纳米净水成国际水处理领域的新宠

　　在我国，将纳米技术应用于水处理还处于刚刚起步阶段。真正意义上的深度净水对我们而言还只是一个梦想。
　　在经济效益刺激这一技术快速发展的同时，另一因素却在隐约抑制着纳米技术的成果转化，这就是近年来学术界关于纳米技术所含风险的争论。
　　郭勉愈
　　一个看上去很普通的“茶叶袋”，把它塞在水壶口，从壶中流出的哪怕是污染最严重的水，经过它的过滤后，都会变成100%安全的饮用水。
　　这是南非斯泰伦布什大学研究人员近日发明的一种可净化水的产品。其秘诀就是“茶叶袋”内部涂敷的薄薄一层含生物杀菌剂的微细纳米管，它可以杀死所有致病微生物。
　　在环境污染问题越来越受到各国政府重视的背景下，利用纳米技术进行水处理成为各国高科技竞争的一个热点。在法国、美国、日本等许多发达国家，纳米治水技术在给水行业中都已得到大规模推广，与之相比，在我国却还没有获得应有的广泛运用。
　　纳米净水，缘何外热内冷？
　　国际水处理领域的新宠
　　纳米技术可用于原水的处理、自来水的深度净化、污水处理以及再生回水的生产等等。与传统的水处理方法相比，纳米水处理工艺占地小，人力和能源消耗少，具有常规方法无法比拟的优势。
　　中科院国家纳米中心的研究人员王雅君告诉《科学时报》记者，目前，纳米技术处理水大致可分为以下几种：一是使用吸附性的纳米材料，比如碳纳米管；二是使用纳滤技术；三是纳米光催化技术。
　　纳滤技术是目前科学界认为的自来水深度净化工艺中最好的方法之一，纳滤水甚至被称为“二十一世纪的健康水”。纳滤技术的工程应用在法国、美国、日本等国家的给水行业中已得到大规模推广。
　　法国于1999年底在巴黎近郊建立起了世界首个纳米膜自来水厂，其纳米生产线日供水能力为14万吨/日，是现存规模最大的使用国际前沿纳米高科技的地表水处理厂，每日为巴黎市郊4百万居民提供高质量饮用水。此后近十年来，全球以纳滤膜为核心制备高品质饮用水的规模水厂已增加到了20多座。
　　在美国，从1992年到2000年的8年中，自来水处理工程中纳滤膜装置增加了10倍，大大高于其他方法。
　　在欧洲市场，采用纳滤技术的家用净水器普及率已达60%，基本实现了家家终端可直饮健康水。
　　在纳滤膜的生产方面，美国、日本等国家已达到了商品化的程度，如美国Filmtec公司的NF系列纳滤膜、日本日东电工的NTR-7400系列纳滤膜及东丽公司的UTC系列纳滤膜等，都是在水处理领域中应用比较广泛的商品化复合纳滤膜。
　　此外，世界许多国家，尤其是日本、美国、加拿大、法国等还投入了大量资金和研究力量进行纳米光催化技术的开发。
　　美国环保署（EPA）是美国纳米光催化研发的主要支持单位，它投入巨资开展这方面的工作，并大力推动其产业化。其重点在于水处理方面，包括地下水质的改善、废水处理以及河川污染等。
　　在纳米光催化技术领域做得最好的是日本。日本经济产业省将光催化的产业化列为技术立国的支柱产业之一，对光催化技术的发展进行了有力推动。日本产、学、官三方早在2000年就组成了光催化技术制品技术协会，制定光催化制品的质量标准、规格，以及光催化性能的评价试验法的标准化等工作。现已有包括东芝、松下、三菱、日立在内的多家日本公司生产出了多种纳米光催化的实用产品。日本与美国环保局在光催化产品市场的开发方面也展开了合作，目的是保持世界领先地位。
　　深度净水仍是梦想
　　但在我国，将纳米技术应用于水处理还处于刚刚起步阶段。真正意义上的深度净水对我们而言还只是一个梦想。
　　以家用净水器为例，科技部的最新研究报告表明，虽然生产厂家多数在自己的产品前冠以“纳米”二字，但大部分只是将这个词作为一个光环，以大打高科技牌作为一种赢利手段，真正使用纳米技术的并不多。
　　清华大学化学系教授朱永法告诉《科学时报》记者，我国市场上的净水器主要使用活性炭吸附的方式。活性炭易饱和并滋生细菌，反而导致水的二次污染。而真正采用纳米技术的净水器，其净水能力是普通净水器的10～20倍。
　　另外，就纳滤技术而言，我国对纳滤过程的理论研究比较早，但对纳滤膜的开发、生产尚处于初步阶段。天津大学研制的纳滤水制备工艺在2003年通过了专家的鉴定，成为我国第一条纳滤水生产线，填补了国内的空白。
　　但我国工程实例方面的报道屈指可数。国内首个见诸报道的是山东长岛南隍城纳滤示范工程，于1997年4月投入生产。
　　北京排水集团研发部主任甘一萍告诉《科学时报》记者，目前我国在水处理工程中主要还是使用传统技术，也就是“絮凝沉淀过滤消毒”的处理工艺，采用纳滤技术的水处理工程还很少，纳滤技术在整个水处理工艺中所占比例大约只有10%。而纳米光催化等新技术在我国目前主要还停留在实验室里，其工程化、产业化实例尚未见报道。
　　众所周知，我国水资源短缺、水质污染严重，处理成本逐年攀升。在水处理方面，纳米技术比常规方法更具优越性，且不会产生二次污染。这样一种高效、环保的技术在国际上早已被大量用于水处理实践，在我国为什么到目前为止还没有获得应有的广泛运用呢？
　　产业化任重道远
　　采访中，专家告诉记者，在我国，将纳米技术广泛地应用于工程实践的条件还不成熟。
　　以纳滤技术为例。甘一萍告诉记者，虽然在国际水处理领域，膜技术已经是成熟的技术，但与之相比，我国尚有较大的差距。一是高性能商品化的纳滤膜的使用寿命仍然受制备工艺的限制，二是我国缺乏商品化大型纳滤膜成套设备的生产技术。正因如此，国家发改委办公厅《关于组织申报资源节约和环境保护2011年环保重大技术装备和产品产业化中央预算内投资备选项目》将高效膜材料列为产业化的重点项目。
　　其次是成本方面的问题。自来水行业的专家指出，即使我国具备了纳滤膜工艺的国产化能力，以现在的水价而言，也很难对自来水作深度处理。如果我们像很多发达国家那样，将自来水深度处理至直接饮用水平，那么绝大多数自来水厂要更换厂内设施及引水、送水管道。现有水管的密封程度不足以抵挡二次污染。因此，要想在自来水行业推广运用纳滤技术，成本问题是关键因素之一，这将不可避免地涉及水价上调的问题。
　　第三是高科技成果转化的资金投入问题。朱永法表示，现在我国纳米净水技术研发和成果转化的资金主要来自国外企业，国内资金的投入很不够。他举例说，他的实验室研发的纳米光催化净水器采用普通过滤与光催化相结合的方式对自来水进行深度净化，技术已经成熟，但要转化成产品却不那么容易，目前很难吸引到资金。投资者对高科技方面的投资普遍比较谨慎，害怕风险，宁愿将资金投在房地产方面。
　　“从我国目前的整体情况来看，用纳米技术处理水离大规模生产和应用还有一段距离，产业化还任重道远。”朱永法说。
　　灿烂前景与潜在风险
　　目前我国有大量人口的生活依靠污染水源。根据世界银行估算，中国每年需要投资200亿美元，才有望实现城市供水达到标准。外资企业在过去五年间共计向中国水资源行业投资约20亿美元，相关工程涵盖污水处理、城市水供应、工业水供应及对中国水企业的直接投资等等。
　　具体到纳米技术水处理市场，据中国工程院权威专家预计，纳米光催化材料在中国每年有100亿元的市场容量，其经济效益在环境产业中将占10%。2010年以后，每年平均以13%的增长速度发展，预计5～10年后的国内市场能达到数百亿元。
　　2011年，中央一号文件计划未来十年向水污染治理与农村水利工程建设拨付4万亿元人民币。这表明了未来我国在水处理领域的投资力度。
　　这无疑是极具诱惑力的市场前景。然而，在经济效益刺激这一技术快速发展的同时，另一因素却在隐约抑制着纳米技术的成果转化，这就是近年来学术界关于纳米技术所含风险的争论。
　　由于纳米材料的颗粒过于微小，很容易通过呼吸进入人体的内部器官。其高度的表面活性也可能使其对生物体的作用和效应大大增强。
　　国家纳米科学中心副主任赵宇亮告诉《科学时报》，目前在世界范围内，纳米产品安全性评估方法以及安全性认证体系还处在建立过程中。由于相关的实验研究数据还不足，人们对纳米技术与纳米材料的风险问题尚缺乏客观科学的认识，造成了对其广泛应用的顾虑。纳米安全性研究的主要目标之一，就是指导纳米技术和纳米产品的安全应用，使消费者放心使用。
　　在国际上，纳米生物效应与安全的大规模研究始自2003年以后，至今不到十年时间。美国、欧盟、日本等发达国家目前初步建立了关于纳米生物效应与安全的研究体系，并在纳米材料的人体健康、环境健康、生物医学效应、国家安全等方面开展重点研究。
　　在国内，中科院国家纳米科学中心与高能物理所在2006年6月联合成立了“纳米生物效应与安全性实验室”，这是我国纳米生物效应与安全性研究进入系统化、规模化研究的一个标志。今年3月5日，以赵宇亮为首席科学家的国家“973”项目“重要纳米材料的生物效应机制与安全性评价研究”正式启动。
　　赵宇亮认为，对纳米材料安全性的研究正在催生一些新的技术，不仅使人们对纳米颗粒的快速检测和分析更为可靠，同时也加速了纳米材料的医学应用研究进程。“我国职能部门也需要尽快在学术界研究成果的基础上，制定国家认可的安全标准、检测技术和分析方法，建立切实可行的风险规避机制，更好地推动我国纳米技术和相关产业的快速发展。”