青島市陸源COD和氮污染產污數量分級產強核算方法研究.pdf

1、陸源COD和總氮(TN)產污數量是當前我國環(huán)境保護管理的最基礎數據，既是按各級行政區(qū)陸源產污TN等比例分配減排指標，也是各種污染源單元源頭治理的參照基準。對于一個行政區(qū)產污數量的計量，既可采用現場監(jiān)測統計法，也可以采用產強系數核算法。關于現場監(jiān)測統計法，由于難以實行污染源單元監(jiān)測全覆蓋，一般選擇代表性污染源單元進行檢驗性監(jiān)測。關于產強系數核算法，一般是通過分屬不同（亞）小類污染源規(guī)模因子和相應分類產強系數列表核算。2007年國務院第一次

2、污染源普查領導小組辦公室發(fā)布了《第一次全國污染源普查產排污系數手冊》（下簡稱“《全國污染源系數手冊》”），共計農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)和生活（四大界類）污染源的375個小類（其中分別包括255個和127個產生COD和TN的小類），細分為上千個亞小類（其中分別包括3022個和1734個產生COD和TN的亞小類）。然而，由于兩個方面的原因，目前分類產強核算法仍然難以在日常環(huán)境管理中推廣應用。一方面，污染源規(guī)模因子單位沒有統一到“產值”，結果不能直

3、接從各級政府“統計年鑒”等常規(guī)的社會經濟統計體系獲取數據，需要建立像污染源普查那樣繁雜的專門環(huán)境統計體系。另一方面，為獲取高可靠性的分類產強系數，需要通過代表性污染源單元的現場監(jiān)測進行檢驗，但檢驗性監(jiān)測工作量往往過大。特別是傳統的污染源產強系數監(jiān)測統計方法，只能用于單一污染源，無法用于混合污染源。實際上，城鎮(zhèn)污水處理廠、農業(yè)等是常見的混合污染源。這樣，要在行政區(qū)環(huán)境保護管理中，實現陸源污染物產污數量的常規(guī)核算，既需要能夠直接采用常規(guī)的社

4、會經濟統計體系，也需要大大簡化產強系數列表。實際上，由于不同小類往往具有相近的產強系數，共計375個小類有可能按產強系數大小劃分為若干個等級，結果就有可能建立產污數量分級產強核算方法。
　　因此，本文研究目的是針對傳統的分類產強核算法的局限性，通過污染源規(guī)模因子歸一化、產強系數聚類分級、分級產強系數標準值列表等方法，建立行政區(qū)產污數量分級產強核算方法，為行政區(qū)環(huán)境保護管理實現陸源污染物產污數量的常規(guī)核算，提供規(guī)范化的科學量化依據。

5、主要研究內容有:(1)建立四大界類污染源產污數量分級產強核算方法;(2)編制經檢驗性監(jiān)測的四大界類污染源產強系數列表;(3)驗證評價青島市陸源污染物產污數量分級產強核算結果的可靠性。(4)應用《青島市統計年鑒》提供的污染源規(guī)模因子數據核算青島市陸源污染物產污數量
　　綜合應用數據統計處理、列表編制、核算結果可靠性評價等方法，主要得到了3個方面的研究結果:
　　1.農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)和生活污染源產污數量分級產強核算方法。要實現

6、行政區(qū)產污數量的常規(guī)核算，首先是要能夠直接采用常規(guī)的社會經濟統計數據，結果需要將具有不同計量單位的污染源規(guī)模因子歸一化為統一計量單位。同時，要通過確定同一污染源的兩種計量單位之間的歸一化轉化系數（歸一化系數），將小類產強系數計量單位歸一化。然后，根據歸一化產強系數大小聚類分級規(guī)律，結合整數分級和（極、超）低等級歸并原則，可以確定產強系數等級劃分。研究表明:①對于污染源規(guī)模因子計量單位，由于在常規(guī)的社會經濟統計數據中，普遍采用“產值”作為

7、農業(yè)、工業(yè)和服務業(yè)生產經營，采用“人均收入”作為生活水平的統計數據計量單位，這樣在共計255個（或127個）產生COD(或TN)的小類，對采用“物質或服務產品數量”的小類統一歸一化為“產值”，采用“人口”的生活污染源歸一化為“收入”。②對于產強系數計量單位，要同時將采用各種“噸-污染物/單位產品數量”的產強系數(I)歸一化為“噸-污染物/單位產值”或“噸-污染物/單位收入”((I))。定義兩者比值為歸一化系數:α=I/(I)，結果α計量

8、單位是“單位產品產值”。這樣，在實際應用中，可以采用“單位產品價格”作為農業(yè)、工業(yè)和服務業(yè)污染源的α取值以及采用城鎮(zhèn)和農村人均收入（萬元/人）作為城鎮(zhèn)和農村生活污染源的α取值。③結果表明，在《全國污染源系數手冊》共計255個產生的COD的小類和127個產生TN的小類中，(1)COD和(l)CTN數值分別從10-6.13和10-4.23變化到104.36和101.84（噸/萬元），分別跨11個和7個數量級。應用層次聚類分析表明，(l)CC

9、OD和(l)CTN都呈現出按對數等分的分布特征。這樣，結合整數等分和極低等級小類歸并的原則，可以編制“陸源COD和TN污染物分級產強系數(l)SCOD和(l)SN7等13級標準值列表”（“(l)SCOD和(l)STN7等13級標準值列表”）。這里，“等”表示1個數量級，從低到高分為極低、超低、低、中、高、超高和極高，“級”表示在1個數量級范圍內按對數等分，除極低、超低、低和超高外，其余都細分為3個“級”。
　　2.青島市農業(yè)、工業(yè)

10、、服務業(yè)和生活污染源經檢驗性監(jiān)測的分級產強系數標準值列表。按照上述方法，(l)SCOD和(l)STN標準值列表是實現青島市陸源COD和TN產污數量常規(guī)核算的科學量化依據，直接影響核算結果的可靠性，需要對代表性污染源產強系數進行檢驗性現場監(jiān)測。研究表明:①對于工業(yè)污染源，青島市共有約432個小類（COD是277個小類，TN有146個小類），據估計其中185個COD和147個TN小類產污數量均約占85％以上。這樣，選取這些個小類作為代表性工

11、業(yè)污染源，產污數量和污染源規(guī)模因子等取自2002-2005年現場監(jiān)測統計數據②對于經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業(yè)和工業(yè)污染源相混合，不能采用傳統的監(jiān)測統計方法檢驗其中單一污染源產強系數。這樣，按照上述分級產強核算方法，對于“I”個城鎮(zhèn)污水處理廠集污區(qū)，每個集污區(qū)的產污數量(Wi)應是“J”個產強等級產污數量的加和，在數值上可通過j等級產強系數（(l)Sj）和各個相應n小類歸一化規(guī)模因子（(M)j/n

12、）計算:Wi=∑J j=1(i)Sj∑n n=1(M)j/n(1)
　　其中，通過歸轉系數(αn)可將傳統規(guī)模因子(Mj/n)轉化成歸一化規(guī)模因子:(M)j/n=αnMj/n。方程(1)表明，Wi應與“J”個∑n n=1Mj/n成多元線性關系。這樣，如果公共污水處理廠數量“I”大于相應產強等級數量“J”，應用多元線性回歸法可以得到(l)S j，然后通過αn，可以得到分類產強系數(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個生活、19個服務業(yè)和159個工業(yè)，共計約179個小類污染源，其中(l)CCOD和(l)CTN分別不超過8個和10個等級。這樣，選取青島市10個城鎮(zhèn)集污區(qū)，20個小類污染源規(guī)模因子取自《青島市2007年第一次全國污染源普查》，產污數量根據2007年10個公共污水處理廠出口監(jiān)測數據，結合相應污染物去除率進行估算。這樣，應用Matlab軟件，可以計算青島市城鎮(zhèn)生活及部分服務業(yè)和工業(yè)污染源分級和分類產強系數。③根據上述檢驗

14、性監(jiān)測，可以編制“青島市農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)和生活污染源產強系數標準值列表”（下簡稱“青島市污染源產強系數列表”），其中，對于COD和TN，主要包括330和199個實有小類，共計2000多個（或1000多個）亞小類分類產強系數、類級歸化系數和產強等級等。在276和145個工業(yè)、36和36個服務業(yè)、城鎮(zhèn)生活點源小類中，分別有55.4％和43.4％、44.4％和52.8％、100％和100％經檢驗性監(jiān)測，COD和TN產污數量占點源總產污數量的

15、比例，工業(yè)源分別約是86％和87％、服務業(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個農業(yè)和農村生活非點源中，目前尚未經檢驗性監(jiān)測。在經檢驗性監(jiān)測的153和63個工業(yè)、17和15個服務業(yè)小類中，分類產強系數(l)CCOD和(l)CTN與《全國污染源系數手冊》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)生活點源小類與《全國污染源系數手冊》相比，其中COD分類產強系數偏低，相對誤差為77.68％，而TN則與《全國污染源系數手冊》相一致。分級產強系數(l)SCOD和(l)STN與“(l)SCOD和(l)STN7等13級標準值列表”相比，分別對應8個和10個等級，其中，3個和2個與等級標準值列表中的中間值接近，3個和4個等級與上限值接近，2個和4個等級與下限值接近。
　　3.青

17、島市農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)和生活污染源COD和TN污染物分級產污數量核算結果的可靠性。青島市四大界類污染源規(guī)模因子數據等取自《青島市2007年第一次全國污染源普查》。這樣，在通過αn實現污染源規(guī)模因子歸一化基礎上，根據“青島市污染源產強系數列表”，可以得到青島市陸源COD和TN污染物產污數量的分級產強核算結果。結果表明，對于青島市陸源COD和TN產污數量，分級產強核算結果分別是17.4和2.3萬噸/年，分別比分類產強高約6.5％和-5.2％

18、。與分級產強系數7等13級標準值變化幅度的39％相當。這說明，分級產強核算方法可以推廣應用于青島市陸源污染物產污數量的常規(guī)核算。
　　4.應用常規(guī)經濟統計數據核算青島市陸源污染物產污數量。鑒于農業(yè)、工業(yè)和服務業(yè)在《青島統計年鑒》中具有產值數值的污染源層級分別為中類、大類和門類，因此，首先以青島市（亞）小類分級產強為基礎，加權平均得到門類、大類和界類層級上的產強系數;然后以2008年《青島統計年鑒》所提供的各農業(yè)門類、工業(yè)大類、服務

19、業(yè)界類和生活門類的經濟統計（產值或收入）數據作為規(guī)模因子，核算得到青島市2007年COD和TN的農業(yè)、工業(yè)和服務業(yè)產污數量分別為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，較應用（亞）小類分級產強核算的產污數量相比相對誤差分別為-11.2％、25.5％、21.78％和-56.7％、-33.4％、50.7％。
　　本論文的科學創(chuàng)新主要是首次建立了陸源污染物產污數量分級產強核算方法，

20、集中體現將COD的255個小類和TN的127個小類的分類產強系數轉化為7等13級分級產強系數標準值列表，為直接采用常規(guī)的社會經濟統計數據，如《青島市統計年鑒》，實現青島市農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)和生活污染源產污數量的常規(guī)核算提供了規(guī)范化的量化科學依據。所建立的分級產強核算方法兼具實際可操作性和便捷性，產強系數列表由上千個分類大大縮減到7等13級，特別是污染源規(guī)模因子可以直接取自常規(guī)的社會經濟統計體系，而不是需要建立像污染源普查那樣的專門環(huán)境統