铅酸蓄电池的水污染防治措施研究

许成龙

（山东泰旭智能科技有限公司，山东 济南 271100）

从1859年法国物理学家成功研发铅酸蓄电池开始，可再充电电池在金融以及工业、航空航天等多领域均发挥着重要作用，并且铅酸蓄电池生产项目属于国民经济发展的主体项目，预估2022年我国铅酸蓄电池产量将突破2.3655 kVAh。要使铅酸蓄电池产业保持长远发展，需要安全的生产条件，避免因水污染因素影响产量，因此其产业发展蕴含着深刻的环保价值。

1 铅酸蓄电池的原理及其污染源

1.1 原理

铅酸蓄电池是由六个或三个单格电池，以串联方式组合而成的可充电电池，如图1所示。铅酸蓄电池属于储能型电池，它可以从电网获取电能，并转运到电池载体中，为电气设备提供所需电能，一般而言可以达到50 MW·h/1kV的量级标准，其生产成本和适用性都较为突出。根据铅酸蓄电池化学原理，其在充电与放电过程中会发生化学反应，其反应过程如下所示：

图1 铅酸蓄电池结构图

在放电反应中，铅酸蓄电池中整机分布的活性物二氧化铅将同硫酸物质产生化学反应，从而形成硫化铅；而负极成分以金属铅为主，在反应后将形成H+，进而实现两极物质的有效转化，最终形成电解质水；并且在H+作用下形成电压差，便于为连接设备提供电流。

在生产铅酸蓄电池的过程中，常需要使用板柵元件，且以玻璃棉隔板材质为基础，从而使蓄电池具备放电功能。研究铅酸蓄电池的运作原理，可为后续对其水污染防治技巧的把握提供指引。

1.2 污染源

铅酸蓄电池在生产及应用期间极易导致水污染。比如在对废旧蓄电池采用焚烧方式进行销毁时，会造成其内部物质泄漏，从而直接渗入地下水，对水源安全产生威胁；铅酸蓄电池在生产中会形成废水、污水，若未能集中回收，或是回收工艺达不到标准，都会导致掺杂氨氮污染物以及铅元素的废水渗入地下水或直接汇聚到周边河流中，加剧水污染危害。所以作为铅酸蓄电池常见污染源，相关部门理应加大对水污染的管控力度[1]。

2 铅酸蓄电池水污染防治的现实意义

2.1 践行生态环保目标

铅酸蓄电池虽然因其低成本、可循环等优势而被广泛应用，但随之形成的水污染问题也不容忽视。现今各行业都在践行生态环保理念，相关生产企业若能通过水污染防治重新调整铅酸蓄电池生产方向，可促进铅酸蓄电池生产企业早日完成生态环保转型任务。一方面，水污染危及生态健康，严重时还会直接威胁水源安全；另一方面，废旧铅酸蓄电池被随意搁置与丢弃，也会因其内部电解液泄漏而破坏周边环境，违背企业绿色生产的初衷。因此，应从环保层面对铅酸蓄电池引发的水污染问题进行分析，才能切实提高生态保护水平。

2.2 提升生产行业的生态标准

近年来，铅酸蓄电池行业规模稳中有涨，而有效防治水污染可以进一步彰显铅酸蓄电池的生态价值，使之在环保行业中站稳脚跟，赢得更多消费者的信赖。从近年我国铅酸蓄电池发展情况分析（见表1），实施水污染防治举措，能够适当提升生产行业的生态标准，确保铅酸蓄电池成为充电电池市场中的绿色产品。实际上，早在2008年，工信部等有关部门就曾针对铅酸蓄电池生产行业提出绿色发展标准，而水污染防治工作的有序开展，成为强化行业生态价值的重要助力，因此加强水污染防治对铅酸蓄电池行业发展具有深刻的现实意义[2]。

表1 2017年～2022年铅酸蓄电池国内产量及增长率变化趋势

3 铅酸蓄电池的水污染防治措施

3.1 推行全过程防治模式

为了妥善处理铅酸蓄电池水污染问题，行业内需进一步推行全过程防治模式。因为水污染事件的产生并非单纯集中于生产环节，蓄电池产品的生产、蓄电池拆解以及回收等多个步骤都会涉及污染源。所以，相关部门及企业务必对整个流程进行有力干预。通常在生产环节，水污染多源于铅元素的释放，而回收时未能合理处置蓄电池结构中的铅硫物质，及在拆解期间的碾压或重力分离，都容易出现电解液、金属颗粒物的外泄，若未能及时处理，也将在污染物外流过程中对水资源造成污染。关于回收时的水污染防治事项，多以行业标准规范拆解人员的拆解步骤，管理人员可以从两个环节加以防治。

3.1.1 生产前防治

在尚未生产前，相关人员需要准备好各种防护装置，如废物处置塑料盒、产品保护隔板、废液排放回收池等，便于进入生产环节以后减少废料损耗量以及废液排放风险，并对每一项生产流程中的操作步骤进行精准记录，以便在发生污染时可以及早获取凭证，待查明污染原因后避免二次污染。

3.1.2 回收时防治

在铅酸蓄电池应用后进行回收时，相关人员需要选用适合的回收装置，对其进行拆解式回收。因废旧蓄电池很难整装回收，且主要以铅回收为主，因此相关人员应当优选回收设备与回收手段，提高回收率，避免有害物质流入地下水，增加污染风险。

结合学者郭木桂[3]的相关研究，相关人员在回收时可以借助3 kW封闭不锈钢电锯、55 kW不锈钢破碎机以及5.5 kW不锈钢沉淀槽、11 kW鼓风炉、5.5 kW废液处理搅拌机等多种回收设备，对废旧蓄电池进行有序回收，这样方可抑制有害物质的肆意排放。回收是引起水污染的重要环节，若在配套回收设备辅助下提高回收效率，将降低污染物的产生量，规避水污染风险。此外，在铅回收中，研究也主张湿法回收，即在不锈钢隔板参与下隔断蓄电池两极，而后使用氢氧化钠为铅元素的回收创造还原条件，并且将回收工作纳入密封环境下，预防有害物质流入水源地，回收中注重脱硫处理，保证在碳酸铵的辅助下提纯铅元素。只有规范好每一项回收动作，才能维护生产与应用及回收安全。因此，对整个流程进行全过程防治是强化防治效果的关键途径，应当引起技术员、生产员、管理员等有关人员的密切关注，以此有效达成水污染防治目标。

3.2 严控公共环境污染量

铅酸蓄电池的水污染除了来源于上述提到的回收环节，其应用过程也是较为主要的污染环节，尤其是在公共场所使用的蓄电池或使用后的废旧蓄电池。因此在水污染防治工作中应当严控污染量，随着污染量的缩减，给水源带来的危害也随之减少。相关研究发现，蓄电池中的电解液以及废物、废渣成分会对水源安全带来危害，因此在保障水源安全的前提下，无论是生产中的蓄电池还是废旧蓄电池，都要对其可能引起水污染的污染源生成量予以充分控制。

首先，工作人员需要对废物、废渣展开分类，并对其危害程度进行划分。若铅元素含量超出既定标准，则将废物、废渣列入重点控制范畴，并安排指定人员将其送往废物处理站，采用专业手法对其进行合理处置，这样可以防止消费者直接把废旧蓄电池扔进垃圾桶，引起有害物质泄漏。此时，相关部门可以在社区或者公共场所设置专属回收桶，在统一管控下，降低废物在公共环境中的污染量；其次，可以通过相互监督的方式，对消费者或有关单位可能出现的违规行为展开监督举报工作，公开投诉电话或微信公众号，让举报人员以留言方式对涉事人员（肆意丢失废旧蓄电池等）进行举报，并由司法部门前往现场及时处理，特别是在农村地区，会出现直接将蓄电池扔到周边水沟或随意搭建的垃圾站里，加剧水污染风险，相关人员在监督过程中可以预判风险，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鉴电梯或电动车识别系统，对铅酸蓄电池进行定位追踪，以技术手段明确蓄电池实际位置，若显示其位于水源周边，就需要考虑是否属于污染源，且释放的污染量是否超标，以此在科技力量的支持下优化防治效果。

3.3 妥善处理废电解液

铅酸蓄电池是以二氧化铅与硫酸为反应基础的储能电池，而其使用后或损坏后形成的废电解液，若不能妥善处理将严重危害水源安全，如果有人误饮含有废电解液成分的水，会损伤人体呼吸系统和肠胃系统。因此，如何正确处理废电解液是水污染防治的重点，根据有关研究，适用于电解液处理的方法主要有以下几种。

3.3.1 离子闪换法

此方法可以清除铅酸蓄电池中的硫酸物质，将硫酸铅等物质转化为可用硫酸物质，在闪换化学反应作用下去除电解液中的离子成分。虽然此种方法具备可行性，但在操作中会引起电解液泄漏，进而对水源造成二次污染，因此在实际操作中应选择远离水源的场所。

3.3.2 渗析处理法

该法是依靠阴离子膜对电解液进行渗透处理，使之在渗透压条件下实现对有害物质的充分分离。此种方法的优势在于环保性强，无需投入较大成本，能够高效处理电解液，但是若铅酸蓄电池中使用的是高浓度硫酸物质，则不主张以渗析处理法应对水污染。

3.3.3 膜集成处理法

此种方法在应用中可以在集成膜的参与下快速分离电解液中的铅元素与硫酸成分，且提纯作用显著，相关人员可在电解液处理中优选该法。对电解液进行妥善处理能够合理减少水污染中有害物质的生成量，避免电解液渗入周边水源[4]。

3.4 应用清洁生产工艺

铅酸蓄电池水污染的综合防治，还需要从工艺层面消除生态危害。我们可以在回收利用中应用清洁生产工艺，保证在我国大规模生产铅酸蓄电池的背景下，废旧蓄电池能够得到充分回收，在满足用户用电需求的前提下，使其不会成为危及生态安全的废旧物。对此，清洁生产工艺可以辅助有关人员更妥善地降低污染物的生成量，其中重要的是在蓄电池出现破损或者无法正常保持充放电功能时，对其先期进行安全保存，而不是直接丢弃。

相关部门可以集中设置适宜存储蓄电池的区域，在保存地点上方铺设5 mm以上厚度的聚乙烯混凝土防护结构，并在周边为其设计密封、防泄露保护设施，预防蓄电池内部成分渗入地下水，保证周边水系安全。在破碎处理中使用的破碎机等设备，在操作后将出现大量电解液，此时需在破碎区域以及电解液上方投入氢氧化钙，使其与电解液中的硫酸发生化学反应后转化为硫酸钙物质，避免在液体外流中产生水污染隐患；并在破碎后对其展开过滤处理，以20 mm孔径过滤器筛选出废渣；对于过滤后的固液成分，可以使用洗涤熔炼工艺，对金属固化物进行输送，一般需要借助高压水泵的力量，根据各种物质的密度差异，差别化处理有害物质，从根本上防范水污染；之后进入到脱硫结晶步骤中，硫酸铅与碳酸钠物质发生反应后，将去除蓄电池中的污染物，其间形成的硫酸钠成分很少污染水资源。按照清洁生产工艺对污染性较大的铅酸蓄电池进行科学处理，能够取得预期防治效果，并可随时根据工艺创新成果去除污染物[5]。

3.5 建立安全监管机制

铅酸蓄电池在全国范围内的销售，会对整个水源的安全性造成威胁。因此，相关部门应当建立安全监管机制，对铅酸蓄电池闪易行为予以监督。根据调查，在2016年，铅酸蓄电池集团性质销售网点就已达到3 000余个，包含63万个基层站点，还设有大量的蓄电池暂存点。面对如此庞大的铅酸蓄电池使用规模，政府部门需要从安全监管层面出台各项政策，如颁布 铅酸蓄电池安全操作规程、废铅酸蓄电池处理污染控制技术规范以及涵盖铅酸蓄电池的“固废法”等，通过这些法规在监管机构中的落实，可以使基层销售点在为消费者提供铅酸蓄电池产品时，能够对产品信息进行集成管控。如某企业曾将二维码应用于铅酸蓄电池身份鉴别中，确保每个销售的产品，都能直接通过扫码获取相关信息，既能知晓厂商信息，又能确定消费者信息，对后期的统一回收起到辅助作用，有效降低消费者私自处理蓄电池的可能性。

4 结论

综上所述，铅酸蓄电池在其生产、应用以及回收等多个环节中都会形成水污染隐患。要想积极应对水污染风险，相关部门和企业应从全过程防治模式、污染量控制、废电解液处理、清洁生产工艺以及安全监管机制等方面着手，在落实综合防治举措的过程中，使铅酸蓄电池行业能够在卫生制造及环保层面突显出生态优势，促进铅酸蓄电池生产企业的良性运作，保障人体及生态环境的健康和安全。