鉛蓄電池業(yè)重金屬(鉛)產(chǎn)污強(qiáng)度相關(guān)性分析

白衛(wèi)南，姚揚(yáng)，喬琦，張玥，孫啟宏

中國環(huán)境科學(xué)研究院，國家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

鉛蓄電池業(yè)重金屬(鉛)產(chǎn)污強(qiáng)度相關(guān)性分析

白衛(wèi)南，姚揚(yáng)，喬琦，張玥，孫啟宏*

中國環(huán)境科學(xué)研究院，國家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

為了實(shí)施我國重金屬污染防治規(guī)劃，急需建立完善重點(diǎn)行業(yè)重金屬產(chǎn)污強(qiáng)度準(zhǔn)入的管理和評(píng)價(jià)方法。簡(jiǎn)要闡述了我國鉛蓄電池行業(yè)發(fā)展中存在的問題，剖析了該行業(yè)主要工藝流程及產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)，基于SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)廢水和廢氣中鉛的產(chǎn)生強(qiáng)度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果表明，廢水和廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度分別與用水強(qiáng)度等2個(gè)因子及廢氣排放強(qiáng)度等7個(gè)因子顯著相關(guān)，其可作為企業(yè)鉛產(chǎn)污強(qiáng)度的指示因子，為企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)和管理水平、降低廢水和廢氣鉛的產(chǎn)生強(qiáng)度提供間接參考依據(jù)。此外，相關(guān)性分析結(jié)果為今后重金屬產(chǎn)污強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的相關(guān)研究開拓了思路。

鉛蓄電池;重金屬;產(chǎn)污強(qiáng)度;相關(guān)性

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，長(zhǎng)期累積的重金屬污染問題開始逐漸顯露。由于具有在環(huán)境介質(zhì)中極難降解以及易在生物鏈中富集的特點(diǎn)，重金屬對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的潛在影響和危害是顯而易見的。在我國《重金屬污染綜合防治“十二”五規(guī)劃》中，鉛是重點(diǎn)防控的5種重金屬之一。作為鉛排放重點(diǎn)行業(yè)之一，近年來鉛蓄電池業(yè)“血鉛”超標(biāo)等鉛污染事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)行業(yè)發(fā)展和社會(huì)環(huán)境帶來了較大的負(fù)面效應(yīng)。2009年召開的全國污染防治工作會(huì)議上，明確提出今后將逐步探索建立產(chǎn)污強(qiáng)度準(zhǔn)入制度，研究建立產(chǎn)污強(qiáng)度指標(biāo)體系，更加科學(xué)有效地掌握和規(guī)范企業(yè)污染物的產(chǎn)生。因此，鉛蓄電池行業(yè)鉛產(chǎn)生強(qiáng)度的定量化相關(guān)性分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。

1 我國鉛蓄電池業(yè)重金屬污染問題分析

1.1 我國鉛蓄電池行業(yè)發(fā)展問題簡(jiǎn)析

鉛蓄電池的生產(chǎn)使用已有150多年的歷史，由于其功率特性好、自放電小、高低溫性能優(yōu)越、回收技術(shù)成熟及廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)，在二次電源中，鉛蓄電池已占80%以上的市場(chǎng)份額［1］。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2009年以來，受國際、國內(nèi)2個(gè)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，我國鉛蓄電池行業(yè)呈現(xiàn)持續(xù)、快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，躍升為世界最大的鉛蓄電池生產(chǎn)國、出口國和消費(fèi)國。根據(jù)電池工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2010年，我國鉛蓄電池產(chǎn)量為14 416．7萬kVAh，占全球總產(chǎn)量的40%左右。“十一五”的5年間，中國鉛蓄電池的產(chǎn)量和出口量平均每年以19．9%和22．8%的速度增長(zhǎng)［2］。

針對(duì)我國鉛蓄電池業(yè)普遍存在的行業(yè)準(zhǔn)入門檻低、低水平重復(fù)建設(shè)、無序競(jìng)爭(zhēng)及鉛污染嚴(yán)重等問題［3|4］，2011年多部委聯(lián)合開展鉛蓄電池行業(yè)專項(xiàng)整治工作，隨后出臺(tái)了《鉛蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入條件》等一系列規(guī)范性政策文件。截至2011年11月30日，作為我國產(chǎn)能最大的2個(gè)省份，江蘇省和浙江省被關(guān)閉取締及停產(chǎn)整治的鉛蓄電池企業(yè)分別占到全省總數(shù)的79．3%和92．1%，短期整治成效顯著。

據(jù)工業(yè)和信息化部行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2012年我國鉛蓄電池總產(chǎn)量為17 486．33萬kVAh，較“十一五”末仍有小幅度增長(zhǎng)。近幾年我國“血鉛超標(biāo)事件”時(shí)有發(fā)生，鑒于其生產(chǎn)特點(diǎn)，鉛蓄電池業(yè)在今后仍有可能引發(fā)重金屬污染問題，尤其是鉛污染會(huì)給我國資源環(huán)境和人體健康帶來壓力和一系列不穩(wěn)定因素，妨礙我國可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的有效推進(jìn)。

從生產(chǎn)的工藝環(huán)節(jié)和產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)來控制和管理企業(yè)的重金屬產(chǎn)生和排放是防止重金屬污染事件發(fā)生的有效方法和途徑。目前我國關(guān)于鉛蓄電池行業(yè)重金屬污染物產(chǎn)生的研究仍主要停留在產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)的定性分析上，鮮有定量化的相關(guān)性分析研究。筆者通過識(shí)別廢水和廢氣中與鉛及其化合物相關(guān)的主要因子，以期為相關(guān)政府環(huán)境保護(hù)部門評(píng)判鉛的產(chǎn)生情況提供有效參考，有針對(duì)性地指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)日常生產(chǎn)協(xié)同管理，優(yōu)化工藝環(huán)節(jié)，最大程度地削減鉛產(chǎn)生量。

1.2 主流工藝及主要產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)

目前我國鉛蓄電池行業(yè)的生產(chǎn)工序主要為鉛粉制造、鑄板及鉛零件制造、極板制造、極板化成、電池組裝等;其中，極板制造又包括和膏、涂板、固化干燥3個(gè)工段。

除極板化成外，因產(chǎn)品生產(chǎn)要求不同，不同企業(yè)在其他各工序的使用方法有所差異，如鉛粉制造分為球磨法和氣相氧化法2種，涂板分為手工涂板和機(jī)械涂板等，但整體工藝流程及工段前后順序是一致的。極板化成工序主要包括槽化成(也稱外化成)和電池化成(也稱內(nèi)化成)2種。外化成是將生極板熟化后再進(jìn)行電池組裝和充電;內(nèi)化成是先把極板裝配成蓄電池，然后注入電解液化成。外化成是傳統(tǒng)的化成方式，較內(nèi)化成消耗更多的水，同時(shí)產(chǎn)生較多的硫酸霧［2］。

除含鉛固體廢物外，鉛蓄電池業(yè)產(chǎn)生的主要特征污染物包括鉛煙、鉛塵、酸霧、含鉛酸廢水及地面沖洗水等［4|5］。

以外化成工藝為例，鉛蓄電池業(yè)主要工藝流程及產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)具體如表1及圖1所示［6|7］。

表1 鉛蓄電池業(yè)各主要工序產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)及特征污染物［6］Table 1 Major links of pollutants generation and characteristic pollutants within industry of lead|acid battery

2 相關(guān)因子識(shí)別方法

相關(guān)性分析是對(duì)2個(gè)變量間的相關(guān)程度進(jìn)行分析，用于描述2個(gè)變量間聯(lián)系密切程度的方法。其反映了當(dāng)控制其中1個(gè)變量的取值后，另1個(gè)變量的變異程度。相關(guān)性分析的顯著特點(diǎn)是變量不分主次，被置于同等的地位［8］。

衡量相關(guān)性的參數(shù)為相關(guān)系數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，所采用的度量變量間相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量會(huì)不同，相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)會(huì)有不同的表現(xiàn)形式。筆者擬采用具有線性關(guān)系雙變量正態(tài)分布的Pearson(皮爾森)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，其基本計(jì)算公式為［9|10］:

圖1 鉛蓄電池業(yè)簡(jiǎn)要工藝流程及主要產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)［7］Fig．1 Brief process flow chart and major pollutants generation links production within industry of lead|acid battery

式中，r為Pearson相關(guān)系數(shù)，r絕對(duì)值越高，則變量間相關(guān)程度越大;為變量X，Y的樣本平均值; Xi，Yi為變量X，Y的第i個(gè)樣本觀察值。

為避免抽樣誤差的影響，需對(duì)相關(guān)分析結(jié)果進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的零假設(shè)一般是總體中2個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)為0，公式為［10］:

式中，t為假設(shè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量;n為樣本數(shù)。

當(dāng)t統(tǒng)計(jì)量的顯著性概率P＞0．05時(shí)，2個(gè)變量間無顯著相關(guān)關(guān)系;0．01＜P≤0．05時(shí)，2個(gè)變量間呈顯著相關(guān);P≤0．01時(shí)，2個(gè)變量間呈極顯著相關(guān)。

相關(guān)性分析法已植入多種成熟的市場(chǎng)化的計(jì)算機(jī)軟件中，如spss的相關(guān)性分析功能已在各學(xué)科領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［8，10|11］。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 初選因子的確定

對(duì)廢水和廢氣2種介質(zhì)中的鉛產(chǎn)生強(qiáng)度分別進(jìn)行相關(guān)因子分析(由于廢渣中鉛的監(jiān)測(cè)難度較大，在此不涉及)。從鉛的產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)考慮，綜合鉛蓄電池行業(yè)專家意見，篩選出企業(yè)生產(chǎn)中較易獲得數(shù)據(jù)且可能與2種介質(zhì)中鉛的產(chǎn)生強(qiáng)度存在相關(guān)性的待分析因子各8個(gè)，如表2和表3所示。

表2 廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)性分析初選因子Table 2 Original selected factors for correlation analysis of lead generation intensity in waste water

表3 廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)性分析初選因子Table 3 Original selected factors for correlation analysis of lead generation intensity in waste gas

3.2 數(shù)據(jù)獲得和處理

樣本選自江蘇、山東、安徽、河北、河南、江西及湖北等鉛蓄電池行業(yè)大省，選取了55個(gè)規(guī)模不等(實(shí)際產(chǎn)能從幾萬到幾百萬kVAh)具有成熟生產(chǎn)工藝和較完善環(huán)保設(shè)施的鉛蓄電池生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)性分析。通過問卷調(diào)查和實(shí)地調(diào)研樣本企業(yè)2011年廢水和廢氣中鉛的產(chǎn)生和16項(xiàng)初選因子資料，作為相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

以企業(yè)單位產(chǎn)量廢水和廢氣中產(chǎn)生的鉛量分別作為廢水和廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度(kg/萬kVAh)，將16個(gè)初選因子總量數(shù)據(jù)比照企業(yè)的產(chǎn)量，分別得到廢水和廢氣各8個(gè)相應(yīng)的強(qiáng)度因子。

對(duì)55家鉛蓄電池企業(yè)鉛產(chǎn)生強(qiáng)度(分為廢水和廢氣2部分)與16個(gè)相關(guān)因子數(shù)據(jù)利用軟件SPSS 19．0進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再以2種介質(zhì)中的鉛產(chǎn)生強(qiáng)度分別和與其對(duì)應(yīng)的8個(gè)強(qiáng)度因子作兩兩相關(guān)性分析，以Pearson相關(guān)系數(shù)和t統(tǒng)計(jì)量顯著性水平概率為主要參考依據(jù)，識(shí)別鉛產(chǎn)生強(qiáng)度主要影響因子。

根據(jù)分析結(jié)果，廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度及其強(qiáng)度因子相關(guān)性如表4所示，鉛產(chǎn)生強(qiáng)度及其主要因子相關(guān)性如圖2所示。

表4 廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)性分析Table 4 Correlation coefficients and significance levels of lead generation intensity in waste water

圖2 廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度與其主要相關(guān)因子散點(diǎn)Fig．2 Scatter diagrams between generation intensity of lead and main related factors in waste water

廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度與初選因子相關(guān)性如表5所 示，產(chǎn)生強(qiáng)度及其主要因子相關(guān)性如圖3所示。

表5 廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)性分析Table 5 Correlation coefficients and significance levels of lead generation intensity in waste gas

圖3 廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度與其主要相關(guān)因子散點(diǎn)Fig．3 Scatter diagrams between lead generation intensity and main related factors in waste gas

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)性分析

由表4可知，在8個(gè)初選因子中只有用水強(qiáng)度和COD產(chǎn)生強(qiáng)度與廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度具有相關(guān)性，其中COD產(chǎn)生強(qiáng)度與鉛產(chǎn)生強(qiáng)度呈極顯著相關(guān)。

鉛蓄電池行業(yè)主要廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)為涂板工序的地面沖洗、化成工序的極板沖洗和地面沖洗、灌酸充電工序的地面沖洗和冷卻(大容量電池灌酸充電時(shí)需要降溫)、鉛蓄電池沖洗;此外，還包括濕法除塵設(shè)施排放的含鉛循環(huán)廢水，廠區(qū)工人的淋浴水，工作服清洗水等［12］。鉛及其化合物隨著沖洗過程進(jìn)入廢水中，生產(chǎn)過程中的用水也主要發(fā)生在這幾個(gè)環(huán)節(jié)，因此，單位產(chǎn)能的用水量越大，伴隨進(jìn)入廢水中的鉛及其化合物也就越多，即鉛的產(chǎn)生強(qiáng)度也就越大，二者呈極顯著相關(guān)。

從影響產(chǎn)污的因素來看，工藝的先進(jìn)水平和企業(yè)生產(chǎn)的日常管理水平是導(dǎo)致不同企業(yè)間單位產(chǎn)量污染物產(chǎn)生量有所差異的主要原因，樣本數(shù)據(jù)中COD的產(chǎn)生強(qiáng)度與廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度隨之出現(xiàn)相對(duì)同步的變化趨勢(shì)，二者呈極顯著相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。在一定程度上，COD產(chǎn)生強(qiáng)度可作為指示因子，用來評(píng)判鉛蓄電池企業(yè)的工藝水平、管理現(xiàn)狀及人員素質(zhì)等對(duì)企業(yè)廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度有影響的因素水平高低，從而間接掌握廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度的實(shí)際情況。

3.3.2 廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)性分析

與廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)的8個(gè)初選因子中，除灌粉等其他工段廢氣排放強(qiáng)度與鉛產(chǎn)生強(qiáng)度無顯著相關(guān)外，其他7個(gè)初選因子均與鉛產(chǎn)生強(qiáng)度顯著相關(guān)，其中，化成工段廢氣排放強(qiáng)度為顯著相關(guān)，其他6個(gè)初選因子均為極顯著相關(guān)，均可作為廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度的指示因子。

鉛蓄電池制造業(yè)硫酸霧產(chǎn)生環(huán)節(jié)包括化成工序、充放電工序2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)［12］。其中產(chǎn)生硫酸霧最主要的環(huán)節(jié)為化成工序，而化成按照工藝特點(diǎn)不同分為內(nèi)化成和外化成2種。由于外化成用的極板需預(yù)先經(jīng)化成槽化成、水洗和干燥，內(nèi)化成無需該步驟，其工藝造成的污染大為減輕［2］。因此，工藝的差異是造成硫酸霧產(chǎn)生和排放強(qiáng)度不同的主要原因，同時(shí)工藝也是影響廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度水平高低的重要原因，工藝對(duì)硫酸霧和鉛產(chǎn)生的共同影響決定了廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度與硫酸霧產(chǎn)生和排放強(qiáng)度具有較高的相關(guān)性。除工藝外，企業(yè)間的生產(chǎn)環(huán)境、管理水平及生產(chǎn)人員素質(zhì)差異等因素也會(huì)對(duì)變量間的耦合相關(guān)性產(chǎn)生相應(yīng)的影響和貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

綜上所述，企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量出廠要求的前提下，可通過采取相應(yīng)措施減少生產(chǎn)用水強(qiáng)度，間接降低廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度。在不必要時(shí)為減少監(jiān)測(cè)成本，企業(yè)和相關(guān)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)可以考慮將COD產(chǎn)生強(qiáng)度作為廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度的表征因子，通過采取一定改進(jìn)措施，如提高工藝水平和生產(chǎn)效率、加強(qiáng)生產(chǎn)管理和員工環(huán)保意識(shí)等，控制和降低COD產(chǎn)生強(qiáng)度，間接達(dá)到削減廢水中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度的目的。

鉛蓄電池企業(yè)的廢氣排放強(qiáng)度，鉛粉制造、板柵制造、極板分片打磨及化成等4個(gè)工段的廢氣排放強(qiáng)度，硫酸霧產(chǎn)生和排放強(qiáng)度等7個(gè)因子均可作為廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度的指示因子，為企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝水平、完善管理制度以及提高員工人員素質(zhì)提供間接的參考和判斷作用，從而有效地降低廢氣中鉛產(chǎn)生強(qiáng)度。

此外，上述因子(廢水和廢氣)作為“四同”(同一原材料、同一產(chǎn)品、同一工藝及同一規(guī)模)之外的與鉛產(chǎn)生強(qiáng)度相關(guān)的因子，可以很好地作為企業(yè)鉛產(chǎn)生水平的指示變量，為產(chǎn)污強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究建立提供了可能和思路。

［1］ 曾建軍．中國鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與未來［C］//2010中國首屆鉛鋅高峰會(huì)．北京:中國鉛蓄電池行業(yè)協(xié)會(huì)，2010．

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A Correlation Analysis of Heavy M etals(Lead)in Lead－acid Battery M anufacture

BAIWei－nan，YAO Yang，QIAO Qi，ZHANG Yue，SUN Qi－h(huán)ong
State Environmental Protection Key Laboratory of Eco－Industry，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China

In order to implement the national heavymetal pollution prevention and control plan，it is imperative to establish themanagementand evaluationmethods for intensity access of heavymetals in key industries．The existing problems in the development of the lead－acid battery manufacture in China were briefly reviewed，and the major processes and pollution generation links analyzed．Correlation analysis for lead generation intensities in both wastewater and waste gas was performed based on the statistical analysis software of SPSS．The results showed that two factors includingwater usage intensity and seven factorswith intensity of gas emissions，which were significantly correlated to lead generation intensity in wastewater and waste gas respectively，could be used as indicative factors for lead generation intensity．The findings could provide indirect judgment for industries to promote improvement of production and management for reduction of lead generation intensity．They could also provide new perspectives for study on establishment of evaluation index system of heavymetal generation intensities．

lead－acid battery;heavy metal;pollutants generation intensity;correlation

X38

A

10．3969/j．issn．1674－991X．2014．03．037

1674－991X(2014)03－0225－06

2013－12－04

環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201209009－3)

白衛(wèi)南(1989—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境管理、工業(yè)生態(tài)學(xué)，baiweinan13@126．com

*責(zé)任作者:孫啟宏(1965—)，男，研究員，碩士，長(zhǎng)期從事工業(yè)生態(tài)學(xué)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃及清潔生產(chǎn)政策與標(biāo)準(zhǔn)研究，sunqh@craes．org．cn