劉 源 范金嶺

（1 中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心 北京 100070）（2 唐山中陶實(shí)業(yè)有限公司 河北 唐山 063021）

前言

1993年，英國(guó)倫敦大學(xué)Allan教授提出了虛擬水（virtual water）的概念。2002年12月12日在荷蘭代爾伏特舉行的虛擬水貿(mào)易國(guó)際專家會(huì)議上，荷蘭水資源專家Hoekstra年提出了水足跡概念，該概念反應(yīng)了人類消費(fèi)對(duì)水資源系統(tǒng)的真實(shí)占用情況。在這之后的數(shù)年時(shí)間里，水足跡概念被延伸、完善，并逐步形成了一套相對(duì)完整的理論工具。近年來，水足跡理論漸漸地走出了學(xué)術(shù)界研究的范疇，其越來越多地被各領(lǐng)域的水效專家、學(xué)者以及其他行業(yè)的專業(yè)人士所關(guān)注，并開始嘗試將其應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的水資源管理工作中。因而人們也漸漸地將應(yīng)對(duì)現(xiàn)在我國(guó)水資源短缺局面，進(jìn)而把提高我國(guó)水資源利用效率的希望放到水足跡理論工具上來。

1 水足跡介紹

1.1 虛擬水

近年來，隨著人們環(huán)境意識(shí)的日益增強(qiáng)，人們?cè)絹碓疥P(guān)注一個(gè)問題，這就是在我們?nèi)粘Ｊ褂玫漠a(chǎn)品背后都有什么是隱藏的。我們知道，任何產(chǎn)品的配件和配料都是經(jīng)過加工而成的，但是，在這個(gè)產(chǎn)品的背后，我們知道它需要消耗和污染了多少水資源嗎？這種問題一直是激勵(lì)我們繼續(xù)研究的動(dòng)力。

根據(jù)1993年Allan教授給出的定義，虛擬水是指生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品所需要的水資源。在此之后，Allan相繼界定了工業(yè)產(chǎn)品中包含的虛擬水是指產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所用的水資源。

1.2 水足跡

水足跡是指任何已知人口（一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)人）在一定時(shí)間內(nèi)消費(fèi)或生產(chǎn)所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源總量。這里所指的產(chǎn)品和服務(wù)包含人們生活所必須的食物、日用品、生活用水及環(huán)境用水。一種產(chǎn)品的水足跡是指用于生產(chǎn)該產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)供應(yīng)鏈中的用水量之和。它是一個(gè)體現(xiàn)消耗的水量、水源類型以及污染量和污染類型的多層面的指標(biāo)。

一個(gè)完整的水足跡分別由綠水足跡、藍(lán)水足跡和灰水足跡組成。

綠水指源于降水、未形成徑流或未補(bǔ)充地下水，儲(chǔ)存在未飽和土壤中，能夠讓植物直接使用的水資源，綠水足跡即被利用的綠水資源量。

藍(lán)水是指河流、湖泊、水庫(kù)、池塘等地表或地下淡水資源量，包括：蒸發(fā)水、產(chǎn)品內(nèi)的水、未回到原流域的水（回到海洋或其他流域）和未在同一時(shí)間段返回的水。藍(lán)水足跡即被利用的藍(lán)水資源量。

灰水指將生產(chǎn)排放之污染稀釋至水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所需水量，也就是指稀釋或凈化受污染水源并使之可符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需付出的水資源代價(jià)。

1.3 水足跡的分類

如果衡量某個(gè)地區(qū)、某個(gè)企業(yè)或某種過程的水足跡，那么其所有的組成部分都應(yīng)有明確的發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)。

按照不同的研究對(duì)象，水足跡可以劃分為：過程水足跡（Process Water Footprint）、產(chǎn)品水足跡（Product Water Footprint）、消費(fèi)水足跡（Consumption Water Footprint）、地域水足跡（Region Water Footprint）和企業(yè)水足跡（Business Water Footprint）等。其中各個(gè)類型的水足跡又包括其各自的綠水足跡、藍(lán)水足跡和灰水足跡。

值得注意的是，水足跡并不包括回流到取水地所在的藍(lán)水，否則會(huì)導(dǎo)致重復(fù)計(jì)算從而影響水足跡的準(zhǔn)確性。另外，一個(gè)完整的水足跡應(yīng)由藍(lán)水、綠水和灰水3部分組成，在評(píng)價(jià)水足跡時(shí)應(yīng)充分考慮各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的直接產(chǎn)生和間接產(chǎn)生的藍(lán)水、綠水和灰水。

2 企業(yè)水足跡

2.1 評(píng)價(jià)企業(yè)水足跡的必要性

工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)的支柱產(chǎn)業(yè)，工業(yè)發(fā)展對(duì)促進(jìn)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有重要的戰(zhàn)略意義。但大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)過程不僅需要消耗大量的水資源，而且還會(huì)排放大量的生產(chǎn)廢水，造成嚴(yán)重的水環(huán)境污染，進(jìn)而加劇國(guó)家或地區(qū)的水資源短缺。

我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，以制造業(yè)為主的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，給我國(guó)的水資源和水環(huán)境帶來了越來越大的壓力。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量在緩慢減少，工業(yè)用水量卻在持續(xù)增加。2000年，全國(guó)總供水量5498億 m3，工業(yè)用水占20.7%，而到了2011年，全國(guó)總供水量達(dá)到了6107.2億m3，而工業(yè)用水占到了23.9%，增長(zhǎng)了3%。與此同時(shí)，我國(guó)工業(yè)廢水的排放量也在不斷地增長(zhǎng)：2000年我國(guó)共計(jì)排放污水415億t，其中工業(yè)污水194.2億t，2011年我國(guó)共計(jì)排放污水659.2億t，其中工業(yè)污水230.9億t。由此可見，我國(guó)工業(yè)消耗的藍(lán)水足跡以及灰水足跡在逐年提高。因此研究評(píng)價(jià)企業(yè)水足跡具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 企業(yè)水足跡定義

企業(yè)水足跡被P.W.Gerbens－Leenes和 A.Y.Hoekstra定義為：被企業(yè)直接或間接使用的支持企業(yè)運(yùn)行的水足跡的總和。

2.3 企業(yè)水足跡的構(gòu)成

一個(gè)完整的企業(yè)水足跡應(yīng)該包括2部分：運(yùn)營(yíng)水足跡（直接用水）和供應(yīng)鏈水足跡（間接用水）。運(yùn)營(yíng)水足跡指企業(yè)經(jīng)營(yíng)時(shí)所消耗和污染的淡水量。供應(yīng)鏈水足跡指該企業(yè)需要投入的產(chǎn)品所消耗和污染的淡水量。

運(yùn)營(yíng)水足跡包括生產(chǎn)相關(guān)水足跡以及保障性水足跡；供應(yīng)鏈水足跡包括生產(chǎn)輸入相關(guān)水足跡、保障性供應(yīng)鏈水足跡。輸入到產(chǎn)品中的水足跡是指與產(chǎn)品生產(chǎn)直接相關(guān)的水足跡，如：產(chǎn)品成分水，生產(chǎn)管理沖洗廢水等；而保障性運(yùn)營(yíng)水足跡是指為維持企業(yè)的正常持續(xù)生產(chǎn)而產(chǎn)生的水足跡，如：飲用、洗衣、沖廁、廠區(qū)清潔等后勤保障性生活用水。值得注意的是，企業(yè)員工正常生活在家庭中所消耗的藍(lán)水和產(chǎn)生的灰水不屬于保障性水足跡，因?yàn)閱T工在不進(jìn)行任何生產(chǎn)活動(dòng)的狀態(tài)下，也是會(huì)消耗藍(lán)水并產(chǎn)生灰水足跡的，因此這部分水足跡不應(yīng)計(jì)入運(yùn)營(yíng)水足跡之中。在運(yùn)營(yíng)水足跡與供應(yīng)鏈水足跡中，每種水足跡又分別對(duì)應(yīng)其各自的綠、藍(lán)、灰水足跡。這些水足跡的整體構(gòu)成了企業(yè)水足跡，如表1所示。

表1 企業(yè)水足跡構(gòu)成

3 企業(yè)水足跡的計(jì)算依據(jù)

3.1 藍(lán)水足跡

3.2 綠水足跡

3.3 灰水足跡

式中：L——污染負(fù)荷，L t／s；

Cmax——污染物水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度，mg／L（取周期內(nèi)監(jiān)測(cè)均值）；

Cnat——受納水體自然本體濃度，mg／L（取當(dāng)?shù)厮|(zhì)要求的最高標(biāo)準(zhǔn)）；

Effl——排污量，體積／時(shí)間；

Abstr——取水量，體積／時(shí)間；

Ceffl——排放污水中某化學(xué)物質(zhì)濃度；Cact——取水點(diǎn)某化學(xué)物質(zhì)實(shí)際濃度。

3.4 企業(yè)水足跡

企業(yè)水足跡（WFbus）為運(yùn)營(yíng)水足跡（WFbus，oper）與供應(yīng)鏈水足跡（WFbus，sup）之和：

運(yùn)營(yíng)水足跡（WFbus，oper）包括輸入到產(chǎn)品中的運(yùn)營(yíng)水足跡 （WFbus，oper，inputs）與保障性的運(yùn)營(yíng)水足跡

供應(yīng)鏈水足跡（WFbus，sup）包括輸入到產(chǎn)品中的供應(yīng)鏈水足跡 （WFbus，sup，inputs）與保障性供應(yīng)鏈水足跡

從本行業(yè)開始，應(yīng)當(dāng)主要說明供應(yīng)鏈上的水足跡，這樣一來，有必要區(qū)分考察目標(biāo)的企業(yè)的水足跡的公式的代碼系列和供應(yīng)鏈上企業(yè)水足跡代碼的差異，以避免讓讀者混淆。

對(duì)于企業(yè)單元的供應(yīng)鏈水足跡（WFbus，sup），如果不同的輸入產(chǎn)品來自于不同的供應(yīng)商j，那么其計(jì)算公式為：

式中：WFbus，oper——企業(yè)運(yùn)營(yíng)水足跡；

WFbus，sup——企業(yè)供應(yīng)鏈水足跡；

WFbus，oper，inputs——企業(yè)運(yùn)營(yíng)所需輸入到產(chǎn)品之中的水足跡；

WFbus，oper，overhead——企業(yè)經(jīng)營(yíng)性水足跡，包括消耗的藍(lán)水和產(chǎn)生的灰水；

WFbus，sup，inputs——供應(yīng)鏈產(chǎn)品輸入水足跡；

WFbus，sup，overhead——供應(yīng)鏈經(jīng)營(yíng)性水足跡，包括消耗的藍(lán)水和產(chǎn)生的灰水；

WFprod（j，i）——來源于供貨商的投入產(chǎn)品的產(chǎn)品水足跡 （體積／單位產(chǎn)品）；

I（j，i））——企業(yè)單元中來源于供貨商的投入產(chǎn)品的量（單位產(chǎn)品／時(shí)間）；

注：在供應(yīng)鏈水足跡極難獲得的情況下，可以考慮根據(jù)供應(yīng)商取水量和最終排放水量的差值進(jìn)行推斷的方式獲取其近似藍(lán)水足跡。

由此，企業(yè)單元輸出產(chǎn)品 的水足跡WFprod（p）（體積／單位產(chǎn)品）的計(jì)算公式為：

式中：P（p）——企業(yè)單元中輸出產(chǎn)品 的量（單位產(chǎn)品／時(shí)間）；

E（p）——輸出產(chǎn)品P的經(jīng)濟(jì)價(jià)值（單位價(jià)格／時(shí)間）；

若企業(yè)只有一種輸出產(chǎn)品，公式可簡(jiǎn)化為：

4 企業(yè)水足跡應(yīng)用于衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的案例分析

4.1 企業(yè)概況

本次進(jìn)行調(diào)研的企業(yè)為唐山中陶實(shí)業(yè)有限公司。該公司成立于1994年，是一家擁有1個(gè)貿(mào)易公司、3家潔具制造公司的集團(tuán)化企業(yè)，主營(yíng)衛(wèi)生潔具、瓷磚的國(guó)內(nèi)外銷售和衛(wèi)生潔具的專業(yè)生產(chǎn)。以該公司旗下的唐山中陶衛(wèi)浴制造有限公司為例，該衛(wèi)浴公司2013年生產(chǎn)坐便器710958件，平均每件坐便器重約18kg。

4.2 組織邊界與產(chǎn)品

本次針對(duì)中陶實(shí)業(yè)有限公司旗下的一家生產(chǎn)公司——唐山中陶衛(wèi)浴制造有限公司進(jìn)行調(diào)研與評(píng)價(jià)研究。該公司主要生產(chǎn)以馬桶為主的衛(wèi)生潔具。該廠由原料車間、成形車間、施釉車間、燒成車間、鍋爐車間、模型車間、品保成檢和倉(cāng)儲(chǔ)車間幾個(gè)部門組成，同時(shí)還包含員工宿舍、生活區(qū)以及污水處理站。

該企業(yè)約90%的產(chǎn)能都用在生產(chǎn)坐便器產(chǎn)品上，因此我們選取坐便器產(chǎn)品的生產(chǎn)過程作為研究對(duì)象。經(jīng)調(diào)研，耗水較大的工序有釉漿、泥漿的制備，注漿成坯，模型車間，倉(cāng)儲(chǔ)車間，鍋爐車間等。

4.3 能源水足跡分析

嚴(yán)格來說，能源涉及的水足跡也包括運(yùn)營(yíng)水足跡以及供應(yīng)鏈水足跡。在供應(yīng)鏈能源數(shù)據(jù)不可得的條件下，我們單邊計(jì)算其運(yùn)營(yíng)水足跡。其運(yùn)營(yíng)水足跡也包括生產(chǎn)相關(guān)的能源數(shù)據(jù)與保障性運(yùn)營(yíng)能源數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以計(jì)算其生產(chǎn)相關(guān)的能源運(yùn)營(yíng)水足跡與保障性的能源運(yùn)營(yíng)水足跡。

企業(yè)使用的能源涉及電力與天然氣。經(jīng)對(duì)天然氣的生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)研，天然氣開采幾乎不消耗水資源，因此其水足跡可忽略不計(jì)。企業(yè)對(duì)其所用的電力按照部門及月份進(jìn)行了準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)。因此獲得其電力的水足跡具備可行性。

4.4 運(yùn)營(yíng)水足跡分析

1）經(jīng)了解，中陶實(shí)業(yè)有限公司的水源來自于直抽地下水的模式，企業(yè)自設(shè)污水處理站，將處理過的廢水輸送到工業(yè)園區(qū)的污水處理廠，廢水水質(zhì)由當(dāng)?shù)丨h(huán)評(píng)部門定期跟蹤監(jiān)測(cè)。

2）由于中陶實(shí)業(yè)有限公司沒有雨水回收再利用系統(tǒng)，因此其生產(chǎn)相關(guān)運(yùn)營(yíng)綠水足跡可以近似認(rèn)為是0。而該廠園林植被面積極小，因此根據(jù)取舍原則，該廠用于植被園林的維持所消耗的保障性運(yùn)營(yíng)綠水足跡可以在水足跡計(jì)算中忽略。因此其運(yùn)營(yíng)綠水足跡可以認(rèn)為是0。

3）該廠對(duì)每個(gè)車間以及其廠區(qū)生活用水部分實(shí)施了統(tǒng)籌水耗計(jì)量，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，我們認(rèn)為對(duì)于每個(gè)工序環(huán)節(jié)的生產(chǎn)性藍(lán)水足跡是具備計(jì)算條件的，此次我們針對(duì)該企業(yè)的總體藍(lán)水足跡進(jìn)行計(jì)算。

4）該廠沒有針對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行相應(yīng)的污水排放計(jì)量與監(jiān)測(cè)，因此幾乎無法對(duì)每個(gè)車間的灰水足跡進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。所以我們只能退而求其次，選擇對(duì)該廠總的灰水足跡進(jìn)行計(jì)算。對(duì)此，我們可以得到該廠取水水質(zhì)、廢水水質(zhì)以及當(dāng)?shù)啬繕?biāo)排放水域水質(zhì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)上述條件對(duì)其運(yùn)營(yíng)性灰水足跡進(jìn)行計(jì)算。由于衛(wèi)生陶瓷企業(yè)排放廢水中主要涉及的化學(xué)物質(zhì)為COD與氨氮，因此在灰水足跡公式（3）中主要針對(duì)COD與氨氮進(jìn)行計(jì)算。

5）根據(jù)取舍原則，運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的水足跡可以忽略不計(jì)。

4.5 供應(yīng)鏈水足跡分析

供應(yīng)鏈水足跡是水足跡評(píng)價(jià)過程中難度最大的部分，這體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)極其缺乏，原材料企業(yè)眾多以及數(shù)據(jù)調(diào)研難度大等方面。尤其是對(duì)于供應(yīng)鏈的上一級(jí)供應(yīng)鏈的數(shù)據(jù)的調(diào)研，在國(guó)內(nèi)大數(shù)據(jù)缺失的條件下，不具備操作性，因此本案例只將調(diào)研進(jìn)行到第一級(jí)供應(yīng)鏈為止。

對(duì)于供應(yīng)鏈水足跡涉及的保障性水足跡，由于調(diào)研難度過大，我們只能暫且將其省略，不得不將計(jì)算整體供應(yīng)鏈水足跡簡(jiǎn)化成計(jì)算“與產(chǎn)品投入相關(guān)的供應(yīng)鏈水足跡”。

經(jīng)調(diào)研，其供應(yīng)鏈涉及的主要生產(chǎn)原材料有：撫寧瓷石、彰武土、沁陽(yáng)土、石膏、球粘土等；包裝材料有：瓦楞紙。

由于供應(yīng)鏈上的“與產(chǎn)品投入相關(guān)的供應(yīng)鏈綠水足跡”在現(xiàn)有的條件下幾乎無法獲得，因此我們只能暫且將其省略。

據(jù)了解，原材料中的撫寧瓷石、彰武土、沁陽(yáng)土不涉及水或生產(chǎn)過程中耗水量極??；石膏與球粘土在生產(chǎn)過程中有一定的水耗，因此其“與產(chǎn)品投入相關(guān)的供應(yīng)鏈藍(lán)水足跡”不能忽略，須加以計(jì)算；根據(jù)調(diào)研，瓦楞紙的原材料為按比例配置的紙漿、草漿，在生產(chǎn)過程中幾乎不需要額外耗費(fèi)任何水分，甚至回收水平高的企業(yè)可以在紙漿進(jìn)烘缸和壓榨過程中，將蒸騰出的水分進(jìn)行收集再利用。因此瓦楞紙?jiān)谏a(chǎn)過程中投入的藍(lán)水足跡可以近似認(rèn)為是0。在歐洲普遍的高水平資源回收率的條件下，其生產(chǎn)過程中投入的藍(lán)水足跡甚至為負(fù)值。對(duì)于瓦楞紙生產(chǎn)所消耗的能源涉及的水足跡、保障性運(yùn)營(yíng)所涉及的水足跡，以及瓦楞紙的原材料紙漿、草漿所涉及其各自的供應(yīng)鏈水足跡（比如樹的生長(zhǎng)消耗的綠水足跡），甚至其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰水足跡，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)無從獲得的條件下，無法對(duì)這些因素進(jìn)行計(jì)算，但是這些因素涉及的水足跡卻是實(shí)實(shí)在在發(fā)生的，這里我們姑且將其作為一個(gè)未知量留在日后條件成熟時(shí)再加以解決。

所以，經(jīng)簡(jiǎn)化我們得出：我們需要計(jì)算的供應(yīng)鏈水足跡是由石膏、球粘土構(gòu)成的“與產(chǎn)品投入相關(guān)的供應(yīng)鏈藍(lán)水足跡”構(gòu)成的。

4.6 評(píng)價(jià)結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算（為保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)信息，特將具體計(jì)算過程省略）可以獲得中陶實(shí)業(yè)有限公司衛(wèi)浴分廠的經(jīng)營(yíng)性水足跡約為226827.38t，供應(yīng)鏈水足跡約為29.64 t。總綠水足跡為0、總藍(lán)水足跡約為116876t、總灰水足跡約為109981t；中陶實(shí)業(yè)有限公司衛(wèi)浴分廠的企業(yè)水足跡總計(jì)約為226857t，平均到每件產(chǎn)品中的產(chǎn)品水足跡為0.391t／件。

4.7 計(jì)算結(jié)果的不確定性

1）在計(jì)算經(jīng)營(yíng)性藍(lán)水足跡時(shí)，企業(yè)無法提供其抽取地下水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因而會(huì)對(duì)計(jì)算出的灰水足跡準(zhǔn)確性有一定影響。

2）在計(jì)算經(jīng)營(yíng)性灰水足跡時(shí)，企業(yè)未針對(duì)廢水處理站排放的廢水進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，無法得到平均水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)值，因而會(huì)對(duì)計(jì)算出的灰水足跡準(zhǔn)確性有一定影響。

3）供應(yīng)鏈水足跡的估算是最大的難點(diǎn)，也是最大的不確定因素。首先企業(yè)的供應(yīng)商對(duì)提供數(shù)據(jù)的工作上配合程度差，積極性不高，同時(shí)普遍缺乏有效的數(shù)據(jù)和記錄，不具備數(shù)據(jù)追溯性。因此本案例沒有考慮供應(yīng)鏈水足跡中“與產(chǎn)品投入相關(guān)的供應(yīng)鏈水足跡”的綠水、灰水足跡以及保障性的供應(yīng)鏈水足跡。因而會(huì)對(duì)最終獲得的供應(yīng)鏈水足跡數(shù)值的準(zhǔn)確性有影響。

4.8 水足跡改進(jìn)建議

1）企業(yè)在經(jīng)營(yíng)性水足跡中的綠水使用量為0，建議企業(yè)可以適當(dāng)調(diào)整取水策略，著眼于對(duì)雨水的儲(chǔ)存和利用，這樣可以有效緩解對(duì)藍(lán)水的消耗。

2）建議企業(yè)對(duì)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的廢水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)量，進(jìn)而可以對(duì)相應(yīng)廢水排量大的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和改進(jìn)，從而減少整體灰水足跡用量。

3）建議企業(yè)選擇使用更先進(jìn)的污水處理設(shè)備與方法，改進(jìn)污水處理技術(shù)，增加污水再生使用率，增進(jìn)廢水的循環(huán)再利用，這樣可以有效地降低藍(lán)水足跡和灰水足跡的比例，進(jìn)而降低整體水足跡的消耗。