美国空气固定源排污许可证中关于监测的规定及启示

宋国君，赵英煚

中国人民大学环境学院，北京 100872

排污许可制度是美国《清洁空气法》规定的系统、专业、高效的固定源污染排放行为常规化管理手段，是以排放标准为核心内容，以监测、记录和报告工作为实施关键的微观政策工具［1］。在《美国联邦行政法规》(CFR)中，排污许可制度的主要管理对象被定义为“主要污染源”，通常指单一固定源或位于相邻区域并接受统一管理的一组固定源，其实际排放量或潜在排放量达到或超过某个排放阈值。常规单一空气污染物排放阈值为每年100 t，危险空气污染物排放阈值为每年25 t(下述固定源均指主要污染源)。固定源监测定义为“通过手动和自动仪器装置测量和收集数据，对数据进行记录和处理，用数据核查污染排放水平及生产设施、污染防治设施的运行状态，以确保与产排污相关的操作遵守适用的要求”，即通过测量、记录、分析与排污有关的数据，获得固定源的产污、治污、排污信息，作为固定源证明其守法排放的证据和管理机关核查固定源守法排污的依据。

中国对固定源监测的研究多着眼于管理机构的责任，监测能力的建设［2-3］，监测管理水平提升［4］等方面。在建立排污许可制度下的监测体系研究方面，宋国君等［5-6］等认为应以排污许可证为载体明确对固定源的监测要求，参考美国经验，初步提出在完善排放标准体系、设计监测方案、公开排污信息、监测数据处理等方面对国内固定源监管的启示。王鑫等［7］综述美国合规监测的组织体系和技术体系，提出了美国在固定源合规评估管理方面对中国的启示。但以上研究缺少全面系统的分析，本研究从制度设计到实施流程，全面系统分析了美国空气固定源排污许可证中排放监测的规定，希望对完善中国固定源排污许可证中的排放监测管理提供参考。

1 中国固定源排放监测存在问题分析

《环境保护法》(2014)和《大气污染防治法》(2015)规定了国家依法实行排污许可管理制度，但目前国内排污许可管理条例仍未出台，现有试点项目未能在排污许可证中明确对固定源的监测要求。现有的监测规范按目的可分为总量减排监测与浓度达标监测2类，包括监测管理规定与监测技术方法，共有9条专门法规、技术规范、规范性文件，此外各类大气污染物排放标准中也有配套的监测规定。中国固定源监测规定存在以下问题：

首先，连续监测规定未覆盖全部排污口，缺少对产排污单元运行工况的监测要求。对规模以上的排污口明确要求连续监测，其余排放口只要求定期监测。固定源在定期监测时可能会选择有利时间点，在监测结果显示超标时可能会重测，监测结果不能表示排放口的真实排污情况。此外，由于缺少对产排污单元运行情况的监测要求，排放口数据缺少印证信息，管理机关难以核查固定源的排污情况。

其次，监测规定间的衔接性不佳，可操作性差。例如，烟气连续排放监测规范共有5条，虽然对监测项目、传感器安装位置、设施的维护运行、数据的记录传输均有详细规定，但各规范间的衔接性不佳，难以通过一致的程序规范整个流程。尤其是获取大量精确到秒的原始数据后，缺少强制使用统一数据处理、质量控制和质量保证系统的规定，未明确数据保存的电子格式和保存时间，增加了固定源数据处理和管理部门对固定源连续达标核查的难度，可操作性差。

最后，未明确固定源的全部监测义务，管理部门承担了过多的达标判定监测责任。由于缺少排污许可证管理，企业自行监测比率不高［8］，监测行为不规范［9］，只是根据排放标准简单的进行监测和记录，对监测频率、数据应用、受众反馈、时空尺度等缺少考虑［10］，导致管理机关难以认可企业的自行监测数据。为了判定固定源是否达标排放，环境监测站通常对辖区内污染源进行一定频次的监督监测［11］，政府主导和承担的监测方式带来一系列高成本、低效率［12］、低时效性的问题，且不足以判定固定源是否连续稳定达标排放［13］。

2 美国固定源管理模式

美国对空气固定源采取的排污许可管理是一种精细化的“个案管理”模式，即每个固定源单位必须向由美国环保局(US EPA)局长授权的管理机构(一般为地方空气管理局)申领排污许可证，并按照美国环保局批准的排污许可证中的要求排放。首先，按照排污许可证法规的规定，固定源制定监测方案，经地方空气管理局审核通过后载入排污许可证，每份排污许可证中明确载明了每个产排污单元应当遵守的排放标准等限制要求和相应的监测、记录、报告要求;其次，固定源按载明的要求“连续监测”和报告，通过监测数据证明自身合规排放;最后，地方空气管理局对固定源是否合规排污进行核查。排污许可证中载明的项目以每个产排污单元需要遵守的排放标准为核心，以对应的监测、记录报告要求作为判定固定源合规排放的关键内容。

美国固定源排放标准主要基于控制技术制定，包括对污染物排放量、排放浓度、排放速率等的要求，以及污染源运营要求［14］。基于全过程控制的原则，排放控制除了对排放污染物的限值要求，还包括对原料、生产、处置等环节的要求［15］。以1970年《清洁空气法》修正案的出台为界限，污染源可分为“新污染源”和“现有污染源”。对于新污染源，US EPA按照先进的控制水平制定“新污染源绩效标准”，制定之初意在全美统一执行。此外，US EPA权衡成本与效益，使管理与监控简单化，采取了不同的技术规制［16］，要求“新污染源”在空气质量“非达标区”达到“最低排放率”技术标准;要求在“防止环境明显恶化”地区采用“最佳可得控制技术”标准［17］。对于“现有污染源”，每个州制定州实施计划，说明为了达到空气质量标准的要求如何控制现有污染源，一般要求采用较为宽松的“最大可得控制技术”标准，在成本有效的基础上实现最低排放。所有排放标准均明确了适用对象，一般按照产排污单元的规模分类。除排放限值外，排放标准中还包含了配套的监测规定。任何超过限值或违反操作规定的行为，均视为不合规。

3 美国固定源排污许可证制度中的监测规定分析

固定源排污许可证制度中关于监测规定的设计是质量管理理论［18］在公共管理领域的典型应用。以监测质量为导向，倡导US EPA、地方环保局、固定源所有者或经营者等相关者合作。为了协调和控制复杂组织的工作活动，实现排污许可制度的管理目标，US EPA采用了一种任务专业化、流程标准化、技巧标准化的协调和控制机制［19］。US EPA在《清洁空气法》框架下系统修订了联邦法规各部分的监测规定，制定了标准化监测流程，建立了有效的监督机制，以确保固定源的连续合规排放。

针对不同规模、不同类型的产排污单元，兼顾数据完整、监测与管理成本有效两方面的需求，要求一定阈值以上的产排污单元在排放口安装使用烟气连续排放监测系统(CEMS)，要求小型产排污单元制定并执行守法保证监测计划(CAM)，要求监测和核查人员必须具备相应资质，才能承担守法监测、合规监测与评估工作。排污许可证中监测规定的实施是“计划-执行-检查-行动”循环［20］理论在环境管理领域的应用。通过“固定源制定和提交监测方案-管理机关审核-监测方案载入排污许可证中-依方案监测-数据处理-排污许可证守法报告-管理机关合规监测和评估”的系统化监测程序，使固定源监测更具可操作性，监测数据更规范(图1)。

图1 空气固定源排污许可证中监测规定的实施流程

3.1 排放标准中的监测要求

对于“新污染源”和在“清洁空气市场”框架内的特定产排污单元，许可证实施机构做了大量研究之后发现在较短时间内，此类特定产排污单元能够接受并按规定的程序实施CEMS的监测，且由于排放量足够大，使用CEMS具有成本有效性［21］。《美国联邦法规》(CFR)第60部分(新污染源绩效标准)、第75部分要求固定源使用CEMS对受控污染物浓度和排放量进行监测。第75部分详细规定了CEMS的安装、校验、操作、维护要求(图2)。

图2 连续监测系统安装与使用流程

首先，要求固定源所有者或经营者对每个受控单元选用适用的监测方法和监测系统，在初始安装后进行初始认证检测。第一步，要求准备和提交初始监测计划;第二步，要求提交认证检测开始通知，开始至少为期21 d的测试。第三步，要求进行认证测试，包括7 d校准误差测试、相关准确性测试等;第四步，要求提交测试结果;第五步，管理部门对测试结果审核，符合要求即可批准。

其次，要求固定源所有者、经营者使用质量保证和质量控制程序。为了保证监测系统监测和记录收集的准确性，在初始认证之后，均需使用质量保证和质量控制程序，包括日度、季度、半年度或年度相对准确性测试。

最后，要求固定源所有者或经营者对缺失数据进行补充。填充原则是随着监测数据可用性下降到各个临界值(95%，90%，80%)以下，替代数据值将愈加保守，激励固定源采取措施维护监测设备和保证监测质量。例如对SO2的监测，在初始监测(720 h)后的监测时段，如果数据有效性≥95%，缺失小时数小于24 h，缺失时段内的小时平均浓度取缺失前后小时均值的算术平均值，缺失小时数大于24 h，取初始监测时段内浓度均值累计百分比为90%的上限和缺失前后浓度小时均值算术平均值两者中较大值;80%≤数据有效性≤90%时，取初始监测时段内浓度小时均值极大值。

3.2 守法保证监测规定

由于CEMS覆盖不到小型排放口，US EPA无法判别固定源是否完全遵守《清洁空气法》和《美国联邦法规》(CFR)第70部分运行许可证的规定。随后US EPA新增了第64部分守法保证监测计划(CAM)规定，该项规定独立于运行许可证一般监测规定，管制对象为小型产排污单元。设计原则包括2个方面：一是要求固定源依照规定的监测方法(如使用浑浊度连续监测系统监测浑浊度换算成颗粒物浓度)在烟囱连续监测;二是要求固定源对代表产治污设施运行工况的关键参数连续监测。研究发现守法保证监测规定在成本有效的情况下既能确保排污连续合规，又能降低固定源因周边空气污染界定模糊带来的诉讼风险［22］。

守法保证监测规定要求每个主要污染源制定守法保证监测计划，包含每一个受控产排污单元的监测记录和报告要求，作为许可证的申请条件之一。监测、记录和报告规定定义了适用的监测方法，对监测结果的偏移进行纠正的方法，以及固定源如何将监测数据应用于每年的达标证明中。

3.2.1 监测计划制定要求

固定源所有者或经营者需要制定守法保证监测计划，将每个产排污单元需遵守的法律法规要求、排放限值的要求、监测规范的要求进行整合，并细化到每一个监测项目中。该计划经地方空气管理局审核通过后其监测要求将纳入排污许可证中。US EPA制定了守法保证监测计划程序，旨在使法规执行更加简化和清晰，包括以下内容：

1)选取监测指标。监测指标的选取应当具有代表性、易监测性，并明确监测方法。指标包括能够直接监测或预测的污染物，影响防治设施效率的制程或参数，检查和维护记录。例如，US EPA认为容易连续监测的浑浊度和除尘器维护记录能够代表水泥厂小型排放口的颗粒物浓度［23］。

2)设置指标范围。按照设计和绩效要求为选定的指标设置一个适当的范围或操作条件，在此范围内或条件下操作能够达到排放标准的要求。范围或条件表示为反映防治设施的设计性能，根据指标是否持续在设定范围内或操作条件状态下进行合规评估。例如对于布袋除尘器，可以根据技术手册确定有效除尘效率下的压力损失范围。

3)监测的绩效标准。要保证监测数据能表示真实的排污水平，守法保证监测还需要满足一定的绩效标准，主要包括以下几方面：一是对数据代表性的详细说明。需要标明获取监测数据的详细技术参数信息，例如根据除尘器的规格选取压力传感器，传感器的安装位置。二是保证规范的监测操作。根据监测设备的说明安装、校准。对新设置或变更的监测设备，在正式运行之前按规定使用验证程序确定运行状态良好。三是质量保证和质量控制程序。根据法规的要求，参照技术手册，采取相应的质量保证和质量控制措施。例如根据US EPA污染控制设备选择表的建议，布袋除尘器压力传感器偏差不超过0.5%，压力损失测量偏差不超过129.5 Pa，校准频率按照设备制造商提供的技术手册确定。四是监测频次的确定。根据监测指标的数据采集程序和控制设施绩效变化的周期来确定，要求数据采集的时间间隔低于控制设施绩效变化的间隔周期。此外，监测频率要求还与初始监测情况相关。例如，超过排放限值时，要求每小时最少监测4次;低于排放限值时，要求每小时最少监测1次。五是监测数据取值的平均时期。应设定数据的平均周期，该周期内的平均值与污染物排放单位的典型变化特征一致。例如监测CO的排放浓度取一小时平均值。

由于排污许可证的制定基于个案原则，固定源对每个项目的选取与设计有较大的自由度，因此地方空气局排污许可证的撰写者需要对固定源给出的指标选择、指标的设置范围、监测方法的合理性进行认定。为了减轻固定源的负担，US EPA制定了针对防治设施和排污单元的指南，此外支持信息也可以来源于法规要求、防治工程手册等。如缺少足够的支持信息，需要对历史监测数据、排放测试数据和防治设施测试数据的记录进行绩效检查。

3.2.2 质量改进计划制定要求

守法保证监测制度中有一项针对控制设施性能的质量改进计划，用来评估由控制设施性能问题导致的不合规情况。当监测数值发生了稳定的偏移(超过了指标范围)，达到了一定的阈值水平，就会触发质量改进计划。阈值由报告期的偏移的持续时间与操作时间的百分比来确定。

质量改进计划包括2个基本部分：一是评估程序，用来确定出现问题的原因;二是基于评估结果，所有者或经营者应修订质量改进计划，制定质量提升日程表，降低出现问题的概率。

修改后的质量改进计划应当包括下列一个或多个程序：改进预防措施和维护措施;改进运行程序;改进控制方法;采用其他适当的方法解决影响控制绩效的问题。

3.3 记录和报告要求

数据记录使监测过程和结果信息可被核查，为固定源自证守法提供依据，也可作为法院审理案件的证据。数据获取和处理系统能够将CEMS原始监测数据转化为XML格式并记录，还能记录燃烧单元数据、污染控制设施数据、监测计划信息、质量保证检查结果数据。守法保证监测规定要求记录的数据包括监测数据、控制设施的绩效数据、质量改进计划的信息，以及产排污设施的开停机、维护信息，运行异常情况等信息。记录方式除了少部分需要保存纸质文件外，多数信息需要按规定的电子格式保存，以便对数据进行快速核查。数据和其他信息保留的时间一般为5 a。

按照许可证法规要求，所有者或经营者至少每6个月提交一次守法证明报告，通常包括设施信息、小时排放数据、操作数据、质量保证测试结果数据、季度和年度运行小时数、季度和年度排放量数据等。守法保证监测报告需要载明发生偏移或超标持续时间、数量、采取的措施;监控设施出现故障的次数、时间和原因;质量改进计划实施信息。此外，如果发生不合规情况，固定源应当迅速报告给地方空气管理局。

3.4 合规监测与合规评估

为了实现《清洁空气法》对于空气固定源的合规监测与核查的要求，US EPA制定了固定源合规监测策略(CMS)，用以指导与规范地方空气管理局对固定源的核查行动，同时也便于获得地方核查情况和固定源的信息。CMS能够有效识别不合规情况，同时兼具成本有效性。CMS提供了一套完整机制，包括使用自我核查、烟囱测试等工具用于合规监测，提出了用于合规监测行动的3种类型和2类方式，包括全合规评估(FCEs)、部分合规评估(PCEs)、合规调查3种类型和现场检查、非现场记录检查2类方式。

在实施程序上，首先，US EPA要求地方空气局每2年提交一次CMS计划，以保证固定源的排放符合许可证中的要求。其次，合规监测行动源于CMS计划、公众建议和投诉、事故调查。一次FCEs包括：与排污相关的报告和记录评估;污染控制设施和工艺流程状态评估;可见污染物观察;设施记录和操作日志核查;过程参数评估，如进料率，原燃料消耗情况等;控制设施绩效参数评估;如上述方式不足以核定排放是否合规，则需要启动现场调查，进行烟囱测试;对于特定设施集群区域，必要时可对周界环境空气进行监测，用以筛查不合规的固定源。一个FCEs由多个PCEs组成，PCEs耗时短，能够密集核查多个源的同类设施，是一种成本有效的核查方式。PCEs主要对报告、记录文件进行核查，例如可以对排放有害污染物的设施集中核查，判定是否遵守MACT标准。每部分PCEs报告完成后需要及时录入数据库并公开，保障公众的知情权。合规调查多用于评估FCEs期间的复杂问题，通过使用专业技术缩短调查时间，如对比分析石油炼制行业数据，分析某个单元能否达到新源绩效标准的要求。为了尽可能减少核查频率，使核查成本有效，多数主要固定源FCEs频率为每两年一次。不同的核查方式和频率与固定源的规模、历史合规情况、设施位置、潜在环境影响、操作实践(如操作是稳定连续的还是季节性的)、使用的污染控制技术相关。

最后，地方空气管理局在合规监测与评估完成后需要编写并公开合规监测评估报告，报告内容包括：一般信息，如守法监测类型;设施信息;遵守的要求;受控排污单元清单和工艺流程描述;历史合规信息;合规监测行动，如对排放单元和工艺评估，现场调查信息，固定源对现场调查的回应;合规监测和评估期间的观察和记录信息。

4 启示与建议

1)实施排污许可证管理。尽快出台固定源排污许可证条例，在每个固定源的排污许可证中明确每个产排污单元需遵守的排放标准和相应的监测、记录、报告规定。监测获得的产排污数据作为证明固定源守法排污的证明和违法处罚的依据。

2)完善现有固定源CEMS监测规定。按照“固定源制定和提交监测方案-管理机关审核-监测方案载入排污许可证中-依方案监测-数据处理-排污许可证守法报告-管理机关合规监测和评估”的系统性流程修订现有的CEMS监测规定，加强各规范间的衔接。

3)制定补充的强化监测规定。参考美国守法保证监测规定，要求固定源选取能够连续监测的替代指标，确保小型排放口连续达标排放。制定技术目录与实施指南，为固定源制定监测方案提供指导，便于推进大范围的实施工作。

4)对监测和核查人员进行培训和资质认证。排污许可证中监测规定的实施是一项复杂的、高度专业的工作，需要有足够知识和经验的工程师，亟需推行专业知识培训和工程师资质认证。

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