國內外鋼鐵工業水污染物排放標準對比及啟示

梁凱璇，王海燕，江 梅，劉青松，盧延娜

（1.中國環境科學研究院環境標準研究所，北京 100012；2.中國地質大學（北京）水資源與環境學院，北京 100083）

鋼鐵工業是世界所有工業化國家的基礎工業之一，鋼鐵工業的發展水平是國家經濟水平和綜合國力的重要體現，支持和推動著其他產業的發展〔1〕。鋼鐵工業是以從事黑色金屬礦物采選和黑色金屬冶煉加工等工業生產活動為主的工業行業，包括金屬鐵、鉻、錳等的礦物采選業、煉鐵業、煉鋼業、鋼加工業、鐵合金冶煉業、鋼絲及其制品業等細分行業〔2〕，屬于能源和資源密集型產業。鋼鐵工業的特點是產業規模大，生產工藝流程通常較長，幾乎每個生產環節都需要用水，用水量大〔3-4〕，廢水中污染物種類多，尤其是煉焦廢水，含有苯、多環芳烴（PAHs）、苯并（a）芘等有毒有機物，污染較重。

為了加強鋼鐵工業水污染物的排放管理，我國發布了《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—2012）等系列標準，在推進鋼鐵工業水污染物減排、促進產業結構調整方面發揮了重要作用。從國外情況看，美國、德國、歐盟、印度等國家（地區）以及世界銀行均針對鋼鐵工業專門制定了水污染物排放標準。隨著我國水環境保護工作的深入推進，我國水環境保護的方向已由污染減排向水生態環境質量改善、減污降碳協同方向轉變，現行鋼鐵工業水污染物排放標準已凸顯出不足。為了進一步優化完善我國鋼鐵工業水污染物排放標準，本研究開展了國內外鋼鐵工業排放標準現狀分析以及主要技術內容的對比，并基于我國鋼鐵工業排放標準體系的發展需求，提出完善我國鋼鐵工業排放標準的相關建議。

1 鋼鐵工業概況及產排污環節分析

1.1 鋼鐵工業概況

在過去20 a 中，受建筑、汽車、機械設備和包裝行業鋼鐵需求的推動，全球鋼鐵工業增長迅速〔5〕。我國鋼鐵工業崛起于20 世紀90 年代，隨著國家工業化及城鎮化建設的快速發展，我國逐漸成為鋼鐵生產與消費大國〔6〕。世界鋼鐵協會數據顯示，2022 年世界粗鋼產量為18.85 億t，其中，中國粗鋼產量為10.18 億t，占全球粗鋼產量的54%，排名第一；印度1.25億t，排名第二；其次是日本和美國，分別為0.89、0.81 億t。2000 年至2022 年世界粗鋼產量見圖1。

圖1 2000—2022 年世界粗鋼產量Fig.1 World crude steel production of 2000—2022

根據全國排污許可證管理信息平臺數據，截至2023年4月，我國已有3 523家鋼鐵企業取得了排污許可證，包括煉鐵、煉鋼、鋼壓延加工3 類企業，其中以鋼壓延加工企業為主，企業數量為3 105 家，占鋼鐵企業總數量的88%。從圖2所示的我國鋼鐵企業地區分布來看，我國鋼鐵企業主要分布在華東、華北和華南地區。

圖2 我國鋼鐵企業地區分布Fig.2 Regional distribution of iron and steel enterprises in China

1.2 生產工藝及產排污環節分析

鐵礦采選業與煉焦工業所產生的鐵礦石及焦炭作為原料進入鋼鐵生產過程，因此其是鋼鐵生產的重要輔助產業，不被包含于單純的鋼鐵產品生產工藝中。鐵礦采選主要產生采礦廢水和選礦廢水，廢水中含有懸浮物，石油類，硫化物，銅、錳等金屬，以及汞、鉻、鉛等重金屬；煉焦主要產生除塵廢水、剩余氨水以及酚氰廢水，廢水中除了含有懸浮物、石油類、硫化物外，還含有氰化物、揮發酚、苯、苯并（a）芘、多環芳烴（PAHs）等，水質較為復雜。

鋼鐵產品生產工藝可分為“高爐—轉爐”長流程和電爐短流程兩類，長流程應用最廣。長流程生產工藝以鐵礦石為主要生產原料，經過燒結、球團處理后，采用高爐生產鐵水，鐵水預處理后，經轉爐煉鋼、爐外精煉至合格成分鋼水，再由連鑄澆鑄成不同形狀的鋼坯，軋制成各種成品，其主要生產單元包括原料系統、燒結、球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼和公用單元。短流程生產工藝則以廢鋼為原料，由電爐熔化冶煉后，進入后一步工序，與長流程相比，省去了燒結、球團、高爐煉鐵等鐵前工序〔7〕。長流程生產工藝排放的廢水主要有脫硫廢水、煉鐵高爐煤氣濕法凈化系統廢水、煉鐵高爐沖渣廢水、煉鋼轉爐煤氣濕法凈化回收系統廢水、凈環水系統排水等〔8〕，鋼鐵長流程生產工藝及廢水產污節點見圖3。

圖3 鋼鐵長流程生產工藝及廢水產污節點Fig.3 Iron and steel long process production process and waste water pollution nodes

2 國內外鋼鐵工業水污染物排放標準現狀

2.1 國外鋼鐵工業水污染物排放標準現狀

美國、德國、歐盟、印度等國家（地區）以及世界銀行均針對鋼鐵工業專門制定了水污染物排放標準；日本、越南、韓國等國家未針對鋼鐵工業制定排放標準，鋼鐵工業廢水排放管理執行國家統一的綜合型水污染物排放標準。

1）美國。美國于1974年發布了《鋼鐵工業廢水排放標準、預處理標準及新源績效標準》（Effluent Limitations Guidelines，Pretreatment Standards，and New Source Performance Standards for the Iron and Steel Manufacturing Point Source Category），標準最新修訂于2005年。標準主要技術內容包括一般規定（適用范圍、術語和定義、預處理標準的計算及合規日期、非工藝廢水和雨水等）、各個鋼鐵子行業類別的污染物項目及排放限值。

2）德國。德國于2004 年發布了《廢水條例》（Waste Water Ordinance），規定了57 個行業的水污染物排放標準，其中附錄29 為鋼鐵工業排放標準。標準主要技術內容包括適用范圍、術語和定義、污染物項目及限值、污染物監測要求、超標判定要求。

3）歐盟。歐盟于2013 年發布了《鋼鐵生產最佳可行技術參考文件》（Best Available Techniques Reference Document for Iron and Steel Production），文件內容較為豐富，包括鋼鐵工業概況、生產工藝及污染物排放情況、資源能源消耗水平、各工藝類別基于最佳可行技術的排放控制水平等。

4）世界銀行。世界銀行于2007 年發布了《聯合煉鋼廠環境、健康與安全指南》（Environmental，Health，and Safety Guidelines for Integrated Steel Mills），介紹了鋼鐵工業污染物排放情況以及處理工藝，規定了聯合煉鋼廠的污水排放標準。

5）印度。印度于2012 年發布了《聯合鋼鐵廠環境標準》（Environmental Standards for Integrated Iron and Steel Plant），標準主要技術內容包括適用范圍、污染物項目及排放限值。

6）其他國家。日本、越南、韓國等國家鋼鐵工業執行國家綜合型水污染物排放標準，如日本執行《國家統一廢水排放標準》（Uniform National Effluent Standards）、越南執行《國家工業廢水技術規范》（National Technical Regulation on Industrial Wastewater）。綜合型水污染物排放標準適用于所有工業行業類型，標準技術內容較為簡單，主要為污染物項目及排放限值。

2.2 我國鋼鐵工業水污染物排放標準現狀

我國鋼鐵工業水污染物排放標準體系不斷完善，1992 年，國家首次發布了《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—1992），該標準適用于選礦、燒結、焦化、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼、鋼鐵聯合企業。2012 年，國家針對鐵礦采選、煉焦、鐵合金生產單獨制定了排放標準，發布了《鐵礦采選工業污染物排放標準》（GB 28661—2012）、《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171—2012）、《鐵合金工業污染物排放標準》（GB 28666—2012）、《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—2012）4項標準，替代了GB 13456—1992。2020年，國家又針對鋼鐵生產中所使用的鐵礦石可能含有重金屬鉈，發布了《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—2012）修改單，規定了總鉈排放限值，防控鉈排放的環境風險。以上標準主要技術內容包括適用范圍、術語和定義、污染物排放控制要求、污染物監測要求、超標判定要求。

3 國內外鋼鐵工業水污染物排放標準主要技術內容對比

3.1 適用范圍

我國鋼鐵工業4 項標準覆蓋了從鐵礦石采選、金屬冶煉到最終形成產品的全過程環境管理，適用范圍較為全面；國外標準均未涉及鐵礦采選環節，其中，德國標準還未涉及煉焦環節。國內外鋼鐵工業水污染物排放標準適用范圍見表1。

表1 國內外鋼鐵工業水污染物排放標準適用范圍Table 1 Applicable scope of Chinese and foreign water pollutant discharge standards for iron and steel industry

3.2 管控的廢水類型

納入排放標準管控的各類廢水應執行標準相關要求并進行監測監管。從國內外各個鋼鐵標準管控的廢水類型來看，主要是對雨水管控的規定和方式有所差異。

我國標準均對排水量進行了定義，即生產設施或企業向企業法定邊界以外排放的廢水的量，包括與生產有直接或間接關系的各種外排廢水（如廠區生活污水、冷卻廢水、廠區鍋爐和電站排水等），總體上看，涉及的廢水類型較為全面，但未提及雨水。對雨水的采樣監測要求在《排污許可證申請與核發技術規范 鋼鐵工業》（HJ 846—2017）中進行了規定，即鋼鐵企業應對雨水排放口開展自行監測，在確保雨水排放口有流量的前提下，應在雨后15 min 內進行采樣。

從國外情況看，考慮雨水與連續排放且污染物濃度可預測的工藝廢水不同，其徑流變化大，美國標準規定與生產區域有直接接觸的雨水（Storm water from the immediate process area）應通過發放雨水許可證的方式確定更準確的雨水排放控制要求〔9〕。德國、印度和世界銀行主要是對雨水收集處理進行原則性規定，其中，德國標準提出收集和使用流過相關設施鋪設地面的污染雨水；印度標準規定雨水不能與廢水、容器洗滌水或地面沖洗水混合，應收集后經單獨的雨水管道進行排放；世界銀行未在鋼鐵標準中對雨水進行規定，而是在通用標準《環境、健康與安全通用指南》（Environmental，Health，and Safety General Guidelines）中規定雨水應與工藝廢水和生活污水分離，并優先管理和處理初期雨水。

3.3 污染物項目及排放限值

3.3.1 污染物項目

不同生產環節產生的廢水所含污染物種類具有明顯差異，因此，國內外標準主要根據鋼鐵工業不同的生產環節規定污染物項目，我國《鐵礦采選工業污染物排放標準》（GB 28661—2012）還考慮了廢水類別，區分采礦廢水、選礦廢水分別規定污染物項目。對于鋼鐵生產環節的劃分，美國和德國相對較為細致，美國將鋼鐵工業分成了13 個環節，包括鹽浴除垢、堿性清洗、熱涂層等；德國分成約10 個環節，包括二次冶金、鋼制品表面處理等環節；我國分成了燒結/球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼4 個環節。

對于污染物項目種類的規定，各個國家的理念有所不同：1）我國、歐盟、世界銀行標準中的污染物項目較為全面，包括常規污染物和特征污染物兩大類。其中，我國鋼鐵標準中污染物項目數量最多，共計31 項，常規污染物包括懸浮物、化學需氧量（COD）、氨氮、總氮、總磷等，特征污染物主要結合行業排污特點進行規定，如對于煉焦，GB 16171—2012 增加了硫化物、氟化物、苯、多環芳烴、苯并（a）芘、揮發酚等特征污染物；為了避免污染物項目規定不全，歐盟和世界銀行標準還設置了總量指標，其中歐盟規定了重金屬總量，世界銀行規定了有毒污染物總量。2）德國除了規定常規污染物和特征污染物外，還規定了1 項廢水綜合毒性指標，即魚卵毒性，以防范有毒污染物引起的水環境風險。3）美國主要考慮特征污染物對環境的危害，在標準中強調對特征污染物的排放管控，如對于煉鋼，僅規定了鉛和鋅兩種金屬。標準雖然沒有規定綜合毒性指標，但在制定排污許可證時要求確定綜合毒性限值，并給出確定方法指南〔10〕。4）日本、越南、韓國的綜合型排放標準由于并不單獨針對鋼鐵工業，標準中的污染物項目并不具有行業針對性。

3.3.2 污染物排放限值

工業廢水排放去向包括兩種，一種是排污單位直接向環境水體排放水污染物，稱為“直接排放”；另一種是排污單位向污水集中處理設施排放水污染物，稱為“間接排放”。對于這兩種排放去向，應分別執行直接排放限值和間接排放限值的要求，規定間接排放限值的目的是保障后續集中處理設施的穩定運行和出水的達標排放。我國、美國、德國標準均規定了直接排放限值和間接排放限值，其他標準規定的主要為直接排放限值。美國的間接排放限值又稱為“預處理標準”，除了預處理標準外，根據《一般預處理條例》（General Pretreatment Regulation），公共污水處理廠可根據接收廢水的實際情況、污水處理廠的處理能力及環境管理要求，對排入污水處理廠的各企業進一步提出進水限值要求，以防止工業廢水排放對公共污水處理廠造成負面影響。

國內外對直接排放限值的確定方法基本一致，即基于行業污染防治的技術經濟評估確定排放限值。主要做法是通過行業調研，確定污染物產生原因、污染防治技術以及排放水平，根據經濟可行性確定最終的排放限值。其中較為突出的是美國，其根據不同的污染物種類，基于最佳現有實用技術（Best practicable control technology currently available，BPT）、最佳經濟可行技術（Best available technology economically achievable，BAT）和最佳常規污染物控制技術（Best conventional pollutant control technology，BCT）確定直接排放限值〔11〕。總體上看，直接排放限值的確定主要考慮污染物的性質及對環境的危害性、實施標準的技術經濟可行性，間接排放限值的確定主要考慮排放源排放污染物的特點和公共污水處理系統的處理能力。

從排放限值寬嚴程度來看，我國鋼鐵工業的常規污染物限值較為嚴格，如COD排放限值在50～80 mg/L之間，國外均控制在100 mg/L以上〔圖4（a）〕；但對個別污染物限值略微寬松，如氰化物，我國限值為0.5 mg/L，國外基本控制在0.5 mg/L 以下〔圖4（b）〕；其余污染物排放控制水平基本與國外控制水平相當。

圖4 國內外鋼鐵工業水污染物排放限值對比Fig.4 Comparison of Chinese and foreign water pollutant discharge limits of iron and steel industry

3.4 超標判定要求

超標判定要求與排放限值類型緊密相關，我國、印度、世界銀行鋼鐵標準基于單一統計時間設置排放限值，限值類型均為日均值。我國標準規定“對企業污染物排放情況進行監測的頻次、采樣時間等要求，按國家有關污染源監測技術規范的規定執行”。國家有關污染源監測技術規范主要指《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T 91—2002），目前該標準污水監測部分已被《污水監測技術規范》（HJ 91.1—2019）替代，按HJ 91.1—2019 規定的采樣周期及頻次要求獲取的污染物濃度為日均值。

美國、德國、歐盟標準包含不同統計時間的排放限值，其中，美國排放限值包含日均值和月均值兩種；歐盟為基于合格的隨機樣品或24 h 混合樣品的排放限值，24 h 混合樣品的監測結果即為日均值；德國為基于合格的隨機樣品或2 h 混合樣品的排放限值，2 h混合樣品的監測結果即為2 h 均值。合格的隨機樣品由在最多2 h 內、相互間隔不少于2 min 所取得的至少5 份隨機樣品混合而成，其監測結果根據采樣周期及間隔時間不同，可能是1 h 均值或2 h 均值等。

國內外標準主要根據執法能力及執法需求規定超標判定要求，各國規定不盡相同。我國鋼鐵標準規定“在任何情況下，企業均應遵守本標準的污染物排放控制要求，采取必要措施保證污染防治設施的正常運行。各級環保部門在對企業進行監督性檢查時，可以采用現場即時采樣或監測的結果，作為判定排污行為是否符合排放標準以及實施相關環境保護管理措施的依據”。按此規定，鋼鐵企業日均排放濃度應達到日均限值的要求，但在執法檢查時，可以一次采樣監測結果與日均限值對比判定是否超標。美國在執法監測中主要是確認短期排放是否超標，即確認日均排放濃度是否超過日均限值的規定，但對于間歇式或短期排放，只能獲得一次監測濃度的，或者自行監測報告證明一次監測濃度能夠代表一日內運行情況的情形，可使用一次監測濃度與日均限值比較進行超標判定〔12〕，該種超標判定方法與我國類似。

世界銀行明確了1 a內應達到排放限值的時間，即在工廠設備或生產機器年運行至少95%的時間范圍內，在不經稀釋的情況下，水污染物排放應滿足排放限值要求；德國規定了允許的超標次數和超標幅度，即本次執法監測結果以及之前4次執法監測結果中可有1次結果超過排放限值，且超標幅度不超過排放限值的100%。

3.5 其他技術內容

除了上述主要技術內容外，德國、歐盟和世界銀行標準還規定了減少廢水排放的相關措施，這對于促進鋼鐵工業水污染物達標排放具有積極作用。如德國規定了可以減少廢水和污染物排放的相關措施建議，包括使用工藝水或冷卻水進行熔渣粒化、多次使用沖洗水、采用噴涂保護等減少表面處理清洗中化學物質的逃逸等；世界銀行推薦了可以減少生產過程產生污水的方法，如對于酸洗車間產生的污水，可以通過安裝酸液回收和循環利用裝置，優化酸洗工藝，以減小廢水及污染物的排放量〔13〕。

4 啟示與建議

經對比分析，我國鋼鐵工業水污染物排放標準管控范圍較為完整，污染物項目較為全面，排放限值已相對較為嚴格，但在支撐水環境風險防范、實現全面精準管控、推進減污降碳協同等方面仍存在不足，可從以下幾個方面借鑒國外先進經驗，完善我國鋼鐵工業排放標準，實現鋼鐵工業精準科學治污。

1）增加廢水綜合毒性指標，強化水環境風險防控。

為了反映廢水的毒性，德國在鋼鐵標準中規定了廢水綜合毒性指標，該指標適合于水質復雜的混合廢水，以及雖然已有標準規定了廢水中各有毒物質的限值，但有毒物質間的聯合毒性效應尚不清楚的廢水。

2020 年，我國發布的《電子工業水污染物排放標準》（GB 39731—2020）已探索增加了廢水綜合毒性指標，即斑馬魚卵急性毒性。基于鋼鐵工業廢水水質較為復雜的特點，建議在鋼鐵排放標準中也考慮增設綜合毒性指標，確保更嚴密地控制廢水排放，避免行業廢水即使達標排放，仍表現出生物毒性的情況發生，強化水環境風險防控。

2）增加初期雨水排放管控要求，實現全面精準治污。

企業在生產過程中，因物料遺撒、跑冒滴漏等原因會在廠區地面殘留較多原輔料和廢棄物，在降雨時被沖刷進入雨水管道，對雨水造成污染。若不對初期雨水加以收集處理，將對水生態環境造成不利影響。美國通過發放雨水許可證的方式進行雨水的排放管理，一方面要求對雨水開展監測，另一方面雨水的排放也要達到許可證中規定的排放限值要求。

按照排污許可管理的要求，鋼鐵企業應對雨水排放口進行自行監測，地方的實際做法通常也是對初期雨水進行收集處理，但是存在雨水的排放應執行何種規定的問題，建議在鋼鐵工業排放標準中增加污染雨水的排放管控要求，支撐我國鋼鐵工業初期雨水的排放管理，實現全面精準治污。

3）分類優化行業間接排放控制要求，推進減污降碳協同。

美國公共污水處理廠有權根據污水處理工藝的實際處理能力及環境管理要求，對上游納管企業在國家預處理標準的基礎上進一步提出進水限值，并要求納管企業執行，確保公共污水處理廠免受工業廢水排放引起的穿透或干擾問題，該做法為我國標準間接排放控制要求的優化提供了借鑒。

我國鋼鐵工業排放標準規定了鋼鐵企業廢水排入下游公共污水處理系統應達到的間接排放限值，而我國公共污水處理系統包括各種規模和類型的城鎮污水處理廠、區域（包括各類工業園區、開發區、工業聚集地等）污水處理廠等，區域型的污水處理廠與城鎮污水處理廠相比，所采用的處理工藝通常具有對特征污染物的去除能力，如果上游企業廢水達到間接排放限值后再排入污水處理廠，必然需要企業投入大量能源、藥劑和成本，也無法充分發揮下游污水處理設施的處理效能。因此，建議根據下游污水處理廠的類型優化標準中的間接排放控制要求，實現減污降碳協同，如排入專門的鋼鐵工業園區污水處理廠的，允許企業與下游污水處理廠根據實際處理能力協商確定污染物間接排放限值；排入綜合型工業園區污水處理廠或城鎮污水處理廠的，僅部分或常規污染物可協商確定間接排放限值，未協商的污染物則執行標準規定的間排限值。

4）配套污染防治技術指南編制，支撐污染物達標排放。

德國、歐盟和世界銀行標準中均涉及了提高水的重復利用率或者優化生產工藝等措施，以促進企業減少廢水及污染物的排放。

與國外不同的是，我國水污染物排放標準主要規定污染物的排放控制要求，對于行業的污染防治技術，則主要通過編制行業污染防治可行技術指南來配套排放標準的實施。目前，針對煉焦行業，以標準的形式發布了《煉焦化學工業污染防治可行技術指南》（HJ 2306—2018），規定了污染預防技術、廢水污染治理技術以及廢水管理措施，技術內容較為完善；對于鋼鐵行業，區分采選礦、燒結+球團、煉鋼、軋鋼4 個工藝環節編制了可行技術指南文件，如《鋼鐵行業采選礦工藝污染防治最佳可行技術指南（試行）》，相比于HJ 2306—2018，文件缺乏廢水管理措施的規定；對于鐵合金行業，尚缺乏行業污染防治可行技術指南。因此，建議進一步完善鋼鐵行業污染防治可行技術指南標準體系，針對采選礦、燒結+球團、煉鋼、軋鋼等4 個工藝環節以標準的形式統一開展鋼鐵行業可行技術指南的制定工作，涵蓋4 個工藝環節，并補充廢水管理措施規定；對于鐵合金行業，配套編制污染防治可行技術指南，借鑒國外經驗，提出行業廢水污染預防技術、污染治理技術等，支撐行業水污染物達標排放，提升清潔生產水平。