任曉晶，白 雪，劉 丹，胡夢婷，吳 月，張忠國

(1．輕工業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所，北京 100095；2.中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100191)

水資源是人類社會生產(chǎn)經(jīng)營過程中的一個(gè)重要要素。面對全球日益嚴(yán)峻的水資源短缺和水環(huán)境污染問題，如何制定合理有效的水資源管理方案，應(yīng)對和化解面臨的水資源風(fēng)險(xiǎn)，成為目前亟待解決的關(guān)鍵問題。在全球倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展、推行綠色環(huán)保的大趨勢下，水足跡評價(jià)為制定靈活的水資源發(fā)展戰(zhàn)略提供了一個(gè)全新視角[1-2]。

目前，關(guān)于水足跡評價(jià)方法主要有兩種：

a. 基于水足跡網(wǎng)絡(luò)組織(Water Footprint Network，WFN)發(fā)布的《水足跡評價(jià)手冊(The Water Footprint Assessment Manual)》[3]。該手冊于2009年發(fā)布并于2011年2月進(jìn)行了修訂，規(guī)范了水足跡中藍(lán)水、綠水和灰水足跡的核算方法及步驟，極大地推動(dòng)了全球水足跡評價(jià)研究。

b. 基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standard Organization，ISO)于2014年8月發(fā)布的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14046“Environmental management—Water footprint—Principles，requirements and guidelines”[4]。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于生命周期評價(jià)(LCA)的觀點(diǎn)開展產(chǎn)品、過程或組織水足跡評價(jià)的原則、要求和指南。

本文在系統(tǒng)對比分析上述兩種水足跡評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，以某乳制品企業(yè)為例，探索兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，以期為我國企業(yè)水足跡核算與評價(jià)提供參考和依據(jù)。

1 水足跡評價(jià)方法對比

1.1 定義

WFN的水足跡即消費(fèi)者或生產(chǎn)者直接和間接使用水資源的衡量指標(biāo)，包括衡量水消耗的藍(lán)水足跡和綠水足跡，以及衡量水污染的灰水足跡。ISO14046的水足跡是量化與水相關(guān)潛在環(huán)境影響的指標(biāo)，體現(xiàn)為水量和水質(zhì)變化的綜合環(huán)境影響。僅考慮一方面時(shí)，只能使用限定詞，如僅考慮水量變化稱為“水稀缺足跡”(water scarcity footprint，WSF)，僅考慮水質(zhì)變化稱為“水劣化足跡”(water degradation footprint，WDF)。根據(jù)特征污染物的不同，WDF又細(xì)分為水富營養(yǎng)化足跡(water eutrophication footprint，WEF)(考慮氮磷影響)、水酸化足跡(water acidification footprint，WAF)(考慮酸性物質(zhì)影響)等。WFN的水足跡側(cè)重于“體積”，而ISO14046中的水足跡更注重“影響”，對水污染評價(jià)劃分得更為詳細(xì)和全面。

1.2 水足跡評價(jià)流程

表1給出了WFN和ISO 14046完整水足跡評價(jià)的4個(gè)階段。

表1 水足跡評價(jià)的4個(gè)階段

從表中可以看出，二者完整的水足跡評價(jià)流程都包括4個(gè)階段。第一階段均為確定研究目的和范圍，第四階段都是圍繞第二、三階段得出的結(jié)果進(jìn)行分析，并給出建議。WFN的水足跡核算(第二階段)、水足跡可持續(xù)評價(jià)(第三階段)分別相當(dāng)于 ISO 14046生命周期評價(jià)(LCA)中的水足跡清單分析(LCI)(第二階段)、水足跡影響評價(jià)(LCIA)(第三階段)。此外，WFN規(guī)定水足跡評價(jià)過程可根據(jù)不同的評價(jià)目的與范圍確定，評價(jià)范圍可包括以上所有階段，也可根據(jù)需要截止到水足跡核算、可持續(xù)性評價(jià)或政策制定中的任意階段[5]。類似地，ISO 14046也規(guī)定在開展企業(yè)水足跡評價(jià)時(shí)，可以根據(jù)水足跡評價(jià)的目的，選擇包含前3個(gè)階段的水足跡清單研究或包含4個(gè)完整階段的水足跡評價(jià)[4]。

1.3 水足跡核算和水足跡清單分析

WFN法對于企業(yè)層面水足跡的核算有兩種方法：一種是將企業(yè)內(nèi)所有輸出產(chǎn)品的水足跡相加；另一種是把企業(yè)水足跡分成直接水足跡和間接水足跡分別計(jì)算，然后將這兩部分相加。直接水足跡包括與產(chǎn)品生產(chǎn)直接相關(guān)的過程水足跡和企業(yè)日常開支部分的水足跡，等于企業(yè)在運(yùn)營過程中所消耗的藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡之和。間接水足跡是企業(yè)生產(chǎn)過程中所有投入產(chǎn)品的水足跡之和，通過投入產(chǎn)品的量(企業(yè)自己提供數(shù)據(jù))乘以它們各自的產(chǎn)品水足跡(供貨商提供數(shù)據(jù))并進(jìn)行求和的方法進(jìn)行計(jì)算。兩種核算途徑所得的計(jì)算結(jié)果基本相近，只是各自的側(cè)重點(diǎn)不同。第一種方法側(cè)重于計(jì)算產(chǎn)品水足跡，只需考慮產(chǎn)品相關(guān)生產(chǎn)過程的水足跡，不必區(qū)分直接水足跡和間接水足跡；第二種方法側(cè)重的是區(qū)分直接水足跡和間接水足跡。企業(yè)可以直接控制自身的運(yùn)營水足跡，但供應(yīng)鏈水足跡由別的企業(yè)或生產(chǎn)者決定，一般很難控制。目前，大多數(shù)關(guān)于企業(yè)水足跡計(jì)算的研究都采用第2種方法，涉及食品[5-6]、化工[7-8]、紡織[9-10]、造紙[11]、養(yǎng)殖[12]、制造[13]等多個(gè)行業(yè)。

ISO的水足跡清單分析與WFN的水足跡核算不同的是，清單分析階段是根據(jù)前一階段確定的目的和范圍，量化和評價(jià)所研究的產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)整個(gè)生命周期階段資源和能量使用以及環(huán)境釋放的過程。核心就是對單元過程中與水相關(guān)的輸入和輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、審定、關(guān)聯(lián)與合并，從而形成完整的水足跡清單。根據(jù)ISO 14046的要求，完整的LCA水足跡清單包括直接水足跡清單和間接水足跡清單。但I(xiàn)SO中區(qū)分直接水足跡和間接水足跡是根據(jù)企業(yè)對生產(chǎn)過程是否具有絕對的經(jīng)營和財(cái)務(wù)控制權(quán)。無論是WFN還是ISO，新鮮水消耗、污(廢)水排放、產(chǎn)品結(jié)合水等均劃歸直接水足跡，而外購的材料、能源等均劃歸間接水足跡。

1.4 水足跡評價(jià)

WFN的《水足跡評價(jià)手冊》中主要使用藍(lán)水短缺程度(WSblue)和水污染程度(WPL)兩項(xiàng)指標(biāo)來衡量水足跡可持續(xù)性水平。某流域WSblue定義為該流域內(nèi)藍(lán)水足跡總量(或藍(lán)水消耗總量)與流域內(nèi)可利用藍(lán)水資源量之比?？衫盟{(lán)水資源量考慮了流域內(nèi)環(huán)境流的需求量。例如，當(dāng)WSblue>1.0時(shí)，意味著流域內(nèi)藍(lán)水足跡總量大于考慮了環(huán)境流需求的可利用藍(lán)水資源量，這時(shí)藍(lán)水足跡總量對環(huán)境是不可持續(xù)的。當(dāng)某企業(yè)在其所在流域產(chǎn)生藍(lán)水足跡且該流域的WSblue>1.0時(shí)，則認(rèn)為該企業(yè)的藍(lán)水足跡不可持續(xù)。同理，WPL是灰水足跡總量與流域?qū)嶋H徑流的比值。當(dāng)WPL>1.0時(shí)，流域的污染消納能力被完全消耗，灰水足跡不是環(huán)境可持續(xù)的。當(dāng)某企業(yè)在其所在流域產(chǎn)生灰水足跡且流域的WPL>1.0時(shí)，該企業(yè)的灰水足跡不可持續(xù)。由此可見，WSblue和WPL的水足跡評價(jià)結(jié)果更偏向于定性評價(jià)。Coca-Cola公司[14]、國內(nèi)某造紙廠[15]、西班牙某養(yǎng)豬場[16]等都采用了WFN方法開展企業(yè)水足跡可持續(xù)性評價(jià)，主要集中在產(chǎn)品供應(yīng)鏈階段。

ISO 14046在水足跡影響評價(jià)階段將清單數(shù)據(jù)進(jìn)一步與環(huán)境影響聯(lián)系起來。水足跡清單結(jié)果可劃分為兩大類影響類型：水稀缺(水量變化造成的)和水劣化(水質(zhì)變化造成的)。接著對清單物質(zhì)進(jìn)行特征化，這一過程主要釆用特征化因子，特征化的結(jié)果通常是一個(gè)定量的指標(biāo)。最后得到一系列不同影響類型指標(biāo)結(jié)果。還可采用GB/T 24044—2008或ISO 14044：2006《環(huán)境管理生命周期評價(jià)要求與指南》[17]規(guī)定的對比、歸一、加權(quán)等方法將結(jié)果合并為一個(gè)單一的參數(shù)[18]。

ISO 14046只規(guī)定了進(jìn)行水足跡評價(jià)的一般流程和要求，并沒有給出每一類水足跡的具體特征化計(jì)算方法。根據(jù)目前的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使用者潛在剝奪(user deprivation potential)[19]、水稀缺指數(shù)(water scarcity index)[20]、水壓力指數(shù)(Water Stress Index，WSI)[21-23]、稀缺性(scarcity)[24]、水壓力指數(shù)α(water stress index，α)[25]、水稀缺指標(biāo)(water scarcity indicator)[26]、水剝奪指數(shù)(water deprivation index)[27]等模型和方法常被用來評價(jià)水稀缺足跡。無論是哪種模型和方法，都需要明確計(jì)算出新鮮水的消耗量。這個(gè)數(shù)值可以是根據(jù)水平衡圖計(jì)算得到的新鮮水消耗量，也可以是現(xiàn)場測量得到的新鮮水取用量。但新鮮水消耗量在實(shí)際計(jì)算過程不確定性更多，多為近似數(shù)值，研究者們更傾向于使用Va進(jìn)行水足跡評價(jià)[28]。

對于WDF，一般有兩種評價(jià)方法：針對不同環(huán)境問題的“當(dāng)量系數(shù)法(equivalent factor)”[29]和將清單數(shù)據(jù)與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來的“臨界稀釋體積法”[30]。此外，WDF又可從不同類別特征污染物造成的潛在環(huán)境影響的大小和重要性這一角度，進(jìn)一步采用LCA的“當(dāng)量系數(shù)法”模型和方法分別評價(jià)水體富營養(yǎng)化(aquatic eutrophication)[31]、水體酸化(aquatic acidification)[32]、水生態(tài)毒性(aquatic ecotoxicity)[33-34]、熱污染(thermal pollution)[35]?？梢钥闯觯煌赪FN的水足跡可持續(xù)性評價(jià)，ISO的水足跡影響評價(jià)結(jié)果是確定的數(shù)值，是定量評價(jià)。

2017年發(fā)布的GB/T 34341—2017《組織水足跡評價(jià)和報(bào)告指南》[36]規(guī)定了組織層面水足跡評價(jià)的術(shù)語和定義、總則、目的和范圍的確定、清單分析、影響評價(jià)、結(jié)果解釋、報(bào)告內(nèi)容，適用于指導(dǎo)開展組織層面水足跡清單研究和水足跡影響評價(jià)。該標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)ISO14046進(jìn)行企業(yè)水足跡評價(jià)的具體實(shí)施提供了方法參考。

2 案例分析

2.1 研究目的和范圍

某企業(yè)從事乳制品的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售，擁有完整的乳業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，是一家大規(guī)模的乳制品生產(chǎn)和銷售企業(yè)之一。選取企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中最具代表性、且與水管理關(guān)系最為密切的一個(gè)牧場和乳制品加工廠，采用基于WFN和ISO 14046的兩種方法進(jìn)行水足跡評價(jià)。所選牧場是該企業(yè)高端乳制品的特供基地，飼養(yǎng)管理具有國際先進(jìn)水準(zhǔn)，生鮮乳質(zhì)量達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)。所選加工廠為該企業(yè)最重要的乳制品生產(chǎn)基地，該工廠生產(chǎn)的乳制品品類齊全、生產(chǎn)工藝先進(jìn)、管理體系完善，是當(dāng)下中國最具代表性的乳品加工廠。評價(jià)時(shí)間為2012年，采用“搖籃到大門邊界”進(jìn)行水足跡評價(jià)研究。

2.2 數(shù)據(jù)收集

根據(jù)ISO 14046的要求，收集牧場和加工廠計(jì)算邊界上的所有輸入和輸出。所收集的數(shù)據(jù)均為2012年的企業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)，不包括基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備和能源。對牧場而言，輸入的數(shù)據(jù)包括外購的飼料和新鮮水。其中外購的飼料玉米、大麥、豆粕、甜菜粕、小麥分別為18 504 t、2 455 t、1 431 t、1 528 t、11 613 t。牧場新鮮水消耗主要由生產(chǎn)用水和員工生活用水組成。生產(chǎn)用水主要包括各過程水蒸發(fā)量、奶牛飲水量及體內(nèi)吸收水量、奶牛呼吸過程導(dǎo)致的蒸騰損失量、糞肥中水量；生活用水主要包括員工日常使用水量。牧場廢水主要來自牛尿、牛糞固液分離污水，擠奶設(shè)備清洗以及員工生活污水。牧場廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后進(jìn)入牧場廢水處理站處理，達(dá)到DB 31/199—1997《上海污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的污水排放三級標(biāo)準(zhǔn)后通過市政污水管網(wǎng)進(jìn)入二級污水處理廠。加工廠新鮮水消耗主要包括鍋爐、冷卻塔等的蒸發(fā)損耗。加工廠廢水主要來源于設(shè)備和器具的清洗水、奶罐車沖洗水、不合格產(chǎn)品報(bào)廢污水和生活用水等。加工廠廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后進(jìn)入自建廢水處理站處理，達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級標(biāo)準(zhǔn)后，排入Ⅲ類地表水體。牧場和加工廠與水相關(guān)的輸入和輸出數(shù)據(jù)見表2。

表2 牧場和加工場與水相關(guān)的輸入和輸出數(shù)據(jù)

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)《水足跡評價(jià)手冊》[3]和GB/T 34341—2017[36]計(jì)算企業(yè)和產(chǎn)品的水足跡。牧場和加工廠的水足跡核算和評價(jià)包括飼料原料的間接水足跡，以及由廠內(nèi)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的直接水足跡(表2計(jì)算所得)兩部分。評價(jià)ISO14046的水稀缺足跡時(shí)，新鮮水消耗的當(dāng)?shù)靥卣骰蜃硬捎梦墨I(xiàn)[22]的方法。牧場飼料原料的間接水足跡計(jì)算采用文獻(xiàn)[37]的數(shù)據(jù)，飼料原料產(chǎn)地的特征化因子均使用中國平均水壓力指數(shù)(0.478)。采用臨界稀釋體積法和當(dāng)量系數(shù)法分別計(jì)算計(jì)算牧場及加工廠的水劣化足跡和水富營養(yǎng)化足跡[36]。為避免重復(fù)計(jì)算，牧場外購飼料原料產(chǎn)生的間接水稀缺足跡只在牧場中進(jìn)行計(jì)算，由牧場供給加工廠的原料奶(牧場產(chǎn)品)產(chǎn)生的間接水稀缺足跡不在加工廠的水足跡中重復(fù)計(jì)算。結(jié)果見表3和表4。

表3 基于WFN的水足跡核算結(jié)果

表4 基于ISO 14046的水足跡評價(jià)結(jié)果

由于水稀缺足跡計(jì)算中只考慮新鮮水消耗量而不考慮水質(zhì)，所以表4中的直接水稀缺足跡相當(dāng)于WFN的直接藍(lán)水足跡(新鮮水消耗量)乘以各場(廠)所處的當(dāng)?shù)靥卣骰∪敝笖?shù)得到。間接水稀缺足跡相當(dāng)于WFN的間接藍(lán)水足跡(作物灌溉耗水(蒸發(fā))量)與各作物產(chǎn)地的當(dāng)?shù)靥卣骰蜃铀∪敝笖?shù)相乘所得。雖然對于直接水足跡和間接水足跡的計(jì)算方法有所區(qū)別，但從表3中可以看出，兩種計(jì)算方法都可以得到相同的結(jié)論：①牧場的間接水足跡和間接水稀缺足跡貢獻(xiàn)很大，分別占其總水足跡和總水稀缺足跡的99.7%和96.1%，這表明在乳制品產(chǎn)業(yè)鏈上養(yǎng)殖環(huán)節(jié)對環(huán)境水資源稀缺程度的貢獻(xiàn)相對較大，上游牧場的水足跡減量仍是今后乳制品行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)注熱點(diǎn)；②牧場的直接藍(lán)水足跡和直接水稀缺足跡均大于加工廠。但是，基于LCA的水足跡考慮了分工廠所在地的水資源稀缺程度，使得位于上海(水稀缺指數(shù)為1.0)的牧場比位于南京(水稀缺指數(shù)為0.703)的加工廠對水資源的依賴程度更明顯，對當(dāng)?shù)厮Y源短缺的貢獻(xiàn)更突出，表現(xiàn)為牧場與加工廠的直接水稀缺足跡比值(2.5倍)大于牧場與加工廠直接藍(lán)水足跡的比值(1.8倍)。說明若企業(yè)處于不同地理位置時(shí)，僅考慮“體積”的水足跡會因?yàn)楹雎粤似髽I(yè)所處流域或區(qū)域的水資源稀缺程度，造成評價(jià)結(jié)果的大小和重要性有所差別。

表3和表4中牧場和加工廠的水劣化足跡均大于其各自的直接灰水足跡。這是由于當(dāng)多種污染物存在時(shí)，選擇各污染物中灰水足跡最大值(本文只計(jì)算了COD)作為企業(yè)的灰水足跡，而ISO 14046中水劣化足跡計(jì)算是將所有污染物的水劣化足跡進(jìn)行等權(quán)加和。由于只考慮直接排放到水中的污染物，而沒有考慮排放到空氣或土壤中影響水質(zhì)的污染物，WFN的灰水足跡相當(dāng)于ISO中的部分水劣化足跡，核算方法也類似“臨界稀釋體積法”。但由WFN的方法得到加工廠的直接灰水足跡較大，而ISO 14046的方法得到牧場的水劣化足跡較大。其原因可能有兩點(diǎn)：①加工廠由于是達(dá)標(biāo)后排入Ⅲ類地表水體，因而執(zhí)行了更為嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致直接灰水足跡較大；②水劣化足跡不僅考慮COD，還考慮了氮磷污染物，表4的數(shù)據(jù)也表明牧場的污染物排放總量大于加工廠，尤其是氨氮的排放量，牧場約為加工廠的4倍。但是根據(jù)GB/T 34341—2017計(jì)算得到的特征化因子α相差不大，因此由GB/T 34341—2017的公式(4)所得到的牧場水劣化足跡要大于加工廠。

表5 水劣化足跡構(gòu)成比例

表5中牧場和加工廠的水劣化足跡構(gòu)成比例表明，兩廠(場)含氮污染物的貢獻(xiàn)最大，COD的貢獻(xiàn)反而最小，牧場的含氮污染物影響最為突出。這也說明，在某種情況下，WFN的灰水足跡計(jì)算結(jié)果容易掩蓋企業(yè)真實(shí)的排放狀況及造成的水環(huán)境影響。表4中根據(jù)GB/T 34341—2017的公式(5)計(jì)算了牧場和加工廠的水富營養(yǎng)化足跡。可以看出，牧場及其產(chǎn)品的富營養(yǎng)化足跡分別是加工廠及其產(chǎn)品的4和5倍。所研究的企業(yè)中牧場對水體潛在富營養(yǎng)化影響較大，氮磷污染物(尤其是含氮污染物)需要得到有效治理。

3 結(jié) 論

a. 兩種計(jì)算方法既相互區(qū)別又互有聯(lián)系。由案例分析可以看出，直接水稀缺足跡與直接藍(lán)水足跡、間接水稀缺足跡與間接藍(lán)水足跡、直接灰水足跡和水劣化足跡等一系列水足跡核算和評價(jià)指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不盡相同，但得到的結(jié)論基本一致。

b. 兩種計(jì)算方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。WFN的水足跡核算將水量和水質(zhì)統(tǒng)一成以絕對體積量表示的水足跡，原理簡明、操作性強(qiáng)，水足跡核算結(jié)果具有直觀的可比性，但在灰水足跡計(jì)算中存在遮蔽效應(yīng)，此外對水資源消耗和水污染的潛在環(huán)境影響缺乏關(guān)注。由于只考慮直接排放到水中的污染物，而沒有考慮排放到空氣或土壤中影響水質(zhì)的污染物，WFN的灰水足跡相當(dāng)于ISO中的部分水劣化足跡。ISO 14046 基于LCA觀點(diǎn)采用水稀缺足跡和水劣化足跡對水量和水質(zhì)進(jìn)行分別評價(jià)。水劣化足跡又可進(jìn)一步分析不同類別特征污染物造成潛在環(huán)境影響(如WEF、WAF等)的大小和重要性。