納米凈水：國際水處理領域新寵緣何外熱內冷

　　在我國，將納米技術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夢想。
　　在經濟效益刺激這一技術快速發展的同時，另一因素卻在隱約抑制著納米技術的成果轉化，這就是近年來學術界關于納米技術所含風險的爭論。
　　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重的水，經過它的過濾后，都會變成100%安全的飲用水。
　　這是南非斯泰倫布什大學研究人員近日發明的一種可凈化水的產品。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、日本等許多發達國家，納米治水技術在給水行業中都已得到大規模推廣，與之相比，在我國卻還沒有獲得應有的廣泛運用。
　　納米凈水，緣何外熱內冷?
　　國際水處理領域的新寵
　　納米技術可用于原水的處理、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，具有常規方法無法比擬的優勢。
　　中科院國家納米中心的研究人員王雅君告訴《科學時報》記者，目前，納米技術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;三是納米光催化技術。
　　納濾技術是目前科學界認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“二十一世紀的健康水”。納濾技術的工程應用在法國、美國、日本等國家的給水行業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納米膜自來水廠，其納米生產線日供水能力為14萬噸/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，每日為巴黎市郊4百萬居民提供高質量飲用水。此后近十年來，全球以納濾膜為核心制備高品質飲用水的規模水廠已增加到了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，采用納濾技術的家用凈水器普及率已達60%，基本實現了家家終端可直飲健康水。
　　在納濾膜的生產方面，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行納米光催化技術的開發。
　　美國環保署(EPA)是美國納米光催化研發的主要支持單位，它投入巨資開展這方面的工作，并大力推動其產業化。其重點在于水處理方面，包括地下水質的改善、廢水處理以及河川污染等。
　　在納米光催化技術領域做得最好的是日本。日本經濟產業省將光催化的產業化列為技術立國的支柱產業之一，對光催化技術的發展進行了有力推動。日本產、學、官三方早在2000年就組成了光催化技術制品技術協會，制定光催化制品的質量標準、規格，以及光催化性能的評價試驗法的標準化等工作。現已有包括東芝、松下、三菱、日立在內的多家日本公司生產出了多種納米光催化的實用產品。日本與美國環保局在光催化產品市場的開發方面也展開了合作，目的是保持世界領先地位。
　　深度凈水仍是夢想
　　但在我國，將納米技術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，雖然生產廠家多數在自己的產品前冠以“納米”二字，但大部分只是將這個詞作為一個光環，以大打高科技牌作為一種贏利手段，真正使用納米技術的并不多。
　　清華大學化學系教授朱永法告訴《科學時報》記者，我國市場上的凈水器主要使用活性炭吸附的方式。活性炭易飽和并滋生細菌，反而導致水的二次污染。而真正采用納米技術的凈水器，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、生產尚處于初步階段。天津大學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線，填補了國內的空白。
　　但我國工程實例方面的報道屈指可數。國內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。
　　北京排水集團研發部主任甘一萍告訴《科學時報》記者，目前我國在水處理工程中主要還是使用傳統技術，也就是“絮凝沉淀過濾消毒”的處理工藝，采用納濾技術的水處理工程還很少，納濾技術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在我國目前主要還停留在實驗室里，其工程化、產業化實例尚未見報道。
　　眾所周知，我國水資源短缺、水質污染嚴重，處理成本逐年攀升。在水處理方面，納米技術比常規方法更具優越性，且不會產生二次污染。這樣一種高效、環保的技術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有的廣泛運用呢?
　　產業化任重道遠
　　采訪中，專家告訴記者，在我國，將納米技術廣泛地應用于工程實踐的條件還不成熟。
　　以納濾技術為例。甘一萍告訴記者，雖然在國際水處理領域，膜技術已經是成熟的技術，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技術。正因如此，國家發改委辦公廳《關于組織申報資源節約和環境保護2011年環保重大技術裝備和產品產業化中央預算內投資備選項目》將高效膜材料列為產業化的重點項目。
　　其次是成本方面的問題。自來水行業的專家指出，即使我國具備了納濾膜工藝的國產化能力，以現在的水價而言，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，那么絕大多數自來水廠要更換廠內設施及引水、送水管道。現有水管的密封程度不足以抵擋二次污染。因此，要想在自來水行業推廣運用納濾技術，成本問題是關鍵因素之一，這將不可避免地涉及水價上調的問題。
　　第三是高科技成果轉化的資金投入問題。朱永法表示，現在我國納米凈水技術研發和成果轉化的資金主要來自國外企業，國內資金的投入很不夠。他舉例說，他的實驗室研發的納米光催化凈水器采用普通過濾與光催化相結合的方式對自來水進行深度凈化，技術已經成熟，但要轉化成產品卻不那么容易，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，害怕風險，寧愿將資金投在房地產方面。
　　“從我國目前的整體情況來看，用納米技術處理水離大規模生產和應用還有一段距離，產業化還任重道遠。”朱永法說。
　　燦爛前景與潛在風險
　　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，才有望實現城市供水達到標準。外資企業在過去五年間共計向中國水資源行業投資約20億美元，相關工程涵蓋污水處理、城市水供應、工業水供應及對中國水企業的直接投資等等。
　　具體到納米技術水處理市場，據中國工程院權威專家預計，納米光催化材料在中國每年有100億元的市場容量，其經濟效益在環境產業中將占10%。2010年以后，每年平均以13%的增長速度發展，預計5～10年后的國內市場能達到數百億元。
　　2011年，中央一號文件計劃未來十年向水污染治理與農村水利工程建設撥付4萬億元人民幣。這表明了未來我國在水處理領域的投資力度。
　　這無疑是極具誘惑力的市場前景。然而，在經濟效益刺激這一技術快速發展的同時，另一因素卻在隱約抑制著納米技術的成果轉化，這就是近年來學術界關于納米技術所含風險的爭論。
　　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。
　　國家納米科學中心副主任趙宇亮告訴《科學時報》，目前在世界范圍內，納米產品安全性評估方法以及安全性認證體系還處在建立過程中。由于相關的實驗研究數據還不足，人們對納米技術與納米材料的風險問題尚缺乏客觀科學的認識，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，就是指導納米技術和納米產品的安全應用，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，至今不到十年時間。美國、歐盟、日本等發達國家目前初步建立了關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、環境健康、生物醫學效應、國家安全等方面開展重點研究。
　　在國內，中科院國家納米科學中心與高能物理所在2006年6月聯合成立了“納米生物效應與安全性實驗室”，這是我國納米生物效應與安全性研究進入系統化、規模化研究的一個標志。今年3月5日，以趙宇亮為首席科學家的國家“973”項目“重要納米材料的生物效應機制與安全性評價研究”正式啟動。
　　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，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學應用研究進程。“我國職能部門也需要盡快在學術界研究成果的基礎上，制定國家認可的安全標準、檢測技術和分析方法，建立切實可行的風險規避機制，更好地推動我國納米技術和相關產業的快速發展。”