【科大敢創可為】「分子掛鈎」精準捕捉 化污染物為資源
一杯清水看似理所當然，背後卻牽涉複雜的污染控制。即使水體看來清澈，當中仍可能殘留藥物、抗生素，以及護膚品、防曬用品等個人護理產品所含的化學物質。這些污染物雖然肉眼難以察覺，卻可能影響水生生態，甚至增加抗生素抗藥性傳播的潛在風險。現時常用的高級氧化程序，猶如把污染物逐步「打碎」，需要消耗大量氧化劑和能源，卻未必能徹底去除總有機碳，過程中還可能產生更難處理的中間產物。如何以更少資源達至安全、高效的淨水效果，已成為城市可持續發展必須面對的重要課題。
優先「聚合」而非「打碎」
淨化污水，是否一定要把污染物徹底分解？若不把污染物打散，而是選擇性地把它們聚集起來，轉化成可從水中分離的固體，便有機會減少化學品消耗，並為資源回收創造有利條件。這種由「分解」轉向「聚合」的思路，為兼顧淨水與資源回收提供了新的研究方向。
香港科技大學（科大）研究團隊為此開發出無須添加氧化劑的電催化系統，相關成果已發表於國際學術期刊《自然通訊》。新系統的核心是一塊表面富含碘的氧碘化鉍塗層碳布電極。若將電極上的碘比喻為「分子掛鈎」，它會優先與帶有酚羥基的污染物形成專一氫鍵，再透過電力促使分子互相聚合，形成不溶於水且可被收集的聚合物。
酚羥基廣泛存在於多種環境污染物之中，包括藥物、消毒產品、農業化學品等，可說是它們的共同「分子指紋」，因此有效鎖定酚羥基，對提升污染物去除效率尤為重要。
科大團隊以常見藥物成分對乙醯氨基酚作測試。結果顯示，系統在十分鐘內去除逾九成目標污染物，聚合選擇性高達97.1%，顯示反應主要循形成不溶性聚合物的路徑進行。在實驗室環境下，每去除一公斤總有機碳，耗電約2.93度，估算營運成本約0.3美元；相比以徹底「打碎」為目標的礦化導向電化學技術，其能耗可降低兩個至四個數量級。這些結果背後的關鍵突破，在於透過精心設計的電極，調控反應路徑，引導目標污染物優先「聚合」，而非逐步「打碎」。
然而，真正的污水遠比實驗室測試用水複雜。研究顯示，系統在酸鹼值5至9，以及常見鹽類和天然有機物存在時，仍能維持穩定表現。當研究團隊以經二級處理的真實污水作水樣測試，目標污染物的去除率亦超過九成。團隊其後以連續流反應器同時處理四種酚類污染物，在72小時連續運行測試中維持良好的去除效果。
處理後水體可供魚類發育
為評估處理後水體的環境安全性，團隊進一步進行費氏弧菌測試及96小時斑馬魚胚胎試驗；結果顯示，處理後水樣的生物毒性顯著下降，斑馬魚胚胎亦能正常發育成幼魚，反映系統有助降低污水對水生生態的潛在影響。
當然，這項技術仍處於進一步優化和發展階段，短期內未必能直接取代現有污水處理設施。下一步研究將聚焦於放大電極組件規模，改善反應器內的分布和傳質效能，並利用成分波動較大的真實污水進行更長時間的測試。
同時，團隊亦需建立具經濟效益的聚合物回收和純化方法，進一步確認相關產物的品質、用途及整個生命周期的環境效益，才可真正實現「污染物變資源」的願景。
對香港而言，水處理設施升級既要改善出水水質，也要考慮能源消耗和營運負擔。這類新興技術有望為更節能、更重視資源回收的水處理方式提供新選擇；未來能否有效配合現有設施、適應不同水質條件，並符合相關排放要求，將是技術邁向實際應用的關鍵。
國家近年持續推進新污染物治理工作，着力減少新污染物對環境及人體健康帶來的潛在風險，保障生態安全和公眾福祉。與此同時，政策亦強調推動減污降碳協同增效及循環經濟發展，鼓勵以更少能源和化學品實現污染控制，並探索資源化利用途徑。
未來的水淨化技術，不應只關注污染物是否被去除，更應思考它們最終去了哪裏。透過更精準地控制反應過程，科研人員有望在改善水質的同時，把原本的環境負擔轉化為可回收利用的資源，為可持續水資源管理開闢新的方向。
●勞敏慈 香港科技大學土木及環境工程學系講座教授
