在我國，將納米技術(shù)應(yīng)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夢想。
在經(jīng)濟效益刺激這一技術(shù)快速發(fā)展的同時，另一因素卻在隱約抑制著納米技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，這就是近年來學(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(yán)重的水，經(jīng)過它的過濾后，都會變成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(nèi)部涂敷的薄薄一層含生物殺菌劑的微細(xì)納米管，它可以殺死所有致病微生物。
在環(huán)境污染問題越來越受到各國政府重視的背景下，利用納米技術(shù)進行水處理成為各國高科技競爭的一個熱點。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(guī)模推廣，與之相比，在我國卻還沒有獲得應(yīng)有的廣泛運用。
納米凈水，緣何外熱內(nèi)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(tǒng)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(guī)方法無法比擬的優(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(rèn)為的自來水深度凈化工藝中最好的方法之一，納濾水甚至被稱為“二十一世紀(jì)的健康水”。納濾技術(shù)的工程應(yīng)用在法國、美國、日本等國家的給水行業(yè)中已得到大規(guī)模推廣。
法國于1999年底在巴黎近郊建立起了世界首個納米膜自來水廠，其納米生產(chǎn)線日供水能力為14萬噸/日，是現(xiàn)存規(guī)模最大的使用國際前沿納米高科技的地表水處理廠，每日為巴黎市郊4百萬居民提供高質(zhì)量飲用水。此后近十年來，全球以納濾膜為核心制備高品質(zhì)飲用水的規(guī)模水廠已增加到了20多座。
在美國，從1992年到2000年的8年中，自來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，采用納濾技術(shù)的家用凈水器普及率已達60%，基本實現(xiàn)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(yīng)用比較廣泛的商品化復(fù)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行納米光催化技術(shù)的開發(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，它投入巨資開展這方面的工作，并大力推動其產(chǎn)業(yè)化。其重點在于水處理方面，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)展進行了有力推動。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，制定光催化制品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格，以及光催化性能的評價試驗法的標(biāo)準(zhǔn)化等工作。現(xiàn)已有包括東芝、松下、三菱、日立在內(nèi)的多家日本公司生產(chǎn)出了多種納米光催化的實用產(chǎn)品。日本與美國環(huán)保局在光催化產(chǎn)品市場的開發(fā)方面也展開了合作，目的是保持世界領(lǐng)先地位。
深度凈水仍是夢想
但在我國，將納米技術(shù)應(yīng)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夢想。
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)廠家多數(shù)在自己的產(chǎn)品前冠以“納米”二字，但大部分只是將這個詞作為一個光環(huán)，以大打高科技牌作為一種贏利手段，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)時報》記者，我國市場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�(xì)菌，反而導(dǎo)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，我國對納濾過程的理論研究比較早，但對納濾膜的開發(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年通過了專家的鑒定，成為我國第一條納濾水生產(chǎn)線，填補了國內(nèi)的空白。
但我國工程實例方面的報道屈指可數(shù)。國內(nèi)首個見諸報道的是山東長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)時報》記者，目前我國在水處理工程中主要還是使用傳統(tǒng)技術(shù)，也就是“絮凝沉淀過濾消毒”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驗室里，其工程化、產(chǎn)業(yè)化實例尚未見報道。
眾所周知，我國水資源短缺、水質(zhì)污染嚴(yán)重，處理成本逐年攀升。在水處理方面，納米技術(shù)比常規(guī)方法更具優(yōu)越性，且不會產(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踐，在我國為什么到目前為止還沒有獲得應(yīng)有的廣泛運用呢？
產(chǎn)業(yè)化任重道遠(yuǎn)
采訪中，專家告訴記者，在我國，將納米技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工程實踐的條件還不成熟。
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(shè)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(jié)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(yù)算內(nèi)投資備選項目》將高效膜材料列為產(chǎn)業(yè)化的重點項目。
其次是成本方面的問題。自來水行業(yè)的專家指出，即使我國具備了納濾膜工藝的國產(chǎn)化能力，以現(xiàn)在的水價而言，也很難對自來水作深度處理。如果我們像很多發(fā)達國家那樣，將自來水深度處理至直接飲用水平，那么絕大多數(shù)自來水廠要更換廠內(nèi)設(shè)施及引水、送水管道。現(xiàn)有水管的密封程度不足以抵擋二次污染。因此，要想在自來水行業(yè)推廣運用納濾技術(shù)，成本問題是關(guān)鍵因素之一，這將不可避免地涉及水價上調(diào)的問題。
第三是高科技成果轉(zhuǎn)化的資金投入問題。朱永法表示，現(xiàn)在我國納米凈水技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化的資金主要來自國外企業(yè)，國內(nèi)資金的投入很不夠。他舉例說，他的實驗室研發(fā)的納米光催化凈水器采用普通過濾與光催化相結(jié)合的方式對自來水進行深度凈化，技術(shù)已經(jīng)成熟，但要轉(zhuǎn)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(jǐn)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看，用納米技術(shù)處理水離大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用還有一段距離，產(chǎn)業(yè)化還任重道遠(yuǎn)�！敝煊婪ㄕf。
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(jù)世界銀行估算，中國每年需要投資200億美元，才有望實現(xiàn)城市供水達到標(biāo)準(zhǔn)。外資企業(yè)在過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(yīng)、工業(yè)水供應(yīng)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，據(jù)中國工程院權(quán)威專家預(yù)計，納米光催化材料在中國每年有100億元的市場容量，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%的增長速度發(fā)展，預(yù)計5～10年后的國內(nèi)市場能達到數(shù)百億元。
2011年，中央一號文件計劃未來十年向水污染治理與農(nóng)村水利工程建設(shè)撥付4萬億元人民幣。這表明了未來我國在水處理領(lǐng)域的投資力度。
這無疑是極具誘惑力的市場前景。然而，在經(jīng)濟效益刺激這一技術(shù)快速發(fā)展的同時，另一因素卻在隱約抑制著納米技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，這就是近年來學(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于微小，很容易通過呼吸進入人體的內(nèi)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(yīng)大大增強。
國家納米科學(xué)中心副主任趙宇亮告訴《科學(xué)時報》，目前在世界范圍內(nèi)，納米產(chǎn)品安全性評估方法以及安全性認(rèn)證體系還處在建立過程中。由于相關(guān)的實驗研究數(shù)據(jù)還不足，人們對納米技術(shù)與納米材料的風(fēng)險問題尚缺乏客觀科學(xué)的認(rèn)識，造成了對其廣泛應(yīng)用的顧慮。納米安全性研究的主要目標(biāo)之一，就是指導(dǎo)納米技術(shù)和納米產(chǎn)品的安全應(yīng)用，使消費者放心使用。
在國際上，納米生物效應(yīng)與安全的大規(guī)模研究始自2003年以后，至今不到十年時間。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(yīng)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(yī)學(xué)效應(yīng)、國家安全等方面開展重點研究。
在國內(nèi)，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(yīng)與安全性實驗室”，這是我國納米生物效應(yīng)與安全性研究進入系統(tǒng)化、規(guī)模化研究的一個標(biāo)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(yīng)機制與安全性評價研究”正式啟動。
趙宇亮認(rèn)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，同時也加速了納米材料的醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究進程�！拔覈毮懿块T也需要盡快在學(xué)術(shù)界研究成果的基礎(chǔ)上，制定國家認(rèn)可的安全標(biāo)準(zhǔn)、檢測技術(shù)和分析方法，建立切實可行的風(fēng)險規(guī)避機制，更好地推動我國納米技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展�！�
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