棉织物染整化学品污染物环境影响的评价

郭宜琪，朱紫嫄，邱笑笑，钱蔚然，王来力

（1.浙江理工大学服装学院，浙江杭州 310018；2.浙江理工大学浙江省服装工程技术研究中心，浙江杭州 310018；3.浙江理工大学浙江省丝绸与时尚文化研究中心，浙江杭州 310018；4.浙江理工大学丝绸文化传承与产品设计数字化技术文化和旅游部重点实验室，浙江杭州 310018）

纺织印染废水排放量大、色度深、有机污染物含量高，是我国工业行业的重点污染源之一［1-2］。印染废水中的化学品污染物多达400 余种，主要来自于浆料、染料、助剂等，具有较大的环境影响［3］。我国《水污染防治行动计划》要求印染行业实施低排水染整工艺改造，《纺织行业“十四五”发展纲要》高度重视新兴污染物和有毒有害污染物排放，要求加大清洁生产改造力度，加强替代有毒有害物质，严格控制染化料助剂等化学品的使用，推进纺织行业“科技、时尚、绿色”高质量发展［4］。

构建纺织产品生命周期内化学品使用和化学品污染物排放的环境影响评价方法，对纺织行业的化学品使用和排放管控、降低环境影响具有重要意义。在该领域的研究中，USEtox 模型受到较多的关注和应用。

例如Roos 等［5］基于USEtox 模型，对漂白和未漂白的涤棉服装在全生命周期内的化学品污染物进行环境影响量化和评价，结果表明：漂白服装的环境影响比未漂白的服装更小。其进一步采用USEtox 模型、评分系统和策略工具3 种方法分别对棉T 恤湿处理排放的化学品污染物的环境影响进行评价［6］。钱佳鸿等［7］、李一等［8］评价了棉织物的化学品污染物环境影响，结果表明：织造工艺对环境影响最大，化学浆料和碱剂对环境影响较大。李一等［9］基于USEtox 模型对聚酯纤维连衣裙染整化学品污染物进行环境影响评价，结果表明：染整的印花工序对环境影响最大，染料和各类整理剂对环境影响较大。Ji等［10］基于平均影响评价方法对染色羊毛纱线进行环境影响评价，结果表明：染色工序对环境影响最大。

应用USEtox 模型进行化学品污染物环境影响评价结果的准确性取决于环境影响特征因子数据库中包括的化学品数量，即包含的化学品越多，环境影响评价结果越准确；包含的化学品越少，环境影响评价越难以量化，甚至得不出评价结果，因此该方法目前尚有一定的应用局限性［11］。在环境影响评价研究领域，模糊综合评价法因为可将定性评价转化为定量评价，所以进行化学品污染物环境影响评价时不受化学品环境影响特征因子的限制［12-13］。

鉴于此，本研究构建基于模糊综合评价的化学品污染物环境影响评价方法，对棉织物染整阶段产生的化学品污染物进行环境影响评价，为纺织服装产品全生命周期过程中的化学品使用和排放管控提供参考。

1 环境影响模糊综合评价

模糊综合评价法应用于环境影响评价时，首先要选择被评价事物的因素集和评价集，通过对各因素隶属度的计算得到模糊矩阵，再根据各影响因素所占权重分别计算出权重比，得到权重向量，最后将隶属度模糊矩阵与权重向量进行复合运算，从而获得模糊综合评价结果［14］。

1.1 评价因素和评分原则

化学品污染物的环境影响通常由排放量m（kg）、毒性、生物富集和降解能力等4 个因素决定，在进行模糊综合评价时，针对上述4 个因素需确定量化指标和评分原则［6］。

化学品污染物的毒性直接决定其产生的环境影响大小，可选用毒性EC50（mg/L）表作为量化指标，其表示能引起50%最大效应的污染物质量浓度阈值，EC50越大，表示污染物的毒性越小［15］。化学品污染物的水生生物富集能力可用正辛醇-水分配系数（Kow）量化表征，Kow表示某物质在正辛醇相中的浓度与在水相中的浓度的比值［16］。化学品污染物的降解能力可用水解速率常数（K）量化表征，K值越大，化学品污染物在水相中留存的时间越短［17］。

由于不同种类化学品污染物的排放量、毒性和生物富集数据相差较大，因此将排放量、毒性和生物富集这3个评价因素取对数，以更好地量化评分。4个因素的量化指标评分原则见表1。

表1 各评价因素量化评分原则

根据某印染企业棉织物染整过程的化学品投入数据，参照表1 中的评分原则对排放的化学品污染物进行评分，结果见表2。

表2 化学品污染物来源及量化评分结果

1.2 评价方法

1.2.1 确定评价对象的因素集

环境影响评价共有4 个因素，评价因素集为U=｛排放量，毒性，生物富集，降解能力｝。

1.2.2 确定评价对象的评语集

染整过程排放的化学品污染物有19 种，评价集为V=｛1，2，…，19｝。

1.2.3 确定模糊关系矩阵

4个评价因素的总评价矩阵为：

矩阵R中rij表示各评价因素量化打分值；i=1～4，表示评价因素，依次为：排放量、毒性、生物富集和降解能力；j=1～19，表示污染物的种类，即表2 中的19 种化学品污染物。

1.2.4 确定评价因素的权重向量

进一步使用层次分析法来确定评价因素间的相对重要性次序，从而确定权重系数［18-20］。

1.2.4.1 构造判断矩阵

由于化学品污染物数量较多，因此用19 个化学品污染物的量化评分平均值作为4 个评价因素的单因子指数，再将4 个评价因素的单因子指数两两比值作为判断矩阵的元素，其判断矩阵为：

1.2.4.2 计算权重向量

计算判断矩阵的最大特征根λmax及其对应的特征向量并归一化，得到评价因素的权重集A。矩阵Si的λmax=4.0，权重集A=（0.26，0.23，0.17，0.34）。

1.2.4.3 一致性检验

1.2.5 模糊综合评判

将权重集A 与隶属度矩阵R进行复合运算，得出评价结果：

对计算得到的矩阵B中元素大小进行排序，即可得到19种化学品污染物的环境影响程度排序结果。

2 结果与讨论

棉织物染整过程中的19 种化学品污染物环境影响模糊综合评价结果见表3。

由表3 可以看出，后整理工序的环境影响最大，其次是前处理工序和染色工序。产生的化学品污染物中，双氢化牛脂基二甲基氯化铵造成的环境影响最大，其次是氢氧化钠、分散黄3 和八甲基环四硅氧烷等。

表3 棉织物染整化学品污染物环境影响模糊综合评价结果

DHTDMAC 具有较高的生物毒性，对生物菌具有杀灭作用，排放到自然水体后难以被微生物分解，被污泥、沉降物和土壤吸附后可在自然环境中持续累积，因此其虽然在棉织物染整中的排放量较少，但产生的环境影响最大［21-23］，欧盟和美国都对DHTDMAC制定了严格的管控要求。D4 会使雌激素产生毒性，降低卵巢活性，具有一定的生殖毒性和慢性水生毒性，还可能会对肝脏和肺造成致命的伤害，亦有可能对人体神经系统造成一定程度的损伤［24］。DHTDMAC 和D4 主要产生于后整理工序，所以后整理工序对环境造成的影响最大。

化学品污染物溯源发现，环境影响较大的化学品污染物主要来自于后整理中使用的柔软剂和硅油、前处理中使用的烧碱和染色中使用的分散染料。分散染料可以使棉织物色泽鲜艳，柔软剂和硅油可以改善棉织物的柔软性能，使棉织物柔软、蓬松和滑爽，但都会产生对环境影响较大的化学品污染物［25-26］。分散染料的污染物成分复杂且难以降解，容易引起人体皮肤和呼吸器官过敏，STANDARD 100 by OEKO-TEX 已将分散染料列为致癌染料，并对部分分散染料进行禁用［27-28］。柔软剂和硅油种类繁多且成分复杂，欧盟REACH 法规和STANDARD 100 by OEKO-TEX 均对部分柔软剂和硅油进行了限用或禁用。

3 结论

对纺织服装产品全生命周期阶段产生的化学品污染物的环境影响进行评价，并对化学品污染物的来源进行追溯，可以为纺织化学品的管控以及降低化学品污染物的环境影响提供重要参考。采用模糊综合评价方法对棉织物染整阶段产生的化学品污染物进行环境影响评价，主要结论如下：（1）棉织物染整过程中后整理工序产生的化学品污染物环境影响最大，其次是前处理工序和染色工序；（2）对环境影响最大的化学品污染物是DHTDMAC，其次是氢氧化钠、分散黄3 和D4 等；（3）柔软剂和分散染料是对环境影响较大的化学品污染物的主要来源，针对性地选择绿色柔软剂和分散染料，可以降低棉织物染整阶段产生的化学品污染物的环境影响。