工業(yè)園區(qū)紡織產(chǎn)品水足跡核算與評(píng)價(jià)

鐘 玲 柳若安 劉尊文 曹 磊 李燚佩

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029)

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工業(yè)園區(qū)紡織產(chǎn)品水足跡核算與評(píng)價(jià)

鐘 玲 柳若安 劉尊文 曹 磊 李燚佩

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029)

水足跡核算是水足跡評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。本研究通過(guò)對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)紡織企業(yè)的調(diào)研，基于產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期的產(chǎn)品水足跡核算方法，分別計(jì)算了絲綢產(chǎn)品和滌綸染色布產(chǎn)品的水足跡，并基于該核算結(jié)果對(duì)工業(yè)園區(qū)紡織企業(yè)水資源管理和水污染防治進(jìn)行了評(píng)估并提出了建議。

紡織產(chǎn)品；水足跡；核算；評(píng)價(jià)

水足跡是一個(gè)多維指標(biāo)，不僅可以表示用水量，而且明確了用水的方位、用水的類(lèi)型和時(shí)間[1]。水足跡核算是水足跡評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。根據(jù)評(píng)價(jià)目的的不同，水足跡核算包括全球和國(guó)際以上、國(guó)家、區(qū)域、企業(yè)、產(chǎn)品和消費(fèi)者等多個(gè)層面和對(duì)象。國(guó)外在農(nóng)產(chǎn)品水足跡核算方面的研究較為成熟，國(guó)內(nèi)關(guān)于水足跡的研究主要在區(qū)域及宏觀層面。目前關(guān)于工業(yè)產(chǎn)品水足跡的研究較少，尤其缺乏對(duì)水資源的可持續(xù)進(jìn)行評(píng)價(jià)并制定響應(yīng)方案。本研究擬將水足跡的理論和方法應(yīng)用于紡織行業(yè)，通過(guò)對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)紡織企業(yè)用水需求和用水量的定量分析，核算紡織產(chǎn)品的水足跡，為園區(qū)紡織企業(yè)有效管理用水需求、合理使用水資源、強(qiáng)化污水染防治等方面提供技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

1 水足跡理論概述

水足跡概念的提出始于2002年[2]，是指在一定物質(zhì)生活標(biāo)準(zhǔn)下，生產(chǎn)一定人群(個(gè)體、城市或國(guó)家)消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量。從來(lái)源上看，水足跡可分為藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡三種類(lèi)型。其中，藍(lán)水足跡指對(duì)地表水和地下水資源的消耗，是已經(jīng)被有效利用的徑流量，表示“占用的供水能力”；綠水足跡指中對(duì)不會(huì)成為徑流的雨水資源的消耗，主要用于作物和森林的生長(zhǎng)；灰水足跡指以自然本底濃度和現(xiàn)有的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，將一定的污染物負(fù)荷吸收同化所需的淡水量，表示“占用的納污能力”[3]。因此，灰水足跡直觀反映了水污染的程度，包括排污量、排污濃度、污染因子(相同濃度、相同排污量的不同污染物)。從污染防治的角度出發(fā)灰水足跡比藍(lán)水足跡和綠水足跡更具有研究?jī)r(jià)值。

水足跡是藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡的總和：

式中：WF是水足跡；WF藍(lán)水是藍(lán)水足跡；WF綠水是綠水足跡；WF灰水是灰水足跡。

藍(lán)水足跡是核算邊界內(nèi)直接消耗的淡水量：

式中：V新鮮是核算邊界內(nèi)耗用的新鮮水量，包括各生產(chǎn)工序的直接耗水量和供應(yīng)鏈的直接耗水量；V回用是核算邊界內(nèi)的回用水量；Q為紡織產(chǎn)品的產(chǎn)量。

綠水足跡是核算邊界內(nèi)所用的雨水量：

式中：V雨水是核算邊界內(nèi)耗用的雨水量，未使用雨水，則此數(shù)為0。

灰水足跡是核算邊界內(nèi)將污水濃度降低到自然本底濃度的淡水量：

式中：L[k]是產(chǎn)生污水中污染物k的量；C環(huán)境[k]是污水排入環(huán)境中規(guī)定的污染物k的環(huán)境質(zhì)量濃度限值；C本底[k]是受納水體中污染物k的自然本底濃度；max表示紡織產(chǎn)品的工業(yè)灰水足跡由造成灰水足跡最大的水污染物。

2 案例分析

2.1 企業(yè)與產(chǎn)品的選取

分別在印染企業(yè)集中的工業(yè)園區(qū)選取絲綢生產(chǎn)企業(yè)和化纖布生產(chǎn)企業(yè)，核算染色絲綢及滌綸染色布的水足跡。

2.2 核算邊界的確定

由于本研究重點(diǎn)關(guān)注企業(yè)層面的水資源消耗，故將紡織產(chǎn)品的水足跡核算限定為工業(yè)生產(chǎn)鏈部分的水足跡核算，即從紡織紗線原料進(jìn)入企業(yè)至成品出廠階段的水資源消耗。

紡織產(chǎn)品的基本生產(chǎn)工藝大致可以分為原料生產(chǎn)和加工(紗線生產(chǎn))、織造、染整、面料、成品生產(chǎn)五個(gè)環(huán)節(jié)，其中，染整是紡織工藝耗水的主要環(huán)節(jié)，其廢水排放量占紡織工藝廢水排放量的80%左右。研究中紡織產(chǎn)品水足跡核算的邊界：紗線生產(chǎn)-織造-染整(耗水量占紡織生茶的80%)-面料-成品。

2.3 數(shù)據(jù)收集

由于各工序的數(shù)據(jù)不可得，故將各生產(chǎn)加工分廠作為獨(dú)立工藝分別收集數(shù)據(jù)，包括不同年份主要原輔材料消耗、能源消耗、水資源消耗、產(chǎn)品產(chǎn)量、排水量及排污濃度等。在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法獲取的情況下，根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源的權(quán)威性依次選擇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)年鑒、地方標(biāo)準(zhǔn)、科研文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.4 核算方法構(gòu)建

產(chǎn)品水足跡主要包括核算邊界內(nèi)的四類(lèi)水足跡，即：生產(chǎn)過(guò)程水足跡、供應(yīng)鏈水足跡、公共水足跡和所耗能源水足跡，各類(lèi)水足跡進(jìn)一步按水的來(lái)源分別計(jì)算藍(lán)水、綠水、灰水足跡。

故，

其中，

供應(yīng)鏈水足跡是指該批次產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中消耗所有原輔材料中隱含的工業(yè)水足跡，故核算公式如下：

式中，M為材料的消耗量，計(jì)量單位根據(jù)具體材料類(lèi)型確定；i為該批次產(chǎn)品生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中消耗的材料種類(lèi)，取值為1到n的自然數(shù)；l代表材料工業(yè)水足跡轉(zhuǎn)換系數(shù)，指生產(chǎn)單位材料所消耗的工業(yè)水足跡。

能源水足跡是指該批次產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中消耗所有能源中隱含的工業(yè)水足跡，其核算公式如下：

式中，N為能源的消耗量，計(jì)量單位根據(jù)具體能源類(lèi)型確定；j為該批次產(chǎn)品生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中消耗的能源種類(lèi)，取值為1到m的自然數(shù)；g代表材料工業(yè)水足跡轉(zhuǎn)換系數(shù)，指單位能源所消耗的工業(yè)水足跡。

2.5 核算結(jié)果

對(duì)絲綢生產(chǎn)企業(yè)核算了其2013、2014及2015年染整、印花及斜臺(tái)板工廠的絲綢產(chǎn)品水足跡，結(jié)果分別如表1、表2、表3所示。

化纖布生產(chǎn)企業(yè)由于僅可獲得其2011年相對(duì)完整的數(shù)據(jù)，故核算了其主要產(chǎn)品滌綸染色布的水足跡，結(jié)果如表4所示。

表1 2013年絲綢產(chǎn)品水足跡核算結(jié)果

表2 2014年絲綢產(chǎn)品水足跡核算結(jié)果

表3 2015年絲綢產(chǎn)品水足跡核算結(jié)果

表4 2011年滌綸染色布水足跡核算結(jié)果

2.6 分析與討論

紡織產(chǎn)品的水足跡受紡織工業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模、行業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平等諸多因素影響，以下從時(shí)間、工藝、來(lái)水類(lèi)型、產(chǎn)品類(lèi)型等方面分別分析了影響紡織產(chǎn)品水足跡的因素。

(1)時(shí)間對(duì)比

對(duì)比絲綢企業(yè)2013、2014、2015年不同工藝產(chǎn)品的水足跡，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 絲綢企業(yè)2013-2015年不同工藝產(chǎn)品的水足跡

染整、印花、斜臺(tái)板三種工藝產(chǎn)品的水足跡均隨年份呈下降趨勢(shì)。

2014年和2015年各類(lèi)產(chǎn)品的水足跡顯著低于2013年水足跡，主要原因在于企業(yè)于2014年改造了1套中水回用裝置，該裝置于2014年5月13日開(kāi)始中水回用。此中水回用裝置的投產(chǎn)使用，使企業(yè)從兩個(gè)方面提高了水資源的重復(fù)利用率，一是將蒸汽冷凝水收集后直接回用于生產(chǎn)，二是新建中水處理裝置處理后清水回用至生產(chǎn)。企業(yè)水資源重復(fù)利用率從2013年的24.5%上升至2014年的34.3%，又至2015年的54.8%。

水資源重復(fù)利用率的提升一方面減少了新鮮水的用量，即減小了產(chǎn)品的藍(lán)水足跡，同時(shí)也減少了廢水排放量，即減小了產(chǎn)品的灰水足跡。從核算結(jié)果看，2014年產(chǎn)品的灰水足跡比2013年降低了25%，2015年比2014年降低了50%，藍(lán)水足跡在某些產(chǎn)品反而存在上升的現(xiàn)象。因此，水資源的重復(fù)利用對(duì)于降低產(chǎn)品灰水足跡有著更為顯著的貢獻(xiàn)。

(2)工藝對(duì)比

從工藝上看，染整、印花、斜臺(tái)板等三類(lèi)工藝形成的產(chǎn)品，總體上看，斜臺(tái)板產(chǎn)品的水足跡最高，印花次之，染整最小。

這三種工藝的本質(zhì)都是印染，即將無(wú)色的布經(jīng)過(guò)加工形成有色的布，但具體工藝流程略有差別。與印花工藝相比，斜臺(tái)板是使用手工印花代替將機(jī)器印花，單位產(chǎn)品的染料和助劑的使用量較大，造成供應(yīng)鏈水足跡較大，影響了產(chǎn)品最終的水足跡。

(3)不同水足跡組成的對(duì)比

以上水足跡核算均分為生產(chǎn)水足跡、公用水足跡、供應(yīng)鏈水足跡和能源水足跡四大部分，其中，生產(chǎn)水足跡和公用水足跡又分為藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡三塊。

以絲綢企業(yè)2014年的核算結(jié)果為例，染整、印花、斜臺(tái)板，三類(lèi)工藝產(chǎn)品其生產(chǎn)過(guò)程的灰水足跡占比均超過(guò)50%，因此，減少?gòu)U水排放量和降低廢水濃度可以有效降低紡織產(chǎn)品的水足跡。此外，供應(yīng)鏈水足跡占比僅次于生產(chǎn)過(guò)程灰水足跡，位列第二，其值顯著高于生產(chǎn)過(guò)程中的藍(lán)水足跡。

由此可見(jiàn)，從全生命周期角度考量產(chǎn)品的水足跡，間接水足跡如灰水足跡和供應(yīng)鏈水足跡遠(yuǎn)高于直接水足跡即藍(lán)水足跡和綠水足跡。減少?gòu)U水排放量、降低廢水濃度、減少原材料使用或用低耗水量原料替代高耗水量原料等措施，均能有效降低產(chǎn)品的水足跡。

(4)不同類(lèi)型產(chǎn)品對(duì)比

此處不同類(lèi)型產(chǎn)品指絲綢企業(yè)生產(chǎn)的染色絲綢產(chǎn)品和化纖布企業(yè)生產(chǎn)的滌綸染色布產(chǎn)品。圖2顯示了絲綢企業(yè)2014年的三種工藝產(chǎn)品與化纖布企業(yè)產(chǎn)品的水足跡對(duì)比結(jié)果。

圖2 不同類(lèi)型產(chǎn)品的水足跡

圖3 兩企業(yè)產(chǎn)品水足跡構(gòu)成的對(duì)比

由圖2可知，滌綸染色布的水足跡低于染整、印花和斜臺(tái)板產(chǎn)品水足跡。

圖3展示了絲綢企業(yè)產(chǎn)品與化纖布企業(yè)產(chǎn)品水足跡構(gòu)成的對(duì)比。結(jié)果顯示，占比最大的灰水足跡在兩企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品水足跡中，其大小基本相當(dāng)；化纖布企業(yè)產(chǎn)品的藍(lán)水足跡比絲綢企業(yè)大1～4倍，能源水足跡比絲綢企業(yè)大5～11倍；但兩者最大的差別來(lái)自供應(yīng)鏈水足跡，絲綢企業(yè)比化纖布企業(yè)大25～41倍，而這最主要的原因是單位化纖產(chǎn)品所耗用的染料和助劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單位絲綢產(chǎn)品的染料和助劑耗用量。

2.7 數(shù)據(jù)與核算的局限性

受調(diào)研條件的限制，一些數(shù)據(jù)如各個(gè)工序的耗水量、排水濃度無(wú)法精確獲得，使得核算過(guò)程只能做模糊處理。如在絲綢企業(yè)僅能獲得最終排口的排污濃度數(shù)據(jù)，故染整、印花、斜臺(tái)板等生產(chǎn)工序以及公共用水的灰水足跡無(wú)法精確計(jì)算，本研究按照企業(yè)總產(chǎn)量估算了單位產(chǎn)品的灰水足跡，并將之應(yīng)用于各個(gè)工序。計(jì)算公共用水的灰水足跡時(shí)使用了相同的模糊算法。因此導(dǎo)致了圖5中，絲綢企業(yè)的染整、印花和斜臺(tái)板工序的灰水足跡相同。此外，化纖布企業(yè)僅能獲得2011年的全套數(shù)據(jù)，故核算結(jié)果只能反映化纖布企業(yè)2011年的水資源管理狀況。

3 工業(yè)園區(qū)紡織企業(yè)水資源管理和水污染防治建議

根據(jù)對(duì)絲綢企業(yè)和化纖布企業(yè)產(chǎn)品的水足跡核算結(jié)果及數(shù)據(jù)分析，以下對(duì)工業(yè)園區(qū)紡織企業(yè)水資源管理和水污染防治提出了四條建議。

3.1 加強(qiáng)水資源的循環(huán)利用，減少?gòu)U水排放量

企業(yè)開(kāi)展水資源循環(huán)利用，通過(guò)減少新鮮水使用量和減少?gòu)U水排放量，既降低了藍(lán)水足跡又降低了灰水足跡，是降低紡織產(chǎn)品水足跡最直接有效的方式。

水資源循環(huán)利用的方式包括冷卻水、蒸汽冷凝水的循環(huán)利用以及生產(chǎn)廢水的中水回用。從絲綢企業(yè)和化纖布企業(yè)的調(diào)研情況看，開(kāi)展企業(yè)水資源循環(huán)利用從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均具有可行性，且具有良好的環(huán)境效益。

3.2 加強(qiáng)污水處理，降低廢水排放濃度

排放濃度直接決定了污染物的排放量，而灰水足跡是將污染的水稀釋至環(huán)境水質(zhì)所需的清水量，故通過(guò)加強(qiáng)污水處理降低排放濃度，可以有效減小灰水足跡，從而顯著影響產(chǎn)品水足跡核算結(jié)果。

對(duì)比絲綢企業(yè)和化纖布企業(yè)的污染物濃度，由于絲綢企業(yè)是排放至園區(qū)污水廠，故其主要污染因子COD和氨氮濃度都比化纖布企業(yè)高，這也直接導(dǎo)致絲綢企業(yè)紡織產(chǎn)品的灰水足跡高于化纖布企業(yè)產(chǎn)品的灰水足跡。

3.3 加強(qiáng)原材料管控，建立節(jié)水供應(yīng)鏈

核算結(jié)果顯示，供應(yīng)鏈水足跡是僅次于灰水足跡的產(chǎn)品水足跡第二大來(lái)源。因此，加強(qiáng)原材料管控，建立節(jié)水供應(yīng)鏈?zhǔn)墙档彤a(chǎn)品水足跡的有效手段。

節(jié)水作為環(huán)保的特性之一，建議企業(yè)在其管理體系中增加綠色供應(yīng)鏈管理，同時(shí)將原材料自身節(jié)水性能納入綠色供應(yīng)鏈評(píng)估體系，從全生命周期角度增強(qiáng)產(chǎn)品的節(jié)水屬性。

3.4 改進(jìn)生產(chǎn)工藝，擇優(yōu)選擇最佳流程

改進(jìn)生產(chǎn)工藝是通過(guò)控制核算邊界內(nèi)的行為以降低水足跡，是企業(yè)最具有獲得感的節(jié)水方式。

以絲綢企業(yè)為例，2015年絲綢企業(yè)通過(guò)開(kāi)展清潔生產(chǎn)審核，實(shí)施改造提升方案共計(jì)21項(xiàng)，節(jié)約水消耗2.2萬(wàn)t，減少污水排放量2.2萬(wàn)t，減少COD排放1.32t/a，節(jié)約水費(fèi)、排污費(fèi)7.81萬(wàn)元，具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上研究通過(guò)對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)紡織企業(yè)的調(diào)研，基于產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期的產(chǎn)品水足跡核算方法，分別計(jì)算了絲綢產(chǎn)品和滌綸染色布產(chǎn)品的水足跡，并基于該核算結(jié)果對(duì)工業(yè)園區(qū)紡織企業(yè)水資源管理和水污染防治進(jìn)行了評(píng)估并提出了建議。結(jié)果表明：①灰水足跡和供應(yīng)鏈水足跡是產(chǎn)品水足跡的主要組成，兩者貢獻(xiàn)率高達(dá)90%；②企業(yè)開(kāi)展水資源重復(fù)利用能有效減小產(chǎn)品灰水足跡和藍(lán)水足跡，是影響產(chǎn)品水足跡的重要方式；③加強(qiáng)污水處理降低出水濃度能有效減小產(chǎn)品灰水足跡，從而顯著降低產(chǎn)品水足跡；④開(kāi)展綠色(節(jié)水)供應(yīng)鏈管理是企業(yè)管理的新方向，能有效降低產(chǎn)品供應(yīng)鏈水足跡；⑤斜臺(tái)板絲綢產(chǎn)品水足跡高于印花產(chǎn)品高于染整產(chǎn)品，故優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝可以降低最終產(chǎn)品水足跡。受條件限制，本研究在核算過(guò)程中采取了模糊算法，這是今后研究中需要改進(jìn)之處。

[1]劉秀巍.產(chǎn)品水足跡研究及其在紡織行業(yè)的應(yīng)用[N].紡織導(dǎo)報(bào)，2011.

[2]Hoekstra，A.Y.Virtual water trade：Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade[R].Value of Water Research Report Series No 12，UNESCO-IHE，Delft，Netherlands，2003.

[3]Hoekstra，A.Y.等.水足跡評(píng)價(jià)手冊(cè)[M].劉俊國(guó)等，譯.北京：科學(xué)出版社，2012：14.

Water Footprint Calculation and Assessment of Textiles in Industrial Parks

ZHONG Ling LIU Ruo′an LIU Zunwen CAO Lei LI Yipei

(Environmental Development Center of Ministry of Environmental Protection of China，Beijing 100029，China)

Water footprint calculation is the basis of water footprint assessment.The study investigates textile companies in industrial parks，and calculates water footprint of silk dyeing cloth and polyester dyeing cloth based on industry chain and life cycle assessment theory.Assessment of water resources management and water pollution prevention in textile companies in industrial parks is done and suggestions are proposed based on the calculation results.

Textile；Water Footprint；Calculation；Assessment

鐘玲，工程師，碩士，主要從事中國(guó)環(huán)境標(biāo)志、低碳和綠色印刷研究

X21

A

1673-288X(2016)06-0040-04

引用文獻(xiàn)格式：鐘 玲 等.工業(yè)園區(qū)紡織產(chǎn)品水足跡核算與評(píng)價(jià)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：40-43.