嚴(yán)芳英， 陳必林， 王來力*,3， 柯瑩

(1.江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 無錫 214122；2.浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院,浙江 杭州 310018；3.浙江理工大學(xué) 絲綢文化傳承與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化技術(shù)文化和旅游部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018；4.江南大學(xué) 設(shè)計學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

毛紡織產(chǎn)品保暖性佳、吸濕性優(yōu)良，是重要紡織及服用材料，深受消費(fèi)者喜愛。原毛到毛織物制成品的生產(chǎn)加工過程中，洗毛、染色、后整理等工藝環(huán)節(jié)消耗水資源，并且排放高濃度的廢水，對水資源環(huán)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(xué)需氧量)[1]；染整廢水成分復(fù)雜，含有鉻、砷等有毒重金屬污染物[2]?！睹徔椥袠I(yè)“十四五”發(fā)展指導(dǎo)意見(討論稿)》[3]指出，毛紡織行業(yè)要向低碳經(jīng)濟(jì)型、技術(shù)進(jìn)步型、集約型增長的發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“科技、綠色、時尚”的新發(fā)展目標(biāo)。

評價毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)鏈段耗水、廢水排放引發(fā)的水資源環(huán)境負(fù)荷對毛織物的綠色制造具有很好的指導(dǎo)意義。在毛紡織行業(yè)的羊絨領(lǐng)域，已發(fā)布了T/CNTAC 29—2018《羊絨制品生產(chǎn)過程水足跡評價方法》[4]，對于在毛紡織行業(yè)推廣水足跡核算與評價具有先行意義?！八阚E”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(nèi)對水資源環(huán)境負(fù)荷的影響。在紡織領(lǐng)域，CHAPAGAIN A K等[6]、CHICO D等[7]、王來力等[8]對棉紡織品進(jìn)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(chǎn)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(yè)的實(shí)測數(shù)據(jù)，基于ISO 14046—2014標(biāo)準(zhǔn)[15]對羊毛織物生產(chǎn)的3個工藝環(huán)節(jié)(前處理、染色、印花)進(jìn)行水足跡的核算與評價。

當(dāng)前的紡織產(chǎn)品水足跡研究多為單一或幾個產(chǎn)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(jié)果，不能充分反映產(chǎn)品類別的水足跡水平。鑒于此，文中以ISO 14046—2014標(biāo)準(zhǔn)中水足跡的核算方法為基礎(chǔ)，運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)[16-19]中毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)的取水定額及廢水污染物排放限額數(shù)據(jù)，核算毛紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水足跡，評價其生產(chǎn)過程對水資源環(huán)境的影響，為毛紡織產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)和環(huán)境負(fù)荷評價提供參考。

1 基準(zhǔn)水足跡的核算

1.1 核算邊界

結(jié)合毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的特征和生產(chǎn)過程中水資源的使用及廢水的排放，確定毛紡織產(chǎn)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(jīng)過洗毛、碳化、染色和整理后生產(chǎn)出毛紡織產(chǎn)品的工藝過程；空間邊界包括毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)加工時間邊界內(nèi)的水資源投入和廢水及污染物的排放。

圖1 毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)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(chǎn)品生產(chǎn)需要消耗大量的新鮮水，過程中會排放廢水及水污染物，導(dǎo)致水資源短缺和水環(huán)境污染。

1.2.1水短缺足跡 水短缺足跡是以相關(guān)地區(qū)的水壓力指數(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所需的產(chǎn)品取水量為基準(zhǔn)，衡量產(chǎn)品生產(chǎn)過程對水短缺影響的指標(biāo)。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(shù)和全球平均水壓力指數(shù)；Vi表示產(chǎn)品生產(chǎn)過程的耗水量(m3),i為產(chǎn)品工藝環(huán)節(jié)，其中1～4分別代表洗毛、碳化、染色、整理環(huán)節(jié)。

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

水體富營養(yǎng)化足跡的核算方法為

(2)

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

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(zhì)量(kg)；Caci,S表示導(dǎo)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(shù)(SO2酸化潛力系數(shù)為1)；Qaci,S表示導(dǎo)致水酸化污染物硫化物排放的質(zhì)量(kg)。

水體生態(tài)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(tài)毒性足跡，即每噸廢水中污染物總鉻的質(zhì)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(tài)毒性潛力系數(shù)(Cr生態(tài)毒性潛力系數(shù)為1)；Qeco,Cr表示有毒污染物總鉻的質(zhì)量(kg)。

1.3 核算數(shù)據(jù)

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

表1 毛紡織產(chǎn)品的取水定額指標(biāo)

表2 染整廢水污染物排污限額

表3 毛紡工業(yè)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(jié)果與分析

2.1 毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水短缺足跡

由于毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)工藝以及染色工藝環(huán)節(jié)次序不同，將毛紡織產(chǎn)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(jù)式(1)核算毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水短缺足跡，核算結(jié)果如圖2所示。

毛紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡主要取決于染色工藝環(huán)節(jié)的單位取水量。由圖2可以看出，3種類型毛紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水短缺足跡差異較小，由于粗梳毛織物在由洗凈毛經(jīng)染色變?yōu)樯倪^程中單位取水量最小，所以基準(zhǔn)水短缺足跡從小到大排序?yàn)椋捍质崦椢?毛染)<精梳毛織物(條染)<粗梳毛織物(紗染)。不同類型企業(yè)的取水定額指標(biāo)不同，由圖2可知，3類企業(yè)生產(chǎn)的毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水短缺足跡限額排序?yàn)椋合冗M(jìn)企業(yè)<新建和改擴(kuò)建企業(yè)<現(xiàn)有企業(yè)。先進(jìn)企業(yè)的取水定額指標(biāo)最為嚴(yán)苛，其生產(chǎn)的粗梳毛織物(毛染)基準(zhǔn)水短缺足跡最小，為66.94 m3/t；現(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)的粗梳毛織物(紗染)基準(zhǔn)水短缺足跡最大，為137.88 m3/t。

圖2 不同企業(yè)3種類型毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)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(chǎn)品基準(zhǔn)水劣化足跡

毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)會引起水環(huán)境劣化，其主要工藝環(huán)節(jié)包括洗毛和染整，生產(chǎn)過程中排放的各種污染物會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化污染。不同類型企業(yè)生產(chǎn)毛紡織產(chǎn)品所排放的污染物限額不同，其基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡核算結(jié)果如圖3所示。毛紡織產(chǎn)品洗毛和染整兩個工藝環(huán)節(jié)的基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡核算結(jié)果如圖4所示。

圖3 不同類型企業(yè)毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡Fig.3 Benchmark water eutrophication footprints of different types of enterprises' wool textile products

圖4 毛紡織產(chǎn)品洗毛和染整工藝環(huán)節(jié)基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)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(xiàn)有企業(yè)、新建和改擴(kuò)建企業(yè)間接排放污染水導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化最嚴(yán)重，其基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡為141.63 kg/t。由圖3和圖4可知，AOX對水體富營養(yǎng)化的影響最大，其來源于染整工序，產(chǎn)生原因是羊毛表面有獨(dú)特的鱗片結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)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(xiàn)有企業(yè)、新建和改擴(kuò)建企業(yè)中，AOX產(chǎn)生的基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡為136.8 kg/t，在染整環(huán)節(jié)中占比73.71%。在特別區(qū)域內(nèi)，AOX產(chǎn)生的基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡為91.2 kg/t，在染整環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)中添加的酸性染料或酸性含媒染料?，F(xiàn)有企業(yè)、新建和改擴(kuò)建企業(yè)生產(chǎn)的毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水酸化足跡為0.003 3 kg/t，而在特別地域范圍內(nèi)，硫化物受到嚴(yán)格管控，排放值為0。

在染整環(huán)節(jié)中，毛織物產(chǎn)品生產(chǎn)需使用大量含有重金屬的染料和助劑，總鉻作為染整環(huán)節(jié)排放的主要有毒重金屬，是水體生態(tài)毒性的特征污染物[12]?，F(xiàn)有企業(yè)、新建和改擴(kuò)建企業(yè)的毛紡織產(chǎn)品基準(zhǔn)水體生態(tài)毒性與特別地域范圍相同，為6 kg/t。

3 結(jié)語

1)毛紡織產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，染整環(huán)節(jié)為主要耗水工藝環(huán)節(jié)，其中白紗經(jīng)染色加工變?yōu)樯喌倪^程產(chǎn)生的基準(zhǔn)水短缺足跡最大，3種企業(yè)生產(chǎn)粗梳毛織物(紗染)的基準(zhǔn)水短缺足跡為329.84 m3/t。先進(jìn)企業(yè)的取水定額指標(biāo)最嚴(yán)格，其生產(chǎn)的粗梳毛織物(紗染)的基準(zhǔn)水短缺足跡為75.81 m3/t。

2)洗毛和染整是引起水體富營養(yǎng)化污染的兩個主要工藝環(huán)節(jié)，其中染整工藝環(huán)節(jié)排放的AOX為主要污染物，其在現(xiàn)有企業(yè)、新建和改擴(kuò)建企業(yè)以及特別區(qū)域范圍企業(yè)中產(chǎn)生的基準(zhǔn)水體富營養(yǎng)化足跡總計為288 kg/t，占總體的58.25%。

3)染整環(huán)節(jié)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(chǎn)品的基準(zhǔn)水酸化足跡為0.003 3 kg/t；總鉻是水體生態(tài)毒性的特征污染物，毛紡織產(chǎn)品的基準(zhǔn)水體生態(tài)毒性足跡為6 kg/t。