刘 源 范金岭

（1 中国质量认证中心 北京 100070）（2 唐山中陶实业有限公司 河北 唐山 063021）

前言

1993年，英国伦敦大学Allan教授提出了虚拟水（virtual water）的概念。2002年12月12日在荷兰代尔伏特举行的虚拟水贸易国际专家会议上，荷兰水资源专家Hoekstra年提出了水足迹概念，该概念反应了人类消费对水资源系统的真实占用情况。在这之后的数年时间里，水足迹概念被延伸、完善，并逐步形成了一套相对完整的理论工具。近年来，水足迹理论渐渐地走出了学术界研究的范畴，其越来越多地被各领域的水效专家、学者以及其他行业的专业人士所关注，并开始尝试将其应用到现实的水资源管理工作中。因而人们也渐渐地将应对现在我国水资源短缺局面，进而把提高我国水资源利用效率的希望放到水足迹理论工具上来。

1 水足迹介绍

1.1 虚拟水

近年来，随着人们环境意识的日益增强，人们越来越关注一个问题，这就是在我们日常使用的产品背后都有什么是隐藏的。我们知道，任何产品的配件和配料都是经过加工而成的，但是，在这个产品的背后，我们知道它需要消耗和污染了多少水资源吗？这种问题一直是激励我们继续研究的动力。

根据1993年Allan教授给出的定义，虚拟水是指生产农产品所需要的水资源。在此之后，Allan相继界定了工业产品中包含的虚拟水是指产品生产过程中所用的水资源。

1.2 水足迹

水足迹是指任何已知人口（一个国家、一个地区或一个人）在一定时间内消费或生产所有产品和服务所需要的水资源总量。这里所指的产品和服务包含人们生活所必须的食物、日用品、生活用水及环境用水。一种产品的水足迹是指用于生产该产品的整个生产供应链中的用水量之和。它是一个体现消耗的水量、水源类型以及污染量和污染类型的多层面的指标。

一个完整的水足迹分别由绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹组成。

绿水指源于降水、未形成径流或未补充地下水，储存在未饱和土壤中，能够让植物直接使用的水资源，绿水足迹即被利用的绿水资源量。

蓝水是指河流、湖泊、水库、池塘等地表或地下淡水资源量，包括：蒸发水、产品内的水、未回到原流域的水（回到海洋或其他流域）和未在同一时间段返回的水。蓝水足迹即被利用的蓝水资源量。

灰水指将生产排放之污染稀释至水质达到标准所需水量，也就是指稀释或净化受污染水源并使之可符合水质标准所需付出的水资源代价。

1.3 水足迹的分类

如果衡量某个地区、某个企业或某种过程的水足迹，那么其所有的组成部分都应有明确的发生时间和地点。

按照不同的研究对象，水足迹可以划分为：过程水足迹（Process Water Footprint）、产品水足迹（Product Water Footprint）、消费水足迹（Consumption Water Footprint）、地域水足迹（Region Water Footprint）和企业水足迹（Business Water Footprint）等。其中各个类型的水足迹又包括其各自的绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹。

值得注意的是，水足迹并不包括回流到取水地所在的蓝水，否则会导致重复计算从而影响水足迹的准确性。另外，一个完整的水足迹应由蓝水、绿水和灰水3部分组成，在评价水足迹时应充分考虑各个环节涉及的直接产生和间接产生的蓝水、绿水和灰水。

2 企业水足迹

2.1 评价企业水足迹的必要性

工业是国民经济和社会物质生产的支柱产业，工业发展对促进国家或地区经济增长具有重要的战略意义。但大规模的工业生产过程不仅需要消耗大量的水资源，而且还会排放大量的生产废水，造成严重的水环境污染，进而加剧国家或地区的水资源短缺。

我国工业经济发展迅速，以制造业为主的工业生产规模不断扩大，给我国的水资源和水环境带来了越来越大的压力。进入21世纪以来，我国农业用水量在缓慢减少，工业用水量却在持续增加。2000年，全国总供水量5498亿 m3，工业用水占20.7%，而到了2011年，全国总供水量达到了6107.2亿m3，而工业用水占到了23.9%，增长了3%。与此同时，我国工业废水的排放量也在不断地增长：2000年我国共计排放污水415亿t，其中工业污水194.2亿t，2011年我国共计排放污水659.2亿t，其中工业污水230.9亿t。由此可见，我国工业消耗的蓝水足迹以及灰水足迹在逐年提高。因此研究评价企业水足迹具有积极的现实意义。

2.2 企业水足迹定义

企业水足迹被P.W.Gerbens－Leenes和 A.Y.Hoekstra定义为：被企业直接或间接使用的支持企业运行的水足迹的总和。

2.3 企业水足迹的构成

一个完整的企业水足迹应该包括2部分：运营水足迹（直接用水）和供应链水足迹（间接用水）。运营水足迹指企业经营时所消耗和污染的淡水量。供应链水足迹指该企业需要投入的产品所消耗和污染的淡水量。

运营水足迹包括生产相关水足迹以及保障性水足迹；供应链水足迹包括生产输入相关水足迹、保障性供应链水足迹。输入到产品中的水足迹是指与产品生产直接相关的水足迹，如：产品成分水，生产管理冲洗废水等；而保障性运营水足迹是指为维持企业的正常持续生产而产生的水足迹，如：饮用、洗衣、冲厕、厂区清洁等后勤保障性生活用水。值得注意的是，企业员工正常生活在家庭中所消耗的蓝水和产生的灰水不属于保障性水足迹，因为员工在不进行任何生产活动的状态下，也是会消耗蓝水并产生灰水足迹的，因此这部分水足迹不应计入运营水足迹之中。在运营水足迹与供应链水足迹中，每种水足迹又分别对应其各自的绿、蓝、灰水足迹。这些水足迹的整体构成了企业水足迹，如表1所示。

表1 企业水足迹构成

3 企业水足迹的计算依据

3.1 蓝水足迹

3.2 绿水足迹

3.3 灰水足迹

式中：L——污染负荷，L t／s；

Cmax——污染物水质标准浓度，mg／L（取周期内监测均值）；

Cnat——受纳水体自然本体浓度，mg／L（取当地水质要求的最高标准）；

Effl——排污量，体积／时间；

Abstr——取水量，体积／时间；

Ceffl——排放污水中某化学物质浓度；Cact——取水点某化学物质实际浓度。

3.4 企业水足迹

企业水足迹（WFbus）为运营水足迹（WFbus，oper）与供应链水足迹（WFbus，sup）之和：

运营水足迹（WFbus，oper）包括输入到产品中的运营水足迹 （WFbus，oper，inputs）与保障性的运营水足迹

供应链水足迹（WFbus，sup）包括输入到产品中的供应链水足迹 （WFbus，sup，inputs）与保障性供应链水足迹

从本行业开始，应当主要说明供应链上的水足迹，这样一来，有必要区分考察目标的企业的水足迹的公式的代码系列和供应链上企业水足迹代码的差异，以避免让读者混淆。

对于企业单元的供应链水足迹（WFbus，sup），如果不同的输入产品来自于不同的供应商j，那么其计算公式为：

式中：WFbus，oper——企业运营水足迹；

WFbus，sup——企业供应链水足迹；

WFbus，oper，inputs——企业运营所需输入到产品之中的水足迹；

WFbus，oper，overhead——企业经营性水足迹，包括消耗的蓝水和产生的灰水；

WFbus，sup，inputs——供应链产品输入水足迹；

WFbus，sup，overhead——供应链经营性水足迹，包括消耗的蓝水和产生的灰水；

WFprod（j，i）——来源于供货商的投入产品的产品水足迹 （体积／单位产品）；

I（j，i））——企业单元中来源于供货商的投入产品的量（单位产品／时间）；

注：在供应链水足迹极难获得的情况下，可以考虑根据供应商取水量和最终排放水量的差值进行推断的方式获取其近似蓝水足迹。

由此，企业单元输出产品 的水足迹WFprod（p）（体积／单位产品）的计算公式为：

式中：P（p）——企业单元中输出产品 的量（单位产品／时间）；

E（p）——输出产品P的经济价值（单位价格／时间）；

若企业只有一种输出产品，公式可简化为：

4 企业水足迹应用于卫生陶瓷行业的案例分析

4.1 企业概况

本次进行调研的企业为唐山中陶实业有限公司。该公司成立于1994年，是一家拥有1个贸易公司、3家洁具制造公司的集团化企业，主营卫生洁具、瓷砖的国内外销售和卫生洁具的专业生产。以该公司旗下的唐山中陶卫浴制造有限公司为例，该卫浴公司2013年生产坐便器710958件，平均每件坐便器重约18kg。

4.2 组织边界与产品

本次针对中陶实业有限公司旗下的一家生产公司——唐山中陶卫浴制造有限公司进行调研与评价研究。该公司主要生产以马桶为主的卫生洁具。该厂由原料车间、成形车间、施釉车间、烧成车间、锅炉车间、模型车间、品保成检和仓储车间几个部门组成，同时还包含员工宿舍、生活区以及污水处理站。

该企业约90%的产能都用在生产坐便器产品上，因此我们选取坐便器产品的生产过程作为研究对象。经调研，耗水较大的工序有釉浆、泥浆的制备，注浆成坯，模型车间，仓储车间，锅炉车间等。

4.3 能源水足迹分析

严格来说，能源涉及的水足迹也包括运营水足迹以及供应链水足迹。在供应链能源数据不可得的条件下，我们单边计算其运营水足迹。其运营水足迹也包括生产相关的能源数据与保障性运营能源数据，进而可以计算其生产相关的能源运营水足迹与保障性的能源运营水足迹。

企业使用的能源涉及电力与天然气。经对天然气的生产工艺进行调研，天然气开采几乎不消耗水资源，因此其水足迹可忽略不计。企业对其所用的电力按照部门及月份进行了准确的统计。因此获得其电力的水足迹具备可行性。

4.4 运营水足迹分析

1）经了解，中陶实业有限公司的水源来自于直抽地下水的模式，企业自设污水处理站，将处理过的废水输送到工业园区的污水处理厂，废水水质由当地环评部门定期跟踪监测。

2）由于中陶实业有限公司没有雨水回收再利用系统，因此其生产相关运营绿水足迹可以近似认为是0。而该厂园林植被面积极小，因此根据取舍原则，该厂用于植被园林的维持所消耗的保障性运营绿水足迹可以在水足迹计算中忽略。因此其运营绿水足迹可以认为是0。

3）该厂对每个车间以及其厂区生活用水部分实施了统筹水耗计量，根据企业的实际情况，我们认为对于每个工序环节的生产性蓝水足迹是具备计算条件的，此次我们针对该企业的总体蓝水足迹进行计算。

4）该厂没有针对每个工序进行相应的污水排放计量与监测，因此几乎无法对每个车间的灰水足迹进行单独计算。所以我们只能退而求其次，选择对该厂总的灰水足迹进行计算。对此，我们可以得到该厂取水水质、废水水质以及当地目标排放水域水质的监测数据，可以根据上述条件对其运营性灰水足迹进行计算。由于卫生陶瓷企业排放废水中主要涉及的化学物质为COD与氨氮，因此在灰水足迹公式（3）中主要针对COD与氨氮进行计算。

5）根据取舍原则，运输过程中产生的水足迹可以忽略不计。

4.5 供应链水足迹分析

供应链水足迹是水足迹评价过程中难度最大的部分，这体现在国内基础数据极其缺乏，原材料企业众多以及数据调研难度大等方面。尤其是对于供应链的上一级供应链的数据的调研，在国内大数据缺失的条件下，不具备操作性，因此本案例只将调研进行到第一级供应链为止。

对于供应链水足迹涉及的保障性水足迹，由于调研难度过大，我们只能暂且将其省略，不得不将计算整体供应链水足迹简化成计算“与产品投入相关的供应链水足迹”。

经调研，其供应链涉及的主要生产原材料有：抚宁瓷石、彰武土、沁阳土、石膏、球粘土等；包装材料有：瓦楞纸。

由于供应链上的“与产品投入相关的供应链绿水足迹”在现有的条件下几乎无法获得，因此我们只能暂且将其省略。

据了解，原材料中的抚宁瓷石、彰武土、沁阳土不涉及水或生产过程中耗水量极小；石膏与球粘土在生产过程中有一定的水耗，因此其“与产品投入相关的供应链蓝水足迹”不能忽略，须加以计算；根据调研，瓦楞纸的原材料为按比例配置的纸浆、草浆，在生产过程中几乎不需要额外耗费任何水分，甚至回收水平高的企业可以在纸浆进烘缸和压榨过程中，将蒸腾出的水分进行收集再利用。因此瓦楞纸在生产过程中投入的蓝水足迹可以近似认为是0。在欧洲普遍的高水平资源回收率的条件下，其生产过程中投入的蓝水足迹甚至为负值。对于瓦楞纸生产所消耗的能源涉及的水足迹、保障性运营所涉及的水足迹，以及瓦楞纸的原材料纸浆、草浆所涉及其各自的供应链水足迹（比如树的生长消耗的绿水足迹），甚至其生产过程中产生的灰水足迹，在现有的基础数据无从获得的条件下，无法对这些因素进行计算，但是这些因素涉及的水足迹却是实实在在发生的，这里我们姑且将其作为一个未知量留在日后条件成熟时再加以解决。

所以，经简化我们得出：我们需要计算的供应链水足迹是由石膏、球粘土构成的“与产品投入相关的供应链蓝水足迹”构成的。

4.6 评价结果

经过计算（为保护企业数据信息，特将具体计算过程省略）可以获得中陶实业有限公司卫浴分厂的经营性水足迹约为226827.38t，供应链水足迹约为29.64 t。总绿水足迹为0、总蓝水足迹约为116876t、总灰水足迹约为109981t；中陶实业有限公司卫浴分厂的企业水足迹总计约为226857t，平均到每件产品中的产品水足迹为0.391t／件。

4.7 计算结果的不确定性

1）在计算经营性蓝水足迹时，企业无法提供其抽取地下水的水质监测数据，因而会对计算出的灰水足迹准确性有一定影响。

2）在计算经营性灰水足迹时，企业未针对废水处理站排放的废水进行持续监测，无法得到平均水质监测数值，因而会对计算出的灰水足迹准确性有一定影响。

3）供应链水足迹的估算是最大的难点，也是最大的不确定因素。首先企业的供应商对提供数据的工作上配合程度差，积极性不高，同时普遍缺乏有效的数据和记录，不具备数据追溯性。因此本案例没有考虑供应链水足迹中“与产品投入相关的供应链水足迹”的绿水、灰水足迹以及保障性的供应链水足迹。因而会对最终获得的供应链水足迹数值的准确性有影响。

4.8 水足迹改进建议

1）企业在经营性水足迹中的绿水使用量为0，建议企业可以适当调整取水策略，着眼于对雨水的储存和利用，这样可以有效缓解对蓝水的消耗。

2）建议企业对生产各环节的废水进行统计计量，进而可以对相应废水排量大的环节进行监控和改进，从而减少整体灰水足迹用量。

3）建议企业选择使用更先进的污水处理设备与方法，改进污水处理技术，增加污水再生使用率，增进废水的循环再利用，这样可以有效地降低蓝水足迹和灰水足迹的比例，进而降低整体水足迹的消耗。