近年来,纳米材料产业迅猛发展。但多项研究揭示,粒径极小的纳米颗粒在生产与使用过程中,可能经人为排放和自然扩散进入环境并长期留存。
纳米材料指外部尺寸、内部结构或表面结构任一维度处于1纳米—100纳米的材料。依据材料性质,可分为碳基纳米材料、金属及金属(类)氧化物、树枝状聚合物、半导体纳米晶体(量子点)以及复合材料5类。我国纳米材料生产水平居世界前列,年产量超500万吨,已有1300多种纳米技术消费品进入市场,广泛应用于能源、电子、医药、化工、纺织和日化等领域,成为新材料产业的重要支柱。然而,伴随纳米材料应用规模的扩大,其在环境中的释放问题日益凸显,潜在风险亟待关注。
纳米材料污染防控面临挑战
纳米材料污染隐蔽。纳米材料污染物进入自然水体的主要途径包括污水处理厂排水、垃圾填埋场渗滤液、地表径流、污水泄漏及下水道合流等。与传统污染物不同,纳米材料在环境中的风险具有隐蔽性。一方面,其环境浓度通常较低,常规监测手段难以观测;另一方面,纳米材料比表面积大、活性高,易吸附其他污染物并在生物体内累积,通过食物链放大生态风险。研究表明,纳米材料可对动植物与微生物产生不利影响,长期累积可能威胁生态系统稳定性和饮用水安全。在新污染物治理持续推进的背景下,纳米材料污染已成为不容忽视的新挑战。
纳米材料污染复杂。从全生命周期看,纳米材料进入环境主要发生在生产排放、使用与老化释放以及污水处理环节。近10年来,国内外对自然水体中纳米材料污染状况的调查显示,这类污染物已在多个人口密集地区被检出。我国相关研究集中在长江、太湖、珠江流域及部分近岸海域,不同区域差异显著。例如,太湖流域检测到来源于涂料、化纤等工业活动的二氧化钛纳米颗粒,浓度与周边工业布局和污水排放状况密切相关;珠江流域及其入海口检测到银纳米颗粒等工程纳米材料,部分区域纳米形态金属在金属总量中的占比超过10%。城市污水经处理后仍可能残留低浓度银纳米颗粒,并随出水进入自然水体和近岸海域。在近岸海域和河口区域,纳米材料的检出意味着其对生态环境的破坏正在加剧。总体上,我国水体纳米材料污染呈现来源分散、底数不清但普遍存在、区域差异显著的特点,对监测和治理提出了更高要求。
我国水体纳米材料污染防控面临多重挑战。一方面,纳米材料环境监测技术门槛高,对采样、前处理和仪器分析要求严格。我国尚未形成统一的监测标准,不同地区和研究数据难以比对,制约了风险评估和治理决策。另一方面,纳米材料污染的生态环境风险评估基础薄弱。现有毒性研究多基于高浓度、短期的急性暴露实验,与真实环境中的暴露情景存在差距;对纳米材料与环境介质结合后的实际效应,以及与其他污染物相互作用可能产生的叠加或协同风险,仍缺乏系统研究。此外,现有纳米技术相关标准和数据库主要服务于工艺研发和产品质量控制,涉及环境安全和污染防治的技术规范缺失,纳米材料环境管理缺乏明确的法规和标准依据,源头管控难以精准发力,进一步放大了环境释放风险。
多维防控纳米材料污染
面对纳米材料污染这一新挑战,当务之急是将其纳入新污染物治理的整体框架,构建以“测—评—控”为主线的多维防控体系。
精准监测是首要前提。应尽快制定纳米材料污染物分析技术规范与标准,推动监测过程中样品预处理、仪器分析、数据处理和质量控制标准化,为全面掌握纳米材料在不同环境介质中的污染水平提供技术支撑。环境风险评估是核心。将纳米材料纳入环境风险筛查范围,制订纳米材料污染物环境风险评价技术导则、环境暴露参数手册等指南与技术规范,构建环境风险评估体系,明确其对生态环境及人体健康的潜在影响。有效管控是最终目标。明确重点行业和重点区域的管理要求,完善管控标准与相关管理办法。通过构建完善的纳米材料污染防控体系,实现对纳米材料污染的全过程、多层次防控。
强化科研科普投入,协同共筑生态环境安全防线。纳米材料污染物防控工作具有长期性和复杂性。加大研发投入力度,开展纳米材料污染物的环境行为、环境监测、毒理特征、迁移规律、环境风险等方面的研究,能够为科学制定环境质量标准和污染物排放标准提供支撑,为有效实施纳米材料污染物防控奠定基础。此外,还应加强纳米材料污染防控科普宣传与公众参与,通过权威、理性的科普,提高社会对纳米材料环境问题的科学认知,推动形成政府、企业和公众协同发力的治理格局。
纳米材料为经济社会发展带来巨大机遇,也对生态环境治理提出新的挑战。只有完善制度设计、及早识别风险、夯实监测基础、加强风险管控,才能在新材料产业持续发展的同时,筑牢生态环境安全防线,为美丽中国建设提供更加稳固的科学支撑。
作者单位:生态环境部华南环境科学研究所
来源:中国环境报