CN109342680A - 基于lca多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，主要包括三部分。第一部分为确定核算与评价边界，即结合纺织服装产品生产投入、产出的特点，列出与水污染相关的排放物质清单。第二部分为绘制水环境负荷LCA多边形，即根据清单的特点确定多维量化方法，然后根据量化结果绘制相应的水环境负荷LCA多边形。第三部分为计算LCA多边形面积，并根据LCA多边形面积值对水环境负荷进行综合评价。本发明能够对水环境负荷评价的多维指标进行归一化，解决因评价指标单位不一致导致不同纺织服装产品生产造成的水环境负荷无法比较的关键问题。
Description
技术领域
本发明属于对水环境的评价领域，涉及了基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法。
背景技术
纺织化学品的大量使用，使纺织服装生产废水水质呈现多元复杂化的趋势，现有的量化废水污染物环境影响的指标有灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹、水体毒性足迹等。灰水足迹基于稀释理论，从废水污染物稀释至最大容忍浓度所需淡水体积的角度来量化水环境负荷。水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹将环境影响进行分类，分别用来量化废水污染物对水体造成富营养化、酸化和生态毒性的潜在环境影响，量化结果分别用PO4 3-当量、SO2当量和污水当量表征。废水污染物环境负荷的量化指标从不同角度对水环境影响进行多维量化，但指标的多维化造成无法整体评价不同纺织服装产品或不同工艺链段的水环境负荷。
发明内容
本发明的目的在于提供基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，对纺织服装生产造成的水环境影响的多维指标进行综合评价，从而能够实现不同纺织服装产品或不同生产工序水环境负荷的相互比较，从而整体评价不同纺织服装产品或不同工艺链段的水环境负荷。解决因评价指标单位不一致导致不同纺织服装产品生产造成的水环境负荷无法比较的关键问题。
为了解决上技术问题，采用如下技术方案：
基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)确定核算与评价边界；
(2)绘制水环境负荷LCA多边形
2.1量化水环境影响
根据纺织服装产品生产废水排放特点，选择n类环境影响类别的量化方法对产品的水环境影响进行量化；
2.2绘制LCA多边形
在n类环境影响的假设系统中，形成一个规则的n多边形，其外切圆的每一个半径都是每个环境影响类别的测量轴，每个轴表达不同的自然值，具有不同的个体特征，按照每个轴上环境影响的实际值形成的多边形，即为LCA多边形；
(3)综合评价水环境负荷
3.1计算LCA多边形面积
用LCA多边形的面积来表示环境影响综合值，各类环境影响在轴的径向系统中的排列顺序会影响多边形的面积值，因此计算所有可能的多边性面积，求出平均值；
3.2分析评价LCA多边形面积。
优选后，所述步骤(1)在确定核算与评价边界中，结合纺织服装生产投入、产出的特点，根据研究目的选择产品全生命周期过程或部分生命周期过程，列出与水污染相关的排放物质清单。确定核算与评价边界，缩小范围，提高效率。
优选后，所述步骤(2)中环境影响类别包括有灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹。
优选后，灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹的量化方法如式1～式4：
式中，WFgrey表示灰水足迹(m3)，Li为污染物i的量(mg)，Cmax,i为污染物i的水质标准浓度(mg/L)，Cnat,i为受纳水体中污染物i的自然本底浓度(mg/L)；WFN、WFA和WFAET分别表示水体富营养化足迹(kg PO4 3-eq)、水酸化足迹(kgSO2eq)和水体生态毒性足迹(m3H2O eq)；NPi为污染物i的营养化潜力系数(kg/kg)，APi为污染物i的酸化潜力系数(kg/kg)，AETPi为污染物i的水体生态毒性潜力系数(m3/mg)，Mi为污染物i的排放质量(kg)。
优选后，所述步骤(2)中个体特征为尺度与单位。
优选后，所述步骤(3)中LCA多边形的平均面积计算方法为：以Ri和Ri+1为侧边的三角形的数量为个，LCA多边形的平均面积计算方法如式5：
优选后，所述步骤(3)在分析评价LCA多边形面积中，根据LCA多边形面积值比较评价不同产品或不同生产阶段的多维水环境负荷大小，确定水环境负荷相对较高的产品或工序并分析原因。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明是基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，对纺织服装生产造成的水环境影响的多维指标进行综合评价，从而能够实现不同纺织服装产品或不同生产工序水环境负荷的相互比较，从而整体评价不同纺织服装产品或不同工艺链段的水环境负荷。
将LCA多边形方法应用于纺织服装产品水环境负荷的评价，可以将多维水环境影响指标置于一维平面中进行综合评价，解决因量化指标不一致而无法比较不同纺织服装产品或不同生产阶段造成的综合水环境影响的问题。
LCA多边形可根据水环境影响指标的项数进行针对性调整，形成对应的多边形，能够综合评价不同数量、不同类型的水环境影响指标。
本发明通过LCA多边形的面积，直观的反映出不同产品、不同生产阶段的水环境负荷。
通过LCA多边形面积的分析评价，能够反映出各个水环境影响指标的影响因子以及各个因子的含量，在原因分析的基础上，能够针对性地改善工艺，减小造成的水环境影响。同时，对已造成的水环境影响进行针对性的治理，减小水环境的污染。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为粘胶纤维织物染整水环境负荷核算边界；
图2为粘胶纤维织物染整工艺水环境影响量化结果；
图3为退煮工序的水环境负荷LCA多边形；
图4为漂白工序的水环境负荷LCA多边形；
图5为染色工序的水环境负荷LCA多边形；
图6为整理工序的水环境负荷LCA多边形。
具体实施方式
如图1至图6所示，基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，主要包括三部分。第一部分为确定核算与评价边界；第二部分为绘制水环境影响LCA多边形；第三部分为综合评价水环境负荷。具体步骤为：
1、确定核算与评价边界
结合纺织服装产品生产投入产出的特点，根据研究目的选择产品全生命周期过程或部分生命周期过程，列出与水污染相关的排放物质清单。
2、绘制水环境负荷LCA多边形
2.1量化水环境影响
根据纺织服装产品废水排放特点，选择灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹四个量化指标对产品的水环境影响进行量化。量化方法如式1～式4：
式中，WFgrey表示灰水足迹(m3)，Li为污染物i的量(mg)，Cmax,i为污染物i的水质标准浓度(mg/L)，Cnat,i为受纳水体中污染物i的自然本底浓度(mg/L)；WFN、WFA和WFAET分别表示水体富营养化足迹(kg PO4 3-eq)、水酸化足迹(kg SO2eq)和水体生态毒性足迹(m3H2O eq)；NPi为污染物i的营养化潜力系数(kg/kg)，APi为污染物i的酸化潜力系数(kg/kg)，AETPi为污染物i的水体生态毒性潜力系数(m3/mg)，Mi为污染物i的排放质量(kg)。
2.2绘制LCA多边形
在四类环境影响的假设系统中，形成一个规则的四边形，其外切圆的每一个半径都是每个环境影响类别的测量轴，每个轴表达不同的自然值，具有不同的个体特征(尺度和单位)。按照每个轴上环境影响的实际值形成的多边形，即为LCA多边形。
3、综合评价水环境负荷
3.1计算LCA多边形面积
用LCA多边形的面积来表示环境影响综合值。各类环境影响在轴的径向系统中的排列顺序会影响多边形的面积值，因此计算所有可能的多边性面积，求出平均值，使结果更具客观性。以Ri和Ri+1为侧边的三角形的数量为个，LCA多边形的平均面积计算方法如式5。
3.2分析评价LCA多边形面积
根据LCA多边形面积值比较评价不同产品或不同生产阶段的水环境负荷，确定水环境负荷相对较高的产品或工序并分析原因。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：
对某印染企业进行水环境负荷评价研究，将染整工序链段分为三个单元模块：前处理、染色和后整理。根据纺织服装工业生产投入、产出的特点设定核算边界，收集数据，对三个单元模块的水碱性化环境影响负荷进行量化。
该公司的主要生产情况：产品以粘胶纤维染色面料为主，主要原料为粘胶纤维坯布，辅料为活性染料和助剂等，产量为8×107米/年。生产工艺主要是前处理、染色和后整理三道工序。前处理工艺为退煮合一―漂白的二步法前处理工艺，染色工艺为活性染料一浴两步法工艺。
步骤一
结合粘胶纤维织物染整工艺投入、产出的特点，确定核算与评价边界，如图1所示。根据核算与评价边界，选取染整工序链段废水及污染物排放数据，如表1所示。
步骤二
2.1量化水环境影响
根据粘胶纤维织物染整工艺废水排放特点，选择灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹四个量化指标对染整工艺的水环境影响进行量化。量化方法如式1～式4。量化结果如图2所示。
2.2绘制LCA多边形
根据量化结果绘制染整工艺四个工序的水环境影响LCA多边形，如图3～图6所示。
步骤三
3.1计算LCA多边形面积
由式5分别计算四个工序的LCA多边形面积。退煮、漂白、染色和整理工序的LCA多边形面积值依次为96.7137、1.8334、214.2929和0.5202。
3.2分析评价LCA多边形面积
由水环境影响LCA多边形面积值可知，粘胶纤维织物染整工艺各环节的水环境负荷大小表现为：染色＞退煮＞漂白＞整理。染色工序涉及灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹四个指标，其中水体生态毒性足迹是其余三个工序水环境负荷未涉及的指标，也是造成染色工序水环境负荷最大的主要原因，染色工序的水体生态毒性足迹为34.65m3H2O eq/km，主要由硫化物和铬造成，来源于染料及助剂的投入；染色工序的水酸化足迹最大，为0.4950kg SO2eq/km，主要由氯化氢造成。退煮工序的水环境负荷次之，退煮工序的灰水足迹和水富营养化足迹最大，分别为187.5m3/km和1.0298kg PO4 3-eq/km，水体富营养化足迹主要由COD和BOD5造成，COD主要来源于PVA化学浆料，BOD5主要来源于淀粉酶、胶、蜡等有机物。退煮工序的灰水足迹约为染色工序的10倍，但退煮工序无水体生态毒性足迹，因此退煮工序的水环境影响LCA多边形面积值约为染色工序的45％。漂白和染整工序的水环境负荷主要由COD、BOD5和氨氮等废水污染物造成，仅涉及灰水足迹和水体富营养化足迹两个指标，因此计算的水环境影响LCA多边形面积值相对较小。
通过实例计算，可以看出，基于LCA多边形的水环境负荷综合评价方法，可以整体比较粘胶纤维织物染整工艺各个工序的综合水环境影响，确定水环境负荷相对较高的工序并分析原因，以便针对性地改善工艺，减小造成的水环境影响。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)确定核算与评价边界；
(2)绘制水环境负荷LCA多边形
2.1量化水环境影响
根据纺织服装产品生产废水排放特点，选择n类环境影响类别的量化方法对产品的水环境影响进行量化；
2.2绘制LCA多边形
在n类环境影响的假设系统中，形成一个规则的n多边形，其外切圆的每一个半径都是每个环境影响类别的测量轴，每个轴表达不同的自然值，具有不同的个体特征，按照每个轴上环境影响的实际值形成的多边形，即为LCA多边形；
(3)综合评价水环境负荷
3.1计算LCA多边形面积
用LCA多边形的面积来表示环境影响综合值，各类环境影响在轴的径向系统中的排列顺序会影响多边形的面积值，因此计算所有可能的多边性面积，求出平均值；
3.2分析评价LCA多边形面积。
2.根据权利要求1所述的基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法其特征在于：所述步骤(1)在确定核算与评价边界中，结合纺织服装生产投入、产出的特点，根据研究目的选择产品全生命周期过程或部分生命周期过程，列出与水污染相关的排放物质清单。
3.根据权利要求1所述的基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法其特征在于：所述步骤(2)中环境影响类别包括有灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹。
4.根据权利要求3所述的基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法其特征在于：灰水足迹、水体富营养化足迹、水酸化足迹和水体生态毒性足迹的量化方法如式1～式4：
式中，WFgrey表示灰水足迹(m3)，Li为污染物i的量(mg)，Cmax,i为污染物i的水质标准浓度(mg/L)，Cnat,i为受纳水体中污染物i的自然本底浓度(mg/L)；WFN、WFA和WFAET分别表示水体富营养化足迹(kg PO4 3-eq)、水酸化足迹(kg SO2eq)和水体生态毒性足迹(m3H2O eq)；NPi为污染物i的营养化潜力系数(kg/kg)，APi为污染物i的酸化潜力系数(kg/kg)，AETPi为污染物i的水体生态毒性潜力系数(m3/mg)，Mi为污染物i的排放质量(kg)。
5.根据权利要求1所述的基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法其特征在于：所述步骤(2)中个体特征为尺度与单位。
6.根据权利要求1所述的基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法其特征在于：所述步骤(3)中LCA多边形的平均面积计算方法为：以Ri和Ri+1为侧边的三角形的数量为个，LCA多边形的平均面积计算方法如式5：
7.根据权利要求1所述的基于LCA多边形的纺织服装产品水环境负荷综合评价方法，其特征在于：所述步骤(3)在分析评价LCA多边形面积中，根据LCA多边形面积值比较评价不同产品或不同生产阶段的多维水环境负荷大小，确定水环境负荷相对较高的产品或工序并分析原因。
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