利用流量自动监测实施污染源排放量控制的探讨

文_于敬 于承迎

1.北京市生态环境局 2.北京节能环保中心

1 排放许可证核发后执法工作

国家实行排污许可管理制度，实行排污许可管理的企事业单位和其他生产经营者应当按照排污许可证的要求排放污染物。生态环境部向排污单位核发的“排污许可证”上，会载明排污单位的重点污染物排放总量控制指标，详细明确各排污口的年污染物许可排放量，重点污染物主要为二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量、氨氮和非甲烷总烃等。排污单位如果超过重点大气和水污染物排放总量控制指标时，生态环境执法部门将对违法单位进行责令改正或者限制生产、停产整治，并处10 万元以上至100 万元以下的罚款；情节严重的，报经人民政府批准，责令停业、关闭。

但在实际执法检查过程中，基本都只是对污染物排放浓度超标的执法，对“总量超标”的执法难以开展。主要原因：①一般对排污单位排放污染物执法监测只能按双随机要求和按标准中规定的频次，比如每季度1 次或者每年1 次，单次的监测结果受排污单位治理设施运行、生产负荷等因素影响无法合理推算年排放量。②物料衡算法在排污收费或环境税对核算排放量有一定参考，但环境保护水的排污量核定有较明显的“博弈”特点，各种产污系数、治理效率都不能作为超量违法证据。因此科学核算排污单位污染物排放量对于生态环境执法有重要的意义，而流量自动监测是很好的污染物排放量核查工具。

2 流量自动监测存在的问题

实时监控的污染物自动监测是很好的总量控制手段，目前重点污染物中二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量和氨氮以及非甲烷总烃、总磷、总氮分析仪都有较好的准确度，但排污单位对自动监测设备的运行也是“重浓度轻流量”，导致流量仪器的数据不准确。

主要表现：①排污口规范化程度不高，流速仪应设置在距弯头、阀门、变径管气流下游方向大于4 倍烟道直径，以及距上述部件上游方向小于2 倍烟道直径处，但为了节省空间，排污单位缩短烟道，导致根本不能满足监测条件。废气流速自动监测设备安装位置的代表性差，会导致出现采样位置出现在两股气流交汇处，涡流、旋流处等。工业通风设计问题导致有些烟气流速过低，使皮托管流速仪监测不准确，也同样是水力计算导致工业排口地点有强烈振动。废水排放单位更是为了节省空间，不按规范尺寸建设堰槽，管道排放的也不能保证满管排放。②安装位置不正确，例如：烟气流速采样探头正对气流的S 皮托管与气流的方向不垂直，紧固法兰松动。废水超声波流量计安装位置错误，堰槽尺寸不符合规范，管道电磁流量计在水平管道上安装时，两个测量电极出现在管道的正上方和正下方位置。③维护问题，高温高湿环境下的烟道内流速仪探头很容易被腐蚀，需要每月把流量计从烟道中拔出查看腐蚀程度，及时更换探头。

3 流量监测准确度的解决和总量的核算

3.1 提高废气流量自动监测准确度的措施和执法重点

流速CMS 在流速＞10m/s 时，相对误差不应超过±10%；流速≤10m/s 时，相对误差不应超过±12%。要满足要求首先就需要对采样位置进行合理选取，首先应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向≥4 倍烟道直径或当量直径，以及距上述部件上游方向≥2倍烟道直径或当量直径处。矩形烟道当量直径D=2（长×宽/（长+宽））。

不能满足上述条件的，应当选取烟气分布均匀的位置。按照固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法在烟道上按照直径或截面积大小布设速度测点，数量1～20 个。计算烟气分布均匀相对均方根。经实地检测后，自动监测采样位置的相对均方根必须小于等于0.15。公式如下：

式中 σr—流速相对均方根；

vi—测点烟气速度，m/s；

—截面烟气平均流速，m/s。

n—截面上的速度测点数目，测点的选择按照GB/T16157 执行

选取符合要求的采样位置后，还要通过参比方法检测测算出合理的速度常系数，并且速度常系数的精密度必须小于等于5%。速度场系数是指参比方法与流速自动监测设备同步测量烟气流速时，参比方法测量的烟气平均流速与同时间区间且相同状态的自动监测测量的烟气平均流速的比值。要每天至少获得5个有效速度场系数，连续测试3 天。

计算速度场系数精密度(相对标准偏差)的公式如下：

式中Kv—速度场系数；

Fs ——参比方法测定断面面积，m2；

Fp—流速CMS 所在测定断面的面积，m2；

—参比方法测定断面的平均流速，m/s；

—流速CMS 在固定点或测定线所在断面的测定流速，m/s。

式中CV—速度场系数精密度（相对标准偏差），%

S—速度场系数的标准偏差；

—速度场系数日平均值的平均值；

—速度场系数日平均值；

n—日平均速度场系数的个数。

烟道断面湿烟气平均流速：

式中KV—速度场系数；

—测定断面流速CMS 测得的湿排气平均流速，m/s；

—测定断面的湿排气平均流速，m/s。

实际工况下的湿烟气流量：

式中QS—实际工况下湿烟气流量，m3/h；

F—测定断面的面积，m2。

最后换算为国家要求的标准状态下干烟气流量：

式中QSn—标准状态下干烟气流量，m3/h；

Ba—大气压力，Pa；

PS—烟气静压，Pa；

ts—烟温，℃；

Xsw—烟气中含湿量。

3.2 提高废水流量自动监测准确度的主要措施2

主要就是严格规范排污口，排水量大的排污单位的排污口应全部改造利于流量监测的巴歇尔槽。建议日排水量1000t（约11.57L/s）以上均应纳入改造范围。要对排污单位限期修建或安装，逾期未按标准建设规范堰槽的行为要严格依法查处。要遵循城市排水流量堰槽测量标准巴歇尔量水槽和明渠堰槽流量计（试行）中的要求。巴歇尔槽建设要结合流量计仪表量程与流量槽序号，上游顺直的行近渠槽长度应不小于5 倍的行近渠槽宽度，即5 倍收缩段最宽。巴歇尔槽中心线应与行近渠槽中心线重合。废水的流态应为自由流，不能是淹没流。喉道宽度允许相对偏差为喉道应当宽度的0.2%，最大偏差值≤0.01m。喉道的水平长度允许相对偏差为喉道应当水平长度的0.1%，堰（墙）高的允许相对偏差为设计堰高的1.0%，最大偏差值≤0.02m。

3.3 污染物实际排放量与许可排放量

在获得了精确的流量数据后，废气污染物质量浓度（mg/m3）×烟气流量（m3/h）×排放时间（h）即可获得该污染物的排放量。一般为某污染物的折算质量浓度。废水某污染物质量浓度（mg/L）×排水流量（m3/d）×排放时间（d）即可获得某排口某种污染物的年排放量。

执法人员要把该单位全部废气或废水年排放量与排污许可证上的许可总量相比较，来判定是否“总量超标”。但实际上通过自动监测数据可看出，该单位2019 年排放化学需氧量243.63t，氨氮8.24t，总磷0.66t，总氮94.63t，还不到核定可排放许可量的50%，明显生态环境管理部门核定排污单位的排污许可量过大，没有真正达到排污许可制度的目的。

4 结语

提高流量监测准确度的措施全部实施后，生态环境执法部门还要进一步加大对固定污染源流量自动监测数据准确度的抽检力度。督促固定污染源定期检查探头堵塞/腐蚀情况，预防故障（或漂移）发生，定期进行手工参比测试校验。对采用皮托管式流速连续监测设备的，要从单点皮托管点测量改为多点皮托管面测量，同时提高材料防腐材料质量。推荐使用超声波流速连续监测设备，特别是发电、石化、工业炉窑、水泥制造和汽车整车制造等排放量大的重点行业。生态环境管理部门应根据实际数据调整许可排放量。另外，生态环境部自动监测相关标准适用全国的情况，北京市应制定严于国家标准的《固定污染源大气污染物排放自动监测设备安装和使用技术规范》，提高质量浓度和流量的准确度。