工業園區紡織產品水足跡核算與評價

鐘 玲 柳若安 劉尊文 曹 磊 李燚佩

(環境保護部環境發展中心，北京 100029)

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工業園區紡織產品水足跡核算與評價

鐘 玲 柳若安 劉尊文 曹 磊 李燚佩

(環境保護部環境發展中心，北京 100029)

水足跡核算是水足跡評價的基礎。本研究通過對工業園區內紡織企業的調研，基于產業鏈和全生命周期的產品水足跡核算方法，分別計算了絲綢產品和滌綸染色布產品的水足跡，并基于該核算結果對工業園區紡織企業水資源管理和水污染防治進行了評估并提出了建議。

紡織產品；水足跡；核算；評價

水足跡是一個多維指標，不僅可以表示用水量，而且明確了用水的方位、用水的類型和時間[1]。水足跡核算是水足跡評價的基礎。根據評價目的的不同，水足跡核算包括全球和國際以上、國家、區域、企業、產品和消費者等多個層面和對象。國外在農產品水足跡核算方面的研究較為成熟，國內關于水足跡的研究主要在區域及宏觀層面。目前關于工業產品水足跡的研究較少，尤其缺乏對水資源的可持續進行評價并制定響應方案。本研究擬將水足跡的理論和方法應用于紡織行業，通過對工業園區內紡織企業用水需求和用水量的定量分析，核算紡織產品的水足跡，為園區紡織企業有效管理用水需求、合理使用水資源、強化污水染防治等方面提供技術基礎和數據支撐。

1 水足跡理論概述

水足跡概念的提出始于2002年[2]，是指在一定物質生活標準下，生產一定人群(個體、城市或國家)消費的產品和服務所需要的水資源數量。從來源上看，水足跡可分為藍水足跡、綠水足跡和灰水足跡三種類型。其中，藍水足跡指對地表水和地下水資源的消耗，是已經被有效利用的徑流量，表示“占用的供水能力”；綠水足跡指中對不會成為徑流的雨水資源的消耗，主要用于作物和森林的生長；灰水足跡指以自然本底濃度和現有的環境水質標準為基準，將一定的污染物負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灰水足跡比藍水足跡和綠水足跡更具有研究價值。

水足跡是藍水足跡、綠水足跡和灰水足跡的總和：

式中：WF是水足跡；WF藍水是藍水足跡；WF綠水是綠水足跡；WF灰水是灰水足跡。

藍水足跡是核算邊界內直接消耗的淡水量：

式中：V新鮮是核算邊界內耗用的新鮮水量，包括各生產工序的直接耗水量和供應鏈的直接耗水量；V回用是核算邊界內的回用水量；Q為紡織產品的產量。

綠水足跡是核算邊界內所用的雨水量：

式中：V雨水是核算邊界內耗用的雨水量，未使用雨水，則此數為0。

灰水足跡是核算邊界內將污水濃度降低到自然本底濃度的淡水量：

式中：L[k]是產生污水中污染物k的量；C環境[k]是污水排入環境中規定的污染物k的環境質量濃度限值；C本底[k]是受納水體中污染物k的自然本底濃度；max表示紡織產品的工業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 企業與產品的選取

分別在印染企業集中的工業園區選取絲綢生產企業和化纖布生產企業，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

由于本研究重點關注企業層面的水資源消耗，故將紡織產品的水足跡核算限定為工業生產鏈部分的水足跡核算，即從紡織紗線原料進入企業至成品出廠階段的水資源消耗。

紡織產品的基本生產工藝大致可以分為原料生產和加工(紗線生產)、織造、染整、面料、成品生產五個環節，其中，染整是紡織工藝耗水的主要環節，其廢水排放量占紡織工藝廢水排放量的80%左右。研究中紡織產品水足跡核算的邊界：紗線生產-織造-染整(耗水量占紡織生茶的80%)-面料-成品。

2.3 數據收集

由于各工序的數據不可得，故將各生產加工分廠作為獨立工藝分別收集數據，包括不同年份主要原輔材料消耗、能源消耗、水資源消耗、產品產量、排水量及排污濃度等。在實測數據無法獲取的情況下，根據數據來源的權威性依次選擇國家標準、統計年鑒、地方標準、科研文獻的數據來源。

2.4 核算方法構建

產品水足跡主要包括核算邊界內的四類水足跡，即：生產過程水足跡、供應鏈水足跡、公共水足跡和所耗能源水足跡，各類水足跡進一步按水的來源分別計算藍水、綠水、灰水足跡。

故，

其中，

供應鏈水足跡是指該批次產品生產過程中消耗所有原輔材料中隱含的工業水足跡，故核算公式如下：

式中，M為材料的消耗量，計量單位根據具體材料類型確定；i為該批次產品生產整個過程中消耗的材料種類，取值為1到n的自然數；l代表材料工業水足跡轉換系數，指生產單位材料所消耗的工業水足跡。

能源水足跡是指該批次產品生產過程中消耗所有能源中隱含的工業水足跡，其核算公式如下：

式中，N為能源的消耗量，計量單位根據具體能源類型確定；j為該批次產品生產整個過程中消耗的能源種類，取值為1到m的自然數；g代表材料工業水足跡轉換系數，指單位能源所消耗的工業水足跡。

2.5 核算結果

對絲綢生產企業核算了其2013、2014及2015年染整、印花及斜臺板工廠的絲綢產品水足跡，結果分別如表1、表2、表3所示。

化纖布生產企業由于僅可獲得其2011年相對完整的數據，故核算了其主要產品滌綸染色布的水足跡，結果如表4所示。

表1 2013年絲綢產品水足跡核算結果

表2 2014年絲綢產品水足跡核算結果

表3 2015年絲綢產品水足跡核算結果

表4 2011年滌綸染色布水足跡核算結果

2.6 分析與討論

紡織產品的水足跡受紡織工業的產業規模、行業結構、技術水平等諸多因素影響，以下從時間、工藝、來水類型、產品類型等方面分別分析了影響紡織產品水足跡的因素。

(1)時間對比

對比絲綢企業2013、2014、2015年不同工藝產品的水足跡，其結果如圖1所示。

圖1 絲綢企業2013-2015年不同工藝產品的水足跡

染整、印花、斜臺板三種工藝產品的水足跡均隨年份呈下降趨勢。

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

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

(2)工藝對比

從工藝上看，染整、印花、斜臺板等三類工藝形成的產品，總體上看，斜臺板產品的水足跡最高，印花次之，染整最小。

這三種工藝的本質都是印染，即將無色的布經過加工形成有色的布，但具體工藝流程略有差別。與印花工藝相比，斜臺板是使用手工印花代替將機器印花，單位產品的染料和助劑的使用量較大，造成供應鏈水足跡較大，影響了產品最終的水足跡。

(3)不同水足跡組成的對比

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

以絲綢企業2014年的核算結果為例，染整、印花、斜臺板，三類工藝產品其生產過程的灰水足跡占比均超過50%，因此，減少廢水排放量和降低廢水濃度可以有效降低紡織產品的水足跡。此外，供應鏈水足跡占比僅次于生產過程灰水足跡，位列第二，其值顯著高于生產過程中的藍水足跡。

由此可見，從全生命周期角度考量產品的水足跡，間接水足跡如灰水足跡和供應鏈水足跡遠高于直接水足跡即藍水足跡和綠水足跡。減少廢水排放量、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，均能有效降低產品的水足跡。

(4)不同類型產品對比

此處不同類型產品指絲綢企業生產的染色絲綢產品和化纖布企業生產的滌綸染色布產品。圖2顯示了絲綢企業2014年的三種工藝產品與化纖布企業產品的水足跡對比結果。

圖2 不同類型產品的水足跡

圖3 兩企業產品水足跡構成的對比

由圖2可知，滌綸染色布的水足跡低于染整、印花和斜臺板產品水足跡。

圖3展示了絲綢企業產品與化纖布企業產品水足跡構成的對比。結果顯示，占比最大的灰水足跡在兩企業生產的產品水足跡中，其大小基本相當；化纖布企業產品的藍水足跡比絲綢企業大1～4倍，能源水足跡比絲綢企業大5～11倍；但兩者最大的差別來自供應鏈水足跡，絲綢企業比化纖布企業大25～41倍，而這最主要的原因是單位化纖產品所耗用的染料和助劑量遠遠小于單位絲綢產品的染料和助劑耗用量。

2.7 數據與核算的局限性

受調研條件的限制，一些數據如各個工序的耗水量、排水濃度無法精確獲得，使得核算過程只能做模糊處理。如在絲綢企業僅能獲得最終排口的排污濃度數據，故染整、印花、斜臺板等生產工序以及公共用水的灰水足跡無法精確計算，本研究按照企業總產量估算了單位產品的灰水足跡，并將之應用于各個工序。計算公共用水的灰水足跡時使用了相同的模糊算法。因此導致了圖5中，絲綢企業的染整、印花和斜臺板工序的灰水足跡相同。此外，化纖布企業僅能獲得2011年的全套數據，故核算結果只能反映化纖布企業2011年的水資源管理狀況。

3 工業園區紡織企業水資源管理和水污染防治建議

根據對絲綢企業和化纖布企業產品的水足跡核算結果及數據分析，以下對工業園區紡織企業水資源管理和水污染防治提出了四條建議。

3.1 加強水資源的循環利用，減少廢水排放量

企業開展水資源循環利用，通過減少新鮮水使用量和減少廢水排放量，既降低了藍水足跡又降低了灰水足跡，是降低紡織產品水足跡最直接有效的方式。

水資源循環利用的方式包括冷卻水、蒸汽冷凝水的循環利用以及生產廢水的中水回用。從絲綢企業和化纖布企業的調研情況看，開展企業水資源循環利用從技術上、經濟上均具有可行性，且具有良好的環境效益。

3.2 加強污水處理，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境水質所需的清水量，故通過加強污水處理降低排放濃度，可以有效減小灰水足跡，從而顯著影響產品水足跡核算結果。

對比絲綢企業和化纖布企業的污染物濃度，由于絲綢企業是排放至園區污水廠，故其主要污染因子COD和氨氮濃度都比化纖布企業高，這也直接導致絲綢企業紡織產品的灰水足跡高于化纖布企業產品的灰水足跡。

3.3 加強原材料管控，建立節水供應鏈

核算結果顯示，供應鏈水足跡是僅次于灰水足跡的產品水足跡第二大來源。因此，加強原材料管控，建立節水供應鏈是降低產品水足跡的有效手段。

節水作為環保的特性之一，建議企業在其管理體系中增加綠色供應鏈管理，同時將原材料自身節水性能納入綠色供應鏈評估體系，從全生命周期角度增強產品的節水屬性。

3.4 改進生產工藝，擇優選擇最佳流程

改進生產工藝是通過控制核算邊界內的行為以降低水足跡，是企業最具有獲得感的節水方式。

以絲綢企業為例，2015年絲綢企業通過開展清潔生產審核，實施改造提升方案共計21項，節約水消耗2.2萬t，減少污水排放量2.2萬t，減少COD排放1.32t/a，節約水費、排污費7.81萬元，具有良好的環境、經濟、社會效益。

4 結 語

以上研究通過對工業園區內紡織企業的調研，基于產業鏈和全生命周期的產品水足跡核算方法，分別計算了絲綢產品和滌綸染色布產品的水足跡，并基于該核算結果對工業園區紡織企業水資源管理和水污染防治進行了評估并提出了建議。結果表明：①灰水足跡和供應鏈水足跡是產品水足跡的主要組成，兩者貢獻率高達90%；②企業開展水資源重復利用能有效減小產品灰水足跡和藍水足跡，是影響產品水足跡的重要方式；③加強污水處理降低出水濃度能有效減小產品灰水足跡，從而顯著降低產品水足跡；④開展綠色(節水)供應鏈管理是企業管理的新方向，能有效降低產品供應鏈水足跡；⑤斜臺板絲綢產品水足跡高于印花產品高于染整產品，故優化產品生產工藝可以降低最終產品水足跡。受條件限制，本研究在核算過程中采取了模糊算法，這是今后研究中需要改進之處。

[1]劉秀巍.產品水足跡研究及其在紡織行業的應用[N].紡織導報，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.水足跡評價手冊[M].劉俊國等，譯.北京：科學出版社，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，主要從事中國環境標志、低碳和綠色印刷研究

X21

A

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

引用文獻格式：鐘 玲 等.工業園區紡織產品水足跡核算與評價[J].環境與可持續發展，2016，41(6)：40-43.