毛纺织产品基准水足迹的核算与评价

严芳英， 陈必林， 王来力*,3， 柯莹

(1.江南大学 纺织科学与工程学院,江苏 无锡 214122；2.浙江理工大学 服装学院,浙江 杭州 310018；3.浙江理工大学 丝绸文化传承与产品设计数字化技术文化和旅游部重点实验室，浙江 杭州 310018；4.江南大学 设计学院，江苏 无锡 214122)

毛纺织产品保暖性佳、吸湿性优良，是重要纺织及服用材料，深受消费者喜爱。原毛到毛织物制成品的生产加工过程中，洗毛、染色、后整理等工艺环节消耗水资源，并且排放高浓度的废水，对水资源环境造成影响。洗毛废水的主要成分是羊毛脂，具有较高的COD(chemical oxygen demand，化学需氧量)[1]；染整废水成分复杂，含有铬、砷等有毒重金属污染物[2]。《毛纺织行业“十四五”发展指导意见(讨论稿)》[3]指出，毛纺织行业要向低碳经济型、技术进步型、集约型增长的发展方式转变，实现“科技、绿色、时尚”的新发展目标。

评价毛纺织产品生产链段耗水、废水排放引发的水资源环境负荷对毛织物的绿色制造具有很好的指导意义。在毛纺织行业的羊绒领域，已发布了T/CNTAC 29—2018《羊绒制品生产过程水足迹评价方法》[4]，对于在毛纺织行业推广水足迹核算与评价具有先行意义。“水足迹”的概念最早是HOEKSTRA A Y等[5]提出的，它量化了已知人类生命活动在一定时间内对水资源环境负荷的影响。在纺织领域，CHAPAGAIN A K等[6]、CHICO D等[7]、王来力等[8]对棉纺织品进行水足迹研究；何琬文等[9]、许璐璐等[10]、朱菊香等[11-12]核算了丝绸、涤纶、黏胶等纺织产品的水足迹；孙丽蓉等[13]核算了羊绒针织品的水足迹及不同加工过程的间接水足迹；任洁等[14]采用8 家毛纺企业的实测数据，基于ISO 14046—2014标准[15]对羊毛织物生产的3个工艺环节(前处理、染色、印花)进行水足迹的核算与评价。

当前的纺织产品水足迹研究多为单一或几个产品水足迹的核算与评价示范，仅能表征孤立样本的水足迹结果，不能充分反映产品类别的水足迹水平。鉴于此，文中以ISO 14046—2014标准中水足迹的核算方法为基础，运用国家标准[16-19]中毛纺织产品生产的取水定额及废水污染物排放限额数据，核算毛纺织产品的基准水足迹，评价其生产过程对水资源环境的影响，为毛纺织产品的绿色生产和环境负荷评价提供参考。

1 基准水足迹的核算

1.1 核算边界

结合毛纺织产品生产工艺环节的特征和生产过程中水资源的使用及废水的排放，确定毛纺织产品水足迹核算的时间和空间边界，具体如图1所示。由图1可以看出，时间边界为原毛经过洗毛、碳化、染色和整理后生产出毛纺织产品的工艺过程；空间边界包括毛纺织产品生产加工时间边界内的水资源投入和废水及污染物的排放。

图1 毛纺织产品基准水足迹核算边界Fig.1 Calculation boundary of wool textile products' benchmark water footprint

1.2 核算方法

毛纺织产品生产需要消耗大量的新鲜水，过程中会排放废水及水污染物，导致水资源短缺和水环境污染。

1.2.1水短缺足迹 水短缺足迹是以相关地区的水压力指数和产品生产过程中所需的产品取水量为基准，衡量产品生产过程对水短缺影响的指标。水短缺足迹的核算方法为

(1)

式中：Fws为水短缺足迹，即消耗的新鲜水体积(m3)；Iwp，C，Iwp，gl分别表示中国平均水压力指数和全球平均水压力指数；Vi表示产品生产过程的耗水量(m3),i为产品工艺环节，其中1～4分别代表洗毛、碳化、染色、整理环节。

1.2.2水劣化足迹 水劣化足迹是衡量产品生产过程中排入水体的各类污染物对水质劣化影响的指标。毛纺织产品生产过程产生的水劣化足迹可以分为3种，即水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹。

水体富营养化足迹的核算方法为

(2)

式中：Fweu表示水体富营养化足迹，即每吨废水中PO43-的质量(kg)；Ceu, i表示导致水体富营养化污染物i的特征因子，即污染物富营养化潜力系数(PO43-富营养化潜力系数为1)；Qeu, j表示工艺环节j排入水体富营养化污染物i的质量(kg),其中1，2分别代表洗毛、染整环节。

水酸化足迹的核算方法为

Fwaci,S=Caci,S×Qaci,S

(3)

式中：Fwaci,S表示水酸化足迹，即每吨废水中污染物硫化物的质量(kg)；Caci,S表示导致水酸化污染物硫化物的特征因子，即污染物酸化潜力系数(SO2酸化潜力系数为1)；Qaci,S表示导致水酸化污染物硫化物排放的质量(kg)。

水体生态毒性足迹的核算方法为

Fweco,Cr=Ceco,Cr×Qeco,Cr

(4)

式中：Fweco,Cr表示水体生态毒性足迹，即每吨废水中污染物总铬的质量(kg)；Ceco,Cr表示有毒污染物总铬的特征因子，即污染物水体生态毒性潜力系数(Cr生态毒性潜力系数为1)；Qeco,Cr表示有毒污染物总铬的质量(kg)。

1.3 核算数据

GB/T 18916.14—2014《取水定额 第14部分：毛纺织产品》[16]中，采用取水定额指标数据计算毛纺织产品生产过程引起的水短缺足迹，具体见表1。水压力指数(Iwp)通过查询谷歌地图确定，查询得到中国平均水压力指数为0.266。水污染排放的标准采用GB 4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》[17]和GB 28937—2012《毛纺工业水污染物排放标准》[18]，其中总铬排放限额参照GB 8978—1996《污水综合排放标准》[19]，具体污染物排放限额见表2、表3。毛纺织产品生产过程中排放的相关水污染物特征因子取自参考文献[9]和[20]，具体见表4。

表1 毛纺织产品的取水定额指标

表2 染整废水污染物排污限额

表3 毛纺工业废水污染物排放限额

表4 水劣化足迹污染物的特征因子

2 结果与分析

2.1 毛纺织产品基准水短缺足迹

由于毛纺织产品生产工艺以及染色工艺环节次序不同，将毛纺织产品分为粗梳毛织物(毛染：洗净毛—色毛)、粗梳毛织物(纱染：白纱—色纱)和精梳毛织物(条染：白毛条—色毛条)3种类型。根据式(1)核算毛纺织产品基准水短缺足迹，核算结果如图2所示。

毛纺织产品的基准水短缺足迹主要取决于染色工艺环节的单位取水量。由图2可以看出，3种类型毛纺织产品的基准水短缺足迹差异较小，由于粗梳毛织物在由洗净毛经染色变为色毛的过程中单位取水量最小，所以基准水短缺足迹从小到大排序为：粗梳毛织物(毛染)<精梳毛织物(条染)<粗梳毛织物(纱染)。不同类型企业的取水定额指标不同，由图2可知，3类企业生产的毛纺织产品基准水短缺足迹限额排序为：先进企业<新建和改扩建企业<现有企业。先进企业的取水定额指标最为严苛，其生产的粗梳毛织物(毛染)基准水短缺足迹最小，为66.94 m3/t；现有企业生产的粗梳毛织物(纱染)基准水短缺足迹最大，为137.88 m3/t。

图2 不同企业3种类型毛纺织产品基准水短缺足迹Fig.2 Benchmark water shortage footprints of three types of wool textile products in different enterprises

2.2 毛纺织产品基准水劣化足迹

毛纺织产品生产会引起水环境劣化，其主要工艺环节包括洗毛和染整，生产过程中排放的各种污染物会导致水体富营养化污染。不同类型企业生产毛纺织产品所排放的污染物限额不同，其基准水体富营养化足迹核算结果如图3所示。毛纺织产品洗毛和染整两个工艺环节的基准水体富营养化足迹核算结果如图4所示。

图3 不同类型企业毛纺织产品基准水体富营养化足迹Fig.3 Benchmark water eutrophication footprints of different types of enterprises' wool textile products

图4 毛纺织产品洗毛和染整工艺环节基准水体富营养化足迹Fig.4 Benchmark water eutrophication footprints of wool textile products in wool-scouring and dyeing-finishing process chain

由图3可知，现有企业、新建和改扩建企业间接排放污染水导致的水体富营养化最严重，其基准水体富营养化足迹为141.63 kg/t。由图3和图4可知，AOX对水体富营养化的影响最大，其来源于染整工序，产生原因是羊毛表面有独特的鳞片结构，需要进行抗毡缩整理，其中由于氯化-聚合物抗毡缩整理价格低廉且效果显著，被广泛使用，但整理后的废水含有大量AOX[21]。在现有企业、新建和改扩建企业中，AOX产生的基准水体富营养化足迹为136.8 kg/t，在染整环节中占比73.71%。在特别区域内，AOX产生的基准水体富营养化足迹为91.2 kg/t，在染整环节中占比76.98%。

硫化物作为水体酸化的特征污染物，主要来源于染整环节中添加的酸性染料或酸性含媒染料。现有企业、新建和改扩建企业生产的毛纺织产品基准水酸化足迹为0.003 3 kg/t，而在特别地域范围内，硫化物受到严格管控，排放值为0。

在染整环节中，毛织物产品生产需使用大量含有重金属的染料和助剂，总铬作为染整环节排放的主要有毒重金属，是水体生态毒性的特征污染物[12]。现有企业、新建和改扩建企业的毛纺织产品基准水体生态毒性与特别地域范围相同，为6 kg/t。

3 结语

1)毛纺织产品生产过程中，染整环节为主要耗水工艺环节，其中白纱经染色加工变为色纱的过程产生的基准水短缺足迹最大，3种企业生产粗梳毛织物(纱染)的基准水短缺足迹为329.84 m3/t。先进企业的取水定额指标最严格，其生产的粗梳毛织物(纱染)的基准水短缺足迹为75.81 m3/t。

2)洗毛和染整是引起水体富营养化污染的两个主要工艺环节，其中染整工艺环节排放的AOX为主要污染物，其在现有企业、新建和改扩建企业以及特别区域范围企业中产生的基准水体富营养化足迹总计为288 kg/t，占总体的58.25%。

3)染整环节排放硫化物，而硫化物是引起水体酸化的主要污染物，毛纺织产品的基准水酸化足迹为0.003 3 kg/t；总铬是水体生态毒性的特征污染物，毛纺织产品的基准水体生态毒性足迹为6 kg/t。