滌綸印花面料水足跡的核算與評價

劉思思，王 克，陳芳麗，王來力

（1.浙江理工大學(xué)服裝學(xué)院，浙江杭州 310018；2.浙江理工大學(xué)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)浙江省絲綢與時尚文化研究中心，浙江杭州 310018）

水資源是人類發(fā)展不可或缺的自然資源，目前我國存在嚴峻的缺水和水污染問題。紡織工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)、重要民生產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)造國際化新優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)，但也是典型的高耗水、高排放行業(yè)。據(jù)2011—2015 年《生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計年報》，紡織工業(yè)的廢水排放量在重點調(diào)查工業(yè)行業(yè)中排名前三，約占重點調(diào)查工業(yè)行業(yè)排放總量的11%，COD、氨氮排放量在重點調(diào)查工業(yè)行業(yè)中排名前四，平均年排放量分別約為25.36萬t、1.78萬t。

水足跡的概念由Hoekstra 等在2002 年提出［1］，作為量化與評價生產(chǎn)活動中消耗水、廢水及污染物排放對環(huán)境造成影響的重要工具，受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。目前國際上評價水足跡的主要方法有兩種：（1）基于WFN（water footprint network）體系的藍水足跡、綠水足跡、灰水足跡評價方法；（2）基于ISO 14046：2014 生命周期水足跡評價方法的水稀缺足跡、水劣化足跡評價方法?；赪FN 體系，有學(xué)者分別對棉紡織物［2-6］、絲綢產(chǎn)品［7-8］、滌綸產(chǎn)品［8］、羊絨產(chǎn)品［9］、牛仔服裝［10］進行了水足跡核算與評價；基于ISO 14046：2014 國際標準體系，紡織服裝領(lǐng)域已有絲綢產(chǎn)品［11-12］、黏膠產(chǎn)品［13-14］、羊毛產(chǎn)品［15］、印染紡織品［16］等的水足跡相關(guān)核算研究。除產(chǎn)品生產(chǎn)階段外，李佳慧等［17-18］對棉花加工、紡織服裝使用階段的水足跡進行了核算與評價研究。

紡織印染加工除消耗大量的水資源，還排放大量有機污染物含量高、堿性大、水質(zhì)變化大的廢水［19］，對水資源環(huán)境產(chǎn)生較大影響。本研究基于水足跡理論，對滌綸印花面料染整過程中的水足跡進行核算與評價示范，量化與評價染整過程造成的水資源環(huán)境影響，并為減小水資源環(huán)境影響提供參考。

1 水足跡核算

1.1 核算邊界

確定研究對象的核算邊界是開展產(chǎn)品水足跡核算的首要步驟。滌綸印花面料水足跡的核算邊界如圖1 所示，以白坯入廠為起點，依次經(jīng)過堿減量、預(yù)定形、印花、蒸化、水洗、定形和檢驗包裝一系列工序，到最終產(chǎn)品出廠，整個工藝流程為產(chǎn)品水足跡核算的時間邊界。空間邊界為堿減量、印花、水洗等3 個重要耗水、排水工序鏈段的新鮮水消耗、廢水及廢水污染物排放。

1.2 核算方法1.2.1 藍水足跡

藍水足跡是指產(chǎn)品在其供應(yīng)鏈中對藍水（地表水和地下水）資源的消耗［20］。滌綸印花面料產(chǎn)品藍水足跡的計算式如下所示：

其中，Wblue表示藍水足跡，m3；Qin，i為工序i的新鮮水投入量，m3；1、2、3分別代表堿減量、印花、水洗工序。

1.2.2 灰水足跡

灰水足跡是與廢水污染物有關(guān)的指標，是以自然本地濃度和現(xiàn)有的環(huán)境水質(zhì)標準為基準，將一定廢水污染物負荷稀釋同化所需的淡水體積［21］。滌綸印花面料產(chǎn)品灰水足跡的計算式如下所示：

其中，Wgrey表示灰水足跡，m3；Li表示污染物i 排放負荷，mg；ρmax為水環(huán)境質(zhì)量標準中可接受污染物的最大質(zhì)量濃度，mg/L；ρnat為可接受水體污染物的自然質(zhì)量濃度，mg/L。

1.2.3 水稀缺足跡

水稀缺足跡是評價量化產(chǎn)品生產(chǎn)過程的水資源稀缺影響的工具［22］。滌綸印花面料產(chǎn)品水稀缺足跡的計算式如下所示：

其中，WFscar表示水稀缺足跡，m3H2O eq；WSIj表示j區(qū)域的水壓力指數(shù)；WSInat為全國平均水壓力指數(shù)，0.602；Qi為工序i 的用水量；1、2、3 分別代表堿減量、印花、水洗工序。

1.2.4 水富營養(yǎng)化足跡

水富營養(yǎng)化足跡是指產(chǎn)品生產(chǎn)排放到水體中的氮、磷等污染物對水質(zhì)富營養(yǎng)化的影響，滌綸印花面料生產(chǎn)排放廢水中含有的污染物COD 會造成水體富營養(yǎng)化［23］，計算式如下所示：

其中，WFe表示水富營養(yǎng)化足跡，kg PO43-eq；NP 污染物COD 的營養(yǎng)化潛力系數(shù)，kg PO43-eq/kg；me為污染物COD 的排放質(zhì)量，kg。

1.3 核算數(shù)據(jù)

以1 t 滌綸印花面料為功能單位，采用浙江某印染企業(yè)數(shù)據(jù)，對滌綸印花面料產(chǎn)品的藍水足跡、灰水足跡、水稀缺足跡以及水富營養(yǎng)化足跡進行核算與評價。

水環(huán)境標準中可接受的污染物最大質(zhì)量濃度ρmax參考GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準基本項目標準限值》中Ⅲ類水體限值，根據(jù)企業(yè)排放污水水域功能，COD 的第Ⅲ類水域標準值為20 mg/L，可接受水體污染物的自然質(zhì)量濃度設(shè)定為0 mg/L。

中國平均水壓力指數(shù)WSInat為0.602，浙江省WSI為0.194［21］。滌綸印花面料生產(chǎn)工序涉及到的污染物COD 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》，取值0.022 kg PO43-eq/kg。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸印花面料藍水足跡

根據(jù)式（1）計算滌綸印花面料的藍水足跡，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，滌綸印花面料的藍水足跡約為167.28 m3/t，各主要工序鏈段藍水足跡從大到小為：水洗工序、印花工序、堿減量工序。水洗工序鏈段藍水足跡約為71.12 m3/t，水洗工序可以洗去溶脹與部分分解的漿料和雜質(zhì)，為保證水洗效果，水洗時要保證充分的水量并及時更換［24］，因此水洗環(huán)節(jié)的耗水量最大，約占產(chǎn)品藍水足跡總量的42.52%。

圖2 滌綸印花面料藍水足跡

2.2 滌綸印花面料灰水足跡

根據(jù)式（2）計算滌綸印花面料的灰水足跡，結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，滌綸印花面料的灰水足跡約為6 967.83 m3/t。堿減量工序鏈段的灰水足跡最大，約為4 821.92 m3/t，約占產(chǎn)品灰水足跡總量的69.2%。因為滌綸堿減量工序投入大量的高溫高濃度燒堿液來處理滌綸織物，以達到改善手感和提高吸濕性的目的，產(chǎn)生的COD 量最多。印花工序鏈段的灰水足跡約為1 267.56 m3/t。水洗工序鏈段的灰水足跡最小，約為878.35 m3/t。

圖3 滌綸印花面料灰水足跡

2.3 滌綸印花面料水稀缺足跡

根據(jù)式（3）計算滌綸印花面料的水稀缺足跡，結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可知，滌綸印花面料的水稀缺足跡約為53.91 m3H2O eq/t。各主要工序鏈段水稀缺足跡從大到小為：水洗工序、印花工序、堿減量工序，與藍水足跡核算結(jié)果的順序一致。水洗工序鏈段的水稀缺足跡最大，約為22.92 m3H2O eq/t；印花工序的水稀缺足跡約為17.33 m3H2O eq/t；堿減量工序鏈段的水稀缺足跡最小，約為13.66 m3H2O eq/t，比印花工序鏈段稍小。

圖4 滌綸印花面料水稀缺足跡

2.4 滌綸印花面料水富營養(yǎng)化足跡

根據(jù)式（4）計算滌綸印花面料的水富營養(yǎng)化足跡，結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，滌綸印花面料的水富營養(yǎng)化足跡約為3.07 kg PO43-eq/t。滌綸印花面料廢水中的特征污染物是COD，堿減量工序鏈段排放的廢水中含有減量產(chǎn)物、抗靜電劑，可引發(fā)高COD，因此該工序鏈段的水富營養(yǎng)化足跡最大，約為2.12 kg PO43-eq/t，約占產(chǎn)品水富營養(yǎng)化足跡的69.2%。印花工序鏈段排放的廢水中主要含有海藻酸鈉、尿素，引發(fā)的COD 較小，該工序鏈段的水富營養(yǎng)化足跡約為0.56 kg PO43-eq/t。水洗工序鏈段主要是對印花后的產(chǎn)品進行水洗，去除溶脹與部分分解的漿料和雜質(zhì)，排放的廢水中污染物含量最少，因此該工序鏈段的水富營養(yǎng)化足跡最小，約為0.39 kg PO43-eq/t。

圖5 滌綸印花面料的水富營養(yǎng)化足跡

滌綸印花產(chǎn)品水洗工序鏈段具有高耗水的特點，對藍水足跡和水稀缺足跡影響最大，因此水洗環(huán)節(jié)是滌綸印花產(chǎn)品生產(chǎn)的重點節(jié)水環(huán)節(jié)。該工序鏈段排放的廢水中污染物含量較少，因此可以加強水循環(huán)利用，達到節(jié)水的目的。堿減量工序排放的廢水中污染物含量最高，灰水足跡和水富營養(yǎng)化足跡最大，是滌綸印花面料產(chǎn)品生產(chǎn)的重點減排污環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少堿減量工序廢水污染物的排放量，并且重點加強該工序的廢水處理，以減小對水資源環(huán)境的影響。

3 結(jié)論

（1）滌綸印花面料的藍水足跡約為167.28 m3/t，灰水足跡約為6 967.83 m3/t，水稀缺足跡約為53.91 m3H2O eq/t，水富營養(yǎng)化足跡約為3.07 kg PO43-eq/t。

（2）滌綸印花面料各工序鏈段藍水足跡、水稀缺足跡從大到小為：水洗工序、印花工序、堿減量工序；各工序鏈段灰水足跡、水富營養(yǎng)化足跡從大到小為：堿減量工序、印花工序、水洗工序。

（3）在滌綸印花面料染整加工中，節(jié)水的關(guān)鍵工序鏈段為水洗工序，應(yīng)加強該工序的水循環(huán)利用；開展廢水減排污的重點工序鏈段為堿減量工序，應(yīng)加強該工序的廢水處理，進而降低產(chǎn)品的水足跡，減小對水資源環(huán)境的影響。