棉織物染整化學品污染物環境影響的評價

郭宜琪，朱紫嫄，邱笑笑，錢蔚然，王來力

（1.浙江理工大學服裝學院，浙江杭州 310018；2.浙江理工大學浙江省服裝工程技術研究中心，浙江杭州 310018；3.浙江理工大學浙江省絲綢與時尚文化研究中心，浙江杭州 310018；4.浙江理工大學絲綢文化傳承與產品設計數字化技術文化和旅游部重點實驗室，浙江杭州 310018）

紡織印染廢水排放量大、色度深、有機污染物含量高，是我國工業行業的重點污染源之一［1-2］。印染廢水中的化學品污染物多達400 余種，主要來自于漿料、染料、助劑等，具有較大的環境影響［3］。我國《水污染防治行動計劃》要求印染行業實施低排水染整工藝改造，《紡織行業“十四五”發展綱要》高度重視新興污染物和有毒有害污染物排放，要求加大清潔生產改造力度，加強替代有毒有害物質，嚴格控制染化料助劑等化學品的使用，推進紡織行業“科技、時尚、綠色”高質量發展［4］。

構建紡織產品生命周期內化學品使用和化學品污染物排放的環境影響評價方法，對紡織行業的化學品使用和排放管控、降低環境影響具有重要意義。在該領域的研究中，USEtox 模型受到較多的關注和應用。

例如Roos 等［5］基于USEtox 模型，對漂白和未漂白的滌棉服裝在全生命周期內的化學品污染物進行環境影響量化和評價，結果表明：漂白服裝的環境影響比未漂白的服裝更小。其進一步采用USEtox 模型、評分系統和策略工具3 種方法分別對棉T 恤濕處理排放的化學品污染物的環境影響進行評價［6］。錢佳鴻等［7］、李一等［8］評價了棉織物的化學品污染物環境影響，結果表明：織造工藝對環境影響最大，化學漿料和堿劑對環境影響較大。李一等［9］基于USEtox 模型對聚酯纖維連衣裙染整化學品污染物進行環境影響評價，結果表明：染整的印花工序對環境影響最大，染料和各類整理劑對環境影響較大。Ji等［10］基于平均影響評價方法對染色羊毛紗線進行環境影響評價，結果表明：染色工序對環境影響最大。

應用USEtox 模型進行化學品污染物環境影響評價結果的準確性取決于環境影響特征因子數據庫中包括的化學品數量，即包含的化學品越多，環境影響評價結果越準確；包含的化學品越少，環境影響評價越難以量化，甚至得不出評價結果，因此該方法目前尚有一定的應用局限性［11］。在環境影響評價研究領域，模糊綜合評價法因為可將定性評價轉化為定量評價，所以進行化學品污染物環境影響評價時不受化學品環境影響特征因子的限制［12-13］。

鑒于此，本研究構建基于模糊綜合評價的化學品污染物環境影響評價方法，對棉織物染整階段產生的化學品污染物進行環境影響評價，為紡織服裝產品全生命周期過程中的化學品使用和排放管控提供參考。

1 環境影響模糊綜合評價

模糊綜合評價法應用于環境影響評價時，首先要選擇被評價事物的因素集和評價集，通過對各因素隸屬度的計算得到模糊矩陣，再根據各影響因素所占權重分別計算出權重比，得到權重向量，最后將隸屬度模糊矩陣與權重向量進行復合運算，從而獲得模糊綜合評價結果［14］。

1.1 評價因素和評分原則

化學品污染物的環境影響通常由排放量m（kg）、毒性、生物富集和降解能力等4 個因素決定，在進行模糊綜合評價時，針對上述4 個因素需確定量化指標和評分原則［6］。

化學品污染物的毒性直接決定其產生的環境影響大小，可選用毒性EC50（mg/L）表作為量化指標，其表示能引起50%最大效應的污染物質量濃度閾值，EC50越大，表示污染物的毒性越小［15］。化學品污染物的水生生物富集能力可用正辛醇-水分配系數（Kow）量化表征，Kow表示某物質在正辛醇相中的濃度與在水相中的濃度的比值［16］。化學品污染物的降解能力可用水解速率常數（K）量化表征，K值越大，化學品污染物在水相中留存的時間越短［17］。

由于不同種類化學品污染物的排放量、毒性和生物富集數據相差較大，因此將排放量、毒性和生物富集這3個評價因素取對數，以更好地量化評分。4個因素的量化指標評分原則見表1。

表1 各評價因素量化評分原則

根據某印染企業棉織物染整過程的化學品投入數據，參照表1 中的評分原則對排放的化學品污染物進行評分，結果見表2。

表2 化學品污染物來源及量化評分結果

1.2 評價方法

1.2.1 確定評價對象的因素集

環境影響評價共有4 個因素，評價因素集為U=｛排放量，毒性，生物富集，降解能力｝。

1.2.2 確定評價對象的評語集

染整過程排放的化學品污染物有19 種，評價集為V=｛1，2，…，19｝。

1.2.3 確定模糊關系矩陣

4個評價因素的總評價矩陣為：

矩陣R中rij表示各評價因素量化打分值；i=1～4，表示評價因素，依次為：排放量、毒性、生物富集和降解能力；j=1～19，表示污染物的種類，即表2 中的19 種化學品污染物。

1.2.4 確定評價因素的權重向量

進一步使用層次分析法來確定評價因素間的相對重要性次序，從而確定權重系數［18-20］。

1.2.4.1 構造判斷矩陣

由于化學品污染物數量較多，因此用19 個化學品污染物的量化評分平均值作為4 個評價因素的單因子指數，再將4 個評價因素的單因子指數兩兩比值作為判斷矩陣的元素，其判斷矩陣為：

1.2.4.2 計算權重向量

計算判斷矩陣的最大特征根λmax及其對應的特征向量并歸一化，得到評價因素的權重集A。矩陣Si的λmax=4.0，權重集A=（0.26，0.23，0.17，0.34）。

1.2.4.3 一致性檢驗

1.2.5 模糊綜合評判

將權重集A 與隸屬度矩陣R進行復合運算，得出評價結果：

對計算得到的矩陣B中元素大小進行排序，即可得到19種化學品污染物的環境影響程度排序結果。

2 結果與討論

棉織物染整過程中的19 種化學品污染物環境影響模糊綜合評價結果見表3。

由表3 可以看出，后整理工序的環境影響最大，其次是前處理工序和染色工序。產生的化學品污染物中，雙氫化牛脂基二甲基氯化銨造成的環境影響最大，其次是氫氧化鈉、分散黃3 和八甲基環四硅氧烷等。

表3 棉織物染整化學品污染物環境影響模糊綜合評價結果

DHTDMAC 具有較高的生物毒性，對生物菌具有殺滅作用，排放到自然水體后難以被微生物分解，被污泥、沉降物和土壤吸附后可在自然環境中持續累積，因此其雖然在棉織物染整中的排放量較少，但產生的環境影響最大［21-23］，歐盟和美國都對DHTDMAC制定了嚴格的管控要求。D4 會使雌激素產生毒性，降低卵巢活性，具有一定的生殖毒性和慢性水生毒性，還可能會對肝臟和肺造成致命的傷害，亦有可能對人體神經系統造成一定程度的損傷［24］。DHTDMAC 和D4 主要產生于后整理工序，所以后整理工序對環境造成的影響最大。

化學品污染物溯源發現，環境影響較大的化學品污染物主要來自于后整理中使用的柔軟劑和硅油、前處理中使用的燒堿和染色中使用的分散染料。分散染料可以使棉織物色澤鮮艷，柔軟劑和硅油可以改善棉織物的柔軟性能，使棉織物柔軟、蓬松和滑爽，但都會產生對環境影響較大的化學品污染物［25-26］。分散染料的污染物成分復雜且難以降解，容易引起人體皮膚和呼吸器官過敏，STANDARD 100 by OEKO-TEX 已將分散染料列為致癌染料，并對部分分散染料進行禁用［27-28］。柔軟劑和硅油種類繁多且成分復雜，歐盟REACH 法規和STANDARD 100 by OEKO-TEX 均對部分柔軟劑和硅油進行了限用或禁用。

3 結論

對紡織服裝產品全生命周期階段產生的化學品污染物的環境影響進行評價，并對化學品污染物的來源進行追溯，可以為紡織化學品的管控以及降低化學品污染物的環境影響提供重要參考。采用模糊綜合評價方法對棉織物染整階段產生的化學品污染物進行環境影響評價，主要結論如下：（1）棉織物染整過程中后整理工序產生的化學品污染物環境影響最大，其次是前處理工序和染色工序；（2）對環境影響最大的化學品污染物是DHTDMAC，其次是氫氧化鈉、分散黃3 和D4 等；（3）柔軟劑和分散染料是對環境影響較大的化學品污染物的主要來源，針對性地選擇綠色柔軟劑和分散染料，可以降低棉織物染整階段產生的化學品污染物的環境影響。