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废电池的污染及其治理已成为社会最为广泛关注的环境保护焦点之一。目前,由于我国还没有技术上可行、经济上可取的成功地处理处置各种废旧电池的技术,也没有建立完整、科学的处理处置技术体系,加上一些“权威讲话”的误导以及少数媒体的炒作,夸大了某些电池系列特别是民用一次电池(公众所指的、志愿者回收的废弃电池基本局限于该类电池)对环境的污染程度,而忽视了真正对环境有影响的电池系列,造成废旧电池回收、处理、技术市场混乱,也造成了某些不必要的浪费和失误,干扰了国家环境污染治理政策的正确制定和实施。
1电池中的有害物质
评价废弃电池对环境的影响必须了解电池的组成和废弃量。电池种类很多,但常用的、用量较大的也只有几种系列,一次电池主要为锌-二氧化锰和碱性-锌-二氧化锰电池,是目前用量最大也是最分散的电池产品,国内年消费量约80亿只,废弃量约40万吨;小型二次电池主要有镉镍、氢镍、锂离子(含锂聚合物)电池,其中镉镍电池国内年产量约4亿只,国内消费量约2亿只,多为小型电池,加上国外电器配套进口的电池年废弃量不足1万吨;工业电池主要为铅蓄电池,也是目前用量最大的二次电池,年用量约5000万只,年废弃量约45万吨。常用电池系列的主要组成见表1。
表1 常用电池的组成
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中的H2SO4、各种碱性电池中的KOH和锂电池中的LiPF6等电解质溶液。
Hg是常温下唯一的液态金属,蒸汽压较高,汞及其化合物,特别是有机汞化物,具有极强的生物毒性、较快的生物富集速率和较长的脑器官生物半衰期;
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;
Pb可对人的胸、肾脏、生殖、心血管等器官和系统产生不良影响,表现为智力下降、肾损伤、不育及高血压等;
Ni、Mn的毒性相对较小,也是人体必须的微量元素之一,但超过一定浓度范围时,会对人体产生不良影响和危害。
废弃电池中的酸、碱电解质溶液会影响土壤和水系的PH,使土壤和水系酸性化或碱性化;这种污染相对而言是较轻微的,电池电解质构成污染的主要组份是其中的可溶重金属,特别是铅蓄电池电解液中大量的硫酸铅和镉镍电池中的氢氧化镉。
土壤、水系、空气中的任何元素,当含量超过一定限度时都会对环境造成不良影响,从中国目前的实际出发,结合有关标准和借鉴外国的经验,控制废弃电池对环境的污染,有害物应主要考虑Hg、Cd、Pb和电解质溶液。
2控制废电池污染的方式
控制废电池污染的方式主要有2种。一种是回收进行无公害化处理;一种是抓源头,控制有害物质使用直至完全替代,其中包括新型无公害电池取代有公害电池、延长电池使用寿命等。
回收无公害化处理从理论上讲是一种最有效也是最彻底的方法,但技术上实现无害化处理特别是无二次污染难度较大;有些电池的回收处理作为一种产业运作,经济上往往难以维持,要强制回收处理,只能作为一项公益事业。我国民用一次电池生产量和使用量都很大,如效仿日本的做法(政府补贴:80日元/kg废电池),国内废弃的部分全部回收处理,每年的政府补贴高达2亿美元左右。
抓源头,控制有害物质的使用,实现有害物质减量或替代,是近20年来全球电池业界共同追求的目标,这也是一种较有效、经济的治理方法。如锌锰和碱性锌锰电池实现低汞化、无汞化,用锌-空气电池代替氧化汞电池,用氢镍电池代替镉镍电池,通过改进技术延长蓄电池循环寿命等。我国在这方面的工作基本与世界同步,目前,锌锰和碱性锌锰电池已要求全部实现低汞化,一些基础好的企业已实现无汞化;小型二次电池新增市场几乎全部被新型电池所占领,镉镍电池的产量逐渐减少,部分传统市场也已被氢镍电池取代;铅蓄电池的使用寿命通过工艺改进、电池维护修复、电池充放电智能管理等手段得到延长。
曹国庆等曾系统综述了国外废弃电池的管理和法规。由国外 包括美、日等发达国家 的做法可见,各国在控制废弃电池污染时,不同的电池采取了不同的处理处置办法。大多数国家都要求全部回收铅酸蓄电池和镉镍电池,禁止生产氧化汞电池,控制一次电池中的用汞量。对废弃电池的处理和环保法规也主要涉及铅酸、镉镍、氧化汞等几类电池。对于使用量最大的锌锰和碱性锌锰等民用一次电池,绝大多数国家更注重限制电池中的汞含量,实现无汞化,并不实行强制回收。原因之一是该类电池实现低、无汞化以后,对环境的影响很小,美国已从原列入危险品管理改为按普通固体废物垃圾处理。原因之二是目前暂无经济有效的处理方法,回收再生缺乏经济可行性。
借鉴国外的做法,从我国的国情出发,控制废弃电池对环境的污染应主要考虑铅蓄电池、镉镍电池等小型二次电池的回收处理和实现民用一次电池的无汞化,对不可能实现政府补贴进行回收无害化处理的电池,研究减量控制的有效方法是一条可行之路。
3一次电池实现无汞化比回收处理更有效
一次电池对环境的污染是一个不争事实。常用锌锰、碱性锌锰、扣式氧化银等电池,除了少量汞对环境污染外,还有电解质溶液、重金属锌、铜、铁、镍及二氧化锰等物质的污染。但废弃电池对环境的影响程度应客观地评价。常用干电池污染物多为固态,大多数有害物质在电池中或弃入环境后多呈难溶状态,污染物由内部迁移至环境或在环境中扩散是一个非常缓慢的过程,特别是汞。因此,其污染的范围和程度是有限的。早在80年代初,日本电池工业会曾委托福冈大学对废电池中汞的迁移规律进行了长达15年的研究 。他们采用不同的填埋方法分别在不同的填埋柱中装填废弃的锌锰、碱性锌锰、氧化汞等电池,监测渗漏液和填埋柱内空气中的汞含量及填埋柱解体时空气中的汞浓度,并进行对比分析,结果见表2。
表2汞迁移规律的试验结果
由试验结果可见,10年中实验柱内随渗漏液迁移的汞量仅占汞总量的0.08%~0.1%,通过大气扩散的汞量仅占汞总量的0.05%~0.1%。
我国清华大学为配合深圳市废电池管理政策的制定,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,结果见表3。
表3 2005年深圳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远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风险率仍小于1;即使收集率达到40%以上时(这一比例已很高,目前要达到这一比例难度较大),要达到相近的风险度,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,实现一次电池低、无汞化是更可行的汞控制方法。
由以上研究结果可见,随垃圾填埋的废电池中的汞对环境的影响并不象一些媒体宣传的那样严重。
当然,强调客观地评价废弃电池对环境的污染,其意不是否定回收利用的必要性,而是为了更好地寻找科学、经济、可行的处理利用捷径。由于民用电池使用分散,回收难以管理,废弃电池再生成本较大,加上目前还缺少科学、经济的处理方法,因此,抓民用一次电池无汞化的实现比回收处理更有效果。
4废电池污染防治的政策与管理
为规范废弃电池的处理处置,促进废电池污染的防治,中国环境科学研究院等单位于2002年联合起草了《废电池污染防治技术政策》,该政策在深入调查研究的基础上,根据科学、合理、可行的原则,客观务实地对各类电池的处理处置技术作了规定,该政策的出台,将对我国规范废电池回收利用市场、促进废电池污染防治工作的开展起到积极作用。但中国的现状不仅需要技术政策的出台,更需要管理到位。
有法不依在电池污染防治问题上尤为严重。为防治废弃一次电池中的汞污染,国家经贸委已于1999年强令淘汰污染最严重的汞电池,并且已有可替代该产品的电池新品种—— 锌-空气电池,但迄今为止国内仍有厂家生产,2001年国内产量仍有几百万只,并且还出口和从国外进口;对于锌锰电池(含碱性锌锰电池)中的汞,原中国轻工总会等国家九部委早已于1997年作出规定,从2001年1月1日起禁止在国内生产汞含量大于电池总质量0.025%的电池,但2002年国家工商总局在组织对国内4个小商品市场的电池进行监督抽查时,汞含量不符合“规定”的电池品牌高达40%左右(主要是一些小厂产品);对于铅酸蓄电池,废弃电池具有较高的利用价值,受经济利益的驱动,回收不是问题,废电池的再生也基本不存在技术问题,铅蓄电池对环境造成污染源于:①小型或土法冶炼厂只再生价值高的铅,对废酸(含铅的盐)、铅泥等利用价值不高的则弃入环境;②在再生铅过程中,由于技术落后,产生二次污染,如大量SO2和铅蒸汽排入大气中污染空气,处理后的灰渣富集大量重金属,作垃圾处理污染土壤等。但“项目审批实现三同时”国家早就有明文规定,这些“违规”的企业是如何得已批准的,当时的“三同时”是如何审核的,这仍然是一个管理问题。
目前媒体和公众呼声较大的“废弃电池污染问题”都强调“回收处理”,但如果没有强有力的管理措施,其结果是可想而知。《废电池污染防治技术政策》借鉴国外成功经验,结合中国国情已详细规定了各种废弃电池的处理处置方法,但废弃电池污染防治的效果更大程度上取决于该政策的落实,废弃电池污染防治呼唤管理细则的尽快出台和有效地实施。