紡織服裝產(chǎn)品的化學(xué)品足跡核算與評價(jià)

田澤君 王來力 李一

摘要： 為解決紡織服裝產(chǎn)品生命周期內(nèi)化學(xué)品過量使用所引發(fā)的環(huán)境負(fù)荷難以量化、評價(jià)，以及不同產(chǎn)品生命周期內(nèi)環(huán)境負(fù)荷難以比較等問題，文章在綜述化學(xué)品足跡概念及其研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算與評價(jià)中的核算邊界、核算方法、結(jié)果評價(jià)等關(guān)鍵問題。認(rèn)為紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算與評價(jià)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品間和工序間環(huán)境負(fù)荷的量化比較;進(jìn)行特征因子不確定性分析和USEtox模型優(yōu)化，可提高紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算結(jié)果的精度;綜合生態(tài)毒性和人體毒性的綜合評價(jià)，可增加紡織服裝產(chǎn)品生命周期內(nèi)化學(xué)品管控的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)品足跡;紡織服裝產(chǎn)品;核算;人體毒性;生態(tài)毒性

中圖分類號： TS101.9;TS94.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1001-7003（2019）01-0033-05

引用頁碼： 011106

過量化學(xué)品使用造成的嚴(yán)重污染已被聯(lián)合國列為影響人類生存與發(fā)展的全球性重大環(huán)境問題之一[1]。中國是有毒有害風(fēng)險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)和消費(fèi)大國，區(qū)域性、結(jié)構(gòu)性、布局性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯。國家《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》明確要求建立化學(xué)品環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)評估方法、程序和技術(shù)規(guī)范體系，開展多污染物協(xié)同控制[2]。

紡織工業(yè)是典型的“三高一低”（高耗能、高排放、高污染和低效率）行業(yè)，化學(xué)品的大量使用是造成紡織工業(yè)高排放和高污染的重要原因之一[3]。紡織工業(yè)不僅是化學(xué)品消費(fèi)大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1kg的服裝產(chǎn)品需要消耗1.5～6.9kg的化學(xué)品，同時(shí)還是受化學(xué)品使用風(fēng)險(xiǎn)影響最大的行業(yè)之一[4]?；瘜W(xué)品貫穿紡織工業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈，其中不乏重金屬、苯系物、壬基酚等有毒有害化學(xué)品，嚴(yán)重影響生物健康和生態(tài)安全[5]。

在當(dāng)前化學(xué)品污染研究領(lǐng)域，化學(xué)品足跡已作為一種核算和評價(jià)人類活動排放的化學(xué)品對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)荷的重要方法，在產(chǎn)品、組織和區(qū)域等不同層面進(jìn)行了初步探討和應(yīng)用。本文回顧了當(dāng)前國內(nèi)外化學(xué)品足跡核算與評價(jià)的研究進(jìn)展，并就紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算與評價(jià)的核算邊界、核算方法、結(jié)果評價(jià)等問題進(jìn)行了分析討論，為紡織工業(yè)的化學(xué)品管理和化學(xué)品污染治理提供參考。

1?化學(xué)品足跡的概念

對于化學(xué)品足跡的概念有多種定義，其主要的概念分類有毒性壓力[3，6-7]、環(huán)境空間占用[8-10]和質(zhì)量[11]3類。環(huán)境空間占用表達(dá)形式是從環(huán)境空間容量的角度，結(jié)合化學(xué)品排放量，量化并評價(jià)將其稀釋到對環(huán)境無危害濃度所占用的資源;毒性壓力表達(dá)形式是從生態(tài)系統(tǒng)承載能力的角度，表征在一定時(shí)間、一定空間體積內(nèi)，排放的化學(xué)品對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的影響;質(zhì)量表達(dá)形式是從產(chǎn)品生命周期的角度，來核算產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的有害物質(zhì)成分的量及其對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

對于產(chǎn)品化學(xué)品足跡而言，毒性壓力的定義和解釋應(yīng)用最為廣泛。其毒性評估過程主要借助USEtox模型毒性特征因子，量化產(chǎn)品全生命周期內(nèi)由化學(xué)品排放產(chǎn)生的人體毒性和生態(tài)毒性。Berthoud等[12]量化了小麥種植過程各階段的淡水生態(tài)毒性影響，得出施肥過程毒性影響最大。并對可供選擇的38種農(nóng)藥的毒性影響進(jìn)行評估，以期將施肥過程毒性影響降到最低。Florent等[13]量化了汽油、柴油和煤三種能源，在汽車行駛1km中，全生命周期（包含能源開采、加工及汽車使用等整個(gè)過程）毒性排放，結(jié)果顯示基于USEtox模型的化學(xué)品足跡可以很好地評估污染物排放的毒性影響。Van Hoof等[14]量化了兩種洗滌劑排入環(huán)境中的毒性影響，并對其排放清單中的60余種化學(xué)組分進(jìn)行了核算，得出模型的結(jié)構(gòu)機(jī)理能很好模擬并解釋化學(xué)品進(jìn)入環(huán)境并產(chǎn)生毒性的過程。Roos等[3]率先在紡織服裝領(lǐng)域引入U(xiǎn)SEtox模型，并對兩種滌棉白色病人服及不同染料的藍(lán)色工作服的人體毒性和生態(tài)毒性影響進(jìn)行量化，結(jié)果顯示未經(jīng)漂白的服裝比漂白的服裝毒性影響更大;化學(xué)助劑的毒性影響遠(yuǎn)高于染料。但其研究僅限于毒性影響的計(jì)算并未提出紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡的概念，也未對化學(xué)品足跡的核算邊界與核算模型等進(jìn)行系統(tǒng)化的闡述。

2?紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡

紡織服裝產(chǎn)品種類繁多，全生命周期（始于纖維原材料的獲取，經(jīng)過加工直至最終制成品使用、廢棄和回收）鏈條長，工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜。紡織用化學(xué)品種類繁多，產(chǎn)品生產(chǎn)污染物量大類多，僅依賴于綜合指標(biāo)和單一指標(biāo)評價(jià)缺陷明顯。針對此類排污性質(zhì)比較復(fù)雜的問題，發(fā)達(dá)國家在印染等行業(yè)納入綜合毒性指標(biāo)[15]?；赨SEtox模型的化學(xué)品足跡理論可實(shí)現(xiàn)紡織服裝產(chǎn)品全生命周期化學(xué)品使用和排放潛在毒性的可計(jì)量、可比較和可評價(jià)，全面反映化學(xué)品使用及其污染物排放造成的環(huán)境負(fù)荷?；诖丝蓸?gòu)建出一條基于紡織服裝產(chǎn)品全生命周期內(nèi)以化學(xué)品本身為治理載體的監(jiān)管模式，有利于重點(diǎn)污染工序及鏈段的識別，為紡織工業(yè)模塊化化學(xué)品管理提供理論基礎(chǔ)。

2.1?核算邊界

化學(xué)品足跡的核算邊界主要是對時(shí)間范圍和空間尺度的界定[16]。對于紡織服裝產(chǎn)品來說，時(shí)間范圍包括生命周期的某個(gè)階段（原材料、生產(chǎn)、服裝、使用等）或某些階段內(nèi)化學(xué)品的排放量[17]?；瘜W(xué)品足跡核算與評價(jià)過程中，在界定時(shí)間范圍內(nèi)的投入和產(chǎn)出屬于空間邊界的范疇[5]。核算和評價(jià)的邊界不一致，會直接影響結(jié)果的可比性[18]。對于紡織服裝產(chǎn)品而言，“紡織化學(xué)品”是指直接參與紡織服裝產(chǎn)品生命周期任何部分的化學(xué)品。能源生產(chǎn)和燃料使用中排放的化學(xué)物質(zhì)（如二氧化碳和微粒等），不認(rèn)為是紡織化學(xué)品。紡織服裝產(chǎn)品關(guān)注的化學(xué)品分布在整個(gè)供應(yīng)鏈上，從種植階段使用的農(nóng)藥和化肥，到印染過程使用的染料和助劑，再到染整廢水中的難降解產(chǎn)物和產(chǎn)品上殘留的化學(xué)品。在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡具體核算邊界內(nèi)，化學(xué)品以有組織或是無組織的形式向環(huán)境排放。通過對紡織服裝產(chǎn)品整個(gè)工業(yè)鏈進(jìn)行梳理，得到紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡的核算邊界。

2.2?核算方法

環(huán)境影響包括對空氣、水和土壤廢棄物的排放，以及在生命周期不同階段能源、水、物質(zhì)和土地等資源的使用。紡織服裝產(chǎn)品的化學(xué)品環(huán)境負(fù)荷核算的主要挑戰(zhàn)在于紡織服裝產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性、紡織化學(xué)品使用和性能的多樣性、全生命周期毒性影響潛力的復(fù)雜性。USEtox模型涵蓋了六類環(huán)境介質(zhì)，模擬了化學(xué)品污染物進(jìn)入生態(tài)環(huán)境發(fā)生降解、遷移、交換及人體內(nèi)吸收整個(gè)過程，適合復(fù)雜多樣的紡織服裝化學(xué)品環(huán)境影響潛力的核算。USEtox模型特征化因子的核算主要依賴于歸宿、暴露和效應(yīng)因子，其核算模型如下[19]：

式中：CF為特征化因子，cases/kgemission（人體毒性）或PAF·m3·day/kgemission（生態(tài)毒性）;FF為歸宿因子，day;XF為暴露因子，day-1;EF為效應(yīng)因子，cases/kg（人體毒性）或PAF·m3/kg（生態(tài)毒性）。

歸宿因子FF代表某種化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的停留時(shí)間;效應(yīng)因子EF代表污染物對人體和生態(tài)系統(tǒng)的毒性影響;暴露因子XF代表該化學(xué)物質(zhì)的生物利用度。USEtox模型運(yùn)用于化學(xué)品足跡毒性評估中，EF的毒性參考點(diǎn)不同，CFChF和CFUSEtox存在如下轉(zhuǎn)換關(guān)系[19]：

紡織服裝化學(xué)品足跡是在現(xiàn)有的污染物排放清單基礎(chǔ)上，增加特征化因子數(shù)據(jù)計(jì)算而得。針對人體和生態(tài)系統(tǒng)兩類不同性質(zhì)的受體，模型給出了人體毒性和生態(tài)毒性兩類不同性質(zhì)的特征化因子。紡織服裝化學(xué)品足跡的人體毒性足跡和生態(tài)毒性足跡，核算模型如下[20]：

式中：ChF為紡織服裝化學(xué)品足跡，cases（人體毒性足跡）或PAF·m3·day（生態(tài)毒性足跡）;f為修正因子（取值為290，無量綱）;E為排入環(huán)境介質(zhì)的污染物的質(zhì)量，kg。

在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡的量化中，生態(tài)毒性足跡有兩種不同的計(jì)量單位：一種是體積形式，用來表征稀釋污染物到一定濃度之下所需的淡水體積，與其評價(jià)邊界內(nèi)的可用淡水體積比較，進(jìn)行可持續(xù)性的評估。另一種是體積與時(shí)間乘積形式，表達(dá)了污染物對淡水體積的消耗及對水體環(huán)境時(shí)間的占用，即如果已知污染發(fā)生的具體時(shí)間段，生態(tài)毒性足跡的體積形式和體積與時(shí)間形式，可以互相轉(zhuǎn)化。

2.3?結(jié)果評價(jià)

首先，在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算中，人體毒性足跡和生態(tài)毒性足跡是兩類不同性質(zhì)的單位，不能進(jìn)行具體影響的綜合評價(jià)。針對該問題主流的是模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型，先在核算邊界內(nèi)構(gòu)建多個(gè)時(shí)間段內(nèi)人體毒性、生態(tài)毒性的交叉列聯(lián)表，從而得出人體毒性足跡和生態(tài)毒性足跡的權(quán)重矩陣（可以采用加權(quán)法）和隸屬度矩陣，然后將權(quán)重矩陣與隸屬度矩陣做乘法，得到模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)集，最后取其中最大者為所對應(yīng)的產(chǎn)品化學(xué)品足跡。

其次，在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡評價(jià)中，應(yīng)該包括兩個(gè)層面：產(chǎn)品層面和區(qū)域?qū)用妗．a(chǎn)品層面是從紡織服裝產(chǎn)品全生命周期的角度，依據(jù)投入產(chǎn)出模型，量化不同類或同類不同種紡織服裝產(chǎn)品的化學(xué)品足跡，核算結(jié)果可用來識別優(yōu)先污染產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)行更加環(huán)保的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃或產(chǎn)品配置;紡織服裝產(chǎn)品不同工序鏈段間化學(xué)品足跡核算，可識別優(yōu)先污染工序，指導(dǎo)合理的技術(shù)改革和工藝優(yōu)化的進(jìn)行。紡織用化學(xué)品的選擇（如染料、助劑等），將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，也會影響化學(xué)品足跡的核算結(jié)果。統(tǒng)一的核算邊界，功能單位和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等是紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡可比較的前提。

區(qū)域?qū)用媸菑募徔椃b產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)對區(qū)域環(huán)境影響的角度，生產(chǎn)區(qū)域不同，其排放同質(zhì)同量化學(xué)品污染所產(chǎn)生的環(huán)境影響也不盡相同。USEtox模型參數(shù)設(shè)定中，區(qū)域選擇是影響特征化因子精確度的關(guān)鍵因素。目前USEtox模型中只包括中國東部的毒性特征化因子數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)充和模型的優(yōu)化是今后中國產(chǎn)品化學(xué)品足跡研究的重要內(nèi)容之一。

3?展?望

化學(xué)品足跡綜合考慮了紡織服裝產(chǎn)品毒性影響潛力和時(shí)間效應(yīng)，為環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)評估提供了依據(jù)。紡織服裝產(chǎn)品具有產(chǎn)品種類多、工藝鏈條長的特點(diǎn)，加之化學(xué)品污染物成分復(fù)雜，存在多重復(fù)合作用，化學(xué)品足跡為紡織工業(yè)的化學(xué)品管控提供了新的思路。

1）化學(xué)品環(huán)境負(fù)荷的定量化，有利于實(shí)現(xiàn)紡織用化學(xué)品管理從“源頭管控”和“末端治理”到“過程風(fēng)險(xiǎn)防范”的轉(zhuǎn)變，更符合當(dāng)前化學(xué)品全生命周期管理的需要。

2）基于USEtox模型的紡織服裝化學(xué)品足跡過多地依賴于模型的毒性因子，進(jìn)行歸宿因子、暴露因子和效應(yīng)因子的不確定性分析及模型的優(yōu)化，有利于紡織服裝產(chǎn)品環(huán)境負(fù)荷核算結(jié)果精度的提高。

3）化學(xué)品足跡核算結(jié)果的表征包括生態(tài)毒性與人體毒性，對于針對不同受體的兩種毒性表征方法，進(jìn)行綜合評價(jià)有利于核算結(jié)果的可比性和完整性，可為紡織服裝化學(xué)品排放限值的制定提供依據(jù)。

4）在相同的核算邊界內(nèi)，不同類別與同類別不同紡織服裝產(chǎn)品及工序之間環(huán)境負(fù)荷的對比，以及生產(chǎn)全過程合理的模塊化拆分研究，可為優(yōu)先污染產(chǎn)品和優(yōu)先污染工序的識別提供參考，有利于紡織服裝產(chǎn)品環(huán)境負(fù)荷的削減。

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