鉛酸蓄電池的水污染防治措施研究

許成龍

（山東泰旭智能科技有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

從1859年法國物理學(xué)家成功研發(fā)鉛酸蓄電池開始，可再充電電池在金融以及工業(yè)、航空航天等多領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用，并且鉛酸蓄電池生產(chǎn)項(xiàng)目屬于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體項(xiàng)目，預(yù)估2022年我國鉛酸蓄電池產(chǎn)量將突破2.3655 kVAh。要使鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)保持長遠(yuǎn)發(fā)展，需要安全的生產(chǎn)條件，避免因水污染因素影響產(chǎn)量，因此其產(chǎn)業(yè)發(fā)展蘊(yùn)含著深刻的環(huán)保價(jià)值。

1 鉛酸蓄電池的原理及其污染源

1.1 原理

鉛酸蓄電池是由六個或三個單格電池，以串聯(lián)方式組合而成的可充電電池，如圖1所示。鉛酸蓄電池屬于儲能型電池，它可以從電網(wǎng)獲取電能，并轉(zhuǎn)運(yùn)到電池載體中，為電氣設(shè)備提供所需電能，一般而言可以達(dá)到50 MW·h/1kV的量級標(biāo)準(zhǔn)，其生產(chǎn)成本和適用性都較為突出。根據(jù)鉛酸蓄電池化學(xué)原理，其在充電與放電過程中會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下所示：

圖1 鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)圖

在放電反應(yīng)中，鉛酸蓄電池中整機(jī)分布的活性物二氧化鉛將同硫酸物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成硫化鉛；而負(fù)極成分以金屬鉛為主，在反應(yīng)后將形成H+，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩極物質(zhì)的有效轉(zhuǎn)化，最終形成電解質(zhì)水；并且在H+作用下形成電壓差，便于為連接設(shè)備提供電流。

在生產(chǎn)鉛酸蓄電池的過程中，常需要使用板柵元件，且以玻璃棉隔板材質(zhì)為基礎(chǔ)，從而使蓄電池具備放電功能。研究鉛酸蓄電池的運(yùn)作原理，可為后續(xù)對其水污染防治技巧的把握提供指引。

1.2 污染源

鉛酸蓄電池在生產(chǎn)及應(yīng)用期間極易導(dǎo)致水污染。比如在對廢舊蓄電池采用焚燒方式進(jìn)行銷毀時(shí)，會造成其內(nèi)部物質(zhì)泄漏，從而直接滲入地下水，對水源安全產(chǎn)生威脅；鉛酸蓄電池在生產(chǎn)中會形成廢水、污水，若未能集中回收，或是回收工藝達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，都會導(dǎo)致?lián)诫s氨氮污染物以及鉛元素的廢水滲入地下水或直接匯聚到周邊河流中，加劇水污染危害。所以作為鉛酸蓄電池常見污染源，相關(guān)部門理應(yīng)加大對水污染的管控力度[1]。

2 鉛酸蓄電池水污染防治的現(xiàn)實(shí)意義

2.1 踐行生態(tài)環(huán)保目標(biāo)

鉛酸蓄電池雖然因其低成本、可循環(huán)等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用，但隨之形成的水污染問題也不容忽視。現(xiàn)今各行業(yè)都在踐行生態(tài)環(huán)保理念，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)若能通過水污染防治重新調(diào)整鉛酸蓄電池生產(chǎn)方向，可促進(jìn)鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)早日完成生態(tài)環(huán)保轉(zhuǎn)型任務(wù)。一方面，水污染危及生態(tài)健康，嚴(yán)重時(shí)還會直接威脅水源安全；另一方面，廢舊鉛酸蓄電池被隨意擱置與丟棄，也會因其內(nèi)部電解液泄漏而破壞周邊環(huán)境，違背企業(yè)綠色生產(chǎn)的初衷。因此，應(yīng)從環(huán)保層面對鉛酸蓄電池引發(fā)的水污染問題進(jìn)行分析，才能切實(shí)提高生態(tài)保護(hù)水平。

2.2 提升生產(chǎn)行業(yè)的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)

近年來，鉛酸蓄電池行業(yè)規(guī)模穩(wěn)中有漲，而有效防治水污染可以進(jìn)一步彰顯鉛酸蓄電池的生態(tài)價(jià)值，使之在環(huán)保行業(yè)中站穩(wěn)腳跟，贏得更多消費(fèi)者的信賴。從近年我國鉛酸蓄電池發(fā)展情況分析（見表1），實(shí)施水污染防治舉措，能夠適當(dāng)提升生產(chǎn)行業(yè)的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，確保鉛酸蓄電池成為充電電池市場中的綠色產(chǎn)品。實(shí)際上，早在2008年，工信部等有關(guān)部門就曾針對鉛酸蓄電池生產(chǎn)行業(yè)提出綠色發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，而水污染防治工作的有序開展，成為強(qiáng)化行業(yè)生態(tài)價(jià)值的重要助力，因此加強(qiáng)水污染防治對鉛酸蓄電池行業(yè)發(fā)展具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

表1 2017年～2022年鉛酸蓄電池國內(nèi)產(chǎn)量及增長率變化趨勢

3 鉛酸蓄電池的水污染防治措施

3.1 推行全過程防治模式

為了妥善處理鉛酸蓄電池水污染問題，行業(yè)內(nèi)需進(jìn)一步推行全過程防治模式。因?yàn)樗廴臼录漠a(chǎn)生并非單純集中于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，蓄電池產(chǎn)品的生產(chǎn)、蓄電池拆解以及回收等多個步驟都會涉及污染源。所以，相關(guān)部門及企業(yè)務(wù)必對整個流程進(jìn)行有力干預(yù)。通常在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，水污染多源于鉛元素的釋放，而回收時(shí)未能合理處置蓄電池結(jié)構(gòu)中的鉛硫物質(zhì)，及在拆解期間的碾壓或重力分離，都容易出現(xiàn)電解液、金屬顆粒物的外泄，若未能及時(shí)處理，也將在污染物外流過程中對水資源造成污染。關(guān)于回收時(shí)的水污染防治事項(xiàng)，多以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范拆解人員的拆解步驟，管理人員可以從兩個環(huán)節(jié)加以防治。

3.1.1 生產(chǎn)前防治

在尚未生產(chǎn)前，相關(guān)人員需要準(zhǔn)備好各種防護(hù)裝置，如廢物處置塑料盒、產(chǎn)品保護(hù)隔板、廢液排放回收池等，便于進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)以后減少廢料損耗量以及廢液排放風(fēng)險(xiǎn)，并對每一項(xiàng)生產(chǎn)流程中的操作步驟進(jìn)行精準(zhǔn)記錄，以便在發(fā)生污染時(shí)可以及早獲取憑證，待查明污染原因后避免二次污染。

3.1.2 回收時(shí)防治

在鉛酸蓄電池應(yīng)用后進(jìn)行回收時(shí)，相關(guān)人員需要選用適合的回收裝置，對其進(jìn)行拆解式回收。因廢舊蓄電池很難整裝回收，且主要以鉛回收為主，因此相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)優(yōu)選回收設(shè)備與回收手段，提高回收率，避免有害物質(zhì)流入地下水，增加污染風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)合學(xué)者郭木桂[3]的相關(guān)研究，相關(guān)人員在回收時(shí)可以借助3 kW封閉不銹鋼電鋸、55 kW不銹鋼破碎機(jī)以及5.5 kW不銹鋼沉淀槽、11 kW鼓風(fēng)爐、5.5 kW廢液處理攪拌機(jī)等多種回收設(shè)備，對廢舊蓄電池進(jìn)行有序回收，這樣方可抑制有害物質(zhì)的肆意排放?；厥帐且鹚廴镜闹匾h(huán)節(jié)，若在配套回收設(shè)備輔助下提高回收效率，將降低污染物的產(chǎn)生量，規(guī)避水污染風(fēng)險(xiǎn)。此外，在鉛回收中，研究也主張濕法回收，即在不銹鋼隔板參與下隔斷蓄電池兩極，而后使用氫氧化鈉為鉛元素的回收創(chuàng)造還原條件，并且將回收工作納入密封環(huán)境下，預(yù)防有害物質(zhì)流入水源地，回收中注重脫硫處理，保證在碳酸銨的輔助下提純鉛元素。只有規(guī)范好每一項(xiàng)回收動作，才能維護(hù)生產(chǎn)與應(yīng)用及回收安全。因此，對整個流程進(jìn)行全過程防治是強(qiáng)化防治效果的關(guān)鍵途徑，應(yīng)當(dāng)引起技術(shù)員、生產(chǎn)員、管理員等有關(guān)人員的密切關(guān)注，以此有效達(dá)成水污染防治目標(biāo)。

3.2 嚴(yán)控公共環(huán)境污染量

鉛酸蓄電池的水污染除了來源于上述提到的回收環(huán)節(jié)，其應(yīng)用過程也是較為主要的污染環(huán)節(jié)，尤其是在公共場所使用的蓄電池或使用后的廢舊蓄電池。因此在水污染防治工作中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)控污染量，隨著污染量的縮減，給水源帶來的危害也隨之減少。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，蓄電池中的電解液以及廢物、廢渣成分會對水源安全帶來危害，因此在保障水源安全的前提下，無論是生產(chǎn)中的蓄電池還是廢舊蓄電池，都要對其可能引起水污染的污染源生成量予以充分控制。

首先，工作人員需要對廢物、廢渣展開分類，并對其危害程度進(jìn)行劃分。若鉛元素含量超出既定標(biāo)準(zhǔn)，則將廢物、廢渣列入重點(diǎn)控制范疇，并安排指定人員將其送往廢物處理站，采用專業(yè)手法對其進(jìn)行合理處置，這樣可以防止消費(fèi)者直接把廢舊蓄電池扔進(jìn)垃圾桶，引起有害物質(zhì)泄漏。此時(shí)，相關(guān)部門可以在社區(qū)或者公共場所設(shè)置專屬回收桶，在統(tǒng)一管控下，降低廢物在公共環(huán)境中的污染量；其次，可以通過相互監(jiān)督的方式，對消費(fèi)者或有關(guān)單位可能出現(xiàn)的違規(guī)行為展開監(jiān)督舉報(bào)工作，公開投訴電話或微信公眾號，讓舉報(bào)人員以留言方式對涉事人員（肆意丟失廢舊蓄電池等）進(jìn)行舉報(bào)，并由司法部門前往現(xiàn)場及時(shí)處理，特別是在農(nóng)村地區(qū)，會出現(xiàn)直接將蓄電池扔到周邊水溝或隨意搭建的垃圾站里，加劇水污染風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員在監(jiān)督過程中可以預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)，以提升污染量控制的有效性；最后，在污染量控制中也可以借鑒電梯或電動車識別系統(tǒng)，對鉛酸蓄電池進(jìn)行定位追蹤，以技術(shù)手段明確蓄電池實(shí)際位置，若顯示其位于水源周邊，就需要考慮是否屬于污染源，且釋放的污染量是否超標(biāo)，以此在科技力量的支持下優(yōu)化防治效果。

3.3 妥善處理廢電解液

鉛酸蓄電池是以二氧化鉛與硫酸為反應(yīng)基礎(chǔ)的儲能電池，而其使用后或損壞后形成的廢電解液，若不能妥善處理將嚴(yán)重危害水源安全，如果有人誤飲含有廢電解液成分的水，會損傷人體呼吸系統(tǒng)和腸胃系統(tǒng)。因此，如何正確處理廢電解液是水污染防治的重點(diǎn)，根據(jù)有關(guān)研究，適用于電解液處理的方法主要有以下幾種。

3.3.1 離子閃換法

此方法可以清除鉛酸蓄電池中的硫酸物質(zhì)，將硫酸鉛等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可用硫酸物質(zhì)，在閃換化學(xué)反應(yīng)作用下去除電解液中的離子成分。雖然此種方法具備可行性，但在操作中會引起電解液泄漏，進(jìn)而對水源造成二次污染，因此在實(shí)際操作中應(yīng)選擇遠(yuǎn)離水源的場所。

3.3.2 滲析處理法

該法是依靠陰離子膜對電解液進(jìn)行滲透處理，使之在滲透壓條件下實(shí)現(xiàn)對有害物質(zhì)的充分分離。此種方法的優(yōu)勢在于環(huán)保性強(qiáng)，無需投入較大成本，能夠高效處理電解液，但是若鉛酸蓄電池中使用的是高濃度硫酸物質(zhì)，則不主張以滲析處理法應(yīng)對水污染。

3.3.3 膜集成處理法

此種方法在應(yīng)用中可以在集成膜的參與下快速分離電解液中的鉛元素與硫酸成分，且提純作用顯著，相關(guān)人員可在電解液處理中優(yōu)選該法。對電解液進(jìn)行妥善處理能夠合理減少水污染中有害物質(zhì)的生成量，避免電解液滲入周邊水源[4]。

3.4 應(yīng)用清潔生產(chǎn)工藝

鉛酸蓄電池水污染的綜合防治，還需要從工藝層面消除生態(tài)危害。我們可以在回收利用中應(yīng)用清潔生產(chǎn)工藝，保證在我國大規(guī)模生產(chǎn)鉛酸蓄電池的背景下，廢舊蓄電池能夠得到充分回收，在滿足用戶用電需求的前提下，使其不會成為危及生態(tài)安全的廢舊物。對此，清潔生產(chǎn)工藝可以輔助有關(guān)人員更妥善地降低污染物的生成量，其中重要的是在蓄電池出現(xiàn)破損或者無法正常保持充放電功能時(shí)，對其先期進(jìn)行安全保存，而不是直接丟棄。

相關(guān)部門可以集中設(shè)置適宜存儲蓄電池的區(qū)域，在保存地點(diǎn)上方鋪設(shè)5 mm以上厚度的聚乙烯混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)，并在周邊為其設(shè)計(jì)密封、防泄露保護(hù)設(shè)施，預(yù)防蓄電池內(nèi)部成分滲入地下水，保證周邊水系安全。在破碎處理中使用的破碎機(jī)等設(shè)備，在操作后將出現(xiàn)大量電解液，此時(shí)需在破碎區(qū)域以及電解液上方投入氫氧化鈣，使其與電解液中的硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為硫酸鈣物質(zhì)，避免在液體外流中產(chǎn)生水污染隱患；并在破碎后對其展開過濾處理，以20 mm孔徑過濾器篩選出廢渣；對于過濾后的固液成分，可以使用洗滌熔煉工藝，對金屬固化物進(jìn)行輸送，一般需要借助高壓水泵的力量，根據(jù)各種物質(zhì)的密度差異，差別化處理有害物質(zhì)，從根本上防范水污染；之后進(jìn)入到脫硫結(jié)晶步驟中，硫酸鉛與碳酸鈉物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，將去除蓄電池中的污染物，其間形成的硫酸鈉成分很少污染水資源。按照清潔生產(chǎn)工藝對污染性較大的鉛酸蓄電池進(jìn)行科學(xué)處理，能夠取得預(yù)期防治效果，并可隨時(shí)根據(jù)工藝創(chuàng)新成果去除污染物[5]。

3.5 建立安全監(jiān)管機(jī)制

鉛酸蓄電池在全國范圍內(nèi)的銷售，會對整個水源的安全性造成威脅。因此，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)建立安全監(jiān)管機(jī)制，對鉛酸蓄電池閃易行為予以監(jiān)督。根據(jù)調(diào)查，在2016年，鉛酸蓄電池集團(tuán)性質(zhì)銷售網(wǎng)點(diǎn)就已達(dá)到3 000余個，包含63萬個基層站點(diǎn)，還設(shè)有大量的蓄電池暫存點(diǎn)。面對如此龐大的鉛酸蓄電池使用規(guī)模，政府部門需要從安全監(jiān)管層面出臺各項(xiàng)政策，如頒布 鉛酸蓄電池安全操作規(guī)程、廢鉛酸蓄電池處理污染控制技術(shù)規(guī)范以及涵蓋鉛酸蓄電池的“固廢法”等，通過這些法規(guī)在監(jiān)管機(jī)構(gòu)中的落實(shí)，可以使基層銷售點(diǎn)在為消費(fèi)者提供鉛酸蓄電池產(chǎn)品時(shí)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品信息進(jìn)行集成管控。如某企業(yè)曾將二維碼應(yīng)用于鉛酸蓄電池身份鑒別中，確保每個銷售的產(chǎn)品，都能直接通過掃碼獲取相關(guān)信息，既能知曉廠商信息，又能確定消費(fèi)者信息，對后期的統(tǒng)一回收起到輔助作用，有效降低消費(fèi)者私自處理蓄電池的可能性。

4 結(jié)論

綜上所述，鉛酸蓄電池在其生產(chǎn)、應(yīng)用以及回收等多個環(huán)節(jié)中都會形成水污染隱患。要想積極應(yīng)對水污染風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)部門和企業(yè)應(yīng)從全過程防治模式、污染量控制、廢電解液處理、清潔生產(chǎn)工藝以及安全監(jiān)管機(jī)制等方面著手，在落實(shí)綜合防治舉措的過程中，使鉛酸蓄電池行業(yè)能夠在衛(wèi)生制造及環(huán)保層面突顯出生態(tài)優(yōu)勢，促進(jìn)鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的良性運(yùn)作，保障人體及生態(tài)環(huán)境的健康和安全。