麻紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水足跡的核算與評(píng)價(jià)

陳必林，嚴(yán)芳英，王曉蓬，王來(lái)力2，

（1.浙江理工大學(xué)服裝學(xué)院，浙江杭州 310018；2.浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，浙江杭州 310018；3.浙江理工大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院，浙江杭州 310018；4.浙江省生態(tài)文明研究學(xué)院，浙江杭州 310018；5.浙江省絲綢與時(shí)尚文化研究中心，浙江杭州 310018）

水足跡作為工業(yè)行業(yè)水資源耗用與廢水排放的環(huán)境負(fù)荷量化與評(píng)價(jià)工具得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布實(shí)施。紡織行業(yè)是我國(guó)主要的耗水和廢水排放行業(yè)之一，開展紡織產(chǎn)品水足跡的研究可為紡織行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的節(jié)水減排提供新思路，相關(guān)的應(yīng)用研究如表1所示。當(dāng)前水足跡量化與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有Water Footprint Network（WFN）體系和ISO 14046國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系。WFN體系以水量作為標(biāo)尺，量化和評(píng)價(jià)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程造成的水資源環(huán)境負(fù)荷［1］；ISO 14046國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系以水量和水質(zhì)影響作為標(biāo)尺，量化和評(píng)價(jià)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程造成的水資源環(huán)境負(fù)荷［2］。

表1 紡織服裝領(lǐng)域產(chǎn)品水足跡研究進(jìn)展

麻紡織產(chǎn)品吸濕性好，穿著涼爽透氣，是重要的服用材料。但是麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)加工會(huì)對(duì)區(qū)域水資源環(huán)境產(chǎn)生較大影響，例如麻脫膠與印染工序消耗大量新鮮水資源，產(chǎn)生高濃度廢水排放，造成嚴(yán)重的水資源環(huán)境負(fù)荷。為了加強(qiáng)對(duì)麻紡織行業(yè)耗水和廢水排放的管理，中國(guó)麻紡織行業(yè)“十三五”規(guī)劃推行生物脫膠與清潔生產(chǎn)技術(shù)，嚴(yán)格控制麻紡織行業(yè)的用水與廢水排放，實(shí)現(xiàn)到2020年全行業(yè)單位增加值水耗年均降低5%。水足跡是水資源管理的一種新思路和新方法，對(duì)評(píng)價(jià)水資源消耗、廢水及污染物排放具有重要意義。本文基于WFN體系與ISO 14046標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的取水定額與污水排放要求，對(duì)麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水足跡進(jìn)行量化與評(píng)價(jià)，分析不同麻原料、不同生產(chǎn)工藝對(duì)水資源消耗與水環(huán)境的影響，為減小麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的水資源環(huán)境負(fù)荷提供參考。

1 基準(zhǔn)水足跡核算

1.1 核算邊界

根據(jù)麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)工藝鏈的特點(diǎn)，將核算邊界劃分為脫膠、紡紗、織造、印染到印染機(jī)織物的整個(gè)生產(chǎn)工序，重點(diǎn)分析產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中新鮮水的消耗、廢水及污染物的排放情況（如圖1所示）。其中，新鮮水的消耗涉及麻紡織產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)工序，廢水及污染物的排放涉及脫膠與印染工序。

圖1 麻紡織產(chǎn)品水足跡的核算邊界

1.2 核算方法

1.2.1 藍(lán)水足跡

藍(lán)水足跡指產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中消耗的新鮮水量。麻紡織產(chǎn)品的藍(lán)水足跡以單位產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的取水量為基準(zhǔn)，核算方法［16］見(jiàn)式（1）：

式中，Wblue為藍(lán)水足跡，m3；Qin為工序i的取水量，m3，工序i=1、2、3、4為脫膠、紡紗、織造和印染工序。

1.2.2 灰水足跡

灰水足跡將一定負(fù)荷的污染物吸收同化，達(dá)到環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需的淡水量，主要由造成灰水足跡最大的特征污染物決定，是衡量水環(huán)境污染情況的一種評(píng)價(jià)方法［17］，核算方法見(jiàn)式（2）：

式中，Wgrey為灰水足跡，m3；m為污染物的排放量，mg；ρmax為接受水體污染物的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度，mg/L；ρnat為接受水體污染物的初始質(zhì)量濃度，mg/L。

1.2.3 水短缺足跡

水短缺足跡以地區(qū)的水壓力指數(shù)與產(chǎn)品生產(chǎn)中的用水量為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程對(duì)水資源短缺的影響，核算方法［18］見(jiàn)式（3）：

式中，WFscar為水短缺足跡，m3 H2O eq；WSIj為j地區(qū)的水壓力指數(shù)；WSInat為全國(guó)平均水壓力指數(shù)；Qi為工序i的用水量，工序i=1、2、3、4分別代表脫膠、紡紗、織造和印染工序。

1.2.4 水劣化足跡

水劣化足跡是衡量排入水體的污染物對(duì)水質(zhì)影響程度的一種評(píng)價(jià)方法［19］。麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)主要涉及2種水劣化足跡，分別是水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡和水酸化足跡。

水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡指排入水體的污染物對(duì)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的影響。在麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡污染物的特征因子以PO43-為當(dāng)量計(jì)算，核算方法［19-20］見(jiàn)式（4）：

水酸化足跡指排入水體的污染物對(duì)水質(zhì)酸化的影響，污染物的特征因子以SO2為當(dāng)量計(jì)算，核算方法［19-20］見(jiàn)式（5）：

式中，WFacid為水酸化足跡，kg SO2 eq；NPac，i為污染物i的特征因子，kg SO2 eq/kg；mi為排放污染物i的質(zhì)量，kg。

1.3 核算數(shù)據(jù)

本研究以1 t麻紡織產(chǎn)品為功能單位，基于麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的耗水、廢水及污染物排放情況，分別計(jì)算功能單位麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡、基準(zhǔn)灰水足跡、基準(zhǔn)水短缺足跡和基準(zhǔn)水劣化足跡。苧麻的主產(chǎn)區(qū)域?yàn)楹?，亞麻的主產(chǎn)區(qū)域?yàn)楹邶埥?1］，通過(guò)查詢谷歌地圖可知，全國(guó)平均水壓力指數(shù)為0.602，湖南的水壓力指數(shù)為0.028，黑龍江的水壓力指數(shù)為0.081。麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的取水情況參照GB/T 18916.24—2016《取水定額 第24部分：麻紡織產(chǎn)品》（見(jiàn)表2）。

表2 麻紡織產(chǎn)品的取水定額指標(biāo)

麻紡織產(chǎn)品脫膠和染整工序產(chǎn)生的廢水污染物參照GB 28938—2012《麻紡工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。麻紡織產(chǎn)品水污染物的特征因子參照T/CNTAC 14—2018《紡織產(chǎn)品水足跡核算通用技術(shù)要求》以及參考文獻(xiàn)［12］、［22］（見(jiàn)表3）。

表3 部分水劣化足跡污染物的特征因子

2 結(jié)果與討論

2.1 麻紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)藍(lán)水足跡

根據(jù)式（1）核算出麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡如圖2所示。由圖2可以看出，4種麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡從大到小為：苧麻濕紡、亞麻濕紡、苧麻干紡、亞麻干紡。因?yàn)闈窦徳谝后w中進(jìn)行，而干紡在熱空氣中進(jìn)行，所以濕紡麻紗的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最大，比干紡麻紗多70～200 m3。在相同的紡紗工藝下，因?yàn)槠r麻脫膠工序耗水量大，苧麻紗產(chǎn)生的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡比亞麻紗多50 m3?，F(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)的4種麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最大，其次是新建和改擴(kuò)建企業(yè)，先進(jìn)企業(yè)對(duì)于取水定額要求最嚴(yán)格，其生產(chǎn)的4種麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最小，約占現(xiàn)有企業(yè)的1/2。總體上，現(xiàn)有企業(yè)的苧麻濕紡產(chǎn)品基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最大（為1 180 m3），約占3種企業(yè)苧麻濕紡產(chǎn)品總基準(zhǔn)藍(lán)水足跡的42.29%；先進(jìn)企業(yè)中亞麻干紡產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最?。?30 m3），約占3種企業(yè)亞麻干紡產(chǎn)品總基準(zhǔn)藍(lán)水足跡的23.87%。

圖2 不同類型企業(yè)麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡

2.2 麻紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)灰水足跡

根據(jù)式（2）核算出麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)灰水足跡（計(jì)算數(shù)據(jù)以新建和改擴(kuò)建企業(yè)為準(zhǔn)）如圖3所示。

由圖3可知，麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程造成的基準(zhǔn)灰水足跡主要是脫膠與印染工序。脫膠工序中特征污染物為總磷，直接排放水污染物造成的基準(zhǔn)灰水足跡最大，其中苧麻脫膠工序的基準(zhǔn)灰水足跡為800 m3，約占苧麻總工序基準(zhǔn)灰水足跡的42.86%；亞麻脫膠工序基準(zhǔn)灰水足跡為700 m3，約占亞麻總工序基準(zhǔn)灰水足跡的40.38%。脫膠工序中的間接排放要通過(guò)污水處理系統(tǒng)，對(duì)總磷的排放要求寬松，造成的基準(zhǔn)灰水足跡最小，直接排放水污染物造成的基準(zhǔn)灰水足跡約為間接排放的3倍。印染工序中直接排放的特征污染物為總磷和硫化物，間接排放的特征污染物為硫化物。間接排放與直接排放的污染物限值、苧亞麻印染工序污染物的排放量相同，所以印染工序造成的基準(zhǔn)灰水足跡也相同，皆為400 m3。

圖3 不同工序下麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)灰水足跡

2.3 麻紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水短缺足跡

根據(jù)式（3）核算出麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡如圖4所示。

圖4 3種類型企業(yè)麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡

由圖4可知，4種麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡從大到小為：亞麻濕紡、亞麻干紡、苧麻濕紡、苧麻干紡，其中亞麻產(chǎn)品基準(zhǔn)水短缺足跡是苧麻產(chǎn)品的2～3倍，產(chǎn)生較大差距的主要原因是亞麻生產(chǎn)區(qū)域的水壓力指數(shù)大，約為苧麻生產(chǎn)區(qū)域水壓力指數(shù)的3倍。在原料相同的情況下，濕紡麻紗的基準(zhǔn)水短缺足跡比干紡麻紗多5～20 m3 H2O eq/t，原因是濕紡麻紗的取水量大。3類企業(yè)的基準(zhǔn)水短缺足跡從大到小為：現(xiàn)有企業(yè)、新建和改擴(kuò)建企業(yè)、先進(jìn)企業(yè)，其中現(xiàn)有企業(yè)亞麻濕紡產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡最大，約為152.043 m3 H2O eq/t；先進(jìn)企業(yè)對(duì)取水量的要求嚴(yán)格，其基準(zhǔn)水短缺足跡最小，4種麻紡織產(chǎn)品中基準(zhǔn)水短缺足跡最小的為苧麻干紡，產(chǎn)生的基準(zhǔn)水短缺足跡約為26.977 m3 H2O eq/t。

2.4 麻紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水劣化足跡

根據(jù)式（4）和（5）核算麻紡織產(chǎn)品產(chǎn)生的基準(zhǔn)水劣化足跡如圖5所示。由圖5可以看出，麻紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的基準(zhǔn)水劣化足跡主要是脫膠和印染工序。在2種工序中，總氮對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的影響最大，其次是氨氮、CODCr、總磷，分別約占現(xiàn)有、新建和改擴(kuò)建企業(yè)基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的43.51%、25.60%、16.81%、14.09%，約占特別地域范圍企業(yè)基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的47.91%、23.43%、15.04%、13.62%。在現(xiàn)有、新建和改擴(kuò)建企業(yè)中，麻紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡約為23.46 kg PO43-eq/t，其中脫膠和印染工序的基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡分別約為17.71、5.75 m3 H2O eq/t?；鶞?zhǔn)水酸化足跡為0.000 462 kg SO2 eq/t，印染過(guò)程中的硫化物是造成水酸化的主要因素。

圖5 不同類型企業(yè)麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡

在特別地域范圍企業(yè)中，污染物受到嚴(yán)格控制，不得檢出硫化物，基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡較小（約為9.89 kg PO43-eq/t），約占現(xiàn)有企業(yè)基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的42.15%，其中脫膠和印染工序中基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡分別約為6.61、3.28 kg PO4

3-eq/t。

3 結(jié)論

（1）濕紡麻紗的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡比干紡麻紗多70～200 m3。在相同的紡紗工藝下，苧麻紗產(chǎn)生的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡比亞麻紗多50 m3；現(xiàn)有企業(yè)中苧麻濕紡產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最大，為1 180 m3，先進(jìn)企業(yè)中亞麻干紡產(chǎn)品的基準(zhǔn)藍(lán)水足跡最小，為530 m3。

（2）麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)灰水足跡源于脫膠與印染工序，脫膠工序中特征污染物為總磷，其中直接排放水污染物造成的基準(zhǔn)灰水足跡約為間接排放的3倍。印染工序中特征污染物為總磷和硫化物，其基準(zhǔn)灰水足跡皆為400 m3。

（3）4種麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡從大到小為：亞麻濕紡、亞麻干紡、苧麻濕紡、苧麻干紡，亞麻產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡是苧麻產(chǎn)品的2～3倍。在原料相同的情況下，濕紡麻紗的基準(zhǔn)水短缺足跡比干紡麻紗多5～20 m3 H2O eq/t。

（4）麻紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水劣化足跡的特征污染物源于脫膠和印染工序，其中總氮對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的影響最大，約占現(xiàn)有、新建和改擴(kuò)建企業(yè)基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的43.51%，約占特別地域范圍企業(yè)基準(zhǔn)水體富營(yíng)養(yǎng)化足跡的47.91%，其次是氨氮、CODCr、總磷。印染中的硫化物造成水酸化，基準(zhǔn)水酸化足跡為0.000 462 kg SO2 eq/t。