水足迹与印染

生态足迹与印染摘 要 由于生态足迹概念比较具体、形象、其核算方法简便易行，目前对生态 足迹的研究主要集中于水足迹及碳足迹的标准制定、模型建立及测算上。生态足 迹分析法能改善资源的管理。纺织印染行业不仅是高耗水耗能行业，也是高废水 废物排放行业，资源的有效利用率影响纺织印染行业的未来发展。以纺织品为研 究对象，介绍了产品生态足迹的计算方法，包括水足迹的连锁求和法，和步进式 累积法以及以 PAS 2050:2008、ISO 14040:2006、ISO 14044:2006 为参考标准来 计算产品碳足迹的 5 个步骤。阐述了发展纺织印染行业生态足迹的意义。 关键字：纺织印染；生态足迹；水足迹；碳足迹Ecological footprint and printing anddyeing industryAbstract Ecological footprint is a vivid and specific term with easy-applying accounting method, and the research of ecological footprint is focused on the standards developing, modeling and measuring of water footprint and carbon footprint. The analysis of ecological footprint is good for improving resource administration. The effective utilization rate of resources influences the development of printing and dyeing industry. Because printing and finishing industry is a high water and energy consumption and high waste discharging industry. With textile as research object, the calculation method of ecological footprint was introduced, including chain summation, stepping accumulation method and 5 steps for carbon footprint calculation based on PAS 2050:2008 、 ISO 14040:2006 、 ISO 14044:2006. The meaning of developing ecological footprint in textile printing and dyeing industry was expounded.Key wordsprinting and dyeing of textiles；ecological footprint；waterfootprint；carbon footprint纺织印染工业是我国国民经济的传统支柱产业和重要的民生产业，也是国际 竞争优势比较明显的重要产业之一，对扩大就业、增加农民收人、积累资金、出 口创汇、繁荣市场、提高城镇化水平、带动相关产业和促进区域经济发展发挥了 重要的作用据统计12009年1-5月，全国规模以上印染企业2301家，同比增加 244家，印染布产量189.77亿m，同比增加1.41%,工业总产值达到879.69亿元， 同比增长5.12%,实现利润24.52亿元，同比小幅增长0.44%。面对金融危机和社会发展的新形势以及国际纺织品贸易体制的新变化，推行 环保、节能、清洁生产印染加工技术，实现印染行业污染防治从“末端治理”向 “源头预防”转变；加大环境执法力度，淘汰高能耗、高污染和废水治理达不到 要求的落后工艺装备和印染企业，是纺织工业“十二五”发展纲要中的重点任务。1纺织印染业水耗能耗现状 印染行业的生产多为湿处理过程从纺织品的染整前处理一直到后整理，包括 退浆、煮练、漂白、丝光、熟定型染色以及常规的整理等都需经过水系统完成。 纺织印染行业不仅是高碳排放大户，也是高耗水行业。据不完全统计，中国纺织 行业的总能源消耗为 6867 吨标准煤，年耗水量达 95.48 亿吨。新鲜水用量位居 全国各行业第 2 位，废水排放量居全国第6 位。目前，我国纺织行业80%的用水 量和污水排放量来自印染行业2。而印染行业的排放水年回用率不到 10%。按照 印染纺织品单位质量计的耗水量最大为国外的 3 倍，能耗是国外的 3-5 倍，能源 费用占到加工费用的 30%以上，有些企业甚至达了 50%，染化料耗用量比发达国 家高出 20%-30%。在近年对全国 39 个行业进行第 1 次污染源调查时，纺织行业 的污染状况升至第 2 位，能耗占行业总能耗的 4.3%，是能耗大户之一，废水排 放量列各行业的第 3 位3。2 生态足迹简介 人类的生存依赖于自然界，因而必须在生态系统的承载力范围之内。自 1987 年由挪威世界环境与发展委员会向联合国提交报告我们共同的未来中给可持 续发展下了精确定义以来，这种全新的发展战略和发展观逐渐得到人们的普遍认 可4。但要将这种发展理念变成可操作的发展模式，必须定量测量发展的可接续 性状态。因此，可待续发展定量评价方法的 研究成为当前可续发展研究的前沿和热点。Rees】5于1990年提出，并由Wackernagel进一步完善的生态足迹 (Ecological Footprint,简称EF)方法是近20年来定量测量可持续发展最重 要的进展之一。生态足迹理论是一种定量评价可持续发展程度的方法。该方法将 区域的资源和能源消费折算为提供这些消费所需的原始物质和能量的一种虚拟 土地(生物生产性土地)的面积，并与给定人口区域的生物承载能力进行比较。 定量衡量区域的可持续发展状况。生态足迹的核算模型为7：茫 EF Ar式中：j=1,2,6分别代表化石能源用地、可耕地、牧草地、森林、建筑用地、 水域；i 为消费项目的类型；EF 为总的生态足迹， hm2；ef 为人均生态足迹 hm2/cap；Y 为均衡因子；jC 为第 i 种消费项目的年消费量， t；iY 为生物生产性土地生产第 i 种消费项目的全球年均产量， t/hm2；i P 为年生产量；iI 为第 i 种消费项目的年进口量；iE 为第 i 种消费项目的年出口量；iN 为人口总数。生态足迹理论认为，人类的所有消费理论上都可以折算成相应的生物生产性 土地面积。生态足迹是指在一定技术条件和消费水平下，某个国家（地区、个人） 持续发展或生存所必需的生物生产性土地面积;生物承载力则指某个国家（地区） 所能提供的生物生产性土地面积的总和。表征该地区的生态容量。由于生态足迹概念比较具体、形象，其核算方法简便易行，在许多国家（地 区）得到了广泛的应用目前，又寸生态足迹的研究主要集中于水足迹及碳足迹的 标准制定、模型建立及测算上。2.1 水足迹及计算水生态足迹（Water Ecological Footprint）是其中非常重要与敏感的类型 目前，从生态足迹角度出发评价水资源消耗有2 种途径8：（1）将水资源相关消 耗折算成水域面积（hm2）,称为水生态足迹（Wat er Ecological Foo tprint ）；（2）将水资源相关消耗折算为水资源量（m3），又称为水足迹（Water Footprint）, 是Hoekstra9于2002年提出的水资源领域的重要概念。该概念的提出补充了生 态足迹分析的不足，包括没有把自然系统提供资源、消纳废弃物的功能描述完全， 忽视水资源的估算等问题10。对人们重新认识水资源，尤其是水资源消耗量较大 的工业如印染业的可持续发展有非常重要的意义。水足迹的测算，ISO正在制定ISO 14046水足迹一基本要求和指南，标准 还未实施。另外，荷兰颁布了 Wa t e r Footprint Manual, Arctic 纸业公司 的蒙克达尔（Munkedal）工厂日前与瑞典标准学会（STS）联合制定了一套能帮 助企业衡量其水足迹的标准11。根据Water Footprint Manual水足迹包括蓝色水足迹、绿色水足迹和 灰色水足迹，其中蓝色水足迹是指蓝色水资源（存于江、河、湖和海中的地表水 与地下水）在一个产品的供应链中的消耗量，这里“消耗量”是指当水被蒸发时 可用的地表水或地下水从一个蓄水区返回到另一蓄水区、大海或纳人一个产品中 的损失量绿色水足迹是指绿色水资源（土壤中的雨水）的消耗量;而灰色水足迹 则与污染量有关，是指在符合现有的水环境质量标准的基础上消纳污染物所需新 鲜水的量。水足迹各组成部分示意图如图1所示注:取用水中的未消耗水（回用） 部分并不属于水足迹的一部分。图 1 水足迹各组成部分示意图水足迹数据能为如何合理使用水资源提供精确信息，实现水的可持续使用和 分配，根据每个阶段的水足迹值，有针对性地进行节水安排，实现工业的低耗水 发展，为提高国际市场的竞争力，实现行业的低耗水生产，有效缓解水资源匮乏 做出贡献，而且也为环境、社会和经济影响的局部评估奠定良好的基础。产品水足迹是指生产该产品所需直接或间接新鲜水的总量，可以通过整个生 产链所有工艺步骤消耗水量和废水量进行估算。该计算方法适用于农业、工业和 服务行业的各类产品。产品水足迹可以分为蓝色水足迹、绿色水足迹和灰色水足 迹 3 个部分 ; 长期以来，人们使用虚拟水或嵌人水概念来表示产品水足迹，但是 这一概念比较狭窄，仅仅表示 1 个产品所需水的数字总量；产品水足迹不仅代表 这个数字总量，而且包括使用水的类型（蓝色水、绿色水或灰色水）、使用水的时 间和地点等多方面的指标。这一指标可更方便直观地了解产品生产过程中各方面 水资源消耗和污染现状，以对工艺过程进行有针对性的节水安排，实现水的可持 续使用和分配，加快工业的低耗水发展进程。估算产品水足迹，首先要了解产品的整个生产系统，一个生产系统包含很多 连续的工艺阶段，比如一个纯棉体恤的简单生产系统：棉花生长f收获f轧花f 梳理f编织f染整前处理f染色f印花f后处理。但实际上一个生产系统中有很多的原料输入或产品输出，由很多如上述的简 单线式工艺过程组成，称为“产品树”。为了更形象直观地研究产品水足迹，必 须对整个生产系统进行假设简化成有限数量的连续工艺步骤即生产系统的图示 化。产品水足迹的计算方法有2种：连锁求和法和步进式累积法，计算结果都相 同10。（1）连锁求和法： 这种方法相对步进式累积法较为方使简单，但只适用于生产 系统只有1 个产品输出的情况，如图 2。图 2 经 k 步工序生产产品 P 的生产系统简式图 在这一简单生产系统中，产品 P 的水足迹体积/质量）等于所有相关工艺的水足迹之和与产品 P 产量的比值：式中：WF p为产品p的水足迹（体积/质量） prodWF s为第s步工序的水足迹（体积/时间） procPp为产品p的产量（质量/时间）这种方法适用于织物染整前处理水足迹的计算，只需将退浆、精练、漂白和 丝光等工艺水足迹之和除以处理后织物的产量再加上原坯布的水足迹即为处理 后织物的水足迹。实际上，这种单一的产品输出系统很少存在，因而有必要设计 一个更通用的计算方法，能够将整个生产系统所需水没有重复计算地分配到各个 输出产品中。（2） 步进式累积法 : 该法是计算产品水足迹的通用方法，是基于生产该产品所 经最后工序所需输人产品的水足迹和工艺水足迹。假设有许多输人产品而只有单 个输出产品，则输出产品的水足迹为输人产品水足迹之和再加上工艺水足迹；另 一种情况为有单个输人产品和许多输出产品，则需要将输人产品的水足迹按一定 比例（按输出产品价值或质量）分配到各个输出产品中去；比较普遍的情况是有 y 种输人产品和 z 种输出产品，产品 P 的水足迹计算如图 3 。图 3 在生产系统中产品 P 的最后生产工序的简式图将工艺水足迹与输人产品的水足迹相加，然后按一定的比例分配到各个输出 产品中，下式为输出产品尸的水足迹计算公式：I小Ip 1式中：WF p为输出产品p的水足迹（体积/质量）prodWF i为输入产品i的水足迹（体积/质量） prodWF p为生产单位产品p需要从y种输入产品到z种输出产品所经工 proc序的水足迹（ 体积/质量）f p,i为产品参数pf p为价值参数v输入产品i在输出产品p中所占的组分比例（f p,i,质量/质量），即单 p位数量输入产品（wi,质量）所能生产输出产品的数量（wp,质量）：输出产品p的价值比例（f p,货币单位/货币单位）是指该产品的市场价v值占输入产品制得的所有输出产品价值总和的比值：亦 p _E nN耐型 / ” /X （pricep xw p）式中：pricep为产品p的价格（货币单位/质量）式中，分母是由输入产品得到的所有输出产品（p=l-z）的价值之和。该公 式将产品价格考虑在内, 使产品水足迹可以作为产品经济价值指标之一。这种方 法用于染色、印花和后整理工序中产品水足迹的计算, 将原织物、染料及印花颜 料、浆料、黏合剂和功能整理剂等输入产品的水足迹之和再加上整个印染工艺（包 括水洗烘干等）的水足迹, 即可得到染色织物或印花织物的水足迹。为了计算一个生产系统中最终产品的水足迹 , 要从最原始资源的水足迹计 算开始, 然后逐步计算中间产品至最终产品的水足迹。因此, 这项工作比较繁琐, 需要较多的人力和物力去建立基础原料水足迹数据库 , 以完善整个供应链中数 据输入环节, 为将来数据的直接调用奠定基础。2.2碳足迹及计算“碳足迹”主要是指人类在生产和消费活动中所排放的与气候变化相关的气 体总量，反映的是评价对象所释放的温室气体量（以二氧化碳当量作为计算单位） 以及对气候的影响，包括CO、CH、氧氮化合物（N O）等温室气体以及其他气体，2 4 2也包括氢氟碳化物（HFC）和全氟化碳（PFC）。碳足迹主要有产品碳足迹和组织碳足迹。组织碳足迹是指组织生产过程中导 致的温室气体排放。印染企业可以通过借助 LCA 技术计算纺织品生命周期内的温 室气体排放，并且将纺织品碳足迹贴在碳标签上以告知消费者，从而引导消费者 选择低碳环保产品。碳标签就是产品碳足迹的量化标注11。纺织品在生命周期内 排放的温室气体越多，对全球气候变暖的影响越大，则产品的碳足迹就越大，在 碳标签上显示的值也就越大；反之则越小。对碳足迹的侧算，相关标准有 PAS 2050, ISO 14064, ISO 14040, ISO 14044 以及 IS0 14067。发达国家的大型零售品牌展开了诸多产品碳足迹标签的尝试， 如英国的特易购（Tesco）、美国的Timber-Land,沃尔玛（Wal-Mart）等。2010 年2月25 日，沃尔玛CEO（首席执行官）MikeDuck宣布沃尔玛供应商温室气体减 排的目标是：从 2010 年到 2015 年，减少供应链和产品生命周期内的碳足迹 2000t 二氧化碳当量。沃尔玛已经要求 l0 万供应商必须完成碳足迹验证，贴上碳足迹 标签。目前，用于评估温室气体排放的标准主要有PAS 20501008、ISO 14064、ISO 14040:2006 和 ISO 14044:2006 等。PAS 2050:2008商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范及使用 指南，根据关键的生命周期评价技术方法和原则对各种商品和服务（统称为产品） 在生命周期内的温室气体排放评价要求作了明确的规定，对如何确定系统边界、 该系统边界内与产品有关的温室气体排放源、完成分析所需要的数据要求以及计 算方法作了明确的规定。生命周期内的温室气体排放是指各种商品和服务在以下 过程中产生的排放:商品和服务的建立、改进、运输、储存、使用、供应、再利 用或处置等1。 PAS 2050:2008 规范建立在现有的 LCA 方法之上，评价产品的温 室气体排放时使用LCA（ Life Cycle Assessment）技术。本文以PAS 2050:2008 为主要参考标准进行研究。ISO 14064-1组织层次上对温室气体排放和清除的量化和报告的规范及指 南，规定了组织层次上对温室气体排放和清除进行量化和报告的原则以及要求. 其中包括设计、编制、管理、报告和核查某一组织的温室气体排放清单的要求11。ISO 14064-2 针对专门用来减少温室气体排放或增加温室气体清除的项目 (或基于项目的活动)包括确定项目的基准线情景及对照基准线情景进行检测、 量化和报告的原则和要求，并提供进行温室气体项目审定和核查的基础。ISO 14064-3 详细规定了温室气体排放清单核查及温室气体项目审定或核查 的原则和要求，说明了温室气体的审定和核查过程，并规定了其具体内容，如审 定或核查计划、评价程序以及对组织或项目的温室气体声明评估。ISO 14064 3 个部分之间的关系如图4 。丿(Uli.山刨网 i-JQM-li蛍讼和编制網织的GUG非液涓审J?0 14064-3以休方集H) 4064-3设讣和宴施GHC；坝廿ll!l IH) IJOf Chhjk ftGHC清单丈件.沂齐和卍X心也；项H丈件才恳和|曲栈件 1 r i标用户刖常;的二 写塑保护图4 ISO 14064 各个部分之间的关系ISO 14040:2006 环境管理生命周期评价原则与框架，阐述了生命周期(LCA) 的原则与框架，涵盖了生命周期评价(LCA)研究和生命周期清单(LCI)研究。 但未详述 LCA 技术，也不对 LCA 各阶段的方法学进行规定11。ISO 14044:2006环境管理生命周期评价要求与指南，规定了生命周期评 价(LCA)的要求，并提供了指南，涵盖了生命周期评价(LCA)研究和生命周期清单 (LCI)研究11。需要说明的是， PAS 2050:2008 规范仅阐明全球变暖这一单独的环境影响， 而不涉及提供产品过程中产生的其他潜在的社会、经济和环境影响11。在 PAS 2050 规范中描述的方法可用于评价以下任何一类产品在其生命周期内的温室气 体排放11： (1)从商业到消费者(B2C)的各类商品，只要客户是终端用户；(2) 从商业到商业(B2B)的各类商品，只要客户是另1个商户，而该商户将产品作用 于自身各种活动的输入；(3)服务既可属于BY类，也可属于B2B类即PAS 2050:2008 不仅可以用于评估产品从摇篮到坟墓的温室气体排放，也适用于那些 评估产品从摇篮到大门的温室气体排放。ISO 14064可应用于下列方面11： (1)公司风险管理，如识别、管理机遇和 风险；(2)自愿行动，如加人资源性的温室气体登记或报告行业；(3)温室气体 市场，对温室气体配额和信誉度的买卖；（4）法律法规或政府部门要求提交的报 告，例如因超前行动取得的信用额度，通过谈判达成的协议或国家报告制度。因此，当评价组织层次上的碳排放时，需以 ISO 14060 为参考标准。与 14064 相比，PAS 2050:2008规范评价碳足迹，以产品或服务为研究对象，以产品的生 产或服务过程为研究系统来评价产品生命周期内的碳排放。本文中以纺织品为研 究对象，评价纺织品从“摇篮到大门”这一生命周期范围内的生态足迹，因此， 选择 PAS 2050:2008, ISO 14040:2006 和 ISO 14044:2006 为参考标准。产品碳足迹的计算通常分为 5 个步骤，如图 511。啊,海产品的血上辿士別产怙工*隔期ftj il祚*. m. n?. k卜;和处?t. u 新所侑的料料iftt.诫駄流和股悔烈剧用新佣息 犯酬过桎出k辿岬祁优兀申球价产殆倉足迪舟折的ift研件5.粘确工刊衍析碑认卅界.胖进齐卜步康足迹讣算，以1B他晩定优 先呷收無箍牛上侖周期阳有阶段前材料川5L fiV剔和再锻 因F的歡JK图 5 计算碳足迹的5个步骤产品碳足迹的公式是整个产品生命周期中所有活动的所有材料、能源和废物 乘以其排放因子之和排放因子作为一个转换值，可以将活动数据转化为最终的碳 排放值。具体如公式所示11：某一活动的碳足迹二活动水平数据（质量/体积/千瓦时 j 千米）又排放因子 （每个单位的 CO 当量）。2某个产品的温室气体总排放值7=1-72式中：M是活动i的活动水平数据；iEF 是活动 i 的排放因子。i3计算生态足迹的意义及必要性 为了规范印染行业发展，防止低水平重复建设，确实减少污染、保护环境， 促进纺织结构调整，实现行业节能减排和可持续发展，根据国家有关法律、法规 和产业政策， 2010 年对 2008 年发布的印染行业准人条件进行修订，对现有和新 建或改扩建印染项目在印染加工过程综合能耗及新鲜水取水量方面提出了更高 的要求。纺织印染行业不仅是高能耗高水耗行业，也是高废水排放行业，提高能 源及水资源的利用率影响着纺织印染行业的未来。因此，降低水耗能耗己成为当 前印染行业节能减排的重要环节之一。2002 年提出的生态足迹作为一个新兴概念和评价指标，是研究能源、水资 源利用和分配的热点，有待更多研究人员进行深人的研究，建立基础水足迹、碳 足迹数据库，系统地分析能源、水资源的应对方案在印染行业，结合实际生产现 状，将产品、工艺甚至整个工厂作为研究对象，计算产品生产过程中各方面能源、 水源消耗量和污染量，以对工艺过程进行有针对性的节水安排，降低能耗，减少 新鲜水用量和废水排放量，实现印染行业可持续发展，加快工业低能耗、低水耗 发展进程，对提高在国际市场的竞争力具有重要意义10-1。1 参考文献:1 林 琳.2009年1-5印染行业经济运行分析J.印染，2009(16):50-53；2 林 琳印染行业节能减排现状及重点任务J.印染，2008(2):40-43；3 章 杰适应低碳经济要求的新型前处理剂的发展和应用(I) J.纺织导 报， 2010(7):97-984 李晓丽.考虑生态环境需水的城市水足迹研究D.大连:大连理工大 学,20065 RUES W E. Ecological footprints and appropriated carrying capacity what urban economics leaves outJ.Environment andUrbanization,1992,4(2):121-130；6 WACKERNAGEL M,REES W E. Our ecological footprint: reducing human impact on the earthM.Gabriela Island: New Society Publishers,1996；7 常文娟，马海波生态足迹研究进展J.黑龙江水专学报， 2010,37(1):69-74；8 吴志峰，等城市水生态足迹变化分析与模拟J.资源科学， 2006,28(5):152-156；9 HOEKSTRA A Y,HUNG P Q. A quantification of virtual water flows between nations in relation to international crop tradeJ.IHEDELFT,2002；10 王东，李戎，宋 阳，等水足迹与印染田印染J.印染， 2011(4):37-39；11 吴月丹，丁雪军，蒋红，等纺织品碳标签的发展与展望J.纺织导 报,2011(3)19-22。