田澤君 王來力 李一

摘要： 為解決紡織服裝產(chǎn)品生命周期內(nèi)化學(xué)品過量使用所引發(fā)的環(huán)境負荷難以量化、評價，以及不同產(chǎn)品生命周期內(nèi)環(huán)境負荷難以比較等問題，文章在綜述化學(xué)品足跡概念及其研究進展的基礎(chǔ)上，重點闡述了紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算與評價中的核算邊界、核算方法、結(jié)果評價等關(guān)鍵問題。認為紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算與評價可以實現(xiàn)產(chǎn)品間和工序間環(huán)境負荷的量化比較;進行特征因子不確定性分析和USEtox模型優(yōu)化，可提高紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算結(jié)果的精度;綜合生態(tài)毒性和人體毒性的綜合評價，可增加紡織服裝產(chǎn)品生命周期內(nèi)化學(xué)品管控的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)品足跡;紡織服裝產(chǎn)品;核算;人體毒性;生態(tài)毒性

中圖分類號： TS101.9;TS94.1

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2019）01-0033-05

引用頁碼： 011106

過量化學(xué)品使用造成的嚴重污染已被聯(lián)合國列為影響人類生存與發(fā)展的全球性重大環(huán)境問題之一[1]。中國是有毒有害風(fēng)險化學(xué)品生產(chǎn)和消費大國，區(qū)域性、結(jié)構(gòu)性、布局性環(huán)境風(fēng)險日益凸顯。國家《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》明確要求建立化學(xué)品環(huán)境與健康風(fēng)險評估方法、程序和技術(shù)規(guī)范體系，開展多污染物協(xié)同控制[2]。

紡織工業(yè)是典型的“三高一低”（高耗能、高排放、高污染和低效率）行業(yè)，化學(xué)品的大量使用是造成紡織工業(yè)高排放和高污染的重要原因之一[3]。紡織工業(yè)不僅是化學(xué)品消費大戶，據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1kg的服裝產(chǎn)品需要消耗1.5～6.9kg的化學(xué)品，同時還是受化學(xué)品使用風(fēng)險影響最大的行業(yè)之一[4]?；瘜W(xué)品貫穿紡織工業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈，其中不乏重金屬、苯系物、壬基酚等有毒有害化學(xué)品，嚴重影響生物健康和生態(tài)安全[5]。

在當(dāng)前化學(xué)品污染研究領(lǐng)域，化學(xué)品足跡已作為一種核算和評價人類活動排放的化學(xué)品對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負荷的重要方法，在產(chǎn)品、組織和區(qū)域等不同層面進行了初步探討和應(yīng)用。本文回顧了當(dāng)前國內(nèi)外化學(xué)品足跡核算與評價的研究進展，并就紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算與評價的核算邊界、核算方法、結(jié)果評價等問題進行了分析討論，為紡織工業(yè)的化學(xué)品管理和化學(xué)品污染治理提供參考。

1?化學(xué)品足跡的概念

對于化學(xué)品足跡的概念有多種定義，其主要的概念分類有毒性壓力[3，6-7]、環(huán)境空間占用[8-10]和質(zhì)量[11]3類。環(huán)境空間占用表達形式是從環(huán)境空間容量的角度，結(jié)合化學(xué)品排放量，量化并評價將其稀釋到對環(huán)境無危害濃度所占用的資源;毒性壓力表達形式是從生態(tài)系統(tǒng)承載能力的角度，表征在一定時間、一定空間體積內(nèi)，排放的化學(xué)品對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的影響;質(zhì)量表達形式是從產(chǎn)品生命周期的角度，來核算產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的有害物質(zhì)成分的量及其對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在風(fēng)險。

對于產(chǎn)品化學(xué)品足跡而言，毒性壓力的定義和解釋應(yīng)用最為廣泛。其毒性評估過程主要借助USEtox模型毒性特征因子，量化產(chǎn)品全生命周期內(nèi)由化學(xué)品排放產(chǎn)生的人體毒性和生態(tài)毒性。Berthoud等[12]量化了小麥種植過程各階段的淡水生態(tài)毒性影響，得出施肥過程毒性影響最大。并對可供選擇的38種農(nóng)藥的毒性影響進行評估，以期將施肥過程毒性影響降到最低。Florent等[13]量化了汽油、柴油和煤三種能源，在汽車行駛1km中，全生命周期（包含能源開采、加工及汽車使用等整個過程）毒性排放，結(jié)果顯示基于USEtox模型的化學(xué)品足跡可以很好地評估污染物排放的毒性影響。Van Hoof等[14]量化了兩種洗滌劑排入環(huán)境中的毒性影響，并對其排放清單中的60余種化學(xué)組分進行了核算，得出模型的結(jié)構(gòu)機理能很好模擬并解釋化學(xué)品進入環(huán)境并產(chǎn)生毒性的過程。Roos等[3]率先在紡織服裝領(lǐng)域引入USEtox模型，并對兩種滌棉白色病人服及不同染料的藍色工作服的人體毒性和生態(tài)毒性影響進行量化，結(jié)果顯示未經(jīng)漂白的服裝比漂白的服裝毒性影響更大;化學(xué)助劑的毒性影響遠高于染料。但其研究僅限于毒性影響的計算并未提出紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡的概念，也未對化學(xué)品足跡的核算邊界與核算模型等進行系統(tǒng)化的闡述。

2?紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡

紡織服裝產(chǎn)品種類繁多，全生命周期（始于纖維原材料的獲取，經(jīng)過加工直至最終制成品使用、廢棄和回收）鏈條長，工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜。紡織用化學(xué)品種類繁多，產(chǎn)品生產(chǎn)污染物量大類多，僅依賴于綜合指標和單一指標評價缺陷明顯。針對此類排污性質(zhì)比較復(fù)雜的問題，發(fā)達國家在印染等行業(yè)納入綜合毒性指標[15]。基于USEtox模型的化學(xué)品足跡理論可實現(xiàn)紡織服裝產(chǎn)品全生命周期化學(xué)品使用和排放潛在毒性的可計量、可比較和可評價，全面反映化學(xué)品使用及其污染物排放造成的環(huán)境負荷?；诖丝蓸?gòu)建出一條基于紡織服裝產(chǎn)品全生命周期內(nèi)以化學(xué)品本身為治理載體的監(jiān)管模式，有利于重點污染工序及鏈段的識別，為紡織工業(yè)模塊化化學(xué)品管理提供理論基礎(chǔ)。

2.1?核算邊界

化學(xué)品足跡的核算邊界主要是對時間范圍和空間尺度的界定[16]。對于紡織服裝產(chǎn)品來說，時間范圍包括生命周期的某個階段（原材料、生產(chǎn)、服裝、使用等）或某些階段內(nèi)化學(xué)品的排放量[17]?；瘜W(xué)品足跡核算與評價過程中，在界定時間范圍內(nèi)的投入和產(chǎn)出屬于空間邊界的范疇[5]。核算和評價的邊界不一致，會直接影響結(jié)果的可比性[18]。對于紡織服裝產(chǎn)品而言，“紡織化學(xué)品”是指直接參與紡織服裝產(chǎn)品生命周期任何部分的化學(xué)品。能源生產(chǎn)和燃料使用中排放的化學(xué)物質(zhì)（如二氧化碳和微粒等），不認為是紡織化學(xué)品。紡織服裝產(chǎn)品關(guān)注的化學(xué)品分布在整個供應(yīng)鏈上，從種植階段使用的農(nóng)藥和化肥，到印染過程使用的染料和助劑，再到染整廢水中的難降解產(chǎn)物和產(chǎn)品上殘留的化學(xué)品。在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡具體核算邊界內(nèi)，化學(xué)品以有組織或是無組織的形式向環(huán)境排放。通過對紡織服裝產(chǎn)品整個工業(yè)鏈進行梳理，得到紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡的核算邊界。

2.2?核算方法

環(huán)境影響包括對空氣、水和土壤廢棄物的排放，以及在生命周期不同階段能源、水、物質(zhì)和土地等資源的使用。紡織服裝產(chǎn)品的化學(xué)品環(huán)境負荷核算的主要挑戰(zhàn)在于紡織服裝產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性、紡織化學(xué)品使用和性能的多樣性、全生命周期毒性影響潛力的復(fù)雜性。USEtox模型涵蓋了六類環(huán)境介質(zhì)，模擬了化學(xué)品污染物進入生態(tài)環(huán)境發(fā)生降解、遷移、交換及人體內(nèi)吸收整個過程，適合復(fù)雜多樣的紡織服裝化學(xué)品環(huán)境影響潛力的核算。USEtox模型特征化因子的核算主要依賴于歸宿、暴露和效應(yīng)因子，其核算模型如下[19]：

式中：CF為特征化因子，cases/kgemission（人體毒性）或PAF·m3·day/kgemission（生態(tài)毒性）;FF為歸宿因子，day;XF為暴露因子，day-1;EF為效應(yīng)因子，cases/kg（人體毒性）或PAF·m3/kg（生態(tài)毒性）。

歸宿因子FF代表某種化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的停留時間;效應(yīng)因子EF代表污染物對人體和生態(tài)系統(tǒng)的毒性影響;暴露因子XF代表該化學(xué)物質(zhì)的生物利用度。USEtox模型運用于化學(xué)品足跡毒性評估中，EF的毒性參考點不同，CFChF和CFUSEtox存在如下轉(zhuǎn)換關(guān)系[19]：

紡織服裝化學(xué)品足跡是在現(xiàn)有的污染物排放清單基礎(chǔ)上，增加特征化因子數(shù)據(jù)計算而得。針對人體和生態(tài)系統(tǒng)兩類不同性質(zhì)的受體，模型給出了人體毒性和生態(tài)毒性兩類不同性質(zhì)的特征化因子。紡織服裝化學(xué)品足跡的人體毒性足跡和生態(tài)毒性足跡，核算模型如下[20]：

式中：ChF為紡織服裝化學(xué)品足跡，cases（人體毒性足跡）或PAF·m3·day（生態(tài)毒性足跡）;f為修正因子（取值為290，無量綱）;E為排入環(huán)境介質(zhì)的污染物的質(zhì)量，kg。

在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡的量化中，生態(tài)毒性足跡有兩種不同的計量單位：一種是體積形式，用來表征稀釋污染物到一定濃度之下所需的淡水體積，與其評價邊界內(nèi)的可用淡水體積比較，進行可持續(xù)性的評估。另一種是體積與時間乘積形式，表達了污染物對淡水體積的消耗及對水體環(huán)境時間的占用，即如果已知污染發(fā)生的具體時間段，生態(tài)毒性足跡的體積形式和體積與時間形式，可以互相轉(zhuǎn)化。

2.3?結(jié)果評價

首先，在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡核算中，人體毒性足跡和生態(tài)毒性足跡是兩類不同性質(zhì)的單位，不能進行具體影響的綜合評價。針對該問題主流的是模糊數(shù)學(xué)評價模型，先在核算邊界內(nèi)構(gòu)建多個時間段內(nèi)人體毒性、生態(tài)毒性的交叉列聯(lián)表，從而得出人體毒性足跡和生態(tài)毒性足跡的權(quán)重矩陣（可以采用加權(quán)法）和隸屬度矩陣，然后將權(quán)重矩陣與隸屬度矩陣做乘法，得到模糊數(shù)學(xué)綜合評價集，最后取其中最大者為所對應(yīng)的產(chǎn)品化學(xué)品足跡。

其次，在紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡評價中，應(yīng)該包括兩個層面：產(chǎn)品層面和區(qū)域?qū)用妗．a(chǎn)品層面是從紡織服裝產(chǎn)品全生命周期的角度，依據(jù)投入產(chǎn)出模型，量化不同類或同類不同種紡織服裝產(chǎn)品的化學(xué)品足跡，核算結(jié)果可用來識別優(yōu)先污染產(chǎn)品，進而實行更加環(huán)保的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃或產(chǎn)品配置;紡織服裝產(chǎn)品不同工序鏈段間化學(xué)品足跡核算，可識別優(yōu)先污染工序，指導(dǎo)合理的技術(shù)改革和工藝優(yōu)化的進行。紡織用化學(xué)品的選擇（如染料、助劑等），將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，也會影響化學(xué)品足跡的核算結(jié)果。統(tǒng)一的核算邊界，功能單位和質(zhì)量標準等是紡織服裝產(chǎn)品化學(xué)品足跡可比較的前提。

區(qū)域?qū)用媸菑募徔椃b產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)對區(qū)域環(huán)境影響的角度，生產(chǎn)區(qū)域不同，其排放同質(zhì)同量化學(xué)品污染所產(chǎn)生的環(huán)境影響也不盡相同。USEtox模型參數(shù)設(shè)定中，區(qū)域選擇是影響特征化因子精確度的關(guān)鍵因素。目前USEtox模型中只包括中國東部的毒性特征化因子數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫的擴充和模型的優(yōu)化是今后中國產(chǎn)品化學(xué)品足跡研究的重要內(nèi)容之一。

3?展?望

化學(xué)品足跡綜合考慮了紡織服裝產(chǎn)品毒性影響潛力和時間效應(yīng)，為環(huán)境與健康風(fēng)險評估提供了依據(jù)。紡織服裝產(chǎn)品具有產(chǎn)品種類多、工藝鏈條長的特點，加之化學(xué)品污染物成分復(fù)雜，存在多重復(fù)合作用，化學(xué)品足跡為紡織工業(yè)的化學(xué)品管控提供了新的思路。

1）化學(xué)品環(huán)境負荷的定量化，有利于實現(xiàn)紡織用化學(xué)品管理從“源頭管控”和“末端治理”到“過程風(fēng)險防范”的轉(zhuǎn)變，更符合當(dāng)前化學(xué)品全生命周期管理的需要。

2）基于USEtox模型的紡織服裝化學(xué)品足跡過多地依賴于模型的毒性因子，進行歸宿因子、暴露因子和效應(yīng)因子的不確定性分析及模型的優(yōu)化，有利于紡織服裝產(chǎn)品環(huán)境負荷核算結(jié)果精度的提高。

3）化學(xué)品足跡核算結(jié)果的表征包括生態(tài)毒性與人體毒性，對于針對不同受體的兩種毒性表征方法，進行綜合評價有利于核算結(jié)果的可比性和完整性，可為紡織服裝化學(xué)品排放限值的制定提供依據(jù)。

4）在相同的核算邊界內(nèi)，不同類別與同類別不同紡織服裝產(chǎn)品及工序之間環(huán)境負荷的對比，以及生產(chǎn)全過程合理的模塊化拆分研究，可為優(yōu)先污染產(chǎn)品和優(yōu)先污染工序的識別提供參考，有利于紡織服裝產(chǎn)品環(huán)境負荷的削減。

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