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国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告 发布日期:2019-01-07

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心 闫晓云

【摘要】为检测燃料电池汽车尾排水水质,国家电动客车电控与安全工程技术研究中心(以下简称“工程中心”)近期对宇通燃料电池电动客车开展了尾排水水质检测试验。目前国内尚无关于燃料电池车尾排水水质检测的分析,本次研究对燃料电池车尾排水进行水质检测分析,结果显示:燃料电池车尾排水满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中106项检测指标。为打造真正绿色环保的燃料电池客车提供有力数据支撑。

1. 引言

能源、环境和气候等多重危机情况下,氢燃料电池车的发展日渐引起全球重视。我国燃料电池车从2017年下半年开始已经进入加速发展期。随着燃料电池车逐渐进入大众视野,燃料电池车是否真正可以做到排放无污染也受到社会各界关注。氢燃料电池车通过氢气与空气中氧气反应产生电,驱动汽车行驶,这一过程只产生水。欧洲媒体World Car Fans曾报道,丰田汽车表示丰田燃料电池汽车Mirai本田也曾为了推广旗下推出的氢燃料电池汽车Honda FCX推出利用FCX排放的水打造了一个矿泉水品牌H2O的活动。

为验证燃料电池车排放水是否真正安全、洁净,选用郑州宇通客车股份有限公司燃料电池客车为研究对象,通过采集燃料电池车尾排水进行水质测试,根据检测结果评估燃料电池尾排水具体水质情况。

2.研究方案

燃料电池车尾排水具有水温高(60℃~70℃)、气-水掺杂、流速大的特点,为保证采集足够尾排水样品用于水质检测,因此选用在燃料电池发动机出气口处在连接空气尾排管后增加安装有小孔消音器装置(图1)的燃料电池车进行尾排水采集,消音器通过内部小孔降压喷注的原理,在降低噪音的同时也可以将大部分的气态水冷却分离从消音器下部的排水管道流出,从而提高水样采集效率。

本次主要针对燃料电池车尾排水是否符合饮用水要求,以及燃料电池车尾排水各饮用水指标详细含量情况,因此本次测试依据生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)对燃料电池尾排水进行水质检测。饮用水水质国标(GB5749-2006)为法定强制执行标准,一般执行标准规定的42项常规指标分析即可,为全面分析燃料电池尾排水水质情况,本研究进行了106项的全指标测试分析。主要检测指标包括微生物指标、毒理学指标、感官性状、放射性指标和一般理化指标等。这些指标基本为世界卫生组织(WHO)、美国、欧盟等国际先进水质标准共有,都有明确的标准限值和检测方法。

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

图1 安装小孔消音器的燃料电池系统三维模型

3.试验过程

3.1试验准备

试验车辆基本要求:

(1)选用安装有小孔消音器的燃料电池车作为试验车辆;

(2)燃料电池车氢瓶加满氢气,避免产水不足;

(3)充分清洁试验燃料电池车辆,避免采集过程中因车辆本体振动导致车上灰尘等杂质落入采水容器,影响水质测试结果准确性;

(4)提前将SOC降低至20%左右,目的是使燃料电池系统以较高功率工作,提高产水速率。

3.2水样采集

水样采集试验于2018年9月7日在宇通工业园进行(图2),使车辆处于驻车状态启动燃料电池发动机,燃料电池系统工作过程中消耗氢气不断产生水,将食品级硅胶管连接到小孔消音器装置下部细管上,引流尾排水至高密度聚乙烯容器内。燃料电池工作过程中对动力电池进行充电,车辆SOC从20%逐渐上升至85%,约采集尾排水水量30L。当车辆SOC上升至85%,车辆行驶耗电一次(开空调,车辆空载行驶,SOC耗至25%左右),重复进行水样采集30L,采集完毕。

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

图2 a)燃料电池车尾排水采集过程;b) 采集水样样品

3.3水质测试

检测方法依据生活饮用水标准检验方法(GB/T 5750.1-2006),检测报告中燃料电池车尾排水各指标测试数据与生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)限值进行单项指标对比,判定是否符合标准。图3为尾排水样品水质指标测试照片。

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

图3 a)检测机构水质检测实验室;b) 有机化合物指标测试;c)微生物指标测试;

d)基本理化指标测试

4.试验结果与分析

经委托具备国际级资质认证(CNAS认证)的第三方检测机构谱尼测试公司进行106项水质指标测试,燃料电池车尾排水水质检测报告见图4。

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

图4 燃料电池车尾排水水质检测报告

以下分别从毒理指标、微生物指标、感官指标、一般理化指标几类饮用水水质指标检测结果分类进行分析。

4.1毒理指标有机化合物检测

表1中毒理指标有机化合物测试结果显示:燃料电池车尾排水53项毒理有机化合物指标中有46项毒理有机化合物均未检出,其它三氯甲烷、一氯二溴甲烷等7项毒理有机化合物的含量也远低于生活饮用水卫生标准的限值。也就是说,所有毒理指标有机化合物均满足生活饮用水标准。

表1 毒理指标有机化合物测试

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续表1

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

4.2毒理指标无机化合物检测

如表2所示,燃料电池车尾排水21项毒理指标无机化合物检测结果表明:18项毒理无机化合物均未检出,氰化物、氟化物、硼含量分别为0.003mg/L,0.05mg/L,0.43mg/L也均低于生活饮用水卫生标准限值0.05 mg/L,1 mg/L, 0.5 mg/L。

表2 毒理指标无机化合物测试

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4.3微生物指标检测

生活饮用水卫生标准中的微生物指标共包括六种:菌落总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌、贾第鞭毛虫和隐孢子虫,除菌落总数(88CFU/mL,符合标准限值<100 CFU/mL)以外,其它五种微生物均未检出。也就是说燃料电池车尾排水不需要使用消毒剂消毒杀死微生物便已达到饮用水的标准。

表3 微生物指标测试

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

4.4感官性状、一般理化指标、放射性指标等测试

感官性状指标、一般理化指标及放射性指标等26项测试结果如下表4所示,燃料电池车尾排水呈无色无味无肉眼可见物形态,其中16项指标未检出,其它指标项含量也均达到生活饮用水卫生标准。常规理化指标耗氧量仅为0.71mg/L,pH值为8.34,说明燃料电池尾排水水质偏弱碱性。

表4 感官指标、一般理化指标等测试

国家电动客车电控与安全工程技术研究中心燃料电池客车尾排水水质检测研究报告

5. 结论

在国内首次开展燃料电池客车尾排水水质检测分析。通过对燃料电池客车尾排水检测报告分析,得出以下结论:

(1)燃料电池车尾排水在毒理指标有机化合物、无机化合物、微生物指标、一般理化指标及其它指标项四类指标中,分别有46、18、5、16项指标均未检出,其它指标项目测试结果均达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。

(2)燃料电池客车尾排水满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中106项检测指标。