【产品水足迹研究及其在纺织行业的应用】 未来10年最吃香的行业

　　产品水足迹研究是当前水资源研究领域的热点问题之一。文章在前人研究理论的基础上，从纺织品“生态工业链”的角度，讨论了纺织品“水足迹”及其核算方法。 　　The research on water footprint of industry products is one of the focuses in current water resource fields. On the basis of the theories of previous studies and from textile “ecological industry chain” point of view, this paper has discussed water footprint and the implementation of calculating procedure.
　　
　　水资源是一切生物赖以生存的基础。水覆盖着地球表面 70% 以上的面积，总量达 14 亿km3。地球上的水资源虽然储量丰富，但是可以直接利用的淡水资源却比较匮乏。目前，全世界 26 个国家约 2.32 亿人口已经面临缺水，约 1/5 的人口得不到符合卫生标准的淡水，水资源问题已成为21世纪全球资源环境的首要问题。在当前许多国家实施可持续发展战略的背景下，对水资源合理、高效、充分的利用受到广泛的关注，解决严重威胁和制约人类可持续发展的水资源短缺和水环境污染等问题更加刻不容缓。
　　
　　一、水足迹的概念
　　
　　解决世界性的水资源紧缺问题，不仅需要使用开源节流等传统手段提高水资源利用效率，而且要在水资源应用的管理方式、管理理论等方面进行创新和完善。“虚拟水”、“水足迹”等相关理论一经提出，便受到广泛的关注。
　　水足迹（water print）的概念是荷兰水资源专家Hoekstra在虚拟水理论研究的基础上提出的，用以描述人类消费对水资源系统的影响，其核心思想来源于1992年加拿大经济学家William Rees提出的“生态足迹”的理论。水足迹是一个多维指标，不仅可表示用水量，而且明确了用水的方位、所用水的类型和时间。水足迹定义为任何已知人口（一个国家、一个地区或一个人）在一定时间内消费或生产的所有产品和服务所需要的水资源总量。这里所指的产品和服务包含人类生活所必须的食物、日用品、生活用水及环境用水。水足迹分为很多类：产品水足迹、消费者或消费者群体水足迹、划分地理区域内的水足迹、国民消费水足迹、商业水足迹等。各种类型水足迹又包括蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹等 3 部分。“蓝水足迹”是指地表水与地下水的消耗，“绿水足迹”是指储存在土壤中的水分的消耗，“灰水足迹”是指水污染量。
　　
　　二、水足迹的研究进展
　　
　　虚拟水和水足迹的概念出现后，很多国家和地区先后开展了广泛而深入的研究，经过近 10 年的时间，科学界认识到了虚拟水概念对平衡地区和全球水资源安全的重要性。国际上关于各种类型的水足迹计算均有一定的成果。
　　迄今国内外学者关于虚拟水和水足迹的研究成果较多，国外在农产品水足迹核算方面比较成熟，方法也较为统一，基本都是在彭曼公式、CROPWAT、CLIMWAT等理论或模型的基础上进行的核算；国内对水足迹的研究理论及成果还比较少，主要集中在区域或者宏观水足迹的层面，有少量农作物水足迹研究成果，但工业产品水足迹由于产业链长，需要的基础数据十分庞大，目前基本处于空白阶段。
　　在产品水足迹方面，农作物产品的水足迹计算方法的主要有两种，一种是Chapagain和Hoekstra提出的产品“生产树”（Production Tree）的方法，另一种是Zimmer和 Renault基于对不同产品类型的区分的计算方法。Chapagain 和 Hoekstra对喝茶和喝咖啡两种不同的生活习惯的水足迹进行了对比，他们计算出一杯咖啡的虚拟水含量约为 140 L，而一杯茶的虚拟水含量仅为 34 L，这表明选择喝咖啡产生的水足迹是选择喝茶的 4 倍之多。
　　动物产品水足迹的大小依赖于动物类型、饲养结构和动物成长的环境。Renault的研究表明每个人每天需要 1 m3水来维持生存，而以动物产品为主的生活方式每人每天就得需要 10 m3水，北非地区的少量动物产品摄取的消费方式每人每天需要 2.5 m3水，而以欧洲为代表的美国的大量摄取动物产品的消费方式平均每人每天要消耗 5 m3水。
　　由于工业产品虚拟水贸易占全球虚拟水贸易总量的 10%，而且相对于农业和畜牧业生产工艺复杂，迄今为止人们对工业产品虚拟水含量计算方法的研究还处于起步阶段。Aldaya和Hoekstra研究了意大利面与匹萨生产所消耗的水量及其差别，得出单位质量的意大利面比匹萨消耗更多的水；Aldaya和Hoekstra研究了含糖碳酸饮料水足迹的计算。
　　国内在虚拟水和水足迹方面的相关研究也有一定的进展。例如，何浩、黄晶等研究者运用水足迹的理论和方法计算了湖南省水稻水足迹，并分析了其历史变化和构成特征，水稻产品的水足迹包括水稻作物生长、产品加工等过程中所消耗的水资源数量；王新华、徐中民、龙爱华分析了中国各省2000年人均水足迹，指出：一个国家或地区的水足迹等于生产该国家或地区居民消费的产品或服务所直接或间接利用的水资源总量等。
　　
　　三、产品水足迹的核算
　　
　　产品水足迹是指直接或间接用于生产产品的淡水总量，包括“蓝水足迹”、“绿水足迹”和“灰水足迹”，是在产品整个生产链基础上进行核算的结果，无论是农业产品、工业产品或服务部门的产品，其核算程序都需要生产链前一阶段的核算结果作为输入。
　　1．生产链各阶段水资源使用情况分析
　　根据水资源的使用情况，可以将生产链分为两大部分：农业（或畜牧业）生产链和工业生产链。农业或畜牧业生产链阶段的需水量以种植或饲养的产品种类、生长周期和周围的地理条件等自然因素为主，灌溉方式、管理水平的高低等人为因素为辅。而工业生产链阶段的用水量主要取决于工艺条件、加工方式等人为因素。农业生产用水主要包括灌溉用水、地表水与地下水、土壤中的水分、蒸腾作用耗水及施用化肥的水足迹等。据统计，人类用水中大约 70% 的新鲜水量用于农业生产灌溉。工业用水主要包括与生产加工相关的各种工序步骤的耗水、污水同化用水、供应链沿线添加物的水足迹以及工厂的日常开支用水等。
　　2. 产品水足迹的核算方法
　　产品水足迹可以采用两种方法核算：链求和方法和分布累积法。链求和方法比较简单，但是仅适用生产系统产生一种输出产品的情况。在这种情况下，与生产系统中各种工序步骤相关的用水均可以完全归结于系统产生的产品。
　　分布累积法是一种根据输入产品的水足迹来计算输出产品水足迹的通用方法。假设生产一种输出产品时，需要许多输入产品，在这种情况下，只需累加输入产品的水足迹再加上工序水足迹便可得出输出产品水足迹；另外一种情况是假设生产许多输出产品时，只需一种输入产品，在这种情况下，需要将输入产品的水足迹分配到各单独的产品中。
　　
　　四、纺织品水足迹的应用研究
　　
　　纺织品水足迹的传统定义是指在整个纺织品生产链中，从纤维原料生长到整个生产阶段结束所消耗的直接与间接水量，包括农业生产链用水与工业生产链用水两部分。
　　1．水在纺织企业的应用
　　除生产纤维原料的农作物生产或畜牧业阶段需用大量的水外，在纺织工业阶段水资源的也有举足轻重的作用。例如，纺纱、织布工序的蒸纱、上浆用水及用来保持生产环境中空气相对湿度的空调用水；染整环节的煮、练、漂、洗及后整理用水等。纺织工业生产中主要用水的工序如表 1 所示。
　　
　　纺织业已成为耗水最为严重的行业之一。到目前为止，全世界的纺织工业都很难降低湿化学处理过程中消耗的巨额水资源量。据测算，在纺织工业中，生产一件棉质衬衣就需要消耗 2 500 ～ 3 000 L的水；纯棉机织物的准备过程包括退浆、酸处理、漂白、丝光等 4 个单元，据美国环保部统计，1 个单元生产 2 000 磅布每天要消耗 36 000L水。
　　中国人均拥有的水资源量为 2 300 m3，在世界上排在第 121 位，被列为 13 个贫水国家之一，而中国的水足迹总量（883.4 × 109 m3/a）为仅低于印度的世界第二。在淡水资源相当紧缺的今天，我国迫切需要引入纺织品水足迹的概念，一方面在科学核算的基础上了解纺织品的用水量，另一方面可针对性地采取措施降低水资源消耗与污染量。
　　2. 纺织企业核算产品水足迹的重要性
　　对政府而言，核算纺织品水足迹可帮助淘汰行业落后产能，鼓励节能环保技术的推广和发展；对行业而言，通过核算纺织品水足迹，可提高整个行业的节水环保意识，为行业的可持续性发展提供有利条件；对企业而言，可通过核算自己产品的水足迹，了解生产流程，寻求可以节约用水的环节，为企业节约成本，形成差异化的竞争优势，提高在环保方面的竞争力，满足消费者对水足迹信息的需求；对消费者而言，提高消费者了解产品在生产过程中用水的透明度，增强消费者对产品的认知度，引导消费者的环保性消费。
　　3．现行水足迹核算方法（整个产品链核算）应用于纺织产业的困难
　　一般意义的产品水足迹是将生产链所有环节中的耗水和污染考虑在内而估算出的用水总量 ，包括农业（或畜牧业）生产与工业生产两部分。但纺织品水足迹核算在实施过程中存在一定的问题，主要基于以下原因。
　　（1）较精确核算产品种植（养殖）阶段“水足迹”存在较大困难。前面已经述及，影响种植（养殖）阶段水使用量的主要是自然因素，需要庞大的关于产地气候、环境的数据，在我国现阶段各种基础气象环境数据非常匮乏的条件下，核算难度非常大。
　　（2）产品种植（养殖）阶段水足迹在产品整个生产链中占很大的比例，基本在 70% 左右，计算精度低而人为可改变的程度小，使得工业生产链部分的节水工艺与非节水工艺的最终产品水足迹差异非常小，难于对产品的水足迹进行有效的比较，不能充分发挥产品水足迹对水资源管理方面的重要作用。
　　（3）纺织产业链中用到大量的辅料和添加剂，这些添加物在纺织行业的名称并不统一，种类千差万别，这些辅料和添加物的水足迹的核算有一定难度。
　　（4）从农业到工业的链太长，不定性因素较多，无论采用链求和方法和分布累积法，都需生产过程中的每一步骤、每一产品的水足迹数据，计算最终产品的水足迹较困难。
　　4．基于行业特点构建新型的产品水足迹核算方法
　　基于以上问题，尝试将核算重点放在工业生产链上，研究范围界定为自纺织纤维进入工业生产阶段直至形成最终产品的过程，这样就解决了产品生产链长、农业水足迹核算困难等问题，且农业用水主要是植物、动物的自然需求，难以大幅度降低用水消耗，而工业过程可以通过改进工艺、优化流程，从而大幅减少用水量。尝试定义纺织品“生态工业链”的水足迹包括两个方面：一是生产加工用水，主要是指从原材料进厂到成品出厂加工过程中所消耗的直接水；另一方面则是供应链用水，主要是指纺织品在生产加工中所添加的物质所包含的水足迹。
　　5．纺织品水足迹核算步骤
　　（1）设定目标：水足迹研究可用于多种用途。如果用于人们对水足迹的宏观了解，估算产品水足迹的某个区域的平均水平即可。如果是针对某种产品设定节水目标，则需要提供更加详细的时间和空间信息。此外，必须将水足迹评估嵌入更广泛的一体化考虑因素中，而不仅是水本身。
　　（2）选择产品，可以包括所有的纺织品类型。
　　（3）根据目标的设定确定水足迹的核算边界。当目标是企业时，边界的设定应按照工业生产链来划分。边界不包括的内容有：非实质性水资源消耗（不超过总水足迹 1% 的消耗），生产过程中的人力投入，运输用水等。
　　（4）确定“生态工业链”。“生态工业链”是一个新的定义，包括原料进厂加工到产品出厂所有工序中的耗水环节（生产用水与供应链用水），它为水足迹核算提供了一个出发点，并为指导数据收集和水足迹的核算提供了参考。
　　（5）收集数据。数据的采集需要考虑以下问题：① 应该有确切的时间期限（日、月、季、年）；② 产品的相关地点应有的具体程度；③ 数据采集要尽量使用一手数据，若不能获得一手数据，在使用二手数据时，要有理论支持；④重现性问题，例如，一名独立的操作者可再现结果的可能性是如何？把以上问题界定好，采集的数据才具有科学性。数据采集完成后进行核算，并确定精度。
　　（6）完成目标。根据核算过程与结果，检验可以节水的环节，提出节水的可行性措施；在统一质量的前提下，核算出产品的水足迹，或在产品之间进行水足迹比较。
　　
　　五、结论
　　
　　通过分析，核算纺织品“生态工业链”水足迹是可行的，但下列问题仍需要深入研究。
　　（1）“灰水足迹”进行同化应采用怎样的水质标准。
　　（2）对于纺织品“生态工业链”水足迹的核算方法，是否能够抓住产品耗水的主要矛盾，如在纺织品之间进行水足迹比较，应该采用怎样的质量标准。
　　（3）对于纺织品水足迹核算需要有企业的支持，需要去若干家企业进行深度调研，尽量获得一手数据，对于数据的获得和转换需要有哪些标准与规范作为参照？
　　（4）对于纺织企业公共用水的分摊原则不确定，如要设定分摊系数，尚需具体的理论支持。
　　
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