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國家電動客車電控與安全工程技術研究中心燃料電池客車尾排水水質檢測研究報告 發布日期:2019-01-07

國家電動客車電控與安全工程技術研究中心 閆曉云

【摘要】為檢測燃料電池汽車尾排水水質,國家電動客車電控與安全工程技術研究中心(以下簡稱“工程中心”)近期對宇通燃料電池電動客車開展了尾排水水質檢測試驗。目前國內尚無關于燃料電池車尾排水水質檢測的分析,本次研究對燃料電池車尾排水進行水質檢測分析,結果顯示:燃料電池車尾排水滿足《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)中106項檢測指標。為打造真正綠色環保的燃料電池客車提供有力數據支撐。

1. 引言

能源、環境和氣候等多重危機情況下,氫燃料電池車的發展日漸引起全球重視。我國燃料電池車從2017年下半年開始已經進入加速發展期。隨著燃料電池車逐漸進入大眾視野,燃料電池車是否真正可以做到排放無污染也受到社會各界關注。氫燃料電池車通過氫氣與空氣中氧氣反應產生電,驅動汽車行駛,這一過程只產生水。歐洲媒體World Car Fans曾報道,豐田汽車表示豐田燃料電池汽車Mirai本田也曾為了推廣旗下推出的氫燃料電池汽車Honda FCX推出利用FCX排放的水打造了一個礦泉水品牌H2O的活動。

為驗證燃料電池車排放水是否真正安全、潔凈,選用鄭州宇通客車股份有限公司燃料電池客車為研究對象,通過采集燃料電池車尾排水進行水質測試,根據檢測結果評估燃料電池尾排水具體水質情況。

2.研究方案

燃料電池車尾排水具有水溫高(60℃~70℃)、氣-水摻雜、流速大的特點,為保證采集足夠尾排水樣品用于水質檢測,因此選用在燃料電池發動機出氣口處在連接空氣尾排管后增加安裝有小孔消音器裝置(圖1)的燃料電池車進行尾排水采集,消音器通過內部小孔降壓噴注的原理,在降低噪音的同時也可以將大部分的氣態水冷卻分離從消音器下部的排水管道流出,從而提高水樣采集效率。

本次主要針對燃料電池車尾排水是否符合飲用水要求,以及燃料電池車尾排水各飲用水指標詳細含量情況,因此本次測試依據生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)對燃料電池尾排水進行水質檢測。飲用水水質國標(GB5749-2006)為法定強制執行標準,一般執行標準規定的42項常規指標分析即可,為全面分析燃料電池尾排水水質情況,本研究進行了106項的全指標測試分析。主要檢測指標包括微生物指標、毒理學指標、感官性狀、放射性指標和一般理化指標等。這些指標基本為世界衛生組織(WHO)、美國、歐盟等國際先進水質標準共有,都有明確的標準限值和檢測方法。

國家電動客車電控與安全工程技術研究中心燃料電池客車尾排水水質檢測研究報告

圖1 安裝小孔消音器的燃料電池系統三維模型

3.試驗過程

3.1試驗準備

試驗車輛基本要求:

(1)選用安裝有小孔消音器的燃料電池車作為試驗車輛;

(2)燃料電池車氫瓶加滿氫氣,避免產水不足;

(3)充分清潔試驗燃料電池車輛,避免采集過程中因車輛本體振動導致車上灰塵等雜質落入采水容器,影響水質測試結果準確性;

(4)提前將SOC降低至20%左右,目的是使燃料電池系統以較高功率工作,提高產水速率。

3.2水樣采集

水樣采集試驗于2018年9月7日在宇通工業園進行(圖2),使車輛處于駐車狀態啟動燃料電池發動機,燃料電池系統工作過程中消耗氫氣不斷產生水,將食品級硅膠管連接到小孔消音器裝置下部細管上,引流尾排水至高密度聚乙烯容器內。燃料電池工作過程中對動力電池進行充電,車輛SOC從20%逐漸上升至85%,約采集尾排水水量30L。當車輛SOC上升至85%,車輛行駛耗電一次(開空調,車輛空載行駛,SOC耗至25%左右),重復進行水樣采集30L,采集完畢。

國家電動客車電控與安全工程技術研究中心燃料電池客車尾排水水質檢測研究報告

圖2 a)燃料電池車尾排水采集過程;b) 采集水樣樣品

3.3水質測試

檢測方法依據生活飲用水標準檢驗方法(GB/T 5750.1-2006),檢測報告中燃料電池車尾排水各指標測試數據與生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)限值進行單項指標對比,判定是否符合標準。圖3為尾排水樣品水質指標測試照片。

國家電動客車電控與安全工程技術研究中心燃料電池客車尾排水水質檢測研究報告

圖3 a)檢測機構水質檢測實驗室;b) 有機化合物指標測試;c)微生物指標測試;

d)基本理化指標測試

4.試驗結果與分析

經委托具備國際級資質認證(CNAS認證)的第三方檢測機構譜尼測試公司進行106項水質指標測試,燃料電池車尾排水水質檢測報告見圖4。

國家電動客車電控與安全工程技術研究中心燃料電池客車尾排水水質檢測研究報告

圖4 燃料電池車尾排水水質檢測報告

以下分別從毒理指標、微生物指標、感官指標、一般理化指標幾類飲用水水質指標檢測結果分類進行分析。

4.1毒理指標有機化合物檢測

表1中毒理指標有機化合物測試結果顯示:燃料電池車尾排水53項毒理有機化合物指標中有46項毒理有機化合物均未檢出,其它三氯甲烷、一氯二溴甲烷等7項毒理有機化合物的含量也遠低于生活飲用水衛生標準的限值。也就是說,所有毒理指標有機化合物均滿足生活飲用水標準。

表1 毒理指標有機化合物測試

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續表1

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4.2毒理指標無機化合物檢測

如表2所示,燃料電池車尾排水21項毒理指標無機化合物檢測結果表明:18項毒理無機化合物均未檢出,氰化物、氟化物、硼含量分別為0.003mg/L,0.05mg/L,0.43mg/L也均低于生活飲用水衛生標準限值0.05 mg/L,1 mg/L, 0.5 mg/L。

表2 毒理指標無機化合物測試

國家電動客車電控與安全工程技術研究中心燃料電池客車尾排水水質檢測研究報告

4.3微生物指標檢測

生活飲用水衛生標準中的微生物指標共包括六種:菌落總數、總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌、賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲,除菌落總數(88CFU/mL,符合標準限值<100 CFU/mL)以外,其它五種微生物均未檢出。也就是說燃料電池車尾排水不需要使用消毒劑消毒殺死微生物便已達到飲用水的標準。

表3 微生物指標測試

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4.4感官性狀、一般理化指標、放射性指標等測試

感官性狀指標、一般理化指標及放射性指標等26項測試結果如下表4所示,燃料電池車尾排水呈無色無味無肉眼可見物形態,其中16項指標未檢出,其它指標項含量也均達到生活飲用水衛生標準。常規理化指標耗氧量僅為0.71mg/L,pH值為8.34,說明燃料電池尾排水水質偏弱堿性。

表4 感官指標、一般理化指標等測試

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5. 結論

在國內開展燃料電池客車尾排水水質檢測分析。通過對燃料電池客車尾排水檢測報告分析,得出以下結論:

(1)燃料電池車尾排水在毒理指標有機化合物、無機化合物、微生物指標、一般理化指標及其它指標項四類指標中,分別有46、18、5、16項指標均未檢出,其它指標項目測試結果均達到生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)。

(2)燃料電池客車尾排水滿足《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)中106項檢測指標。

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