废旧电池的污染及其治理11

废旧电池的污染及其治理摘要：本文分析了废电池中的主要污染物的污染途径，以及主要的污染危害；探讨了如何防治废电池污染的方法，提出了加强电池生产过程污染防治的控制，加强废电池管理法规的建设，建立和完善废电池回收体系以及环境无害化管理体系，开发环境无害化处理技术，加强废电池污染防治的宣传教育等防治措施。关键词：废电池污染处理处置防治管理对策分析0引言“地球只有一个”，保护环境，爱护地球，给予子孙后代留下一片蓝天和碧水，是全世界人民所向往为之奋斗的共同目标［1］。我国是电池生产和消费大国，1998年电池的产量和消费最高达到了140亿只，是世界总量的三分之一。废电池中，含大量的重金属，如汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、镍（Ni）以及碱、酸等。这些有毒有害的物质泄露到环境中，造成的污染和危害很大。为此，废弃电池对环境的污染已是一个不争的事实，关注电池的回收再利用，发展无污染、无公害的“绿色”化学电源产品已是时代要求和大势所需，也是电池产品可持续发展的必由之路［2］,成为摆在我们面前的一个严峻的课题。废电池的分类电池是一种通过电化学反应获得能量的电源，意大利物理学家伏打（AlessandroVOlta）在1780年制备出第一种通过化学体系获得电能的应用装置。但是，第一只电池是由勒兰社（GeorgesLeclanche）在1866年制造出来的。电池的种类繁多，按用途可分为工业电池和民用电池两大类。在市场上的电池（民用电池，使用最大、也是最分散的电池产品）有两种类型：一次电池（只能使用一次的电池）和二次电池（可充电，多次重复使用的电池）。目前，电池产品广泛用于专业或非专业的众多应用领域，例如机床、器械、医疗设备、安全装置、电话、玩具和录像机等［3］。电池除了有多种化学成分外，其大小差别也非常大，小到医学应用领域中使用的纽扣电池，大到与装载水平测量系统配套的大型多隔室蓄电池。目前国内使用最多的工业电池为铅蓄电池，污染物主要为铅 （Pb）和硫酸（H2SO4），这类电池由于材料单一，且多为大型电池，处理较方便，占电池总成分50%以上的铅（铅化合物），可以重新同炉提炼，外壳多为塑料，也可再生，均具有较高的利用价值，该系列电池的回收已成为商（厂）家的自觉行动，即使在生活垃圾中偶尔见到，也会被捡垃圾的送往废品收购部门，此类废电池的再生基本不存在技术问题，对环境的污染主要是管理问题［4］。一次电池全部用于小型装置，一次电池由不可逆的化学电极对构成，不能再进行充电，当电能耗尽时必须更换新，因此人们不断购买并利用电池产品，不断丢弃使用过的电池，在城市固体垃圾中常常发现这些废弃物。二次电池的使用范围非常广泛，从普遍使用的便携带电话到大负荷水准测量电气装置都使用二次电池。使用可逆的化学电极可使得二次电池进行再次充电。在制造可充电电池时，主要使用下列三种金属：铅(Pb)、镍(Ni)和锂(Li)。使用寿命达到终点的二次电池的流向取决于电池的类型和寿命。铅酸蓄电池大都用于汽车车辆的启动，有许多工厂被指定回收利用这些废弃的铅酸电池。锂电池是市场上的一种新产品(手机电池)，一般来说，锂电池较小。然而，目前许多蓄电池被丢弃而成为城市固体垃圾或放置在家庭后院，在将来会对环境产生潜在的影响［3］。此外，在二次电池中还含有各种不同的化学物质，二次电池的大小和形态变化很大，从小型的蓄电池到大型多隔室的安全蓄电池系统。我国主要电池种类包括普通锌锰电池、碱性锌锰电池、镍镉电池、铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池等。表1为目前我国主要的电池产品和其化学体系。表1目前我国主要的电池产品和其化学体系名称负极电解质正极常用容器标准电压/v次普通锌锰电池ZnNHCl-ZnCl4 2或ZnCl2MnO2钢板1.5电碱性锌锰电池ZnKOH或NaOHMnQ塑料1.5池汞电池ZnKOH或NaOHHgO塑料1.35锌银电池ZnKOH或NaOHAg2O塑料1.55—'锂电池LiLiBF2CF2或MnO2塑料3.0次铅酸电池PbHSO^PbO2塑料2.0电镍镉电池CdKOHNiOOH钢板1.2池Zn—AgO电池ZnKOHAg2O钢板1.5废旧电池对人体健康的危害电池中含有的主要污染物包括重金属以及酸、碱等电解质溶液。常用电池系列的主要组成见表［5、6、7］表2常用的电池的组成电池系列大量兀素或物质重要有害物质锌锰电池ZnMnONHClZnCL2 4 2Hg碱性锌锰电池ZnMnOKOH2HgKOH镉镍电池CdNiKOHCdKOH氢镍电池MHNiKOHKOH锂离子电池LiCo(或NiMn)有机电解质有机电解质铅酸电池PbHSOPbSO2 4 4PbHSOPbSO2 4 4一般地讲，电池中的有害物质主要有Hg、Cd、Pb、Ni、Zn等重金属和铅蓄电池的H2SO4、各种碱性电池中的KOH和锂电池中的LiPF6等电解质溶液［8］。汞、镉、铅是对环境和人体有较大危害的物质；镍、锌等在一定浓度范围内

是有益物质，但是在环境中超过一定量就会对人体造成危害，具体危害如下［4、9、10］。Hg：是常温下唯一的液态金属，蒸汽压较高，汞及其化合物，特别是有机汞化合物面具有及强的生物毒性，较快的生物富集速率和较长的脑器官事物半衰期。具有致癌性；能引发中枢神经疾病；是日本“水俣病”的罪魁祸首，其中有机汞化合物（甲基汞）毒性最大，可破坏细胞的基本功能和代谢，破坏肝脏功能，使肾功能衰竭。Cd：易在动植物体内富集，影响动植物的生长，具有很强的毒性，具有致癌性，主要是使肾脏和肝脏受损害，其后继发骨质疏松，软骨症和骨折，即所谓的“骨痛病”。Pb：其主要毒性作用的导致贫血，损坏神经系统，心血管，胸和肾脏，对其产生不良影响，伤害消化系统，影响儿童智能发育，妇女不育，是妇女和儿童的无形杀手，其主要表现为胃痛、头痛、昏迷。Ni：具有致癌性；对水生生物具有明显的伤害，镍中毒的特有症状是皮炎，呼吸器官障碍及呼吸道癌。Zn：主要中毒症状是胃肠功能失调和腹泻，锌盐可引起皮炎，皮肤溃烂，吸入氧化锌（ZnO）烟尘可引起锌中毒，并产生烟雾热症状，引起严重的支气管炎并发肺炎。Cu：铜盐毒性较大，可导致胃肠系统伤害，可发生溶血性贫血，胆汁排泄功能紊乱，引起肝脏损坏。Mn:在缺氧和一氧化碳（CO）存在的条件下，会形成水溶性重碳酸盐，从而污染水源，使饮用水者锰中毒或患脑炎。收集率/%无水化率/%02040608010002.782.271.751.230.720.18202.221.821.400.980.570.15401.671.361.050.740.430.11表32005年深圳市废一次干电池非致癌风险分析由以上可以看出，废旧电池中的有害物质对人体的健康有极大的危害，其中这些污染物中汞是污染元素之首。我国清华大学为配合深圳市废电池管理政策的制度，曾研究了电池不同回收比例与不同无汞化程度对健康风险的影响［8］见表表32005年深圳市废一次干电池非致癌风险分析由表3可见，当废电池随垃圾收集处理时，就废电池污染对人体的风险而言，提高电池的无汞化率比对电池进行分类收集重要得多。当电池的无汞化率达到80%时，废弃电池直接随垃圾一起处理时对人体健康的反向仍小于1，即使收集率达到40%时（这一比例已是很高，目前套达到这一比例难度较大），要达到相近的风险率仍要求电池的无汞化率达到40%以上，事实上实现电池的低、无汞化远比提高一次电池的收集率容易得多。因此，落实国家九部委关于限制电池汞含量的规定［11］，实现一次电池低、无汞化是更可行的汞控制方法。废旧电池对周围环境的污染我国每年废弃电池有近百亿只，对于用过的废旧电池大多数没有单独收集处理，混入生活垃圾之后被填埋或焚烧、堆肥，若废弃电池在生活垃圾中所占的比例较高，垃圾中所含的重金属的废电池将成为生态环境的污染源。此外，用过的废电池内部发生的化学变化，会使电池外壳腐蚀破损以致酸性或碱性液体流出，这些废液若粘在金属面或衣物上，会腐蚀器具和衣物；若溅到皮肤上，会使皮肤灼伤发炎；置于火中的电池还会产生大量的气体，使电池发生爆炸。更为重要的是这些污染物成为地下水和土壤的严重隐患［10、12］。日本平冢市由于废旧电池污染了井水，导致饮用该井水的十多位居民患上脑炎，并有数名居民因此而毙命。井水水质化验分析表面，水中所含的锰和锌都超过饮用水标准十几倍以上，日本京都环境科学研究所的检查表面，东京地区汞含量高出正常植6—7倍，后认得是由于垃圾场焚烧了混有废旧电池的可燃性垃圾而造成的。资料显示，仅一个纽扣电池能污染大约60万升水，这相当于一个人一生的用水量［13、14］。目前除直接进入环境的废电池，废电池的处理有混合收集和分类收集两种方式。垃圾中混合收集的废电池处理方式有堆肥、填埋、和焚烧；分类收集的废电池处理方式有临时贮存、填埋和回收利用。在不同情况下，废电池对环境的污染过程分析如下［15］：3．1直接进入环境的废电池可能引起的污染进入环境的废电池可能会因为长期的腐蚀作用而引起电池包壳破损，导致电池里的重金属和酸碱泄露。尤其是集中堆放的废电池，还会由于电化学腐蚀的微电池作用而加剧电池包壳的腐蚀和污染物泄露的速度，且污染物的释放量相对较大，因此对环境的危害性也就较为严重。将废铅酸电池和镍镉电池中的废酸、废碱及其他成分废电池直接倒入环境，会引起即说的重金属和电解液污染。据报道，受铅酸废液污染的土壤，严重超过含铅量在1-50g/kg范围内，严重超过土壤中铅含量的本底植。3．2同垃圾混合收集的废电池可能引起的污染目前大多数电池进入生活垃圾，随同生活垃圾进行填埋、焚烧、堆肥过程。我国现今垃圾填埋处置水准较低，许多垃圾处于简单堆放状态，废电池中的重金属及废液会通过渗滤作用直接污染水体或土壤。在填埋场发生反应阶段，更易于金属溶出。在焚烧过程中，废电池中的金属汞(Hg)、镉(Ge)高温挥发而被烟气带走，遇冷空气后凝结成为均匀小粒状物，粒径在1微米难以捕集；部分金属物在炉中参与反应生成氯化物、硫化物或氧化物，比原来金属元素更易气化挥发，这些物质再冷凝成为小粒状物，最终转化成底灰残留物，从而产生重金属含量很高的灰渣，难以处理。在堆肥过程之中废电池的主要污染作用在于增加了堆肥产品中重金属的总量，且废电池可能同堆肥产品中其他成分发生作用而导致加速重金属的溶出。电池同垃圾共同处理过程中对环境的污染程度取决于废电池在垃圾中所占的比例。3．3分类收集过程中废电池可能引起的污染在废电池收集、贮存、运输过程中，由于有些废电池中还残存有能量，有可能引起爆炸等事故。另外，长期的机械或腐蚀作用，废电池可能渗漏而腐蚀容器、运输工具等。在贮存过程中，由于大量重金属集中在一起，在发生淋溶作用时，可能会产生大量重金属溶解进入土壤等现象。废电池分类收集后进行填埋，其可能引起的污染情况主要也是因为废电池中的重金属通过渗滤作用而影响环境。但若填埋过程符合安全标准，则由于废电池中化学物质污染过程缓慢，对环境产生的污染较小。所以最佳的废电池处理方案是分类收集再生利用。但如果再生技术落后，再生利用过程也可能产生二次污染。而且若处理不当，则会由于重金属富集可能造成更大的污染。废旧电池污染环境的治理对策4．1目前我国废电池污染防治现状4．1．1电池生产与销售的防治措施1997年12月31日，国家九个部委联合发文《限制电池产品汞含量的规定》，要求我国电池行业分布实现对电池产品汞含量的限制，首先实现低汞，最终达到无汞。低汞的含义为电池中汞含量小于电池重量的0.025%；无汞的含义为电池中的汞含量小于电池重量的0.001%。《规定》明确提出，自2001年1月1日起，禁止在国内市场销售汞含量大于电池重量0.025%的电池；2001年1月1日起，凡进入国内市场销售的国内、国外电池产品，在单体电池上需标注汞含量，如：注明：“低汞”或“无汞”，未标注汞含量的电池不准进入市场销售；自2002年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于电池重量0.025%的电池；自2005年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于电池重量0.001%的碱性锌锰电池；自2006年1月1日起，禁止在国内经销汞含量大于电池重量0.001%的碱性锌锰电池，这一管理文件的发布，起到了从源头控制废电池环境污染的作用［16］。4．2．2废电池回收处理的防治我国目前对废电池的管理基本处于空白，对废电池的回收、处理和处置，国家没有制定具体的政策和法规。每年报废的电池绝大部分没有回收处理，而是随意丢弃，对生态环境和公众健康构成了严重的威胁。1995年颁布的《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》没有对废电池的回收处理作任何规定。国内有关环保单位，环保志愿者和一些厂家、商家对废弃电池回收尝试几乎遍布全国，但都因回收的电池无处接受而不了了之。4．2废电池污染防治的对策分析4．2．1严格管理电池的生产首先是要坚持贯彻执行《关于限制电池产品汞含量的规定》，尽快实现我国电池生产的无汞化。另外，生产者应对含有危险废物的电池进行标识，还应不断改进产品，减少电池中重金属等有害成分的含量，提高电池的循环使用次数。4．2．2加强废电池管理法规建设废电池的无害化处理和综合利用对保护环境，节约资源意义重大，应制定有关废电池的回收管理法规和可操作的实施细则，废电池的回收再利用过程应综合考虑环境、经济、技术水平和行业发展等多方面的因素。制定符合我国国情的管理法规以及具体的可操作的管理实施细则，需要考虑的原则有：(1)“三化”则：对废电池的污染防治，应贯彻减量化、资源化、无害化的指导思想；(2)生命周期管理原则：对电池的生产以及废旧电池的产生、收集、运输、利用、储存的各个环节，开展污染防治；(3)生产部门义务原则：电池生产部门有义务参与废电池的收集、再利用工作；(4)分类管理原则：废电池对于环境的影响因电池种类不同而差别很大，对其不同种类采取区别管理。对于重点类别的电池生产企业重点监控；(5)分类回收原则：各类废电池对于环境的潜在污染影响不同，其处理方式也不同，为方便分类处理，采取分类回收；(6)集中处理原则：在全国建立几个集中的、较大规模的、分散的处理，避免二次污染；(7)重视技术开发原则：在严格管理的同时，要重视废电池再生利用以及处理技术的研究开发［18、19］。4．2．3建立电池生命周期过程管理体系电池的整个生命周期包括从电池生产到最终处置的各个环节：首先从源头控制，管理电池的生产过程；其次的废电池的运输、储存管理；还有废电池的再生利用以及环境无害化处置的管理。4．2．4运用经济手段推动全社会防治电池污染废电池处理要在产业经济的轨道上运行，必须获得政府的支持，政府应在政策、税收和投资方面给予扶持，特别是项目投资，政府应给予一定补贴或作为公益事业来办。政府可以采取一些经济手段：如对电池的生产和进口部门征收电池处置费，以引导电池的生产向着环境无害化的方向发展，同时还有利于筹措资金以补充废电池的收集、运输、处理等管理过程的经费，保证全过程管理专项基金，由环保部门负责管理，用于电池的收集处理、废电池综合利用研究开发和宣传费用等；对环境危害大的废电池实行押金制度，即消费者购买每节电池中含有一定金额的押金，当消费者拿旧电池来换时，价格中可以自动扣除押金等［20］。4．2．5加强对废电池处理技术的研究废电池收集后的出路在于再利用和环境无害化的处理，而处理技术的先进性、经济性直接影响治理污染的最终效果。只有在技术支持的条件下，废电池的环境污染问题才能最终得到解决。4．2．6加强废电池污染防治的宣传教育通过各种宣传手段,提高公民的环保意识，使公民养成自觉回收电池的习惯。只有全社会都参与，才能全面、完善的防止废电池的污染。结语总而言之，电池作为人类生活中不可缺少的一种电源，同时对环境、健康的影响又不可避免只有我们充分认识电池产品的各项特性及其对环境的污染过程，并引起我们的足够重视，当然对废电池污染环境的问题最重要的是要靠国家的法律、法规来管理。目前要坚决贯彻执行九部委《关于限制电池中汞含量的规定》。尽快实现我国电池生产的无汞化，还要通过各种宣传手段，提高公民的环保意识，进行电池回收，建立起废旧电池回收体系。随着新技术、新产品的不断开发，在政府管理下，在厂家的努力下，在全社会的关心与配合下，无公害化的绿色电池产品必将产生，废电池资源化价值也将不断提高，“变废为宝”必将实现。参考文献：［1］王金良，马扣祥。也谈废电池的回收利用，电池工业。2000年12月，5(6)：267—271夏熙，郭这萍，高瑞芝。碱性锌一二氧化锰电池的技术进步及发展潜力J]，电池工业。1998，(5)：134—137李金华等。电池类别，废电池管理与回收。北京:化学工业出版社，2005年8月李宝华，郭瑞霞，康乙宇。废电池的回收利，2004年8月，24(8)：55—71⑸朱松然，蓄电池手测[M],天津：天津大学出版社 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