雙碳目標(biāo)為導(dǎo)向的“印染廢水處理”教學(xué)改革

徐 進(jìn),袁久剛,許 波,王 平

(江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 無錫 214122)

隨著全球氣候變化日益嚴(yán)重,各國提出了碳排放減少和碳中和的目標(biāo)[1]。印染行業(yè)是一個資源密集型、高能耗、高污染行業(yè),長期面臨環(huán)境污染、資源消耗等問題,因此,需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研合作,培養(yǎng)具有環(huán)保意識和技術(shù)能力的印染人才。在此背景下,印染廢水處理課程的教學(xué)改革顯得非常重要[2]。

雙碳目標(biāo)為導(dǎo)向的印染廢水處理課程教學(xué)改革主要從3個方面展開:(1)更新教學(xué)內(nèi)容:教學(xué)內(nèi)容應(yīng)反映行業(yè)最新的綠色染整技術(shù)、廢水處理技術(shù)和政策法規(guī)等。(2)引入案例分析和問題導(dǎo)向教學(xué)法:通過分析成功的綠色印染企業(yè)案例,激發(fā)學(xué)生興趣,培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力。(3)強(qiáng)化環(huán)保意識培養(yǎng):在教學(xué)過程中,應(yīng)強(qiáng)調(diào)環(huán)保理念,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注環(huán)境問題,樹立綠色發(fā)展的價值觀。

期待通過這些改革措施,培養(yǎng)出一批高素質(zhì)、有綠色發(fā)展觀念和實(shí)際操作能力的印染人才。正因如此,印染廢水處理課程教學(xué)改革需要創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)更多具備環(huán)保意識和解決實(shí)際問題能力的印染人才,以促進(jìn)印染行業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展,為全球氣候變化治理和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)[3]。

1 重組教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)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(chǎn)生大量廢水。廢水中的漿料、染料、表面活性劑等,如處理不當(dāng),會破壞生態(tài)環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),基于印染廢水處理原理,整合授課內(nèi)容,將雙碳目標(biāo)、印染行業(yè)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)、節(jié)能減排技術(shù)、綠色印染技術(shù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢水資源化、數(shù)字化與智能化技術(shù)、政策法規(guī)與企業(yè)責(zé)任等案例融入課程(圖1)。規(guī)劃將全部授課內(nèi)容分為3大塊:基礎(chǔ)理論講解、雙碳目標(biāo)的印染污水處理案例教學(xué)和雙碳目標(biāo)的課堂討論。

圖1 融入相關(guān)內(nèi)容到印染廢水處理課程

在課時分配上,按照理論授課12學(xué)時、案例授課12學(xué)時、任務(wù)驅(qū)動的課堂討論8學(xué)時進(jìn)行分配。(1)理論部分中,水資源概況以及水污染基礎(chǔ)知識占2學(xué)時,物理、化學(xué)和生物法污水處理基礎(chǔ)知識占6學(xué)時,污泥處理與綜合利用基礎(chǔ)知識占4學(xué)時;(2)雙碳目標(biāo)的印染廢水綜合處理案例占12學(xué)時;(3)任務(wù)驅(qū)動的課堂討論中,印染行業(yè)水耗能耗現(xiàn)狀占2學(xué)時,印染行業(yè)水足跡占2學(xué)時,印染行業(yè)碳足跡占2學(xué)時,印染行業(yè)化學(xué)品足跡占2學(xué)時。

2 雙碳目標(biāo)的印染污水處理案例庫建設(shè)

通過案例分析(表1),學(xué)生能了解雙碳目標(biāo)對印染行業(yè)的推動效應(yīng)。企業(yè)開始關(guān)注環(huán)保,采用節(jié)能、綠色印染技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì),努力達(dá)成低碳、可持續(xù)發(fā)展。同時,數(shù)字化、智能化技術(shù)的應(yīng)用,加上政策法規(guī)引導(dǎo)和企業(yè)責(zé)任,為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供支持。

表1 印染污水處理中雙碳案例

經(jīng)課程學(xué)習(xí)后,學(xué)生理解印染行業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)需創(chuàng)新、增加研發(fā)投入、推廣綠色技術(shù)、提升資源利用、減碳排放。政府、企業(yè)和社會需共建良好政策和市場環(huán)境,推動印染行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展。

3 以任務(wù)驅(qū)動全面提升學(xué)生綜合能力

經(jīng)驗(yàn)顯示,僅設(shè)課程講授環(huán)節(jié)難達(dá)工程認(rèn)證要求——提升學(xué)生分析與解決問題能力。因講授過程中,學(xué)生主要依賴教師講解記憶,思考內(nèi)容較少,教學(xué)過程為機(jī)械輸出與接收,缺乏主動學(xué)習(xí)情境,教學(xué)效果一般[10]。因此,提出任務(wù)驅(qū)動方式,將部分理論講授內(nèi)容轉(zhuǎn)為討論課堂,訓(xùn)練學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在原教學(xué)基礎(chǔ)上,內(nèi)容將重新規(guī)劃,設(shè)置4大任務(wù)驅(qū)動。

3.1 印染行業(yè)水耗能耗現(xiàn)狀及低碳措施

近年印染行業(yè)水耗能耗受關(guān)注。雖行業(yè)水耗、能耗已降低,但仍面臨高能耗、嚴(yán)重排放等挑戰(zhàn)。通過對比傳統(tǒng)印染技術(shù)與綠色染整技術(shù)的碳排放,引導(dǎo)學(xué)生理解綠色染整技術(shù)減碳優(yōu)勢。通過任務(wù)驅(qū)動,引導(dǎo)學(xué)生了解綠色染整技術(shù):(1)降低水耗,通過提高染色率、優(yōu)化工藝、廢水循環(huán)利用;(2)降低能耗,通過工藝改進(jìn)、廢熱回收、使用節(jié)能設(shè)備,提高能源效率;(3)減少碳排放,通過減少化學(xué)品使用,采用生物處理降低污染物排放。

在討論過程中讓學(xué)生預(yù)測綠色染整技術(shù)的發(fā)展趨勢,引導(dǎo)學(xué)生理解到以下幾點(diǎn):(1)技術(shù)創(chuàng)新將不斷推動綠色染整技術(shù)的進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)更高效、低碳的生產(chǎn)方式;(2)數(shù)字化與智能化技術(shù)的應(yīng)用將提高能源利用效率,降低碳排放;(3)政策法規(guī)將不斷完善,推動企業(yè)實(shí)施綠色染整技術(shù)。

為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),讓學(xué)生從討論中理解印染行業(yè)應(yīng)采取的措施:(1)推廣綠色染整技術(shù),逐步淘汰高耗能、高污染的傳統(tǒng)工藝;(2)加強(qiáng)政策引導(dǎo),鼓勵企業(yè)采用節(jié)能減排設(shè)備、技術(shù)和管理措施;(3)強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研合作,促進(jìn)綠色染整技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展;(4)培養(yǎng)環(huán)保意識,提高企業(yè)和員工對雙碳目標(biāo)的認(rèn)識和責(zé)任感。

3.2 印染行業(yè)水足跡[11]

主要鍛煉學(xué)生結(jié)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(jìn)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(jìn)降低水耗的潛在地方:(1)預(yù)處理。預(yù)處理過程中,煮練和漂白是主要的水耗環(huán)節(jié)。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(jìn)這些環(huán)節(jié)的方法包括使用低溫煮練、低濃度漂白劑,或采用連續(xù)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(shù),或采用低水比染色技術(shù)。(3)印花。印花過程中,水主要用于調(diào)配印花漿料和清洗印花設(shè)備。通過采用水性印花漿料、減少漿料調(diào)配過程中的水耗,以及優(yōu)化清洗設(shè)備工藝,可以降低印花環(huán)節(jié)的水足跡。(4)后處理。后處理過程中,整理和軟化等環(huán)節(jié)需要大量水。為降低這些環(huán)節(jié)的水足跡,可以采用低濃度整理劑,優(yōu)化整理工藝,或采用連續(xù)式處理工藝。

3.3 印染行業(yè)碳足跡[12]

主要鍛煉學(xué)生結(jié)合具體染整工藝,基于生命周期理論來核算印染生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的溫室氣體的量,分析印染行業(yè)如何在承諾期限內(nèi)完成碳中和目標(biāo)。例如,引導(dǎo)學(xué)生以滌綸梭織物分析碳足跡和如何在生產(chǎn)中降碳:(1)原料生產(chǎn)。滌綸的生產(chǎn)過程中主要消耗石油資源,伴隨著較高的碳排放。優(yōu)化滌綸生產(chǎn)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(chǎn)環(huán)節(jié)的碳足跡。(2)預(yù)處理。滌綸梭織物的預(yù)處理過程中,脫蠟、煮練和漂白等環(huán)節(jié)會消耗大量能源。采用低溫脫蠟、低濃度漂白劑等技術(shù),可以降低預(yù)處理環(huán)節(jié)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(dǎo)致較高的能耗。通過采用低溫染色工藝、高染色率染料及節(jié)能型染色設(shè)備,可降低染色環(huán)節(jié)的碳足跡。(4)后處理。滌綸梭織物的后處理環(huán)節(jié)(如整理、軟化等),能耗主要來自于加熱、干燥等過程。通過優(yōu)化工藝、設(shè)備更新升級和廢熱回收,可以降低后處理環(huán)節(jié)的碳排放。(5)運(yùn)輸與銷售。在滌綸梭織物的生命周期中,運(yùn)輸和銷售環(huán)節(jié)同樣會產(chǎn)生一定碳排放。通過優(yōu)化物流體系、減少中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié),以及提高運(yùn)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(jìn)行妥善處理,可能導(dǎo)致溫室氣體的排放。加強(qiáng)廢棄物分類回收、循環(huán)利用和合理處理,有助于降低廢棄物處理環(huán)節(jié)的碳排放。

3.4 印染行業(yè)化學(xué)品足跡[13]

鍛煉學(xué)生結(jié)合具體染整工藝,充分理解化學(xué)品足跡。任務(wù)驅(qū)動學(xué)生結(jié)合具體染整工藝的化學(xué)品足跡分析:(1)基于毒性壓力——評價化學(xué)品污染物對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的影響。這需要學(xué)生了解各類化學(xué)品的毒性特性,如生物降解性、生物累積性和生態(tài)毒性等。在染整工藝中,染料、助劑、漂白劑等化學(xué)品可能對環(huán)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(yōu)化工藝以減少化學(xué)品的使用量。(2)基于環(huán)境空間占用——核算將化學(xué)品污染物稀釋到對環(huán)境無危害濃度所需的資源。這需要學(xué)生了解污染物在水體、土壤和大氣中的遷移、轉(zhuǎn)化和稀釋過程。通過改進(jìn)廢水、廢氣和廢渣處理技術(shù),降低化學(xué)品污染物的環(huán)境負(fù)荷,從而減少對環(huán)境空間的占用。(3)以質(zhì)量為表達(dá)形式核算污染物的質(zhì)量對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力。這要求學(xué)生掌握染整工藝中化學(xué)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(chǎn)技術(shù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)策略和廢棄物資源化處理措施,以降低對人類和生態(tài)系統(tǒng)的壓力。

4 結(jié)束語

雙碳目標(biāo)為導(dǎo)向的印染廢水處理課程教學(xué)改革意義重大。通過對課程內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化,結(jié)合綠色印染技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢水資源化、數(shù)字化與智能化技術(shù)以及政策法規(guī)與企業(yè)責(zé)任等,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和環(huán)保意識。改革將促使學(xué)生更好地理解印染行業(yè)在應(yīng)對氣候變化和環(huán)境問題中的責(zé)任與挑戰(zhàn),從而為實(shí)現(xiàn)印染行業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。