利用流量自動監(jiān)測實施污染源排放量控制的探討

文_于敬 于承迎

1.北京市生態(tài)環(huán)境局 2.北京節(jié)能環(huán)保中心

1 排放許可證核發(fā)后執(zhí)法工作

國家實行排污許可管理制度，實行排污許可管理的企事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者應(yīng)當(dāng)按照排污許可證的要求排放污染物。生態(tài)環(huán)境部向排污單位核發(fā)的“排污許可證”上，會載明排污單位的重點污染物排放總量控制指標(biāo)，詳細(xì)明確各排污口的年污染物許可排放量，重點污染物主要為二氧化硫、氮氧化物、化學(xué)需氧量、氨氮和非甲烷總烴等。排污單位如果超過重點大氣和水污染物排放總量控制指標(biāo)時，生態(tài)環(huán)境執(zhí)法部門將對違法單位進(jìn)行責(zé)令改正或者限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整治，并處10 萬元以上至100 萬元以下的罰款；情節(jié)嚴(yán)重的，報經(jīng)人民政府批準(zhǔn)，責(zé)令停業(yè)、關(guān)閉。

但在實際執(zhí)法檢查過程中，基本都只是對污染物排放濃度超標(biāo)的執(zhí)法，對“總量超標(biāo)”的執(zhí)法難以開展。主要原因：①一般對排污單位排放污染物執(zhí)法監(jiān)測只能按雙隨機要求和按標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的頻次，比如每季度1 次或者每年1 次，單次的監(jiān)測結(jié)果受排污單位治理設(shè)施運行、生產(chǎn)負(fù)荷等因素影響無法合理推算年排放量。②物料衡算法在排污收費或環(huán)境稅對核算排放量有一定參考，但環(huán)境保護水的排污量核定有較明顯的“博弈”特點，各種產(chǎn)污系數(shù)、治理效率都不能作為超量違法證據(jù)。因此科學(xué)核算排污單位污染物排放量對于生態(tài)環(huán)境執(zhí)法有重要的意義，而流量自動監(jiān)測是很好的污染物排放量核查工具。

2 流量自動監(jiān)測存在的問題

實時監(jiān)控的污染物自動監(jiān)測是很好的總量控制手段，目前重點污染物中二氧化硫、氮氧化物、化學(xué)需氧量和氨氮以及非甲烷總烴、總磷、總氮分析儀都有較好的準(zhǔn)確度，但排污單位對自動監(jiān)測設(shè)備的運行也是“重濃度輕流量”，導(dǎo)致流量儀器的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

主要表現(xiàn)：①排污口規(guī)范化程度不高，流速儀應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管氣流下游方向大于4 倍煙道直徑，以及距上述部件上游方向小于2 倍煙道直徑處，但為了節(jié)省空間，排污單位縮短煙道，導(dǎo)致根本不能滿足監(jiān)測條件。廢氣流速自動監(jiān)測設(shè)備安裝位置的代表性差，會導(dǎo)致出現(xiàn)采樣位置出現(xiàn)在兩股氣流交匯處，渦流、旋流處等。工業(yè)通風(fēng)設(shè)計問題導(dǎo)致有些煙氣流速過低，使皮托管流速儀監(jiān)測不準(zhǔn)確，也同樣是水力計算導(dǎo)致工業(yè)排口地點有強烈振動。廢水排放單位更是為了節(jié)省空間，不按規(guī)范尺寸建設(shè)堰槽，管道排放的也不能保證滿管排放。②安裝位置不正確，例如：煙氣流速采樣探頭正對氣流的S 皮托管與氣流的方向不垂直，緊固法蘭松動。廢水超聲波流量計安裝位置錯誤，堰槽尺寸不符合規(guī)范，管道電磁流量計在水平管道上安裝時，兩個測量電極出現(xiàn)在管道的正上方和正下方位置。③維護問題，高溫高濕環(huán)境下的煙道內(nèi)流速儀探頭很容易被腐蝕，需要每月把流量計從煙道中拔出查看腐蝕程度，及時更換探頭。

3 流量監(jiān)測準(zhǔn)確度的解決和總量的核算

3.1 提高廢氣流量自動監(jiān)測準(zhǔn)確度的措施和執(zhí)法重點

流速CMS 在流速＞10m/s 時，相對誤差不應(yīng)超過±10%；流速≤10m/s 時，相對誤差不應(yīng)超過±12%。要滿足要求首先就需要對采樣位置進(jìn)行合理選取，首先應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向≥4 倍煙道直徑或當(dāng)量直徑，以及距上述部件上游方向≥2倍煙道直徑或當(dāng)量直徑處。矩形煙道當(dāng)量直徑D=2（長×寬/（長+寬））。

不能滿足上述條件的，應(yīng)當(dāng)選取煙氣分布均勻的位置。按照固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法在煙道上按照直徑或截面積大小布設(shè)速度測點，數(shù)量1～20 個。計算煙氣分布均勻相對均方根。經(jīng)實地檢測后，自動監(jiān)測采樣位置的相對均方根必須小于等于0.15。公式如下：

式中 σr—流速相對均方根；

vi—測點煙氣速度，m/s；

—截面煙氣平均流速，m/s。

n—截面上的速度測點數(shù)目，測點的選擇按照GB/T16157 執(zhí)行

選取符合要求的采樣位置后，還要通過參比方法檢測測算出合理的速度常系數(shù)，并且速度常系數(shù)的精密度必須小于等于5%。速度場系數(shù)是指參比方法與流速自動監(jiān)測設(shè)備同步測量煙氣流速時，參比方法測量的煙氣平均流速與同時間區(qū)間且相同狀態(tài)的自動監(jiān)測測量的煙氣平均流速的比值。要每天至少獲得5個有效速度場系數(shù)，連續(xù)測試3 天。

計算速度場系數(shù)精密度(相對標(biāo)準(zhǔn)偏差)的公式如下：

式中Kv—速度場系數(shù)；

Fs ——參比方法測定斷面面積，m2；

Fp—流速CMS 所在測定斷面的面積，m2；

—參比方法測定斷面的平均流速，m/s；

—流速CMS 在固定點或測定線所在斷面的測定流速，m/s。

式中CV—速度場系數(shù)精密度（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差），%

S—速度場系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

—速度場系數(shù)日平均值的平均值；

—速度場系數(shù)日平均值；

n—日平均速度場系數(shù)的個數(shù)。

煙道斷面濕煙氣平均流速：

式中KV—速度場系數(shù)；

—測定斷面流速CMS 測得的濕排氣平均流速，m/s；

—測定斷面的濕排氣平均流速，m/s。

實際工況下的濕煙氣流量：

式中QS—實際工況下濕煙氣流量，m3/h；

F—測定斷面的面積，m2。

最后換算為國家要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣流量：

式中QSn—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣流量，m3/h；

Ba—大氣壓力，Pa；

PS—煙氣靜壓，Pa；

ts—煙溫，℃；

Xsw—煙氣中含濕量。

3.2 提高廢水流量自動監(jiān)測準(zhǔn)確度的主要措施2

主要就是嚴(yán)格規(guī)范排污口，排水量大的排污單位的排污口應(yīng)全部改造利于流量監(jiān)測的巴歇爾槽。建議日排水量1000t（約11.57L/s）以上均應(yīng)納入改造范圍。要對排污單位限期修建或安裝，逾期未按標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)規(guī)范堰槽的行為要嚴(yán)格依法查處。要遵循城市排水流量堰槽測量標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾量水槽和明渠堰槽流量計（試行）中的要求。巴歇爾槽建設(shè)要結(jié)合流量計儀表量程與流量槽序號，上游順直的行近渠槽長度應(yīng)不小于5 倍的行近渠槽寬度，即5 倍收縮段最寬。巴歇爾槽中心線應(yīng)與行近渠槽中心線重合。廢水的流態(tài)應(yīng)為自由流，不能是淹沒流。喉道寬度允許相對偏差為喉道應(yīng)當(dāng)寬度的0.2%，最大偏差值≤0.01m。喉道的水平長度允許相對偏差為喉道應(yīng)當(dāng)水平長度的0.1%，堰（墻）高的允許相對偏差為設(shè)計堰高的1.0%，最大偏差值≤0.02m。

3.3 污染物實際排放量與許可排放量

在獲得了精確的流量數(shù)據(jù)后，廢氣污染物質(zhì)量濃度（mg/m3）×煙氣流量（m3/h）×排放時間（h）即可獲得該污染物的排放量。一般為某污染物的折算質(zhì)量濃度。廢水某污染物質(zhì)量濃度（mg/L）×排水流量（m3/d）×排放時間（d）即可獲得某排口某種污染物的年排放量。

執(zhí)法人員要把該單位全部廢氣或廢水年排放量與排污許可證上的許可總量相比較，來判定是否“總量超標(biāo)”。但實際上通過自動監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，該單位2019 年排放化學(xué)需氧量243.63t，氨氮8.24t，總磷0.66t，總氮94.63t，還不到核定可排放許可量的50%，明顯生態(tài)環(huán)境管理部門核定排污單位的排污許可量過大，沒有真正達(dá)到排污許可制度的目的。

4 結(jié)語

提高流量監(jiān)測準(zhǔn)確度的措施全部實施后，生態(tài)環(huán)境執(zhí)法部門還要進(jìn)一步加大對固定污染源流量自動監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的抽檢力度。督促固定污染源定期檢查探頭堵塞/腐蝕情況，預(yù)防故障（或漂移）發(fā)生，定期進(jìn)行手工參比測試校驗。對采用皮托管式流速連續(xù)監(jiān)測設(shè)備的，要從單點皮托管點測量改為多點皮托管面測量，同時提高材料防腐材料質(zhì)量。推薦使用超聲波流速連續(xù)監(jiān)測設(shè)備，特別是發(fā)電、石化、工業(yè)爐窯、水泥制造和汽車整車制造等排放量大的重點行業(yè)。生態(tài)環(huán)境管理部門應(yīng)根據(jù)實際數(shù)據(jù)調(diào)整許可排放量。另外，生態(tài)環(huán)境部自動監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)適用全國的情況，北京市應(yīng)制定嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)的《固定污染源大氣污染物排放自動監(jiān)測設(shè)備安裝和使用技術(shù)規(guī)范》，提高質(zhì)量濃度和流量的準(zhǔn)確度。