工業(yè)水足跡理論與方法淺析

文 黃少良 杜沖 中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廣東有限公司 李偉群 王麗華 中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)測(cè)試技術(shù)有限公司

水足跡是測(cè)量產(chǎn)品和服務(wù)所需淡水資源量的多維指標(biāo)，可以清楚地表明產(chǎn)品生命周期過(guò)程究竟使用了多少新鮮水以及產(chǎn)生的污水需要多少清水去稀釋。近兩年來(lái)，水足跡逐步由研究示范轉(zhuǎn)向了應(yīng)用推廣，核算、標(biāo)示水足跡的研究在全球范圍內(nèi)便炙手可熱，水足跡評(píng)價(jià)領(lǐng)域正孕育著一場(chǎng)新的管理與制度革新。

1 水足跡研究現(xiàn)狀

1.1 起源與發(fā)展

水足跡的概念最早是在2002年由荷蘭學(xué)者Hoekstra提出，并將水足跡劃分為藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡。英國(guó)是率先使用水足跡標(biāo)簽的國(guó)家，主要涉及食品、農(nóng)產(chǎn)品等領(lǐng)域，相對(duì)而言，在工業(yè)產(chǎn)品方面的研究較少，這主要有兩方面原因：一是與農(nóng)業(yè)相比，工業(yè)用水量相對(duì)較少；二是水足跡的核算與產(chǎn)品的生產(chǎn)供應(yīng)過(guò)程密切相關(guān)，而工業(yè)產(chǎn)品由于種類(lèi)繁多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，很難確定其核算方法及邊界。

1.2 評(píng)價(jià)方法

雖然發(fā)達(dá)國(guó)家正在研究建立水足跡核查、標(biāo)示等制度體系，但各方面還處于探索階段，國(guó)際上水足跡評(píng)價(jià)與管理的相關(guān)理論與方法也不成熟和完善，還沒(méi)形成系統(tǒng)的、具體的、有操作性的方法，也無(wú)相應(yīng)核算應(yīng)用工具和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，將水足跡標(biāo)識(shí)于具體的產(chǎn)品上仍是世界性的難題。

國(guó)際組織ISO的一個(gè)工作組正在制定一項(xiàng)關(guān)于水足跡評(píng)價(jià)與應(yīng)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以提供國(guó)際協(xié)調(diào)一致的計(jì)量及管理的方法、流程和具體工作。目前，ISO 14046《水足跡：基本要求和指南》標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目已經(jīng)正式列為預(yù)工作項(xiàng)目（PWI階段），ISO 14067《產(chǎn)品水足跡：量化和交流的要求和指南》也在起草之中。我國(guó)，水足跡研究剛剛起步，主要是進(jìn)行了一些案例的研究和探索工作，在標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)研究方面，還缺少系統(tǒng)的規(guī)劃和部署，主要是跟蹤、翻譯、引進(jìn)國(guó)外方法和標(biāo)準(zhǔn)，還沒(méi)有形成以水足跡標(biāo)簽為載體的產(chǎn)品或組織評(píng)價(jià)體系。

2 工業(yè)水足跡概念的提出

目前，國(guó)際上對(duì)水足跡的計(jì)算方法和基礎(chǔ)還存在著爭(zhēng)議，其中邊界及評(píng)價(jià)要素的確立是關(guān)鍵。從全生命周期的角度分析生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程中的水資源利用，這無(wú)疑是最系統(tǒng)、最全面的。但由于目前能夠獲取的數(shù)據(jù)資料有限，導(dǎo)致其不確定性較高，在某些情況下的指示作用下降，調(diào)控缺乏針對(duì)性。

2.1 全生命周期階段評(píng)估結(jié)果差異性大

根據(jù)環(huán)保部歷年《環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》，農(nóng)業(yè)用水量基本保持穩(wěn)定，而大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)已經(jīng)成為水資源消耗增加的最根本因素。與農(nóng)業(yè)用水相比，工業(yè)活動(dòng)及其相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)、工藝、管理等的人為調(diào)控程度較高，可操作性強(qiáng)，更有利于直接有效地開(kāi)展水資源管理。而在產(chǎn)品銷(xiāo)售和使用階段，受季節(jié)變換、距離遠(yuǎn)近等的影響，產(chǎn)品使用模式又受消費(fèi)者收入水平、個(gè)人習(xí)慣等個(gè)人因素的制約，水足跡數(shù)據(jù)的不可控因素較多，而且具有多樣性的特征。研究表明，針對(duì)關(guān)鍵生命周期階段（工業(yè)階段）的水足跡評(píng)估，更加符合我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，也適應(yīng)了國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，又具有很強(qiáng)的可操作性，使得研究成果能更好的服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排。

2.2 工業(yè)水足跡與水足跡的區(qū)別與聯(lián)系

工業(yè)水足跡主要研究分析工業(yè)生產(chǎn)及其相關(guān)活動(dòng)中的水資源消耗，與水足跡存在著明顯差異：首先，與Hoekstra提出的水足跡不同，它不考慮農(nóng)產(chǎn)品和畜牧產(chǎn)品原料或輔料，只分析各種工業(yè)原料、輔料與能源中隱含的水資源消耗和水環(huán)境污染。其次，與產(chǎn)品水足跡不同，它除了包括產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中藍(lán)水和灰水足跡外，還包括能源、物料消耗及公共部門(mén)分?jǐn)偟碾[形水足跡。工業(yè)水足跡作為水足跡的重要組成部分，量化和評(píng)價(jià)的方法學(xué)仍是按照生命周期的原則與框架要求進(jìn)行，在評(píng)價(jià)原則、計(jì)算方法和實(shí)施程序方面則基本是一致的，計(jì)算的范圍包括了工業(yè)制造階段所涉及的原料、活動(dòng)和過(guò)程，兩者的主要區(qū)別在于核算邊界的長(zhǎng)短。

3 工業(yè)水足跡評(píng)價(jià)方法

3.1 工業(yè)水足跡的組成

不同于水足跡，工業(yè)水足跡并不包括綠水足跡，這是因?yàn)榫G水足跡多來(lái)自于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，工業(yè)用水綠水足跡占比很小或不使用，計(jì)算綠水足跡并沒(méi)有實(shí)際意義。為了更加直觀地反應(yīng)非耗水環(huán)節(jié)，如物料、能源消耗所產(chǎn)生的間接水足跡，引入了隱含水足跡。

3.2 工業(yè)水足跡計(jì)算公式

3.2.1 藍(lán)水足跡

式中：Vblue——藍(lán)水足跡；Vinfall——取水量；Veffl——污水排放量。

藍(lán)水足跡即新鮮水耗用量，等于取水量減去污水排放量，如公式1所示。

3.2.2 灰水足跡

工業(yè)廢水中一般包括如汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、揮發(fā)酚、氰化物、化學(xué)需氧量、石油類(lèi)以及氨氮等多種污染物，計(jì)算時(shí)可以選擇最主要的污染物為代表，計(jì)算工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的灰水足跡，以反映水環(huán)境污染程度。

式中：Vgrey——灰水足跡；Cmax——接受水體的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度，即最大可接受濃度；Cnat——接受水體本身的自然濃度；Ceffl——工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各部門(mén)廢水中污染物的濃度。

當(dāng)Ceffl＜Cmax時(shí)，說(shuō)明接受水體可將排出污染物的濃度稀釋至標(biāo)準(zhǔn)以下；當(dāng)Ceffl=Cmax時(shí)，表示排出污染物的濃度已經(jīng)達(dá)到接受水體的最大可接受濃度；當(dāng)污水中的污染物濃度較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)Ceffl>Cmax的情況，即污染物的濃度超過(guò)現(xiàn)有河流或地下水的流量，這時(shí)灰水足跡表示用以吸收所有污染負(fù)荷的淡水資源。

3.2.3 隱含水足跡

隱含水足跡（Vvirtual）是指系統(tǒng)邊界范圍內(nèi)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的原料、輔料和能源所隱含的工業(yè)水足跡。式中Mi表示第i種材料的消耗量，ki代表第i種材料的工業(yè)水足跡計(jì)算系數(shù)。系數(shù)分為兩類(lèi)：一種是工業(yè)各行業(yè)的原料、輔料在工業(yè)生產(chǎn)階段的水足跡系數(shù)，另一種是企業(yè)所使用的各種常規(guī)能源煤炭、燃油、天然氣、電力等能源在開(kāi)采、煉制、運(yùn)輸、發(fā)電等過(guò)程所隱含的工業(yè)水足跡，為了保證計(jì)算結(jié)果的一致性與可比性，電力系數(shù)可根據(jù)我國(guó)電力結(jié)構(gòu)及比重綜合確定。

3.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

水足跡計(jì)算需要兩種類(lèi)型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：一種是全國(guó)各大流域環(huán)境承載力的系統(tǒng)數(shù)據(jù)；另一種是行業(yè)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)。目前，建立水足跡核算系數(shù)需要基于我國(guó)國(guó)情與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，并根據(jù)國(guó)家及相關(guān)行業(yè)已發(fā)表的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、年鑒、報(bào)告、科研文獻(xiàn)等數(shù)據(jù)。而企業(yè)對(duì)生產(chǎn)性直接數(shù)據(jù)大多保密，獲取和測(cè)量一手?jǐn)?shù)據(jù)存在一定難度。水足跡的量化和評(píng)價(jià)是個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，既要圍繞國(guó)家發(fā)展大局和需求去定位，又需要建立符合中國(guó)國(guó)情的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 以工業(yè)水足跡為焦點(diǎn)

我國(guó)尚不具備全生命周期評(píng)價(jià)的條件，建議現(xiàn)階段先完成對(duì)工業(yè)鏈生產(chǎn)過(guò)程的評(píng)估，可重點(diǎn)關(guān)注我國(guó)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)的水足跡，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的核算應(yīng)用工具和評(píng)價(jià)手段，建立評(píng)價(jià)模式，后期可根據(jù)最新研究成果逐步完善至生命周期其它階段。

4.2 以循序漸進(jìn)為原則

水足跡評(píng)價(jià)目前還處于研究深入與應(yīng)用發(fā)展階段，國(guó)外在推行的初期先選擇水資源耗用量較大的行業(yè)中進(jìn)行示范，如印染、造紙、化工、電子、建材等行業(yè)。在產(chǎn)品選擇上，一般選擇具有較大改進(jìn)和提高潛力及在市場(chǎng)中占有較大比例的產(chǎn)品，根據(jù)示范情況和實(shí)際需求逐步擴(kuò)展。

4.3 完善評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)

我國(guó)比較通用的方法是采用WFN（Water Footprint Network）數(shù)據(jù)，由于其影響因子多是別國(guó)尺度上的缺省值, 不能代表我國(guó)的真實(shí)情況，建議首先搭建基本數(shù)據(jù)庫(kù)模型，隨著參與行業(yè)及企業(yè)的增多，逐步滾動(dòng)完善。