在我國，將納米技術(shù)應用于水處理還處于剛剛起步階段。真正意義上的深度凈水對我們而言還只是一個(gè)夢(mèng)想。
在經(jīng)濟效益刺激這一技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，另一因素卻在隱約抑制著(zhù)納米技術(shù)的成果轉化，這就是近年來(lái)學(xué)術(shù)界關(guān)于納米技術(shù)所含風(fēng)險的爭論。
郭勉愈
一個(gè)看上去很普通的“茶葉袋”，把它塞在水壺口，從壺中流出的哪怕是污染最嚴重的水，經(jīng)過(guò)它的過(guò)濾后，都會(huì )變成100%安全的飲用水。
這是南非斯泰倫布什大學(xué)研究人員近日發(fā)明的一種可凈化水的產(chǎn)品。其秘訣就是“茶葉袋”內部涂敷的薄薄一層含生物殺菌劑的微細納米管，它可以殺死所有致病微生物。
在環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到各國政府重視的背景下，利用納米技術(shù)進(jìn)行水處理成為各國高科技競爭的一個(gè)熱點(diǎn)。在法國、美國、日本等許多發(fā)達國家，納米治水技術(shù)在給水行業(yè)中都已得到大規模推廣，與之相比，在我國卻還沒(méi)有獲得應有的廣泛運用。
納米凈水，緣何外熱內冷？
國際水處理領(lǐng)域的新寵
納米技術(shù)可用于原水的處理、自來(lái)水的深度凈化、污水處理以及再生回水的生產(chǎn)等等。與傳統的水處理方法相比，納米水處理工藝占地小，人力和能源消耗少，具有常規方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢。
中科院國家納米中心的研究人員王雅君告訴《科學(xué)時(shí)報》記者，目前，納米技術(shù)處理水大致可分為以下幾種：一是使用吸附性的納米材料，比如碳納米管；二是使用納濾技術(shù)；三是納米光催化技術(shù)。
納濾技術(shù)是目前科學(xué)界認為的自來(lái)水深度凈化工藝中最好的方法之一，納濾水甚至被稱(chēng)為“二十一世紀的健康水”。納濾技術(shù)的工程應用在法國、美國、日本等國家的給水行業(yè)中已得到大規模推廣。
法國于1999年底在巴黎近郊建立起了世界首個(gè)納米膜自來(lái)水廠(chǎng)，其納米生產(chǎn)線(xiàn)日供水能力為14萬(wàn)噸/日，是現存規模最大的使用國際前沿納米高科技的地表水處理廠(chǎng)，每日為巴黎市郊4百萬(wàn)居民提供高質(zhì)量飲用水。此后近十年來(lái)，全球以納濾膜為核心制備高品質(zhì)飲用水的規模水廠(chǎng)已增加到了20多座。
在美國，從1992年到2000年的8年中，自來(lái)水處理工程中納濾膜裝置增加了10倍，大大高于其他方法。
在歐洲市場(chǎng)，采用納濾技術(shù)的家用凈水器普及率已達60%，基本實(shí)現了家家終端可直飲健康水。
在納濾膜的生產(chǎn)方面，美國、日本等國家已達到了商品化的程度，如美國Filmtec公司的NF系列納濾膜、日本日東電工的NTR-7400系列納濾膜及東麗公司的UTC系列納濾膜等，都是在水處理領(lǐng)域中應用比較廣泛的商品化復合納濾膜。
此外，世界許多國家，尤其是日本、美國、加拿大、法國等還投入了大量資金和研究力量進(jìn)行納米光催化技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
美國環(huán)保署（EPA）是美國納米光催化研發(fā)的主要支持單位，它投入巨資開(kāi)展這方面的工作，并大力推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化。其重點(diǎn)在于水處理方面，包括地下水質(zhì)的改善、廢水處理以及河川污染等。
在納米光催化技術(shù)領(lǐng)域做得最好的是日本。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將光催化的產(chǎn)業(yè)化列為技術(shù)立國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，對光催化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了有力推動(dòng)。日本產(chǎn)、學(xué)、官三方早在2000年就組成了光催化技術(shù)制品技術(shù)協(xié)會(huì )，制定光催化制品的質(zhì)量標準、規格，以及光催化性能的評價(jià)試驗法的標準化等工作�，F已有包括東芝、松下、三菱、日立在內的多家日本公司生產(chǎn)出了多種納米光催化的實(shí)用產(chǎn)品。日本與美國環(huán)保局在光催化產(chǎn)品市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)方面也展開(kāi)了合作，目的是保持世界領(lǐng)先地位。
深度凈水仍是夢(mèng)想
但在我國，將納米技術(shù)應用于水處理還處于剛剛起步階段。真正意義上的深度凈水對我們而言還只是一個(gè)夢(mèng)想。
以家用凈水器為例，科技部的最新研究報告表明，雖然生產(chǎn)廠(chǎng)家多數在自己的產(chǎn)品前冠以“納米”二字，但大部分只是將這個(gè)詞作為一個(gè)光環(huán)，以大打高科技牌作為一種贏(yíng)利手段，真正使用納米技術(shù)的并不多。
清華大學(xué)化學(xué)系教授朱永法告訴《科學(xué)時(shí)報》記者，我國市場(chǎng)上的凈水器主要使用活性炭吸附的方式�；钚蕴恳罪柡筒⒆躺毦�，反而導致水的二次污染。而真正采用納米技術(shù)的凈水器，其凈水能力是普通凈水器的10～20倍。
另外，就納濾技術(shù)而言，我國對納濾過(guò)程的理論研究比較早，但對納濾膜的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)尚處于初步階段。天津大學(xué)研制的納濾水制備工藝在2003年通過(guò)了專(zhuān)家的鑒定，成為我國第一條納濾水生產(chǎn)線(xiàn)，填補了國內的空白。
但我國工程實(shí)例方面的報道屈指可數。國內首個(gè)見(jiàn)諸報道的是山東長(cháng)島南隍城納濾示范工程，于1997年4月投入生產(chǎn)。
北京排水集團研發(fā)部主任甘一萍告訴《科學(xué)時(shí)報》記者，目前我國在水處理工程中主要還是使用傳統技術(shù)，也就是“絮凝沉淀過(guò)濾消毒”的處理工藝，采用納濾技術(shù)的水處理工程還很少，納濾技術(shù)在整個(gè)水處理工藝中所占比例大約只有10%。而納米光催化等新技術(shù)在我國目前主要還停留在實(shí)驗室里，其工程化、產(chǎn)業(yè)化實(shí)例尚未見(jiàn)報道。
眾所周知，我國水資源短缺、水質(zhì)污染嚴重，處理成本逐年攀升。在水處理方面，納米技術(shù)比常規方法更具優(yōu)越性，且不會(huì )產(chǎn)生二次污染。這樣一種高效、環(huán)保的技術(shù)在國際上早已被大量用于水處理實(shí)踐，在我國為什么到目前為止還沒(méi)有獲得應有的廣泛運用呢？
產(chǎn)業(yè)化任重道遠
采訪(fǎng)中，專(zhuān)家告訴記者，在我國，將納米技術(shù)廣泛地應用于工程實(shí)踐的條件還不成熟。
以納濾技術(shù)為例。甘一萍告訴記者，雖然在國際水處理領(lǐng)域，膜技術(shù)已經(jīng)是成熟的技術(shù)，但與之相比，我國尚有較大的差距。一是高性能商品化的納濾膜的使用壽命仍然受制備工藝的限制，二是我國缺乏商品化大型納濾膜成套設備的生產(chǎn)技術(shù)。正因如此，國家發(fā)改委辦公廳《關(guān)于組織申報資源節約和環(huán)境保護2011年環(huán)保重大技術(shù)裝備和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化中央預算內投資備選項目》將高效膜材料列為產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)項目。
其次是成本方面的問(wèn)題。自來(lái)水行業(yè)的專(zhuān)家指出，即使我國具備了納濾膜工藝的國產(chǎn)化能力，以現在的水價(jià)而言，也很難對自來(lái)水作深度處理。如果我們像很多發(fā)達國家那樣，將自來(lái)水深度處理至直接飲用水平，那么絕大多數自來(lái)水廠(chǎng)要更換廠(chǎng)內設施及引水、送水管道�，F有水管的密封程度不足以抵擋二次污染。因此，要想在自來(lái)水行業(yè)推廣運用納濾技術(shù)，成本問(wèn)題是關(guān)鍵因素之一，這將不可避免地涉及水價(jià)上調的問(wèn)題。
第三是高科技成果轉化的資金投入問(wèn)題。朱永法表示，現在我國納米凈水技術(shù)研發(fā)和成果轉化的資金主要來(lái)自國外企業(yè)，國內資金的投入很不夠。他舉例說(shuō)，他的實(shí)驗室研發(fā)的納米光催化凈水器采用普通過(guò)濾與光催化相結合的方式對自來(lái)水進(jìn)行深度凈化，技術(shù)已經(jīng)成熟，但要轉化成產(chǎn)品卻不那么容易，目前很難吸引到資金。投資者對高科技方面的投資普遍比較謹慎，害怕風(fēng)險，寧愿將資金投在房地產(chǎn)方面。
“從我國目前的整體情況來(lái)看，用納米技術(shù)處理水離大規模生產(chǎn)和應用還有一段距離，產(chǎn)業(yè)化還任重道遠�！敝煊婪ㄕf(shuō)。
燦爛前景與潛在風(fēng)險
目前我國有大量人口的生活依靠污染水源。根據世界銀行估算，中國每年需要投資200億美元，才有望實(shí)現城市供水達到標準。外資企業(yè)在過(guò)去五年間共計向中國水資源行業(yè)投資約20億美元，相關(guān)工程涵蓋污水處理、城市水供應、工業(yè)水供應及對中國水企業(yè)的直接投資等等。
具體到納米技術(shù)水處理市場(chǎng)，據中國工程院權威專(zhuān)家預計，納米光催化材料在中國每年有100 億元的市場(chǎng)容量，其經(jīng)濟效益在環(huán)境產(chǎn)業(yè)中將占10%。2010 年以后，每年平均以13%的增長(cháng)速度發(fā)展，預計5～10年后的國內市場(chǎng)能達到數百億元。
2011年，中央一號文件計劃未來(lái)十年向水污染治理與農村水利工程建設撥付4萬(wàn)億元人民幣。這表明了未來(lái)我國在水處理領(lǐng)域的投資力度。
這無(wú)疑是極具誘惑力的市場(chǎng)前景。然而，在經(jīng)濟效益刺激這一技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，另一因素卻在隱約抑制著(zhù)納米技術(shù)的成果轉化，這就是近年來(lái)學(xué)術(shù)界關(guān)于納米技術(shù)所含風(fēng)險的爭論。
由于納米材料的顆粒過(guò)于微小，很容易通過(guò)呼吸進(jìn)入人體的內部器官。其高度的表面活性也可能使其對生物體的作用和效應大大增強。
國家納米科學(xué)中心副主任趙宇亮告訴《科學(xué)時(shí)報》，目前在世界范圍內，納米產(chǎn)品安全性評估方法以及安全性認證體系還處在建立過(guò)程中。由于相關(guān)的實(shí)驗研究數據還不足，人們對納米技術(shù)與納米材料的風(fēng)險問(wèn)題尚缺乏客觀(guān)科學(xué)的認識，造成了對其廣泛應用的顧慮。納米安全性研究的主要目標之一，就是指導納米技術(shù)和納米產(chǎn)品的安全應用，使消費者放心使用。
在國際上，納米生物效應與安全的大規模研究始自2003年以后，至今不到十年時(shí)間。美國、歐盟、日本等發(fā)達國家目前初步建立了關(guān)于納米生物效應與安全的研究體系，并在納米材料的人體健康、環(huán)境健康、生物醫學(xué)效應、國家安全等方面開(kāi)展重點(diǎn)研究。
在國內，中科院國家納米科學(xué)中心與高能物理所在2006年6月聯(lián)合成立了“納米生物效應與安全性實(shí)驗室”，這是我國納米生物效應與安全性研究進(jìn)入系統化、規�；芯康囊粋�(gè)標志。今年3月5日，以趙宇亮為首席科學(xué)家的國家“973”項目“重要納米材料的生物效應機制與安全性評價(jià)研究”正式啟動(dòng)。
趙宇亮認為，對納米材料安全性的研究正在催生一些新的技術(shù)，不僅使人們對納米顆粒的快速檢測和分析更為可靠，同時(shí)也加速了納米材料的醫學(xué)應用研究進(jìn)程�！拔覈毮懿块T(mén)也需要盡快在學(xué)術(shù)界研究成果的基礎上，制定國家認可的安全標準、檢測技術(shù)和分析方法，建立切實(shí)可行的風(fēng)險規避機制，更好地推動(dòng)我國納米技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展�！�
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