1997年我國電池產量為130億只,占世界電池總量的1/3,1998年達到140億只,1999年的產量基本與上一年持平。電池的種類已達到14個系列250個品種,電池行業已形成較為完整的工業體系。
由于廢電池內含有重金屬以及廢酸、廢堿等,大量產生的廢電他是潛在的環境污染源、對環境和人體健康可能造成嚴重危害。同時,廢電他作為資源存在的一種形式,其中仍含有大量的可用資源。本文對廢電池進行了資源化價值研究和環境污染分析。
2廢電池的資源化價值分析
廢電池的資源化價值取決于3個主要因素:所含金屬的價值,廢棄資源量以及電池收集的難易程度。對于鉛蓄電他中鉛使用量、國內所有鋅錳干電池所用金屬總量統計數據如表1、2所示。
在各類廢電池中金屬價值較高的為銀、鎳、鎘,鉛次之,汞、鋅較低;各種電他中廢棄資源量為鉛酸蓄電池最大,鋅錳電池次之,鎳鎘、鎳氫電池量日益增多,氧化銀、氧化汞電池較少;大型鉛酸蓄電池收集較為容易,且已有先進的再生利用工藝,其他類別廢電池的收集工作難于展開。
表1中國蓄電池歷年耗鉛量
表2全國年產生廢干電池中金屬物質量(t)
3廢電池環境污染問題分析
3.1污染物釋放進入環境的方式和特點
不同方式的收集和處理處置過程中,廢電池中化學物質進入環境的可能釋放方式如圖1所示。
廢電池中化學物質釋放進入環境的過程有如下特點:
(1)廢電池中化學物質釋放進入環境過程是在電池包殼破損后發生的,或者是電池包殼本身發生浸蝕作用。
(2)普通家用干電池中的污染物質大多呈固態,由電池內部遷移到環境中是一種緩慢的過程。
3.2污染物的危害途徑
廢電池中的化學物質可能在廢電池的簡單堆存以及各種處理、處置過程中通過機械或化學腐蝕作用進入地下水和土壤、大氣環境,最終通過食物鏈進入人體,危害健康。其主要的污染途徑示意如圖2。
3.3國外對廢電池各種處置方式的風險分析
圖1廢電池的收集、處理,處置全過程中的環境污染物遷移途徑示意圖
圖2廢電池中化學物質對環境和人體健康危害途徑
美國、加拿大等針對廢電池的各種處理、處置方式可能對于環境引起的污染風險進行了較為深入的研究,其結果為:
(1)對于干電池自身組成的研究中,Cd和Hg是最受關注的兩種重金屬。Cd、Hg是毒性很大的物質,在一般條件下,汞在土壤中的遷移非常慢。
(2)填埋過程中電池中金屬不會很快從填埋場中滲濾出來。實驗室研究表明,生活垃圾的滲濾液和重金屬滲濾液都不能嚴重影響填埋場襯層。另重金屬在粘土中遷移很慢,很難從具有天然粘土襯層的填埋場中滲入到環境中。
1989年,華盛頓的風險管理中心開展的研究表明,焚燒過程中,汞、鎘和鉛更易于富集于飛灰中。因此,收塵設施必須能夠大量捕及汞、鎘和鉛,否則就必須將含汞電池、鎘鎳電池和鉛酸蓄電池從焚燒的生活垃圾中分揀出來。
再生利用方面,1992年安大略的風險研究院(Institute for Risk Research)分析了回收廢家用電池的可行性,收集體系的建立、當時各種電池再生利用技術狀況以及再生利用的經濟問題等。結果表明,收集和再生利用過程中仍存在很大的技術和經濟問題。
國外研究的總體結論:干電池并不能構成廢物流中的重金屬富集源;大多數電池可填埋、焚燒處理、鎘鎳電池最好進行危險廢物填埋或再生利用;鎘鎳電池應從焚燒處理的生活垃圾中分離出來。
3.4同生活垃圾共處理處置的污染
目前,大多數的廢電池進入城市生活垃圾,隨生活垃圾進入到填埋、焚燒、堆肥的過程中。
在焚燒過程中,汞、鎘、砷,鋅高溫時易氣化揮發,部分金屬物在爐中反應生成氯化物、硫化物或氧化物,比原金屬元素更易氣化揮發,而被煙氣帶走,遇冷空氣后凝結成為均勻小粒狀物,粒徑在1μm以下,難以捕集;這些物質再冷凝成為小粒狀物、最終多轉化成為底灰殘留物,使灰渣中的重金屬含量增大,難于處理。
在垃圾堆肥過程中廢電池的污染程度,取決于廢電池在進行堆肥處理的生活垃圾中所占的比例。當廢電池的數量很低時,則不會構成污染。
填埋過程中對環境污染程度取決于廢電池在生活垃圾中所占的比例以及填埋處置水準。如果填埋完全符合安全標準,由于電池中化學物質到達受污染介質的過程非常緩慢,并且濃度較低,所以并不一定產生很大的污染。
3.5單獨收集管理的環境污染間題
3.5.1收集、儲存、運輸過程中的環境污染
由于有些廢電池中還殘存有能量,可能引起爆炸等事故,另外,長期的機械或腐蝕作用,廢電池可能滲漏,腐蝕容器、運輸工具等。在儲存過程中,由于大量重金屬集中在一起,在發生淋溶作用時,可能會產生大量重金屬溶解進入土壤等現象。
3.5.2處理處置過程中的環境污染
廢電池單獨進行填埋,如果填埋過程符合安全標準,其中重金屬不會對于環境造成大的危害;但不可能單獨進行堆肥和焚燒處理。
3.5.3回收利用過程的環境污染
最佳廢電池處理、處置方案是進行再生利用,但廢電池再生利用過程中,如果技術落后,也可能產生嚴重的環境污染。如鉛酸蓄電池的再生利用過程中,目前小型和土法冶煉廠,通常在冶煉之前未對鉛膏進行脫硫、分選等預處理,將成為更大的污染源。
總之,隨著廢電池產生量的增加,在環境中的富集量逐漸增大,潛在污染問題將日益嚴重、加強廢電池管理的必要性也日益突出。
4結語
針對我國目前各種類電池的使用情況,鉛酸蓄電池的收集、再生利用價值較大,且已有先進的再生利用工藝;鎳鎘、鎳氫電池回收價值大,但缺乏能夠實現規模化生產的再生利用技術;鋅錳電池量大、如能解決收集、再生利用技術間題,也可能有回收再生價值。
各種廢電池的環境污染問題不盡相同,針對不同的廢電池類別應采取不同的管理方式。對于產生量大,環境污染嚴重的廢電池建議推行從電池生產、到廢電池的產生、運輸、儲存、處理、處置全過程的管理。對于資源化價值高的廢電池類別采用先進的再生利用技術回收其中有價值元素。總之,廢電池的環境污染問題日益突出,需采用合理方式解決。
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