工业水足迹理论与方法浅析

2013-01-12黄少良杜冲中国检验认证集团广东有限公司李伟群王丽华中国检验认证集团测试技术有限公司

节能与环保 2013年3期

文黄少良杜冲中国检验认证集团广东有限公司李伟群王丽华中国检验认证集团测试技术有限公司

水足迹是测量产品和服务所需淡水资源量的多维指标，可以清楚地表明产品生命周期过程究竟使用了多少新鲜水以及产生的污水需要多少清水去稀释。近两年来，水足迹逐步由研究示范转向了应用推广，核算、标示水足迹的研究在全球范围内便炙手可热，水足迹评价领域正孕育着一场新的管理与制度革新。

1 水足迹研究现状

1.1 起源与发展

水足迹的概念最早是在2002年由荷兰学者Hoekstra提出，并将水足迹划分为蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹。英国是率先使用水足迹标签的国家，主要涉及食品、农产品等领域，相对而言，在工业产品方面的研究较少，这主要有两方面原因：一是与农业相比，工业用水量相对较少；二是水足迹的核算与产品的生产供应过程密切相关，而工业产品由于种类繁多，生产工艺复杂，很难确定其核算方法及边界。

1.2 评价方法

虽然发达国家正在研究建立水足迹核查、标示等制度体系，但各方面还处于探索阶段，国际上水足迹评价与管理的相关理论与方法也不成熟和完善，还没形成系统的、具体的、有操作性的方法，也无相应核算应用工具和基础数据库的支持，将水足迹标识于具体的产品上仍是世界性的难题。

国际组织ISO的一个工作组正在制定一项关于水足迹评价与应用的国际标准，以提供国际协调一致的计量及管理的方法、流程和具体工作。目前，ISO 14046《水足迹：基本要求和指南》标准项目已经正式列为预工作项目（PWI阶段），ISO 14067《产品水足迹：量化和交流的要求和指南》也在起草之中。我国，水足迹研究刚刚起步，主要是进行了一些案例的研究和探索工作，在标准和系统研究方面，还缺少系统的规划和部署，主要是跟踪、翻译、引进国外方法和标准，还没有形成以水足迹标签为载体的产品或组织评价体系。

2 工业水足迹概念的提出

目前，国际上对水足迹的计算方法和基础还存在着争议，其中边界及评价要素的确立是关键。从全生命周期的角度分析生产与消费过程中的水资源利用，这无疑是最系统、最全面的。但由于目前能够获取的数据资料有限，导致其不确定性较高，在某些情况下的指示作用下降，调控缺乏针对性。

2.1 全生命周期阶段评估结果差异性大

根据环保部历年《环境统计年报》，农业用水量基本保持稳定，而大规模的工业生产活动已经成为水资源消耗增加的最根本因素。与农业用水相比，工业活动及其相关的生产技术、工艺、管理等的人为调控程度较高，可操作性强，更有利于直接有效地开展水资源管理。而在产品销售和使用阶段，受季节变换、距离远近等的影响，产品使用模式又受消费者收入水平、个人习惯等个人因素的制约，水足迹数据的不可控因素较多，而且具有多样性的特征。研究表明，针对关键生命周期阶段（工业阶段）的水足迹评估，更加符合我国现阶段国情和产业现状，也适应了国际发展趋势，又具有很强的可操作性，使得研究成果能更好的服务于产业的节能减排。

2.2 工业水足迹与水足迹的区别与联系

工业水足迹主要研究分析工业生产及其相关活动中的水资源消耗，与水足迹存在着明显差异：首先，与Hoekstra提出的水足迹不同，它不考虑农产品和畜牧产品原料或辅料，只分析各种工业原料、辅料与能源中隐含的水资源消耗和水环境污染。其次，与产品水足迹不同，它除了包括产品生产过程中蓝水和灰水足迹外，还包括能源、物料消耗及公共部门分摊的隐形水足迹。工业水足迹作为水足迹的重要组成部分，量化和评价的方法学仍是按照生命周期的原则与框架要求进行，在评价原则、计算方法和实施程序方面则基本是一致的，计算的范围包括了工业制造阶段所涉及的原料、活动和过程，两者的主要区别在于核算边界的长短。

3 工业水足迹评价方法

3.1 工业水足迹的组成

不同于水足迹，工业水足迹并不包括绿水足迹，这是因为绿水足迹多来自于农业生产过程，工业用水绿水足迹占比很小或不使用，计算绿水足迹并没有实际意义。为了更加直观地反应非耗水环节，如物料、能源消耗所产生的间接水足迹，引入了隐含水足迹。

3.2 工业水足迹计算公式

3.2.1 蓝水足迹

式中：Vblue——蓝水足迹；Vinfall——取水量；Veffl——污水排放量。

蓝水足迹即新鲜水耗用量，等于取水量减去污水排放量，如公式1所示。

3.2.2 灰水足迹

工业废水中一般包括如汞、镉、六价铬、铅、挥发酚、氰化物、化学需氧量、石油类以及氨氮等多种污染物，计算时可以选择最主要的污染物为代表，计算工业生产过程中产生的灰水足迹，以反映水环境污染程度。

式中：Vgrey——灰水足迹；Cmax——接受水体的环境水质标准浓度，即最大可接受浓度；Cnat——接受水体本身的自然浓度；Ceffl——工业生产过程中各部门废水中污染物的浓度。

当Ceffl＜Cmax时，说明接受水体可将排出污染物的浓度稀释至标准以下；当Ceffl=Cmax时，表示排出污染物的浓度已经达到接受水体的最大可接受浓度；当污水中的污染物浓度较高时，会出现Ceffl>Cmax的情况，即污染物的浓度超过现有河流或地下水的流量，这时灰水足迹表示用以吸收所有污染负荷的淡水资源。

3.2.3 隐含水足迹

隐含水足迹（Vvirtual）是指系统边界范围内的整个生产过程中所消耗的原料、辅料和能源所隐含的工业水足迹。式中Mi表示第i种材料的消耗量，ki代表第i种材料的工业水足迹计算系数。系数分为两类：一种是工业各行业的原料、辅料在工业生产阶段的水足迹系数，另一种是企业所使用的各种常规能源煤炭、燃油、天然气、电力等能源在开采、炼制、运输、发电等过程所隐含的工业水足迹，为了保证计算结果的一致性与可比性，电力系数可根据我国电力结构及比重综合确定。

3.3 基础数据

水足迹计算需要两种类型的基础数据：一种是全国各大流域环境承载力的系统数据；另一种是行业投入产出数据。目前，建立水足迹核算系数需要基于我国国情与产业现状，并根据国家及相关行业已发表的统计数据、年鉴、报告、科研文献等数据。而企业对生产性直接数据大多保密，获取和测量一手数据存在一定难度。水足迹的量化和评价是个庞大的系统工程，既要围绕国家发展大局和需求去定位，又需要建立符合中国国情的基础数据库。