双碳目标为导向的“印染废水处理”教学改革

徐 进,袁久刚,许 波,王 平

(江南大学 纺织科学与工程学院,江苏 无锡 214122)

随着全球气候变化日益严重,各国提出了碳排放减少和碳中和的目标[1]。印染行业是一个资源密集型、高能耗、高污染行业,长期面临环境污染、资源消耗等问题,因此,需要加强技术创新和产学研合作,培养具有环保意识和技术能力的印染人才。在此背景下,印染废水处理课程的教学改革显得非常重要[2]。

双碳目标为导向的印染废水处理课程教学改革主要从3个方面展开:(1)更新教学内容:教学内容应反映行业最新的绿色染整技术、废水处理技术和政策法规等。(2)引入案例分析和问题导向教学法:通过分析成功的绿色印染企业案例,激发学生兴趣,培养他们解决实际问题的能力。(3)强化环保意识培养:在教学过程中,应强调环保理念,引导学生关注环境问题,树立绿色发展的价值观。

期待通过这些改革措施,培养出一批高素质、有绿色发展观念和实际操作能力的印染人才。正因如此,印染废水处理课程教学改革需要创新教学内容,培养更多具备环保意识和解决实际问题能力的印染人才,以促进印染行业的绿色、可持续发展,为全球气候变化治理和可持续发展做出贡献[3]。

1 重组教学内容

传统染整工序包括前处理、染色、印花和后整理等,消耗大量能源和水,产生大量废水。废水中的浆料、染料、表面活性剂等,如处理不当,会破坏生态环境。为实现双碳目标,基于印染废水处理原理,整合授课内容,将双碳目标、印染行业现状与挑战、节能减排技术、绿色印染技术、循环经济与废水资源化、数字化与智能化技术、政策法规与企业责任等案例融入课程(图1)。规划将全部授课内容分为3大块:基础理论讲解、双碳目标的印染污水处理案例教学和双碳目标的课堂讨论。

图1 融入相关内容到印染废水处理课程

在课时分配上,按照理论授课12学时、案例授课12学时、任务驱动的课堂讨论8学时进行分配。(1)理论部分中,水资源概况以及水污染基础知识占2学时,物理、化学和生物法污水处理基础知识占6学时,污泥处理与综合利用基础知识占4学时;(2)双碳目标的印染废水综合处理案例占12学时;(3)任务驱动的课堂讨论中,印染行业水耗能耗现状占2学时,印染行业水足迹占2学时,印染行业碳足迹占2学时,印染行业化学品足迹占2学时。

2 双碳目标的印染污水处理案例库建设

通过案例分析(表1),学生能了解双碳目标对印染行业的推动效应。企业开始关注环保,采用节能、绿色印染技术和循环经济,努力达成低碳、可持续发展。同时,数字化、智能化技术的应用,加上政策法规引导和企业责任,为实现双碳目标提供支持。

表1 印染污水处理中双碳案例

经课程学习后,学生理解印染行业实现双碳目标需创新、增加研发投入、推广绿色技术、提升资源利用、减碳排放。政府、企业和社会需共建良好政策和市场环境,推动印染行业实现绿色、可持续发展。

3 以任务驱动全面提升学生综合能力

经验显示,仅设课程讲授环节难达工程认证要求——提升学生分析与解决问题能力。因讲授过程中,学生主要依赖教师讲解记忆,思考内容较少,教学过程为机械输出与接收,缺乏主动学习情境,教学效果一般[10]。因此,提出任务驱动方式,将部分理论讲授内容转为讨论课堂,训练学生自主学习。在原教学基础上,内容将重新规划,设置4大任务驱动。

3.1 印染行业水耗能耗现状及低碳措施

近年印染行业水耗能耗受关注。虽行业水耗、能耗已降低,但仍面临高能耗、严重排放等挑战。通过对比传统印染技术与绿色染整技术的碳排放,引导学生理解绿色染整技术减碳优势。通过任务驱动,引导学生了解绿色染整技术:(1)降低水耗,通过提高染色率、优化工艺、废水循环利用;(2)降低能耗,通过工艺改进、废热回收、使用节能设备,提高能源效率;(3)减少碳排放,通过减少化学品使用,采用生物处理降低污染物排放。

在讨论过程中让学生预测绿色染整技术的发展趋势,引导学生理解到以下几点:(1)技术创新将不断推动绿色染整技术的进步,实现更高效、低碳的生产方式;(2)数字化与智能化技术的应用将提高能源利用效率,降低碳排放;(3)政策法规将不断完善,推动企业实施绿色染整技术。

为实现双碳目标,让学生从讨论中理解印染行业应采取的措施:(1)推广绿色染整技术,逐步淘汰高耗能、高污染的传统工艺;(2)加强政策引导,鼓励企业采用节能减排设备、技术和管理措施;(3)强化产学研合作,促进绿色染整技术的创新与发展;(4)培养环保意识,提高企业和员工对双碳目标的认识和责任感。

3.2 印染行业水足迹[11]

主要锻炼学生结合具体染整工艺,按照2014年8月ISO 颁布的ISO14046:2014《Envir on mental management—Water f ootpring—Principles,requirements and guidelines》方法,计算整个染整工艺路线中水足迹,理解并分析哪些工艺改进对水足迹具有影响并最终降低碳排放。以棉织物染整的主要工艺路线为例,研究工艺可以改进降低水耗的潜在地方:(1)预处理。预处理过程中,煮练和漂白是主要的水耗环节。煮练需要大量水来清洗棉织物,漂白则需要水来稀释漂白剂。改进这些环节的方法包括使用低温煮练、低浓度漂白剂,或采用连续式处理工艺,以减少用水量。(2)染色。染色过程中,水主要用于溶解染料和清洗染色后的棉织物。为降低水足迹,可以采用高染色率染料,提高染料浓度,减少清洗次数,或采用低水比染色技术。(3)印花。印花过程中,水主要用于调配印花浆料和清洗印花设备。通过采用水性印花浆料、减少浆料调配过程中的水耗,以及优化清洗设备工艺,可以降低印花环节的水足迹。(4)后处理。后处理过程中,整理和软化等环节需要大量水。为降低这些环节的水足迹,可以采用低浓度整理剂,优化整理工艺,或采用连续式处理工艺。

3.3 印染行业碳足迹[12]

主要锻炼学生结合具体染整工艺,基于生命周期理论来核算印染生产活动所产生的温室气体的量,分析印染行业如何在承诺期限内完成碳中和目标。例如,引导学生以涤纶梭织物分析碳足迹和如何在生产中降碳:(1)原料生产。涤纶的生产过程中主要消耗石油资源,伴随着较高的碳排放。优化涤纶生产工艺,提高原料利用率,或采用生物基涤纶等替代品,均可降低原料生产环节的碳足迹。(2)预处理。涤纶梭织物的预处理过程中,脱蜡、煮练和漂白等环节会消耗大量能源。采用低温脱蜡、低浓度漂白剂等技术,可以降低预处理环节的能耗及碳排放。(3)染色。涤纶染色过程中,高温高压染色和分散染料的使用导致较高的能耗。通过采用低温染色工艺、高染色率染料及节能型染色设备,可降低染色环节的碳足迹。(4)后处理。涤纶梭织物的后处理环节(如整理、软化等),能耗主要来自于加热、干燥等过程。通过优化工艺、设备更新升级和废热回收,可以降低后处理环节的碳排放。(5)运输与销售。在涤纶梭织物的生命周期中,运输和销售环节同样会产生一定碳排放。通过优化物流体系、减少中转环节,以及提高运输工具的能效,可以降低这部分碳足迹。(6)废弃物处理。涤纶梭织物在废弃时,如果不进行妥善处理,可能导致温室气体的排放。加强废弃物分类回收、循环利用和合理处理,有助于降低废弃物处理环节的碳排放。

3.4 印染行业化学品足迹[13]

锻炼学生结合具体染整工艺,充分理解化学品足迹。任务驱动学生结合具体染整工艺的化学品足迹分析:(1)基于毒性压力——评价化学品污染物对生态系统和人体健康的影响。这需要学生了解各类化学品的毒性特性,如生物降解性、生物累积性和生态毒性等。在染整工艺中,染料、助剂、漂白剂等化学品可能对环境和人体造成不同程度的危害。为降低毒性压力,可以采用低毒性、生物可降解的替代品,或优化工艺以减少化学品的使用量。(2)基于环境空间占用——核算将化学品污染物稀释到对环境无危害浓度所需的资源。这需要学生了解污染物在水体、土壤和大气中的迁移、转化和稀释过程。通过改进废水、废气和废渣处理技术,降低化学品污染物的环境负荷,从而减少对环境空间的占用。(3)以质量为表达形式核算污染物的质量对人类和生态系统造成的压力。这要求学生掌握染整工艺中化学品的使用量、排放量以及废弃物处理方法。针对这些污染物,可以采用清洁生产技术、循环经济策略和废弃物资源化处理措施,以降低对人类和生态系统的压力。

4 结束语

双碳目标为导向的印染废水处理课程教学改革意义重大。通过对课程内容的调整与优化,结合绿色印染技术、节能减排技术、循环经济与废水资源化、数字化与智能化技术以及政策法规与企业责任等,培养学生的实际应用能力、创新能力和环保意识。改革将促使学生更好地理解印染行业在应对气候变化和环境问题中的责任与挑战,从而为实现印染行业的绿色、可持续发展贡献力量。