毛紡織產品基準水足跡的核算與評價

嚴芳英， 陳必林， 王來力*,3， 柯瑩

(1.江南大學 紡織科學與工程學院,江蘇 無錫 214122；2.浙江理工大學 服裝學院,浙江 杭州 310018；3.浙江理工大學 絲綢文化傳承與產品設計數字化技術文化和旅游部重點實驗室，浙江 杭州 310018；4.江南大學 設計學院，江蘇 無錫 214122)

毛紡織產品保暖性佳、吸濕性優良，是重要紡織及服用材料，深受消費者喜愛。原毛到毛織物制成品的生產加工過程中，洗毛、染色、后整理等工藝環節消耗水資源，并且排放高濃度的廢水，對水資源環境造成影響。洗毛廢水的主要成分是羊毛脂，具有較高的COD(chemical oxygen demand，化學需氧量)[1]；染整廢水成分復雜，含有鉻、砷等有毒重金屬污染物[2]。《毛紡織行業“十四五”發展指導意見(討論稿)》[3]指出，毛紡織行業要向低碳經濟型、技術進步型、集約型增長的發展方式轉變，實現“科技、綠色、時尚”的新發展目標。

評價毛紡織產品生產鏈段耗水、廢水排放引發的水資源環境負荷對毛織物的綠色制造具有很好的指導意義。在毛紡織行業的羊絨領域，已發布了T/CNTAC 29—2018《羊絨制品生產過程水足跡評價方法》[4]，對于在毛紡織行業推廣水足跡核算與評價具有先行意義。“水足跡”的概念最早是HOEKSTRA A Y等[5]提出的，它量化了已知人類生命活動在一定時間內對水資源環境負荷的影響。在紡織領域，CHAPAGAIN A K等[6]、CHICO D等[7]、王來力等[8]對棉紡織品進行水足跡研究；何琬文等[9]、許璐璐等[10]、朱菊香等[11-12]核算了絲綢、滌綸、黏膠等紡織產品的水足跡；孫麗蓉等[13]核算了羊絨針織品的水足跡及不同加工過程的間接水足跡；任潔等[14]采用8 家毛紡企業的實測數據，基于ISO 14046—2014標準[15]對羊毛織物生產的3個工藝環節(前處理、染色、印花)進行水足跡的核算與評價。

當前的紡織產品水足跡研究多為單一或幾個產品水足跡的核算與評價示范，僅能表征孤立樣本的水足跡結果，不能充分反映產品類別的水足跡水平。鑒于此，文中以ISO 14046—2014標準中水足跡的核算方法為基礎，運用國家標準[16-19]中毛紡織產品生產的取水定額及廢水污染物排放限額數據，核算毛紡織產品的基準水足跡，評價其生產過程對水資源環境的影響，為毛紡織產品的綠色生產和環境負荷評價提供參考。

1 基準水足跡的核算

1.1 核算邊界

結合毛紡織產品生產工藝環節的特征和生產過程中水資源的使用及廢水的排放，確定毛紡織產品水足跡核算的時間和空間邊界，具體如圖1所示。由圖1可以看出，時間邊界為原毛經過洗毛、碳化、染色和整理后生產出毛紡織產品的工藝過程；空間邊界包括毛紡織產品生產加工時間邊界內的水資源投入和廢水及污染物的排放。

圖1 毛紡織產品基準水足跡核算邊界Fig.1 Calculation boundary of wool textile products' benchmark water footprint

1.2 核算方法

毛紡織產品生產需要消耗大量的新鮮水，過程中會排放廢水及水污染物，導致水資源短缺和水環境污染。

1.2.1水短缺足跡 水短缺足跡是以相關地區的水壓力指數和產品生產過程中所需的產品取水量為基準，衡量產品生產過程對水短缺影響的指標。水短缺足跡的核算方法為

(1)

式中：Fws為水短缺足跡，即消耗的新鮮水體積(m3)；Iwp，C，Iwp，gl分別表示中國平均水壓力指數和全球平均水壓力指數；Vi表示產品生產過程的耗水量(m3),i為產品工藝環節，其中1～4分別代表洗毛、碳化、染色、整理環節。

1.2.2水劣化足跡 水劣化足跡是衡量產品生產過程中排入水體的各類污染物對水質劣化影響的指標。毛紡織產品生產過程產生的水劣化足跡可以分為3種，即水體富營養化足跡、水酸化足跡和水體生態毒性足跡。

水體富營養化足跡的核算方法為

(2)

式中：Fweu表示水體富營養化足跡，即每噸廢水中PO43-的質量(kg)；Ceu, i表示導致水體富營養化污染物i的特征因子，即污染物富營養化潛力系數(PO43-富營養化潛力系數為1)；Qeu, j表示工藝環節j排入水體富營養化污染物i的質量(kg),其中1，2分別代表洗毛、染整環節。

水酸化足跡的核算方法為

Fwaci,S=Caci,S×Qaci,S

(3)

式中：Fwaci,S表示水酸化足跡，即每噸廢水中污染物硫化物的質量(kg)；Caci,S表示導致水酸化污染物硫化物的特征因子，即污染物酸化潛力系數(SO2酸化潛力系數為1)；Qaci,S表示導致水酸化污染物硫化物排放的質量(kg)。

水體生態毒性足跡的核算方法為

Fweco,Cr=Ceco,Cr×Qeco,Cr

(4)

式中：Fweco,Cr表示水體生態毒性足跡，即每噸廢水中污染物總鉻的質量(kg)；Ceco,Cr表示有毒污染物總鉻的特征因子，即污染物水體生態毒性潛力系數(Cr生態毒性潛力系數為1)；Qeco,Cr表示有毒污染物總鉻的質量(kg)。

1.3 核算數據

GB/T 18916.14—2014《取水定額 第14部分：毛紡織產品》[16]中，采用取水定額指標數據計算毛紡織產品生產過程引起的水短缺足跡，具體見表1。水壓力指數(Iwp)通過查詢谷歌地圖確定，查詢得到中國平均水壓力指數為0.266。水污染排放的標準采用GB 4287—2012《紡織染整工業水污染物排放標準》[17]和GB 28937—2012《毛紡工業水污染物排放標準》[18]，其中總鉻排放限額參照GB 8978—1996《污水綜合排放標準》[19]，具體污染物排放限額見表2、表3。毛紡織產品生產過程中排放的相關水污染物特征因子取自參考文獻[9]和[20]，具體見表4。

表1 毛紡織產品的取水定額指標

表2 染整廢水污染物排污限額

表3 毛紡工業廢水污染物排放限額

表4 水劣化足跡污染物的特征因子

2 結果與分析

2.1 毛紡織產品基準水短缺足跡

由于毛紡織產品生產工藝以及染色工藝環節次序不同，將毛紡織產品分為粗梳毛織物(毛染：洗凈毛—色毛)、粗梳毛織物(紗染：白紗—色紗)和精梳毛織物(條染：白毛條—色毛條)3種類型。根據式(1)核算毛紡織產品基準水短缺足跡，核算結果如圖2所示。

毛紡織產品的基準水短缺足跡主要取決于染色工藝環節的單位取水量。由圖2可以看出，3種類型毛紡織產品的基準水短缺足跡差異較小，由于粗梳毛織物在由洗凈毛經染色變為色毛的過程中單位取水量最小，所以基準水短缺足跡從小到大排序為：粗梳毛織物(毛染)<精梳毛織物(條染)<粗梳毛織物(紗染)。不同類型企業的取水定額指標不同，由圖2可知，3類企業生產的毛紡織產品基準水短缺足跡限額排序為：先進企業<新建和改擴建企業<現有企業。先進企業的取水定額指標最為嚴苛，其生產的粗梳毛織物(毛染)基準水短缺足跡最小，為66.94 m3/t；現有企業生產的粗梳毛織物(紗染)基準水短缺足跡最大，為137.88 m3/t。

圖2 不同企業3種類型毛紡織產品基準水短缺足跡Fig.2 Benchmark water shortage footprints of three types of wool textile products in different enterprises

2.2 毛紡織產品基準水劣化足跡

毛紡織產品生產會引起水環境劣化，其主要工藝環節包括洗毛和染整，生產過程中排放的各種污染物會導致水體富營養化污染。不同類型企業生產毛紡織產品所排放的污染物限額不同，其基準水體富營養化足跡核算結果如圖3所示。毛紡織產品洗毛和染整兩個工藝環節的基準水體富營養化足跡核算結果如圖4所示。

圖3 不同類型企業毛紡織產品基準水體富營養化足跡Fig.3 Benchmark water eutrophication footprints of different types of enterprises' wool textile products

圖4 毛紡織產品洗毛和染整工藝環節基準水體富營養化足跡Fig.4 Benchmark water eutrophication footprints of wool textile products in wool-scouring and dyeing-finishing process chain

由圖3可知，現有企業、新建和改擴建企業間接排放污染水導致的水體富營養化最嚴重，其基準水體富營養化足跡為141.63 kg/t。由圖3和圖4可知，AOX對水體富營養化的影響最大，其來源于染整工序，產生原因是羊毛表面有獨特的鱗片結構，需要進行抗氈縮整理，其中由于氯化-聚合物抗氈縮整理價格低廉且效果顯著，被廣泛使用，但整理后的廢水含有大量AOX[21]。在現有企業、新建和改擴建企業中，AOX產生的基準水體富營養化足跡為136.8 kg/t，在染整環節中占比73.71%。在特別區域內，AOX產生的基準水體富營養化足跡為91.2 kg/t，在染整環節中占比76.98%。

硫化物作為水體酸化的特征污染物，主要來源于染整環節中添加的酸性染料或酸性含媒染料。現有企業、新建和改擴建企業生產的毛紡織產品基準水酸化足跡為0.003 3 kg/t，而在特別地域范圍內，硫化物受到嚴格管控，排放值為0。

在染整環節中，毛織物產品生產需使用大量含有重金屬的染料和助劑，總鉻作為染整環節排放的主要有毒重金屬，是水體生態毒性的特征污染物[12]。現有企業、新建和改擴建企業的毛紡織產品基準水體生態毒性與特別地域范圍相同，為6 kg/t。

3 結語

1)毛紡織產品生產過程中，染整環節為主要耗水工藝環節，其中白紗經染色加工變為色紗的過程產生的基準水短缺足跡最大，3種企業生產粗梳毛織物(紗染)的基準水短缺足跡為329.84 m3/t。先進企業的取水定額指標最嚴格，其生產的粗梳毛織物(紗染)的基準水短缺足跡為75.81 m3/t。

2)洗毛和染整是引起水體富營養化污染的兩個主要工藝環節，其中染整工藝環節排放的AOX為主要污染物，其在現有企業、新建和改擴建企業以及特別區域范圍企業中產生的基準水體富營養化足跡總計為288 kg/t，占總體的58.25%。

3)染整環節排放硫化物，而硫化物是引起水體酸化的主要污染物，毛紡織產品的基準水酸化足跡為0.003 3 kg/t；總鉻是水體生態毒性的特征污染物，毛紡織產品的基準水體生態毒性足跡為6 kg/t。