青島市陸源COD和氮污染產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法研究.pdf

1、陸源COD和總氮(TN)產(chǎn)污數(shù)量是當(dāng)前我國(guó)環(huán)境保護(hù)管理的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，既是按各級(jí)行政區(qū)陸源產(chǎn)污TN等比例分配減排指標(biāo)，也是各種污染源單元源頭治理的參照基準(zhǔn)。對(duì)于一個(gè)行政區(qū)產(chǎn)污數(shù)量的計(jì)量，既可采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)法，也可以采用產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)核算法。關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)法，由于難以實(shí)行污染源單元監(jiān)測(cè)全覆蓋，一般選擇代表性污染源單元進(jìn)行檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)。關(guān)于產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)核算法，一般是通過分屬不同（亞）小類污染源規(guī)模因子和相應(yīng)分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)列表核算。2007年國(guó)務(wù)院第一次

2、污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室發(fā)布了《第一次全國(guó)污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》（下簡(jiǎn)稱“《全國(guó)污染源系數(shù)手冊(cè)》”），共計(jì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)和生活（四大界類）污染源的375個(gè)小類（其中分別包括255個(gè)和127個(gè)產(chǎn)生COD和TN的小類），細(xì)分為上千個(gè)亞小類（其中分別包括3022個(gè)和1734個(gè)產(chǎn)生COD和TN的亞小類）。然而，由于兩個(gè)方面的原因，目前分類產(chǎn)強(qiáng)核算法仍然難以在日常環(huán)境管理中推廣應(yīng)用。一方面，污染源規(guī)模因子單位沒有統(tǒng)一到“產(chǎn)值”，結(jié)果不能直

3、接從各級(jí)政府“統(tǒng)計(jì)年鑒”等常規(guī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)體系獲取數(shù)據(jù)，需要建立像污染源普查那樣繁雜的專門環(huán)境統(tǒng)計(jì)體系。另一方面，為獲取高可靠性的分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)，需要通過代表性污染源單元的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，但檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)工作量往往過大。特別是傳統(tǒng)的污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)方法，只能用于單一污染源，無法用于混合污染源。實(shí)際上，城鎮(zhèn)污水處理廠、農(nóng)業(yè)等是常見的混合污染源。這樣，要在行政區(qū)環(huán)境保護(hù)管理中，實(shí)現(xiàn)陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量的常規(guī)核算，既需要能夠直接采用常規(guī)的社

4、會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)體系，也需要大大簡(jiǎn)化產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)列表。實(shí)際上，由于不同小類往往具有相近的產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)，共計(jì)375個(gè)小類有可能按產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)大小劃分為若干個(gè)等級(jí)，結(jié)果就有可能建立產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法。
　　因此，本文研究目的是針對(duì)傳統(tǒng)的分類產(chǎn)強(qiáng)核算法的局限性，通過污染源規(guī)模因子歸一化、產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)聚類分級(jí)、分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值列表等方法，建立行政區(qū)產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法，為行政區(qū)環(huán)境保護(hù)管理實(shí)現(xiàn)陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量的常規(guī)核算，提供規(guī)范化的科學(xué)量化依據(jù)。

5、主要研究?jī)?nèi)容有:(1)建立四大界類污染源產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法;(2)編制經(jīng)檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)的四大界類污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)列表;(3)驗(yàn)證評(píng)價(jià)青島市陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算結(jié)果的可靠性。(4)應(yīng)用《青島市統(tǒng)計(jì)年鑒》提供的污染源規(guī)模因子數(shù)據(jù)核算青島市陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量
　　綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、列表編制、核算結(jié)果可靠性評(píng)價(jià)等方法，主要得到了3個(gè)方面的研究結(jié)果:
　　1.農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)和生活污染源產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法。要實(shí)現(xiàn)

6、行政區(qū)產(chǎn)污數(shù)量的常規(guī)核算，首先是要能夠直接采用常規(guī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果需要將具有不同計(jì)量單位的污染源規(guī)模因子歸一化為統(tǒng)一計(jì)量單位。同時(shí)，要通過確定同一污染源的兩種計(jì)量單位之間的歸一化轉(zhuǎn)化系數(shù)（歸一化系數(shù)），將小類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)計(jì)量單位歸一化。然后，根據(jù)歸一化產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)大小聚類分級(jí)規(guī)律，結(jié)合整數(shù)分級(jí)和（極、超）低等級(jí)歸并原則，可以確定產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)等級(jí)劃分。研究表明:①對(duì)于污染源規(guī)模因子計(jì)量單位，由于在常規(guī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，普遍采用“產(chǎn)值”作為

7、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，采用“人均收入”作為生活水平的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)量單位，這樣在共計(jì)255個(gè)（或127個(gè)）產(chǎn)生COD(或TN)的小類，對(duì)采用“物質(zhì)或服務(wù)產(chǎn)品數(shù)量”的小類統(tǒng)一歸一化為“產(chǎn)值”，采用“人口”的生活污染源歸一化為“收入”。②對(duì)于產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)計(jì)量單位，要同時(shí)將采用各種“噸-污染物/單位產(chǎn)品數(shù)量”的產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)(I)歸一化為“噸-污染物/單位產(chǎn)值”或“噸-污染物/單位收入”((I))。定義兩者比值為歸一化系數(shù):α=I/(I)，結(jié)果α計(jì)量

8、單位是“單位產(chǎn)品產(chǎn)值”。這樣，在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用“單位產(chǎn)品價(jià)格”作為農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)污染源的α取值以及采用城鎮(zhèn)和農(nóng)村人均收入（萬元/人）作為城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活污染源的α取值。③結(jié)果表明，在《全國(guó)污染源系數(shù)手冊(cè)》共計(jì)255個(gè)產(chǎn)生的COD的小類和127個(gè)產(chǎn)生TN的小類中，(1)COD和(l)CTN數(shù)值分別從10-6.13和10-4.23變化到104.36和101.84（噸/萬元），分別跨11個(gè)和7個(gè)數(shù)量級(jí)。應(yīng)用層次聚類分析表明，(l)CC

9、OD和(l)CTN都呈現(xiàn)出按對(duì)數(shù)等分的分布特征。這樣，結(jié)合整數(shù)等分和極低等級(jí)小類歸并的原則，可以編制“陸源COD和TN污染物分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)(l)SCOD和(l)SN7等13級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值列表”（“(l)SCOD和(l)STN7等13級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值列表”）。這里，“等”表示1個(gè)數(shù)量級(jí)，從低到高分為極低、超低、低、中、高、超高和極高，“級(jí)”表示在1個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)按對(duì)數(shù)等分，除極低、超低、低和超高外，其余都細(xì)分為3個(gè)“級(jí)”。
　　2.青島市農(nóng)業(yè)、工業(yè)

10、、服務(wù)業(yè)和生活污染源經(jīng)檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)的分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值列表。按照上述方法，(l)SCOD和(l)STN標(biāo)準(zhǔn)值列表是實(shí)現(xiàn)青島市陸源COD和TN產(chǎn)污數(shù)量常規(guī)核算的科學(xué)量化依據(jù)，直接影響核算結(jié)果的可靠性，需要對(duì)代表性污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)性現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。研究表明:①對(duì)于工業(yè)污染源，青島市共有約432個(gè)小類（COD是277個(gè)小類，TN有146個(gè)小類），據(jù)估計(jì)其中185個(gè)COD和147個(gè)TN小類產(chǎn)污數(shù)量均約占85％以上。這樣，選取這些個(gè)小類作為代表性工

11、業(yè)污染源，產(chǎn)污數(shù)量和污染源規(guī)模因子等取自2002-2005年現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)②對(duì)于經(jīng)公共污水處理廠集中減排處理的城鎮(zhèn)污水，由于其中生活及部分小類服務(wù)業(yè)和工業(yè)污染源相混合，不能采用傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)其中單一污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)。這樣，按照上述分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法，對(duì)于“I”個(gè)城鎮(zhèn)污水處理廠集污區(qū)，每個(gè)集污區(qū)的產(chǎn)污數(shù)量(Wi)應(yīng)是“J”個(gè)產(chǎn)強(qiáng)等級(jí)產(chǎn)污數(shù)量的加和，在數(shù)值上可通過j等級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)（(l)Sj）和各個(gè)相應(yīng)n小類歸一化規(guī)模因子（(M)j/n

12、）計(jì)算:Wi=∑J j=1(i)Sj∑n n=1(M)j/n(1)
　　其中，通過歸轉(zhuǎn)系數(shù)(αn)可將傳統(tǒng)規(guī)模因子(Mj/n)轉(zhuǎn)化成歸一化規(guī)模因子:(M)j/n=αnMj/n。方程(1)表明，Wi應(yīng)與“J”個(gè)∑n n=1Mj/n成多元線性關(guān)系。這樣，如果公共污水處理廠數(shù)量“I”大于相應(yīng)產(chǎn)強(qiáng)等級(jí)數(shù)量“J”，應(yīng)用多元線性回歸法可以得到(l)S j，然后通過αn，可以得到分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)(l)Cj/n=αn(l)Sj。分析表明，青島市典型城

13、鎮(zhèn)集污區(qū)一般大約有1個(gè)生活、19個(gè)服務(wù)業(yè)和159個(gè)工業(yè)，共計(jì)約179個(gè)小類污染源，其中(l)CCOD和(l)CTN分別不超過8個(gè)和10個(gè)等級(jí)。這樣，選取青島市10個(gè)城鎮(zhèn)集污區(qū)，20個(gè)小類污染源規(guī)模因子取自《青島市2007年第一次全國(guó)污染源普查》，產(chǎn)污數(shù)量根據(jù)2007年10個(gè)公共污水處理廠出口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合相應(yīng)污染物去除率進(jìn)行估算。這樣，應(yīng)用Matlab軟件，可以計(jì)算青島市城鎮(zhèn)生活及部分服務(wù)業(yè)和工業(yè)污染源分級(jí)和分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)。③根據(jù)上述檢驗(yàn)

14、性監(jiān)測(cè)，可以編制“青島市農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)和生活污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值列表”（下簡(jiǎn)稱“青島市污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)列表”），其中，對(duì)于COD和TN，主要包括330和199個(gè)實(shí)有小類，共計(jì)2000多個(gè)（或1000多個(gè)）亞小類分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)、類級(jí)歸化系數(shù)和產(chǎn)強(qiáng)等級(jí)等。在276和145個(gè)工業(yè)、36和36個(gè)服務(wù)業(yè)、城鎮(zhèn)生活點(diǎn)源小類中，分別有55.4％和43.4％、44.4％和52.8％、100％和100％經(jīng)檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)，COD和TN產(chǎn)污數(shù)量占點(diǎn)源總產(chǎn)污數(shù)量的

15、比例，工業(yè)源分別約是86％和87％、服務(wù)業(yè)源分別是56％和60％、城鎮(zhèn)生活源分別是66.7％和70.9％。然而，在16個(gè)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村生活非點(diǎn)源中，目前尚未經(jīng)檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)。在經(jīng)檢驗(yàn)性監(jiān)測(cè)的153和63個(gè)工業(yè)、17和15個(gè)服務(wù)業(yè)小類中，分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)(l)CCOD和(l)CTN與《全國(guó)污染源系數(shù)手冊(cè)》相比，分別有約45.3％、58.8％和46.4％、66.7％沒有顯著性差異，分別有27.9％、11.8％和10.7％、13.3％偏高，分別有26.9

16、％、29.4％和42.8％、26.7％偏低，需要校正。城鎮(zhèn)生活點(diǎn)源小類與《全國(guó)污染源系數(shù)手冊(cè)》相比，其中COD分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)偏低，相對(duì)誤差為77.68％，而TN則與《全國(guó)污染源系數(shù)手冊(cè)》相一致。分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)(l)SCOD和(l)STN與“(l)SCOD和(l)STN7等13級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值列表”相比，分別對(duì)應(yīng)8個(gè)和10個(gè)等級(jí)，其中，3個(gè)和2個(gè)與等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值列表中的中間值接近，3個(gè)和4個(gè)等級(jí)與上限值接近，2個(gè)和4個(gè)等級(jí)與下限值接近。
　　3.青

17、島市農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)和生活污染源COD和TN污染物分級(jí)產(chǎn)污數(shù)量核算結(jié)果的可靠性。青島市四大界類污染源規(guī)模因子數(shù)據(jù)等取自《青島市2007年第一次全國(guó)污染源普查》。這樣，在通過αn實(shí)現(xiàn)污染源規(guī)模因子歸一化基礎(chǔ)上，根據(jù)“青島市污染源產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)列表”，可以得到青島市陸源COD和TN污染物產(chǎn)污數(shù)量的分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算結(jié)果。結(jié)果表明，對(duì)于青島市陸源COD和TN產(chǎn)污數(shù)量，分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算結(jié)果分別是17.4和2.3萬噸/年，分別比分類產(chǎn)強(qiáng)高約6.5％和-5.2％

18、。與分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)7等13級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值變化幅度的39％相當(dāng)。這說明，分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法可以推廣應(yīng)用于青島市陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量的常規(guī)核算。
　　4.應(yīng)用常規(guī)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)核算青島市陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量。鑒于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)在《青島統(tǒng)計(jì)年鑒》中具有產(chǎn)值數(shù)值的污染源層級(jí)分別為中類、大類和門類，因此，首先以青島市（亞）小類分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)為基礎(chǔ)，加權(quán)平均得到門類、大類和界類層級(jí)上的產(chǎn)強(qiáng)系數(shù);然后以2008年《青島統(tǒng)計(jì)年鑒》所提供的各農(nóng)業(yè)門類、工業(yè)大類、服務(wù)

19、業(yè)界類和生活門類的經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)（產(chǎn)值或收入）數(shù)據(jù)作為規(guī)模因子，核算得到青島市2007年COD和TN的農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)產(chǎn)污數(shù)量分別為4.6萬噸/年、4.0萬噸/年、6.9萬噸/年和0.5萬噸/年、0.2萬噸/年、0.3萬噸/年，較應(yīng)用（亞）小類分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算的產(chǎn)污數(shù)量相比相對(duì)誤差分別為-11.2％、25.5％、21.78％和-56.7％、-33.4％、50.7％。
　　本論文的科學(xué)創(chuàng)新主要是首次建立了陸源污染物產(chǎn)污數(shù)量分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法，

20、集中體現(xiàn)將COD的255個(gè)小類和TN的127個(gè)小類的分類產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)轉(zhuǎn)化為7等13級(jí)分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值列表，為直接采用常規(guī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如《青島市統(tǒng)計(jì)年鑒》，實(shí)現(xiàn)青島市農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)和生活污染源產(chǎn)污數(shù)量的常規(guī)核算提供了規(guī)范化的量化科學(xué)依據(jù)。所建立的分級(jí)產(chǎn)強(qiáng)核算方法兼具實(shí)際可操作性和便捷性，產(chǎn)強(qiáng)系數(shù)列表由上千個(gè)分類大大縮減到7等13級(jí)，特別是污染源規(guī)模因子可以直接取自常規(guī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)體系，而不是需要建立像污染源普查那樣的專門環(huán)境統(tǒng)