雙碳目標為導向的“印染廢水處理”教學改革

徐 進,袁久剛,許 波,王 平

(江南大學 紡織科學與工程學院,江蘇 無錫 214122)

隨著全球氣候變化日益嚴重,各國提出了碳排放減少和碳中和的目標[1]。印染行業是一個資源密集型、高能耗、高污染行業,長期面臨環境污染、資源消耗等問題,因此,需要加強技術創新和產學研合作,培養具有環保意識和技術能力的印染人才。在此背景下,印染廢水處理課程的教學改革顯得非常重要[2]。

雙碳目標為導向的印染廢水處理課程教學改革主要從3個方面展開:(1)更新教學內容:教學內容應反映行業最新的綠色染整技術、廢水處理技術和政策法規等。(2)引入案例分析和問題導向教學法:通過分析成功的綠色印染企業案例,激發學生興趣,培養他們解決實際問題的能力。(3)強化環保意識培養:在教學過程中,應強調環保理念,引導學生關注環境問題,樹立綠色發展的價值觀。

期待通過這些改革措施,培養出一批高素質、有綠色發展觀念和實際操作能力的印染人才。正因如此,印染廢水處理課程教學改革需要創新教學內容,培養更多具備環保意識和解決實際問題能力的印染人才,以促進印染行業的綠色、可持續發展,為全球氣候變化治理和可持續發展做出貢獻[3]。

1 重組教學內容

傳統染整工序包括前處理、染色、印花和后整理等,消耗大量能源和水,產生大量廢水。廢水中的漿料、染料、表面活性劑等,如處理不當,會破壞生態環境。為實現雙碳目標,基于印染廢水處理原理,整合授課內容,將雙碳目標、印染行業現狀與挑戰、節能減排技術、綠色印染技術、循環經濟與廢水資源化、數字化與智能化技術、政策法規與企業責任等案例融入課程(圖1)。規劃將全部授課內容分為3大塊:基礎理論講解、雙碳目標的印染污水處理案例教學和雙碳目標的課堂討論。

圖1 融入相關內容到印染廢水處理課程

在課時分配上,按照理論授課12學時、案例授課12學時、任務驅動的課堂討論8學時進行分配。(1)理論部分中,水資源概況以及水污染基礎知識占2學時,物理、化學和生物法污水處理基礎知識占6學時,污泥處理與綜合利用基礎知識占4學時;(2)雙碳目標的印染廢水綜合處理案例占12學時;(3)任務驅動的課堂討論中,印染行業水耗能耗現狀占2學時,印染行業水足跡占2學時,印染行業碳足跡占2學時,印染行業化學品足跡占2學時。

2 雙碳目標的印染污水處理案例庫建設

通過案例分析(表1),學生能了解雙碳目標對印染行業的推動效應。企業開始關注環保,采用節能、綠色印染技術和循環經濟,努力達成低碳、可持續發展。同時,數字化、智能化技術的應用,加上政策法規引導和企業責任,為實現雙碳目標提供支持。

表1 印染污水處理中雙碳案例

經課程學習后,學生理解印染行業實現雙碳目標需創新、增加研發投入、推廣綠色技術、提升資源利用、減碳排放。政府、企業和社會需共建良好政策和市場環境,推動印染行業實現綠色、可持續發展。

3 以任務驅動全面提升學生綜合能力

經驗顯示,僅設課程講授環節難達工程認證要求——提升學生分析與解決問題能力。因講授過程中,學生主要依賴教師講解記憶,思考內容較少,教學過程為機械輸出與接收,缺乏主動學習情境,教學效果一般[10]。因此,提出任務驅動方式,將部分理論講授內容轉為討論課堂,訓練學生自主學習。在原教學基礎上,內容將重新規劃,設置4大任務驅動。

3.1 印染行業水耗能耗現狀及低碳措施

近年印染行業水耗能耗受關注。雖行業水耗、能耗已降低,但仍面臨高能耗、嚴重排放等挑戰。通過對比傳統印染技術與綠色染整技術的碳排放,引導學生理解綠色染整技術減碳優勢。通過任務驅動,引導學生了解綠色染整技術:(1)降低水耗,通過提高染色率、優化工藝、廢水循環利用;(2)降低能耗,通過工藝改進、廢熱回收、使用節能設備,提高能源效率;(3)減少碳排放,通過減少化學品使用,采用生物處理降低污染物排放。

在討論過程中讓學生預測綠色染整技術的發展趨勢,引導學生理解到以下幾點:(1)技術創新將不斷推動綠色染整技術的進步,實現更高效、低碳的生產方式;(2)數字化與智能化技術的應用將提高能源利用效率,降低碳排放;(3)政策法規將不斷完善,推動企業實施綠色染整技術。

為實現雙碳目標,讓學生從討論中理解印染行業應采取的措施:(1)推廣綠色染整技術,逐步淘汰高耗能、高污染的傳統工藝;(2)加強政策引導,鼓勵企業采用節能減排設備、技術和管理措施;(3)強化產學研合作,促進綠色染整技術的創新與發展;(4)培養環保意識,提高企業和員工對雙碳目標的認識和責任感。

3.2 印染行業水足跡[11]

主要鍛煉學生結合具體染整工藝,按照2014年8月ISO 頒布的ISO14046:2014《Envir on mental management—Water f ootpring—Principles,requirements and guidelines》方法,計算整個染整工藝路線中水足跡,理解并分析哪些工藝改進對水足跡具有影響并最終降低碳排放。以棉織物染整的主要工藝路線為例,研究工藝可以改進降低水耗的潛在地方:(1)預處理。預處理過程中,煮練和漂白是主要的水耗環節。煮練需要大量水來清洗棉織物,漂白則需要水來稀釋漂白劑。改進這些環節的方法包括使用低溫煮練、低濃度漂白劑,或采用連續式處理工藝,以減少用水量。(2)染色。染色過程中,水主要用于溶解染料和清洗染色后的棉織物。為降低水足跡,可以采用高染色率染料,提高染料濃度,減少清洗次數,或采用低水比染色技術。(3)印花。印花過程中,水主要用于調配印花漿料和清洗印花設備。通過采用水性印花漿料、減少漿料調配過程中的水耗,以及優化清洗設備工藝,可以降低印花環節的水足跡。(4)后處理。后處理過程中,整理和軟化等環節需要大量水。為降低這些環節的水足跡,可以采用低濃度整理劑,優化整理工藝,或采用連續式處理工藝。

3.3 印染行業碳足跡[12]

主要鍛煉學生結合具體染整工藝,基于生命周期理論來核算印染生產活動所產生的溫室氣體的量,分析印染行業如何在承諾期限內完成碳中和目標。例如,引導學生以滌綸梭織物分析碳足跡和如何在生產中降碳:(1)原料生產。滌綸的生產過程中主要消耗石油資源,伴隨著較高的碳排放。優化滌綸生產工藝,提高原料利用率,或采用生物基滌綸等替代品,均可降低原料生產環節的碳足跡。(2)預處理。滌綸梭織物的預處理過程中,脫蠟、煮練和漂白等環節會消耗大量能源。采用低溫脫蠟、低濃度漂白劑等技術,可以降低預處理環節的能耗及碳排放。(3)染色。滌綸染色過程中,高溫高壓染色和分散染料的使用導致較高的能耗。通過采用低溫染色工藝、高染色率染料及節能型染色設備,可降低染色環節的碳足跡。(4)后處理。滌綸梭織物的后處理環節(如整理、軟化等),能耗主要來自于加熱、干燥等過程。通過優化工藝、設備更新升級和廢熱回收,可以降低后處理環節的碳排放。(5)運輸與銷售。在滌綸梭織物的生命周期中,運輸和銷售環節同樣會產生一定碳排放。通過優化物流體系、減少中轉環節,以及提高運輸工具的能效,可以降低這部分碳足跡。(6)廢棄物處理。滌綸梭織物在廢棄時,如果不進行妥善處理,可能導致溫室氣體的排放。加強廢棄物分類回收、循環利用和合理處理,有助于降低廢棄物處理環節的碳排放。

3.4 印染行業化學品足跡[13]

鍛煉學生結合具體染整工藝,充分理解化學品足跡。任務驅動學生結合具體染整工藝的化學品足跡分析:(1)基于毒性壓力——評價化學品污染物對生態系統和人體健康的影響。這需要學生了解各類化學品的毒性特性,如生物降解性、生物累積性和生態毒性等。在染整工藝中,染料、助劑、漂白劑等化學品可能對環境和人體造成不同程度的危害。為降低毒性壓力,可以采用低毒性、生物可降解的替代品,或優化工藝以減少化學品的使用量。(2)基于環境空間占用——核算將化學品污染物稀釋到對環境無危害濃度所需的資源。這需要學生了解污染物在水體、土壤和大氣中的遷移、轉化和稀釋過程。通過改進廢水、廢氣和廢渣處理技術,降低化學品污染物的環境負荷,從而減少對環境空間的占用。(3)以質量為表達形式核算污染物的質量對人類和生態系統造成的壓力。這要求學生掌握染整工藝中化學品的使用量、排放量以及廢棄物處理方法。針對這些污染物,可以采用清潔生產技術、循環經濟策略和廢棄物資源化處理措施,以降低對人類和生態系統的壓力。

4 結束語

雙碳目標為導向的印染廢水處理課程教學改革意義重大。通過對課程內容的調整與優化,結合綠色印染技術、節能減排技術、循環經濟與廢水資源化、數字化與智能化技術以及政策法規與企業責任等,培養學生的實際應用能力、創新能力和環保意識。改革將促使學生更好地理解印染行業在應對氣候變化和環境問題中的責任與挑戰,從而為實現印染行業的綠色、可持續發展貢獻力量。