铅蓄电池污染场地的污染特征与风险评价

魏建宇，李婷，傅金祥，唐玉兰，郭祈萱

（1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168；2.沈阳建筑大学测试分析中心，辽宁沈阳110168）

随着电动车行业的快速发展，我国对铅蓄电池的需求量也呈上升趋势，但由于产业结构调整、市场优胜劣汰及其他一些原因，很多企业破产搬迁后遗留了生产场地，成为了高风险的污染场地。国家环保总局办公厅在2004 年下发的《关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的通知》中明确规定，要对搬迁企业的土壤和地下水进行污染现状评价，并由原生产单位进行污染修复与治理。目前铅蓄电池的生产企业总体数量较大，但规模大、管理正规的企业，不到企业总数的10%[1]，企业规模小、管理不到位成为环境污染事件发生的主要原因。2019年发布的《废铅蓄电池污染防治行动方案》强调，要建立长效保障机制，确保铅蓄电池企业的绿色发展。

根据环境保护部发布的《重金属污染综合防治“十二五”规划》，应对铅污染予以重视[2]。铅对人体健康有极大危害，会损害人体的神经系统、消化系统、内分泌系统等，造成儿童的多动以及智力低下等症状。铅蓄电池场地是目前中国铅污染的主要来源[3]，因此，必须加强对铅蓄电池的企业管理和已存在的污染场地治理。

铅酸蓄电池厂是目前中国铅污染的主要来源[4]，污染场地的污染特征主要包括两部分，一个是特征污染物的种类，另一个是污染规律。污染物的种类通过分析生产过程中涉及的所有产品及副产物，总结出可能存在的污染物。污染规律通过研究污染物在土壤中的迁移转化规律而得到。明确场地的污染特征，可以掌握场地污染概况，对场地的修复治理有很大帮助。铅蓄电池污染场地的风险评价也可以为场地今后的规划提供依据，因此开展风险评估十分重要。

1 企业发展现状和存在问题

1.1 市场需求大

随着电动车产业的迅速发展，以及市场对电动汽车、电动自行车等需求量的增加，铅蓄电池的相关生产企业也随之蓬勃发展，我国已是铅蓄电池最大的生产国[5]。铅蓄电池可应用于汽车、火车、飞机、舰艇等领域，且铅蓄电池的使用时间有限[6]，因此，铅蓄电池的市场需求也呈现上升趋势。

1.2 行业无序

铅蓄电池生产技术相对简单，生产投资较少，因此企业数量多，但企业规模普遍较小，存在小作坊式生产，生产质量和生产环境无法保证。铅蓄电池企业对地点的要求小，分布相对分散，主要集中在江浙沪一带[7]。企业对生产过程中以及企业搬迁后产生的环境问题的忽视，对土壤、大气、地下水等环境受体产生了严重危害。重金属铅的累积会对人体健康产生很大影响，造成极大的环境风险[8]。

1.3 监管力度不够

铅蓄电池从生产、销售到回收利用都缺乏监管，相关法律法规不健全。企业开始营业的门槛低，生产过程中有无环保设施无人监管，导致环境污染事件频繁发生。产品售后没有保障，铅蓄电池寿命消耗完就直接被废弃，对土壤有一定污染。非正规企业对废铅酸蓄电池进行随意拆解，造成铅的资源浪费，也使得废酸以及铅元素对环境造成污染[9]。企业搬迁后更要对场地进行监管调查，并且原企业应承担污染环境对应的责任。规范产业的生产、销售和回收行为，加强监管力度，才能使铅蓄电池行业健康快速发展。

2 生产工艺及主要污染物

铅蓄电池的生产工艺主要包括铅粉制造、板栅铸造、极板制造、极板化成和电池装配5个过程。

2.1 铅粉制造

制造铅粉的原材料一般是电解铅。先在大约400℃下将铅熔化，再将熔化的铅铸造成铅粒或铅棒，最后将铅粒或铅棒用铅粉研磨机磨成铅粉。铅粒或铅棒的制备冷却过程会产生含铅废水，铅粉制造过程中可能会产生铅烟，应配备废水处理装置，增加防护措施，避免对大气产生危害。另外研磨铅粉时要在密闭空间进行。

2.2 板栅铸造

不同类型的铅蓄电池的板栅制作原料略有区别，一般采用的是铅合金。500℃下将铅合金置入铅炉熔化，再将熔化的铅液倒入金属模具，在板栅冷却成型后，经打磨修整后完成。合金熔化和浇铸过程可能产生铅烟，应注意避免污染环境。

2.3 极板制造

极板制造主要有铅膏制备、涂板、固化等步骤。

铅膏制备：将铅粉、稀硫酸、纤维以及其他添加剂混合在一起，搅拌制成铅膏。

涂板：将铅膏人工或用机器涂抹在栅板上，此过程中需要用水冲洗多余的铅膏，因此会产生铅渣以及含铅废水，可能会污染环境和威胁人体健康。

固化：将涂好的极板干燥、固化后得到生极板。

2.4 极板化成

极板化成是将生极板转化成熟极板的过程，一般有内化成和外化成两种方式。内化成是将生极板经系列操作后放入电池槽，加入硫酸，用低密度电流对电池进行充放电，大约7d 完成。外化成是将生极板浸泡在硫酸中，用高密度电流对电池进行充电，大概1d完成。极板化成过程会产生大量的酸洗废水，需要进行额外处理，不能随意排放。

2.5 电池装配

电池装配主要包括极耳打磨、极板配组、极群焊接、极群置入电池槽、焊接正负端子、工作性能检测、热封、气密性检验和注入电解液等步骤。其中多个步骤都会产生铅烟和铅尘，应当注意增加防护措施。

3 场地污染分布特征

3.1 特征污染物

自然衰减对降低铅浓度几乎没有作用，铅的固定性和不可降解性要求必须在电池回收地点进行积极的修复[10]。对生产工艺进行整理分析可知，铅蓄电池场地的污染物比较简单，主要是铅和硫酸。污染物排放主要是废气、废渣和废水，可能对空气、土壤和水体造成污染，其中对土壤的污染危害性较大，受重视程度却相对较小。陶红群等人的研究中，铅蓄电池场地的关键污染物主要为无机污染物铅（Pb）、镉（Cd）和酸类。张华等人对场地的土壤样品进行污染物含量检测，其中铅（Pb）、镉（Cd）、铜（Cu）、锌（Zn）元素均存在超标情况，相比对照点，硫酸盐也超标严重[11]。因此铅蓄电池污染场地应主要关注铅和硫酸盐，重金属镉、汞、铬、铜、镍、锌等可能存在污染的元素也应进行检测，其他污染物则根据场地的实际情况进行检测。

3.2 横向污染特征

铅污染物的主要存在区域有铅堆放处、药品堆放间、加工车间、废水废渣排放处等。陶红群等人的研究表明，铅污染遍布整个场地及周边区域，其中排污口和熔炼车间的污染相对严重。Wang Mei等人的研究表明，场地土壤的铅污染物呈强对数正态分布，电池制造加工区、物品储存区和废弃地的铅污染相对较高[12]。刘庚等人[13]采用不同的插值方法进行污染预测，虽然结果有些差异，但均表明废铅堆放处、废坑、生产和化成车间的污染较为严重。因此铅蓄电池污染场地需要重点调查与铅相关的加工区、堆存区以及排污区，并且场地的存在时间越长，污染范围越大。

3.3 纵向污染特征

污染物纵向迁移深度与土壤理化性质以及场地拆迁的实际情况有关。陶红群等人的研究结果表明，铅污染主要集中在土壤表层0～20cm，并且随着深度增加，污染物浓度呈下降趋势，局部浓度升高可能是废水渗入导致。Wang Mei等人的研究结果显示，高铅含量的土壤样品主要集中在0～1.5m深度的土壤中，主要原因是在人工拆除和扰动过程中，污染物扩散并进入大多数建筑垃圾中，造成垃圾降解或混入，甚至可能迁移到杂填土的下层土壤中。根据杨世利等人[15]的研究，场地受铅污染的主要是表层0～30cm 深度的土壤，部分30cm处的土壤受污染严重。污染物的纵向污染受外部干扰很大，人工扰动会造成更大范围的污染，如果没有拆解干扰过程，污染主要分布在土壤表层。

在铅蓄电池污染场地的调查中，建议重点调查加工生产间、排污口及堆存间，采样深度集中在表层及更深处土壤，大概0～50cm，并应根据实际情况，扩大采样范围和深度。

4 场地风险评价

研究表明，铅对环境以及人体的危害性很大，铅蓄电池污染场地需要进行风险评价，为场地今后的修复治理和规划利用提供依据。

4.1 生态风险评价

生态风险评价是依据生态毒理学数据，通过计算危害指数或危害等级，掌握污染物对生态环境的危害水平。评价方法主要有单因子指数法、生态危害指数法和内梅罗指数法等。杨世利等人采用单因子指数法以及生态危害指数法，对某铅蓄电池污染场地的生态风险进行评价，单因子指数法结果表明，除场外背景区外，调查区域的污染程度几乎全部为重度污染；生态危害指数法结果表明，生产区、熔炼区和排污口的污染程度为中、重度污染。孙荣基等人[16]采用内梅罗指数法，对铅蓄电池搬迁场地的铅污染进行评价，结果表明场地各分区均为重度污染，可能是场地历史久远，污染物扩散迁移所致。

4.2 健康风险评价

健康风险评价是通过计算污染物在人体的暴露量，进而计算污染物对人体健康所产生的风险。一般采用美国环保署推荐的IEUBE模型进行血铅预测，计算人体健康风险，其他污染物的健康风险评价可参考《HJ 25.3-2019建设用地土壤污染风险评估技术导则》进行计算。孙荣基等人的研究表明，受污染的居住区，儿童体内的血铅浓度几乎全部超过限值100μg·L-1，超标率远大于5%（安全概率），因此存在极高的健康风险。杨世利等人采用我国的风险评估技术导则，计算得出场地铅污染对成人和儿童有一定的致癌风险，但非致癌风险较低。Laiguo Chen等人的研究显示，污染区成年人每日铅摄入量是参考区的10 倍，污染区儿童每日铅摄入量是参考区的16倍，调查的17 名成年人中，血铅浓度仅有1名没有超过限值100μg·L-1，场地存在极高的健康风险。

5 结论

根据生产工艺和场地的实际情况，初步判断出存在的主要污染物，结合铅蓄电池场地的污染特征，分析可能存在污染的区域和污染时间，大概掌握场地的污染分布与污染程度，可以减轻布点采样的工作量。铅蓄电池污染场地的数量较多，并且很多污染场地对环境和人体健康存在较高风险，因此加强铅蓄电池企业的管理，对存在的污染场地进行治理十分重要。