涤纶印花面料水足迹的核算与评价

刘思思，王 克，陈芳丽，王来力

（1.浙江理工大学服装学院，浙江杭州 310018；2.浙江理工大学浙江省服装工程技术研究中心，浙江杭州 310018；3.浙江理工大学浙江省丝绸与时尚文化研究中心，浙江杭州 310018）

水资源是人类发展不可或缺的自然资源，目前我国存在严峻的缺水和水污染问题。纺织工业是我国国民经济的传统支柱产业、重要民生产业和创造国际化新优势的产业，但也是典型的高耗水、高排放行业。据2011—2015 年《生态环境统计年报》，纺织工业的废水排放量在重点调查工业行业中排名前三，约占重点调查工业行业排放总量的11%，COD、氨氮排放量在重点调查工业行业中排名前四，平均年排放量分别约为25.36万t、1.78万t。

水足迹的概念由Hoekstra 等在2002 年提出［1］，作为量化与评价生产活动中消耗水、废水及污染物排放对环境造成影响的重要工具，受到了广泛关注和应用。目前国际上评价水足迹的主要方法有两种：（1）基于WFN（water footprint network）体系的蓝水足迹、绿水足迹、灰水足迹评价方法；（2）基于ISO 14046：2014 生命周期水足迹评价方法的水稀缺足迹、水劣化足迹评价方法。基于WFN 体系，有学者分别对棉纺织物［2-6］、丝绸产品［7-8］、涤纶产品［8］、羊绒产品［9］、牛仔服装［10］进行了水足迹核算与评价；基于ISO 14046：2014 国际标准体系，纺织服装领域已有丝绸产品［11-12］、黏胶产品［13-14］、羊毛产品［15］、印染纺织品［16］等的水足迹相关核算研究。除产品生产阶段外，李佳慧等［17-18］对棉花加工、纺织服装使用阶段的水足迹进行了核算与评价研究。

纺织印染加工除消耗大量的水资源，还排放大量有机污染物含量高、碱性大、水质变化大的废水［19］，对水资源环境产生较大影响。本研究基于水足迹理论，对涤纶印花面料染整过程中的水足迹进行核算与评价示范，量化与评价染整过程造成的水资源环境影响，并为减小水资源环境影响提供参考。

1 水足迹核算

1.1 核算边界

确定研究对象的核算边界是开展产品水足迹核算的首要步骤。涤纶印花面料水足迹的核算边界如图1 所示，以白坯入厂为起点，依次经过碱减量、预定形、印花、蒸化、水洗、定形和检验包装一系列工序，到最终产品出厂，整个工艺流程为产品水足迹核算的时间边界。空间边界为碱减量、印花、水洗等3 个重要耗水、排水工序链段的新鲜水消耗、废水及废水污染物排放。

1.2 核算方法1.2.1 蓝水足迹

蓝水足迹是指产品在其供应链中对蓝水（地表水和地下水）资源的消耗［20］。涤纶印花面料产品蓝水足迹的计算式如下所示：

其中，Wblue表示蓝水足迹，m3；Qin，i为工序i的新鲜水投入量，m3；1、2、3分别代表碱减量、印花、水洗工序。

1.2.2 灰水足迹

灰水足迹是与废水污染物有关的指标，是以自然本地浓度和现有的环境水质标准为基准，将一定废水污染物负荷稀释同化所需的淡水体积［21］。涤纶印花面料产品灰水足迹的计算式如下所示：

其中，Wgrey表示灰水足迹，m3；Li表示污染物i 排放负荷，mg；ρmax为水环境质量标准中可接受污染物的最大质量浓度，mg/L；ρnat为可接受水体污染物的自然质量浓度，mg/L。

1.2.3 水稀缺足迹

水稀缺足迹是评价量化产品生产过程的水资源稀缺影响的工具［22］。涤纶印花面料产品水稀缺足迹的计算式如下所示：

其中，WFscar表示水稀缺足迹，m3H2O eq；WSIj表示j区域的水压力指数；WSInat为全国平均水压力指数，0.602；Qi为工序i 的用水量；1、2、3 分别代表碱减量、印花、水洗工序。

1.2.4 水富营养化足迹

水富营养化足迹是指产品生产排放到水体中的氮、磷等污染物对水质富营养化的影响，涤纶印花面料生产排放废水中含有的污染物COD 会造成水体富营养化［23］，计算式如下所示：

其中，WFe表示水富营养化足迹，kg PO43-eq；NP 污染物COD 的营养化潜力系数，kg PO43-eq/kg；me为污染物COD 的排放质量，kg。

1.3 核算数据

以1 t 涤纶印花面料为功能单位，采用浙江某印染企业数据，对涤纶印花面料产品的蓝水足迹、灰水足迹、水稀缺足迹以及水富营养化足迹进行核算与评价。

水环境标准中可接受的污染物最大质量浓度ρmax参考GB 3838—2002《地表水环境质量标准基本项目标准限值》中Ⅲ类水体限值，根据企业排放污水水域功能，COD 的第Ⅲ类水域标准值为20 mg/L，可接受水体污染物的自然质量浓度设定为0 mg/L。

中国平均水压力指数WSInat为0.602，浙江省WSI为0.194［21］。涤纶印花面料生产工序涉及到的污染物COD 的特征因子参照T/CNTAC 14—2018《纺织产品水足迹核算通用技术要求》，取值0.022 kg PO43-eq/kg。

2 结果与讨论

2.1 涤纶印花面料蓝水足迹

根据式（1）计算涤纶印花面料的蓝水足迹，结果如图2 所示。由图2 可知，涤纶印花面料的蓝水足迹约为167.28 m3/t，各主要工序链段蓝水足迹从大到小为：水洗工序、印花工序、碱减量工序。水洗工序链段蓝水足迹约为71.12 m3/t，水洗工序可以洗去溶胀与部分分解的浆料和杂质，为保证水洗效果，水洗时要保证充分的水量并及时更换［24］，因此水洗环节的耗水量最大，约占产品蓝水足迹总量的42.52%。

图2 涤纶印花面料蓝水足迹

2.2 涤纶印花面料灰水足迹

根据式（2）计算涤纶印花面料的灰水足迹，结果如图3 所示。由图3 可知，涤纶印花面料的灰水足迹约为6 967.83 m3/t。碱减量工序链段的灰水足迹最大，约为4 821.92 m3/t，约占产品灰水足迹总量的69.2%。因为涤纶碱减量工序投入大量的高温高浓度烧碱液来处理涤纶织物，以达到改善手感和提高吸湿性的目的，产生的COD 量最多。印花工序链段的灰水足迹约为1 267.56 m3/t。水洗工序链段的灰水足迹最小，约为878.35 m3/t。

图3 涤纶印花面料灰水足迹

2.3 涤纶印花面料水稀缺足迹

根据式（3）计算涤纶印花面料的水稀缺足迹，结果如图4 所示。由图4 可知，涤纶印花面料的水稀缺足迹约为53.91 m3H2O eq/t。各主要工序链段水稀缺足迹从大到小为：水洗工序、印花工序、碱减量工序，与蓝水足迹核算结果的顺序一致。水洗工序链段的水稀缺足迹最大，约为22.92 m3H2O eq/t；印花工序的水稀缺足迹约为17.33 m3H2O eq/t；碱减量工序链段的水稀缺足迹最小，约为13.66 m3H2O eq/t，比印花工序链段稍小。

图4 涤纶印花面料水稀缺足迹

2.4 涤纶印花面料水富营养化足迹

根据式（4）计算涤纶印花面料的水富营养化足迹，结果如图5 所示。由图5 可知，涤纶印花面料的水富营养化足迹约为3.07 kg PO43-eq/t。涤纶印花面料废水中的特征污染物是COD，碱减量工序链段排放的废水中含有减量产物、抗静电剂，可引发高COD，因此该工序链段的水富营养化足迹最大，约为2.12 kg PO43-eq/t，约占产品水富营养化足迹的69.2%。印花工序链段排放的废水中主要含有海藻酸钠、尿素，引发的COD 较小，该工序链段的水富营养化足迹约为0.56 kg PO43-eq/t。水洗工序链段主要是对印花后的产品进行水洗，去除溶胀与部分分解的浆料和杂质，排放的废水中污染物含量最少，因此该工序链段的水富营养化足迹最小，约为0.39 kg PO43-eq/t。

图5 涤纶印花面料的水富营养化足迹

涤纶印花产品水洗工序链段具有高耗水的特点，对蓝水足迹和水稀缺足迹影响最大，因此水洗环节是涤纶印花产品生产的重点节水环节。该工序链段排放的废水中污染物含量较少，因此可以加强水循环利用，达到节水的目的。碱减量工序排放的废水中污染物含量最高，灰水足迹和水富营养化足迹最大，是涤纶印花面料产品生产的重点减排污环节。通过优化生产工艺，减少碱减量工序废水污染物的排放量，并且重点加强该工序的废水处理，以减小对水资源环境的影响。

3 结论

（1）涤纶印花面料的蓝水足迹约为167.28 m3/t，灰水足迹约为6 967.83 m3/t，水稀缺足迹约为53.91 m3H2O eq/t，水富营养化足迹约为3.07 kg PO43-eq/t。

（2）涤纶印花面料各工序链段蓝水足迹、水稀缺足迹从大到小为：水洗工序、印花工序、碱减量工序；各工序链段灰水足迹、水富营养化足迹从大到小为：碱减量工序、印花工序、水洗工序。

（3）在涤纶印花面料染整加工中，节水的关键工序链段为水洗工序，应加强该工序的水循环利用；开展废水减排污的重点工序链段为碱减量工序，应加强该工序的废水处理，进而降低产品的水足迹，减小对水资源环境的影响。