鉛酸蓄電池的水污染防治措施
——評(píng)《鉛酸蓄電池污染防治與職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)》

高碧霄，張星宇，潘 楊，2*，仇慶春

(1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009； 2.城市生活污水資源化利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215009； 3.蘇州市環(huán)境衛(wèi)生管理處，江蘇 蘇州 215009)

我國(guó)是世界最大的鉛酸蓄電池生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)也是最大的消費(fèi)國(guó)和出口國(guó)。隨著我國(guó)鉛酸蓄電池生產(chǎn)技術(shù)的成熟和完善，鉛酸蓄電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，與此同時(shí)，鉛酸蓄電池帶來的環(huán)境污染問題也日益突出。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，鉛酸蓄電池在使用過程中以及報(bào)廢之后，會(huì)產(chǎn)生較大的污染，尤其是鉛酸蓄電池廢水中含有的大量重金屬離子，若處理不當(dāng)，會(huì)造成嚴(yán)重的水污染。為了保障人們的用水安全和生命健康，必須重視并認(rèn)真研究鉛酸蓄電池的廢水處理方式，減少水污染。

舒月紅等著的《鉛酸蓄電池污染防治與職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)》是在參考美國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)的職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)近年來鉛酸蓄電池行業(yè)的環(huán)保狀況及職業(yè)衛(wèi)生現(xiàn)狀，編寫而成。全書分為7章：第1章介紹了我國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)情況、環(huán)境污染現(xiàn)狀和職業(yè)衛(wèi)生狀況；第2章根據(jù)國(guó)家環(huán)保部《鉛酸蓄電池行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)察指南》內(nèi)容，列出了鉛酸蓄電池企業(yè)環(huán)境污染控制的基本要求；第3章重點(diǎn)闡述了鉛酸蓄電池制造過程中的主要清潔生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)；第4章著重闡述了鉛酸蓄電池制造過程中的末端治理設(shè)備與技術(shù)；第5章介紹了我國(guó)3家大型企業(yè)的清潔生產(chǎn)與污染防治的典型案例；第6章推薦了美國(guó)鉛酸蓄電池制造業(yè)的職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)方法；第7章介紹了我國(guó)3家大型企業(yè)的職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)經(jīng)驗(yàn)；第8章為鉛酸蓄電池制造業(yè)在環(huán)保與職業(yè)衛(wèi)生方面的改進(jìn)提出了建議。

1 鉛酸蓄電池原理及構(gòu)成

鉛酸蓄電池主要是通過鉛(Pb)在不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，來實(shí)現(xiàn)電池的充放電。放電時(shí)雖然電池兩端發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同，但都會(huì)生成PbSO4。充電時(shí)電極兩端發(fā)生逆反應(yīng)，如式(1)-(5)所示。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

鉛酸蓄電池一般由正負(fù)極板柵、電解液、頂部鉛塊、正負(fù)極活性材料(正負(fù)極膏)、隔板和塑料外殼等構(gòu)成。正負(fù)極板柵是匯集電流的部件，主要起到支撐和固定活性材料，并在活性物和端子之間進(jìn)行導(dǎo)電的作用，常由Pb合金材料構(gòu)成，以保障板柵的硬度和防腐蝕性。電解液和正負(fù)極膏是鉛酸蓄電池的活性部件，其質(zhì)量占比不超過電池總質(zhì)量的一半。PbO2和Pb3O4是正極材料的主要成分，后者比前者的電導(dǎo)率更高，且能夠降低Pb含量，增加顆粒的尺寸，促進(jìn)PbO2的生成；PbO2、Pb3O4、水和硫酸等是負(fù)極活性材料的主要成分。隔板的電池主要作用是隔離正極和負(fù)極，防止發(fā)生短路，一般都是孔狀結(jié)構(gòu)，方便硫酸在正負(fù)極之間遷移。多孔聚乙烯和吸液式超細(xì)玻璃棉常被用來制作隔板，市面上也有橡膠、纖維素、玻璃纖維和樹脂等材料制作的隔板。

2 鉛酸蓄電池的應(yīng)用

經(jīng)過長(zhǎng)久的發(fā)展，鉛酸蓄電池的生產(chǎn)技術(shù)、相關(guān)理論已經(jīng)十分成熟，電氣性能也得到了全方位的提高，目前已廣泛應(yīng)用于交通、電力、通訊和航空等多個(gè)領(lǐng)域。

起動(dòng)用鉛酸蓄電池。起動(dòng)用鉛酸蓄電池是專門用于汽車、飛機(jī)、船舶等交通工具起動(dòng)、照明、點(diǎn)火和供電的蓄電池。

動(dòng)力型鉛酸蓄電池。動(dòng)力型鉛酸電池用來為電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車提供動(dòng)力，也可用于高爾夫車、叉車等非上路型電動(dòng)車輛。電動(dòng)汽車使用鉛酸蓄電池作為動(dòng)力，可在很大程度上減少汽車尾氣污染，符合零排放、可持續(xù)發(fā)展等理念，有利于提高空氣質(zhì)量、緩解大氣污染。該類電動(dòng)汽車可行駛里程短，價(jià)格較高，因此仍未被廣大消費(fèi)者接受。

通信用鉛酸電池。鉛酸蓄電池因使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)技術(shù)成熟、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，在通信及不間斷電源領(lǐng)域內(nèi)通常被用作固定電源和備用電源。隨著世界各國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和通信技術(shù)的發(fā)展，鉛酸電池的使用量在近十年迅速增加。

儲(chǔ)能型鉛酸蓄電池。使用新能源技術(shù)發(fā)電時(shí)，只有少部分的電能可以直接輸入到電網(wǎng)，大部分的電能仍需要電池作為“中轉(zhuǎn)站”，即先將電能輸入到鉛酸蓄電池中，然后利用逆變器把鉛酸蓄電池的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，再?duì)外發(fā)電。用鉛酸蓄電池替代燃油或者燃油渦輪發(fā)電機(jī)，不僅可以降低發(fā)電成本，還能滿足用電高峰期的負(fù)載平衡需求。用于某些特定場(chǎng)合的大型電池組的量級(jí)可達(dá)50 MW·h/1 000 V，彌補(bǔ)了鉛酸電池在比能量方面的不足，且大型電池組的使用溫度范圍廣、價(jià)格相對(duì)低廉、安全性高，具有較高的性價(jià)比。

3 鉛酸蓄電池企業(yè)的污染源

重金屬污染。Pb和鎘(Cd)是鉛酸蓄電池主要的重金屬污染源，其中Pb污染主要產(chǎn)生于電池板柵和活性物質(zhì)的生產(chǎn)及處理過程中，如鉛煙塵、鉛蒸氣等。Pb在人體中可以累積，如果人類長(zhǎng)期飲用含有Pb的水源或長(zhǎng)期呼吸鉛煙塵、鉛蒸氣等，就會(huì)引起Pb中毒，引發(fā)神經(jīng)、消化、血液等系統(tǒng)的疾病，極大損害人體健康。鉛酸蓄電池中的Cd主要是用于板柵合金的添加劑。在焚燒處理廢舊鉛酸蓄電池時(shí)，Cd會(huì)揮發(fā)到空氣。鎘蒸氣的處理會(huì)耗費(fèi)較大成本，即使得到安全處理，電池焚燒后的殘留物中也會(huì)含有Cd，這些殘留物長(zhǎng)期堆放在垃圾點(diǎn)后，Cd金屬會(huì)逐漸釋放出來，污染地下水，并通過食物鏈進(jìn)入人體器官中累積起來。

水污染。生產(chǎn)鉛酸蓄電池時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的生產(chǎn)廢水、冷卻水和生活污水。生產(chǎn)廢水主要來自生產(chǎn)設(shè)備和場(chǎng)地的沖刷、極板的清洗，還有洗衣房產(chǎn)生的廢水等。生產(chǎn)廢水中含有Pb，因此需要對(duì)該類廢水進(jìn)行回收處理，統(tǒng)一排放。冷卻水在鑄板機(jī)、和膏冷卻、配酸冷卻以及化成冷卻等環(huán)節(jié)產(chǎn)生。生活污水主要來自企業(yè)員工生活用水，該類污水中含有固體物質(zhì)(SS)及氨氮污染物等，也需要進(jìn)行專門的處理排放，否則會(huì)污染附近的水源。

大氣污染。鉛酸蓄電池的大氣污染主要是生產(chǎn)過程中的鉛煙塵和硫酸霧，二者都會(huì)對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生較大的危害。鉛煙塵主要來源于熔化合金澆筑板柵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和鉛粉制備、裝備等環(huán)節(jié)；硫酸霧主要來源于電池與極板的化成工段。

固體廢棄物污染。鉛酸蓄電池生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢鉛泥、熔鉛渣以及污水處理后的鉛膏和污泥等。這些固體廢棄物的含Pb量極高，尤其是鉛膏和熔渣。因此，鉛酸蓄電池的固體廢棄物污染不可忽視。

4 鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的污染防治措施

重金屬污染防治措施。鉛酸蓄電池的重金屬污染源主要是生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)中排放出的Pb和Cd。為了防治該類重金屬污染，鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)首先可以在電池生產(chǎn)階段，對(duì)鉛煙塵進(jìn)行凈化和過濾，如采集鉛煙塵，并送到凈化器中，采用物理和化學(xué)方法凈化，將凈化后的鉛煙塵排放到大氣中。常用的物理凈化方法有靜電除塵法和布袋除塵法；化學(xué)方法是將鉛煙塵與洗滌液混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

水污染防治措施。鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)在處理電池廢水時(shí)，也可以采取物理方法或化學(xué)方法，亦或是將兩種方法結(jié)合使用。物理方法包括吸附法、膜分離法和離子交換法。吸附法是最常用的鉛酸蓄電池廢水處理方法，操作簡(jiǎn)單、效率高、成本低、產(chǎn)生的污泥少；膜分離法有液膜、超濾和反滲透等，操作簡(jiǎn)單高效，滲透量大，不易造成二次污染；離子交換法是將廢水中的金屬離子與交換液中的自由離子交換，進(jìn)而吸附廢水中的Pb2+，達(dá)到凈化廢水的目的?；瘜W(xué)方法有沉淀法、絮凝法和電解法?；瘜W(xué)沉淀法是目前使用較為廣泛的方法，處理效果較好；電解法是應(yīng)用電解的原理，把廢水中的Pb2+還原為金屬Pb，是一種實(shí)現(xiàn)廢水凈化且無害的方法，但運(yùn)行操作的難度大，目前一般應(yīng)用在高濃度的含Pb廢水中。

固體廢棄物污染防治措施。對(duì)于固體廢棄物，鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)需要進(jìn)行分類回收。對(duì)于各種含Pb廢棄物，可以收集后，利用熔煉爐再次熔煉出可用Pb；而對(duì)不可再利用的廢棄物，需要統(tǒng)一運(yùn)送到危險(xiǎn)廢棄物處理中心，進(jìn)行集中銷毀處理，以降低固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染。

5 結(jié)語

綜上所述，鉛酸蓄電池用途廣泛，發(fā)展迅速，但在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量污染物，對(duì)環(huán)境造成較大破壞。鉛酸蓄電池生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)廢水、冷卻水及生活污水，若不加以處理，會(huì)污染水源，甚至威脅人們的飲水安全。針對(duì)這一現(xiàn)象，鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)可以使用物理和化學(xué)方法，凈化水中的污染物，防治水污染。《鉛酸蓄電池污染防治與職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)》可供鉛酸蓄電池生產(chǎn)廠家的高級(jí)管理人員、環(huán)保管理人員與環(huán)保工程技術(shù)人員、職業(yè)衛(wèi)生管理人員、生產(chǎn)技術(shù)人員閱讀參考，也可作為新能源材料與器件等專業(yè)的教材。

書名：鉛酸蓄電池污染防治與職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)

作者：舒月紅等 編著

ISBN：9787122116918

出版社：化學(xué)工業(yè)出版社

出版時(shí)間：2011-10-01

定價(jià)：￥116.70