冷卻的企業17家，占比23%；循環冷卻26家，占比35.1%；聯合冷卻31家，占比41.9%?？梢钥闯?，水資源更加豐富的廣東省使用直流冷卻技術的企業占比更大，大部分企業采用聯合冷卻的方式，冷卻水技術水平較高，其水資源時空分布不均的特點可推動水污染物排污權交易的實施，廣東省是適合全國進行試點建立水污染物排污權交易地區。廢水排入城市污水處理廠的14家，占比18.9%；直接進入江河湖、庫等水環境的60家，占比81.1%。廣東地區部分火電企業4種主要水污染因子的產生量與排放量如圖3所示。

由圖3可知，廣東地區火電企業廢水排放中量化學需氧量最大，氨氮和總氮排放量基本相同，推測檢測過程中，氨氮與總氮使用同一個檢測指標。水污染因子的處理效率計算公式為：(產生量-排放量)/產生量×100%，結果如圖4所示。

由圖4可知，化學需氧量地區平均處理效率為43.4%，氨氮地區平均處理效率為53.9%，總氮地區平均處理效率為53.5%，總磷地區平均處理效率為64.2%。大部分火電企業的4種水污染因子處理效率趨勢相同。廣東省各水污染物處理效率總體水平相比山東省較好，氨氮、總氮、總磷處理效率均達到50%以上，推測是由于廢水治理資金大量投入，提高了水污染因子的處理效率，但還需減少直接排入自然環境的廢水量。

圖2 山東地區部分火電企業特征水污染因子的處理效率

圖3 廣東地區部分火電企業主要水污染因子的產生量與排放量

圖4 廣東地區部分火電企業主要水污染因子的處理效率

2 全國火電行業廢水績效評估

2.1 廢水排放總量績效核算

2015年全國各省環統數據顯示，火電廢水排放量與廢水排放總量趨勢大致相同[13]，具體見表2。其中火電廢水占比最高接近地區廢水排放總量的20%。

表2 全國各省火電行業廢水排放量(包含自備電廠)

2.2 主要水污染因子排放績效核算

對2015年全國環統數據中化學需氧量及氨氮實際排放濃度進行樣本分析，根據全國各省及自治區火電行業企業數量不同，相應抽取一定數量樣本，得出全國火電第二類水污染分因子實際排放濃度。

表3 全國各省火電廢水績效水平

通過計算得出2015年全國各省火電廢水排放績效，結合第二類水污染因子實際排放濃度可計算得出相應的水污染物排放績效，計算結果見表4，計算公式如下：

YCOD=YCCOD

YNH3-N=YCNH3-N

YTN=YCTN

YTP=YCTP

式中，YCOD為化學需氧量實際排放績效；Y為火電廢水排放績效；CCOD為化學需氧量實際排放濃度；YNH3-N為氨氮實際排放績效；CNH3-N為氨氮實際排放濃度；YTN為總氮實際排放績效；CTN為總氮實際排放濃度；YTP為總磷實際排放績效；CTP為總磷實際排放濃度。

由表4可知，現階段全國火電行業廢水中的污染因子排放情況有明顯的地域性差異，由所在區域的水文條件、發電效率以及冷卻方式決定，所以在廢水排放上提升管理水平，因地制宜地制定對應的政策，提高發電效率，使用合適的冷卻方式，使火力發電廠減少淡水消耗。如沿海地區可使用非淡水如鹽水、微咸水和再生水，內陸地區可出臺限制使用直流冷卻技術的法規，冷卻技術逐漸轉向再循環技術[14]。干式冷卻也可以替代傳統的冷卻技術，但可能存在經濟和操作問題。

表4 2015年全國火電行業第二類水污染因子排放績效

電力作為火電企業的主要產品，在生產過程中大量水資源的使用和排放不可避免，因此探究發電量與廢水及主要水污染物的關系，可為其排污許可制度的實施提供支持。本文根據收集整理的全國火電廢水排放量和水污染物(第二類水污染因子)排放濃度數據，結合各地區發電量進行績效核算，各地區可根據績效核算結果對自身在火電行業的水資源使用及排放方面的問題制定針對性政策。

3 結語與展望

任何生產活動或消費活動中都不可能實現“零污染”，允許一定量的污水排放合情合理[15]。火電企業以電力為產品，水資源為生產消耗品，排放總量控制應基于廢水的排放績效。

1)廢水排放績效評估及區域性特征研究目的是探究電力與廢水排放之間聯系。得出與所在區域的水文條件、發電效率以及冷卻方式有關，水資源缺乏地區廢水處理水平低于水資源豐富地區，會導致不良用水情況加劇，可制定出對應的廢水治理政策，在排污權交易與廢水處理設備資金投入上尋找平衡點。

2)總結現階段排污權交易存在的阻礙：① 火電行業的水污染物不受重視，導致排放量統計不夠準確，為政策制定帶來困難；② 互聯網實時監測平臺未建立，無法實時監測火電企業排放水質水量，采取污染源頭追查方法，督促不達標企業整改，考慮優先通過排污權交易來推動水污染物的減排[16]。

3)廢水排放績效顯示各地區情況相差較大，全國平均水平為13.49 t/萬kWh，最小值為貴州0.47 t/萬kWh，最大值為西藏189.37 t/萬kWh?？紤]到流域是廢水排放的主要去向，以流域劃分為基礎，將各企業劃分至相應流域，通過核算流域環境容量來控制企業的廢水排放總量，針對其流域中火電企業的用水全過程污染物排放限制的規定，確定排污權交易的空間。政府機構向績效較高企業提出總量削減要求，績效較低企業給予排污權交易優惠政策，使行業內形成自主性節能減排狀態，構建排污權交易市場良性框架[17]。