铅酸蓄电池的水污染防治措施<br/>——评《铅酸蓄电池污染防治与职业卫生防护》

铅酸蓄电池的水污染防治措施
——评《铅酸蓄电池污染防治与职业卫生防护》

2022-11-07高碧霄张星宇仇庆春

电池 2022年2期

高碧霄，张星宇，潘杨，2*，仇庆春

(1.苏州科技大学环境科学与工程学院，江苏苏州 215009； 2.城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室，江苏苏州 215009； 3.苏州市环境卫生管理处，江苏苏州 215009)

我国是世界最大的铅酸蓄电池生产国，同时也是最大的消费国和出口国。随着我国铅酸蓄电池生产技术的成熟和完善，铅酸蓄电池的应用范围越来越广泛，与此同时，铅酸蓄电池带来的环境污染问题也日益突出。相关数据显示，铅酸蓄电池在使用过程中以及报废之后，会产生较大的污染，尤其是铅酸蓄电池废水中含有的大量重金属离子，若处理不当，会造成严重的水污染。为了保障人们的用水安全和生命健康，必须重视并认真研究铅酸蓄电池的废水处理方式，减少水污染。

舒月红等著的《铅酸蓄电池污染防治与职业卫生防护》是在参考美国铅酸蓄电池行业的职业卫生防护技术的基础上，针对我国近年来铅酸蓄电池行业的环保状况及职业卫生现状，编写而成。全书分为7章：第1章介绍了我国铅酸蓄电池行业情况、环境污染现状和职业卫生状况；第2章根据国家环保部《铅酸蓄电池行业现场环境监察指南》内容，列出了铅酸蓄电池企业环境污染控制的基本要求；第3章重点阐述了铅酸蓄电池制造过程中的主要清洁生产设备及技术；第4章着重阐述了铅酸蓄电池制造过程中的末端治理设备与技术；第5章介绍了我国3家大型企业的清洁生产与污染防治的典型案例；第6章推荐了美国铅酸蓄电池制造业的职业卫生防护方法；第7章介绍了我国3家大型企业的职业卫生防护经验；第8章为铅酸蓄电池制造业在环保与职业卫生方面的改进提出了建议。

1 铅酸蓄电池原理及构成

铅酸蓄电池主要是通过铅(Pb)在不同价态之间的转换，来实现电池的充放电。放电时虽然电池两端发生的化学反应不同，但都会生成PbSO4。充电时电极两端发生逆反应，如式(1)-(5)所示。

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铅酸蓄电池一般由正负极板栅、电解液、顶部铅块、正负极活性材料(正负极膏)、隔板和塑料外壳等构成。正负极板栅是汇集电流的部件，主要起到支撑和固定活性材料，并在活性物和端子之间进行导电的作用，常由Pb合金材料构成，以保障板栅的硬度和防腐蚀性。电解液和正负极膏是铅酸蓄电池的活性部件，其质量占比不超过电池总质量的一半。PbO2和Pb3O4是正极材料的主要成分，后者比前者的电导率更高，且能够降低Pb含量，增加颗粒的尺寸，促进PbO2的生成；PbO2、Pb3O4、水和硫酸等是负极活性材料的主要成分。隔板的电池主要作用是隔离正极和负极，防止发生短路，一般都是孔状结构，方便硫酸在正负极之间迁移。多孔聚乙烯和吸液式超细玻璃棉常被用来制作隔板，市面上也有橡胶、纤维素、玻璃纤维和树脂等材料制作的隔板。

2 铅酸蓄电池的应用

经过长久的发展，铅酸蓄电池的生产技术、相关理论已经十分成熟，电气性能也得到了全方位的提高，目前已广泛应用于交通、电力、通讯和航空等多个领域。

起动用铅酸蓄电池。起动用铅酸蓄电池是专门用于汽车、飞机、船舶等交通工具起动、照明、点火和供电的蓄电池。

动力型铅酸蓄电池。动力型铅酸电池用来为电动汽车和电动自行车提供动力，也可用于高尔夫车、叉车等非上路型电动车辆。电动汽车使用铅酸蓄电池作为动力，可在很大程度上减少汽车尾气污染，符合零排放、可持续发展等理念，有利于提高空气质量、缓解大气污染。该类电动汽车可行驶里程短，价格较高，因此仍未被广大消费者接受。

通信用铅酸电池。铅酸蓄电池因使用寿命长、生产技术成熟、价格低廉等优势，在通信及不间断电源领域内通常被用作固定电源和备用电源。随着世界各国通信网络建设和通信技术的发展，铅酸电池的使用量在近十年迅速增加。

储能型铅酸蓄电池。使用新能源技术发电时，只有少部分的电能可以直接输入到电网，大部分的电能仍需要电池作为“中转站”，即先将电能输入到铅酸蓄电池中，然后利用逆变器把铅酸蓄电池的直流电转变为交流电，再对外发电。用铅酸蓄电池替代燃油或者燃油涡轮发电机，不仅可以降低发电成本，还能满足用电高峰期的负载平衡需求。用于某些特定场合的大型电池组的量级可达50 MW·h/1 000 V，弥补了铅酸电池在比能量方面的不足，且大型电池组的使用温度范围广、价格相对低廉、安全性高，具有较高的性价比。

3 铅酸蓄电池企业的污染源

重金属污染。Pb和镉(Cd)是铅酸蓄电池主要的重金属污染源，其中Pb污染主要产生于电池板栅和活性物质的生产及处理过程中，如铅烟尘、铅蒸气等。Pb在人体中可以累积，如果人类长期饮用含有Pb的水源或长期呼吸铅烟尘、铅蒸气等，就会引起Pb中毒，引发神经、消化、血液等系统的疾病，极大损害人体健康。铅酸蓄电池中的Cd主要是用于板栅合金的添加剂。在焚烧处理废旧铅酸蓄电池时，Cd会挥发到空气。镉蒸气的处理会耗费较大成本，即使得到安全处理，电池焚烧后的残留物中也会含有Cd，这些残留物长期堆放在垃圾点后，Cd金属会逐渐释放出来，污染地下水，并通过食物链进入人体器官中累积起来。

水污染。生产铅酸蓄电池时会产生大量的生产废水、冷却水和生活污水。生产废水主要来自生产设备和场地的冲刷、极板的清洗，还有洗衣房产生的废水等。生产废水中含有Pb，因此需要对该类废水进行回收处理，统一排放。冷却水在铸板机、和膏冷却、配酸冷却以及化成冷却等环节产生。生活污水主要来自企业员工生活用水，该类污水中含有固体物质(SS)及氨氮污染物等，也需要进行专门的处理排放，否则会污染附近的水源。

大气污染。铅酸蓄电池的大气污染主要是生产过程中的铅烟尘和硫酸雾，二者都会对人们的身体健康产生较大的危害。铅烟尘主要来源于熔化合金浇筑板栅的生产环节和铅粉制备、装备等环节；硫酸雾主要来源于电池与极板的化成工段。

固体废弃物污染。铅酸蓄电池生产过程中会产生大量的废铅泥、熔铅渣以及污水处理后的铅膏和污泥等。这些固体废弃物的含Pb量极高，尤其是铅膏和熔渣。因此，铅酸蓄电池的固体废弃物污染不可忽视。

4 铅酸蓄电池生产企业的污染防治措施

重金属污染防治措施。铅酸蓄电池的重金属污染源主要是生产各个环节中排放出的Pb和Cd。为了防治该类重金属污染，铅酸蓄电池生产企业首先可以在电池生产阶段，对铅烟尘进行净化和过滤，如采集铅烟尘，并送到净化器中，采用物理和化学方法净化，将净化后的铅烟尘排放到大气中。常用的物理净化方法有静电除尘法和布袋除尘法；化学方法是将铅烟尘与洗涤液混合并发生化学反应。

水污染防治措施。铅酸蓄电池生产企业在处理电池废水时，也可以采取物理方法或化学方法，亦或是将两种方法结合使用。物理方法包括吸附法、膜分离法和离子交换法。吸附法是最常用的铅酸蓄电池废水处理方法，操作简单、效率高、成本低、产生的污泥少；膜分离法有液膜、超滤和反渗透等，操作简单高效，渗透量大，不易造成二次污染；离子交换法是将废水中的金属离子与交换液中的自由离子交换，进而吸附废水中的Pb2+，达到净化废水的目的。化学方法有沉淀法、絮凝法和电解法。化学沉淀法是目前使用较为广泛的方法，处理效果较好；电解法是应用电解的原理，把废水中的Pb2+还原为金属Pb，是一种实现废水净化且无害的方法，但运行操作的难度大，目前一般应用在高浓度的含Pb废水中。

固体废弃物污染防治措施。对于固体废弃物，铅酸蓄电池生产企业需要进行分类回收。对于各种含Pb废弃物，可以收集后，利用熔炼炉再次熔炼出可用Pb；而对不可再利用的废弃物，需要统一运送到危险废弃物处理中心，进行集中销毁处理，以降低固体废弃物对环境的污染。

5 结语

综上所述，铅酸蓄电池用途广泛，发展迅速，但在生产过程中会产生大量污染物，对环境造成较大破坏。铅酸蓄电池生产过程中的生产废水、冷却水及生活污水，若不加以处理，会污染水源，甚至威胁人们的饮水安全。针对这一现象，铅酸蓄电池生产企业可以使用物理和化学方法，净化水中的污染物，防治水污染。《铅酸蓄电池污染防治与职业卫生防护》可供铅酸蓄电池生产厂家的高级管理人员、环保管理人员与环保工程技术人员、职业卫生管理人员、生产技术人员阅读参考，也可作为新能源材料与器件等专业的教材。