【背景】
8月4日，云南魯?shù)榈卣鸬诙�，震中龍頭山鎮(zhèn)的龍全中學(xué)食品匱乏，只能吃外面輸送進(jìn)來(lái)的泡面，地下水和自來(lái)水因?yàn)榈卣鹚|(zhì)現(xiàn)在比較渾濁，潔水有限優(yōu)先供應(yīng)傷員，目前救援人員只能用渾水泡面做飯。后勤是當(dāng)?shù)亟M織的，渾水是自來(lái)水，放了消毒藥片。部隊(duì)里要求戰(zhàn)士只吃面不喝湯。
【思考】
飲用水是部隊(duì)后勤保障的重要組成部分，特別是當(dāng)部隊(duì)在特殊環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)時(shí)，供水保障的地位就更為突出。供水保障直接關(guān)系到部隊(duì)官兵的生理和心理健康狀況，也影響著整個(gè)部隊(duì)的作戰(zhàn)能力的發(fā)揮。野戰(zhàn)供水保障問(wèn)題成為世界性研究課題。
美軍凈水裝備及技術(shù)發(fā)展綜述
楊敏 總后建筑工程研究所五室
供水保障直接關(guān)系到部隊(duì)官兵的生理和心理健康狀況,也影響著整個(gè)部隊(duì)的作戰(zhàn)能力的發(fā)揮。在第一次世界大戰(zhàn)中,美軍由于飲用水不達(dá)標(biāo)而造成了很多官兵的身體不適,極大地影響了戰(zhàn)斗力的發(fā)揮,因此一戰(zhàn)后,美軍開(kāi)始研究野戰(zhàn)供水保障問(wèn)題。當(dāng)時(shí)研發(fā)出的移動(dòng)凈水裝備(Mobile waterpurification unit,MWPU)主要工藝是砂土過(guò)濾和氯化消毒。在隨后的二戰(zhàn)中,MWPU移動(dòng)凈水裝備得以實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn),結(jié)果并不理想,它生產(chǎn)的水還不能完全達(dá)到飲用、洗漱及廚房用水等的要求。因此在二戰(zhàn)之后,美軍開(kāi)始研制適用于各種不同水源的序列凈水裝備。在20世紀(jì)60年代,美軍認(rèn)識(shí)到盡管這些系列裝備能夠滿足提供潔凈飲用水的要求,但是為了減輕勤務(wù)保障和操作維修的負(fù)擔(dān),認(rèn)為有必要研制一種能夠適應(yīng)淡水、海水和苦咸水等各種不同水源的通用凈水裝備,另外還要能夠處理被核生化NBC污染的原水。最終美軍選定了反滲透技術(shù),包括600型和3000型反滲透凈水裝備(Reverseosmosis water purification,ROWPU)等,它們分別于1981年和1989年裝備部隊(duì),至今仍被陸軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和空軍使用。via《給水排水》雜志
1 美軍現(xiàn)有凈水裝備
美軍最初使用的標(biāo)準(zhǔn)反滲透凈水裝備有3種，分別為額定產(chǎn)水量為600gal/h的600型ROWPU、3000gal/h的3000型ROWPU及150000gal/d的150000型ROWPU。 600型和3000型ROWPU，它們分別于1981年和1989年裝備部隊(duì)。150000型ROWPU 是為營(yíng)區(qū)等固定設(shè)施設(shè)計(jì)的, 也被安裝在標(biāo)準(zhǔn)的軍用艦船上, 1981 年投入使用。除此之外, 美軍后來(lái)還研發(fā)了同樣基于反滲透技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)凈水系統(tǒng)（Tactical water purification system，簡(jiǎn)稱TWPS）和輕型凈水裝備（Light weight water purifier，簡(jiǎn)稱LWP）, 分別于2004年和2005年裝備部隊(duì)。2004年還研制了遠(yuǎn)征分隊(duì)凈水系統(tǒng)（Expeditionary unit of water purification，簡(jiǎn)稱EUWP）。它們的主要處理工藝及處理能力如表1所示。
1.1 ROWPU反滲透系列凈水裝備
該型號(hào)的裝備的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性強(qiáng)，在任何地方都能夠快速展開(kāi)和使用。其處理工藝采用物理方法和化學(xué)方法相結(jié)合，能夠?qū)⒉煌愋偷脑畠艋蔀闈崈舻娘嬘盟�。其凈水裝置主要由進(jìn)水系統(tǒng)、沉淀系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、配水系統(tǒng)和NBC核生化消毒系統(tǒng)五部分組成, 其過(guò)濾系統(tǒng)包括8個(gè)直徑為6in的反滲透單元, 核生化消毒系統(tǒng)則采用活性炭吸附和離子交換床過(guò)濾技術(shù)。via《給水排水》雜志
600型ROWPU反滲透凈水裝置的凈水能力為12000gal/d（鹽度35000ppm），當(dāng)原水的鹽度較低時(shí)，其產(chǎn)水能力還能更大，其每天可連續(xù)運(yùn)行20h，剩余4h則主要用于常規(guī)清洗和維護(hù)。600型ROWPU有三種不同型號(hào)，分別裝備陸軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、空軍。它由30KW拖車電站供電，整套設(shè)備可由5t載重卡車、鐵路、海、空運(yùn)輸，空投及直升機(jī)懸投。
3000型ROWPU處理工藝與600型ROWPU基本相同, 也包括進(jìn)水、沉淀、過(guò)濾、配水、消毒五個(gè)部分。但最大的不同就在于其進(jìn)水系統(tǒng)的進(jìn)水泵處增設(shè)了一個(gè)漩流分離器，以去除水中較大的懸浮物。其次它的過(guò)濾系統(tǒng)由12個(gè)直徑為8in的反滲透單元組成，每組各6個(gè)并聯(lián)運(yùn)行。整個(gè)裝備可置于8ft×8ft×12ft的ISO標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，由40ft的半掛車進(jìn)行運(yùn)輸，同時(shí)配備有60KW發(fā)電機(jī)和高壓泵, 適應(yīng)于汽車、鐵路、海、空運(yùn)輸。
150000型ROWPU比其他 ROWPU 系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性差, 需要諸如鏟車等裝卸設(shè)備, 適宜在某個(gè)位置長(zhǎng)期運(yùn)行。該系統(tǒng)水處理過(guò)程與其他的 ROWPU 相類似, 其處理流程為: 原水泵—增壓泵—絮凝劑泵 —介質(zhì)過(guò)濾器 —阻垢劑泵—筒式過(guò)濾器 —高壓泵 — 反滲透裝置。增壓泵除了用于多介質(zhì)過(guò)濾器和筒式過(guò)濾器的過(guò)濾外,也用于多介質(zhì)過(guò)濾器的反沖洗和反滲透組件的化學(xué)清洗。與其他 ROWPU 不同的是它沒(méi)有加氯設(shè)備, 因?yàn)樵撓到y(tǒng)的產(chǎn)水最終要進(jìn)入有加氯設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)貯槽和分配系統(tǒng)。
1.2 MMFFS多功能模塊化流體過(guò)濾系統(tǒng)
多功能模塊化流體過(guò)濾系統(tǒng)(Multi-functional modular fluid filtration system, 簡(jiǎn)稱MMFFS)共分三級(jí), Ⅰ級(jí)為微孔過(guò)濾器, 能夠過(guò)濾去除5微米以上的顆粒物等;Ⅱ級(jí)由獲得專利的Ad-Ab吸附劑模塊組成, 能夠去除大部分BOD、COD、 TSS、TOC、苯類等有機(jī)物和金屬等雜質(zhì); Ⅲ級(jí)為2.5微米級(jí)過(guò)濾, 去除殘存的雜質(zhì)等。其有2000型和3000型兩種不同的型號(hào), 其最大流量分別為35gal/分和120gal/分, 工作壓力40～60磅/in2, 能夠在2～52℃的環(huán)境下工作。
MMFFS主要用于ROWPU的預(yù)處理或后處理、反滲透膜清洗液、核化生沾染液及野戰(zhàn)洗浴水的處理等。特別是用作ROPWU的預(yù)處理單元, 取得了很好的效果, 大大提高了反滲透膜的產(chǎn)水效率和使用壽命。via《給水排水》雜志
1.3 TWPS戰(zhàn)術(shù)凈水系統(tǒng)
戰(zhàn)術(shù)凈水系統(tǒng)是一種完全自容式的可移動(dòng)凈水裝備，它主要由7部分組成：進(jìn)水單元、微濾（Microfiltration，簡(jiǎn)稱MF）單元、反滲透單元、空氣單元、化學(xué)試劑加注單元、配水單元、核生化凈化單元。微濾預(yù)處理可以去除水中的固體懸浮物、微生物等，并且可以消除影響反滲透膜工作的水體漩渦，使TWPS能夠更好地適應(yīng)各種原水，包括淡水、苦咸水以及高溶解固體濃度（TDS≥60000毫克/升）的海水。TWPS處理淡水時(shí)產(chǎn)水率為1500gal/h，處理苦咸水、海水或被核生化污染的原水則能達(dá)到1200gal/h。TWPS有兩種不同型號(hào)分別裝備于陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)。
TWPS已在陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)中逐步取代600ROWPU執(zhí)行任務(wù)。其與600ROWPU相比，其在體積、質(zhì)量等相似的前提下，其制水能力大大增強(qiáng)，特別是處理高鹽kW.h的水方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，其效率和產(chǎn)量都很高。
1.4 LWP輕型凈水裝備
輕型凈水裝備模塊化裝置主要由以下部分組成：進(jìn)水模塊、超濾（Ultrafiltration，簡(jiǎn)稱UF）模塊、高壓泵模塊、反滲透模塊、化學(xué)試劑加注/清洗模塊、核生化后處理模塊、配水模塊和供電模塊。其主要是為滿足小分隊(duì)、特種任務(wù)部隊(duì)（Special operations forces，簡(jiǎn)稱SOF）以及臨時(shí)醫(yī)療分隊(duì)的供水需求而研制的，它能夠適應(yīng)包括核生化沾染原水在內(nèi)的各種原水。其處理淡水和海水的能力分別為125gal/h和75gal/h。它可以裝在HMMWV高機(jī)動(dòng)性多功能輪式車輛M1097上運(yùn)輸，也可以由C130運(yùn)輸機(jī)或UN-60直升機(jī)運(yùn)送。
1.5 EUWP遠(yuǎn)征分隊(duì)凈水系統(tǒng)
遠(yuǎn)征分隊(duì)凈水系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）是2004年由美海軍研究辦公室研發(fā)的一種先進(jìn)的軍民兩用凈水系統(tǒng)，由Village Marine Tec公司生產(chǎn), 其產(chǎn)水量大，能耗低, 目前其Ⅰ代產(chǎn)品處理海水和淡水能力分別可達(dá)100,000gal/d和200,000gal/d, 是目前處理能力最大的移動(dòng)式凈水系統(tǒng)。2005年在美國(guó)卡特里娜颶風(fēng)救災(zāi)行動(dòng)中,每天為當(dāng)?shù)匾患裔t(yī)院提供100,000gal/d的潔凈飲用水, 發(fā)揮了重要作用。
EUWP由超濾和反滲透兩個(gè)單元組成，該系統(tǒng)中Koch超濾系統(tǒng)處理能力為270gal/min，Dow FILMTEC反滲透系統(tǒng)處理能力為80gal/min。兩個(gè)單元各由一臺(tái)60KW發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，超濾單元每處理1000gal水耗電2kW.h，反滲透單元每處理1000gal則耗電7.5kW.h。
EUWP采用增強(qiáng)型玻璃纖維塑膠(Fiberglass-reinforced plastic, 簡(jiǎn)稱FRP)材質(zhì)的水泵, 相比較于傳統(tǒng)的碳鋼水泵, 其質(zhì)量大約減輕了25%, 每套系統(tǒng)僅重1500磅，可安裝在 20ft×8ft×8ft的ISO標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，采用C-130運(yùn)輸機(jī)或卡車運(yùn)輸。EUWP凈水系統(tǒng)的使用范圍很廣, 能夠在0℃～50℃的溫度條件下運(yùn)行, 原水的溫度可為0℃～41℃。
目前正在研發(fā)的Ⅱ代裝備, 其凈水能力將達(dá)到300,000gal/d, 并且質(zhì)量更輕, 體積更小。via《給水排水》雜志
2 下一步研究重點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)
美陸軍坦克車輛研發(fā)工程中心TARDEC和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在研究可以不受水源地的束縛, 在戰(zhàn)場(chǎng)的任何地方都可以制水的新型凈水裝備，以減輕運(yùn)配水保障壓力。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)主要通過(guò)以下兩種途徑：一是研發(fā)更高效、質(zhì)輕、緊湊的凈水裝備；二是從非傳統(tǒng)水源，比如空氣或汽車尾氣等中制水。
2.1新技術(shù)
目前美軍供水裝備存在的主要問(wèn)題包括: 能耗偏高；體積和質(zhì)量偏大；容易結(jié)垢, 膜壽命短；低溫運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性差；化學(xué)試劑、過(guò)濾器材等消耗大；當(dāng)原水中的水質(zhì)污染物發(fā)生改變時(shí)，操作也需作相應(yīng)調(diào)整。針對(duì)以上這些問(wèn)題, 美軍正在積極研究新技術(shù), 具體包括抗氯型反滲透膜、正滲透、離子濃縮極化、電容電去離子和電化學(xué)消毒技術(shù)等。
2.1.1新型反滲透膜技術(shù)
美軍一直在尋找一種能夠減少濃縮極化和生物污垢的新型膜技術(shù)。分離系統(tǒng)公司（Separation system technology）已經(jīng)研發(fā)出了一種能夠降低生物污垢的抗氯型的新型反滲透膜。由于現(xiàn)有的膜材料大都不具抗氯性，因而很容易被氯降解，而這種新型的抗氯膜則能夠利用氯來(lái)減少微生物在膜上結(jié)垢從而延長(zhǎng)其使用壽命。MIXO公司正在研制一種采用先進(jìn)網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)膜和脈沖水流技術(shù)的手持式反滲透系統(tǒng)。脈沖式水流將能夠減少膜表面污染物的形成，從而減少濃縮極化現(xiàn)象和生物污垢�，F(xiàn)有的反滲透膜系統(tǒng)，其膜與膜之間是由一些菱形網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)聯(lián)接而成的，這些孔隙影響了水流通過(guò)，并且給細(xì)菌滋生提供了場(chǎng)所。而這種新型膜的網(wǎng)孔是直接印在膜上的，并且其形狀、大小或厚度可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)，從而提高過(guò)水性能，減少極化和結(jié)垢現(xiàn)象。所以說(shuō)，脈沖式水流和新型網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大降低了系統(tǒng)的操作水壓，減少了清潔頻次，進(jìn)而節(jié)約了成本。這些新技術(shù)將逐步應(yīng)用推廣到包括小型模塊化凈水裝置和單兵凈水器等在內(nèi)的陸軍所有的凈水裝備。via《給水排水》雜志
2.1.2正滲透技術(shù)
美軍也在研究將正滲透（Forward osmosis）技術(shù)運(yùn)用到單兵凈水器中。相比反滲透而言，正滲透是利用膜兩側(cè)的滲透壓差進(jìn)行滲濾，因而幾乎不需要外力，這樣其能耗也大大降低。美國(guó)水合技術(shù)公司（HTI）開(kāi)發(fā)出世界上第一種可商業(yè)應(yīng)用的正向滲透膜，并生產(chǎn)出使用該技術(shù)的乙烯基XPack便攜式水合水袋Hydration bag，其在產(chǎn)水側(cè)加入飲料粉和帶電離子類食物(如鹽、糖、氨基酸等), 這樣就能利用膜兩側(cè)的滲透壓差, 將原水側(cè)的水分子吸收過(guò)來(lái)。此方法幾乎可以從任何水源甚至是人體的尿液取水，并將其轉(zhuǎn)化成安全的可飲用水。美國(guó)的分離系統(tǒng)公司也正在研制一種新型有孔纖維正滲透膜，它通過(guò)增加過(guò)水面積，從而提高產(chǎn)水率。
2.1.3離子濃縮極化技術(shù)
離子濃縮極化（Ion concentration polarization）技術(shù), 則是通過(guò)靜電排斥作用將鹽和微生物通過(guò)離子選擇性膜材料從水中分離出來(lái), 這樣水流無(wú)需通過(guò)膜材料即可達(dá)到除鹽目的, 從而不需要提供高壓差, 自然也不會(huì)有膜污染的發(fā)生。
這種在微型規(guī)模下工作的微流裝置, 其結(jié)構(gòu)原理類似于微型電機(jī)。每一個(gè)凈水單元僅能處理很微量的水, 但是研究人員通過(guò)大量組裝, 將1600個(gè)此凈水單元組合到一個(gè)直徑8in的裝置, 每小時(shí)可制備15升潔凈水。整個(gè)裝置是自容式的, 利用重力工作, 從上面將鹽水倒入, 經(jīng)過(guò)分離, 淡水和濃縮鹽水就分別從下面的兩個(gè)出口流出。via《給水排水》雜志
相比于目前反滲透等較為成熟的規(guī)�；夹g(shù), 這種新技術(shù)的耗電量還稍微有點(diǎn)高。相信在不久的將來(lái), 通過(guò)合理的工程化設(shè)計(jì), 該系統(tǒng)的電耗將大大降低。由于是靠靜電作用進(jìn)行分離的, 因此那些不帶電的污染物就不能被分離�？紤]到殘留的顆粒物大多數(shù)是工業(yè)污染物, 研究人員建議將該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的活性炭過(guò)濾系統(tǒng)相結(jié)合, 這樣就能夠獲得純凈安全的飲用水。預(yù)計(jì)很快就能開(kāi)發(fā)出較為成熟穩(wěn)定的小型或單兵海水淡化裝備。
2.1.4電容去離子技術(shù)
生物技術(shù)公司（Biosource Incorporated）正在研制一種新型的電容去離子技術(shù)（Capacitive deionization）凈水裝置。其原理是讓水流通過(guò)電容器，利用電容器表面的極化作用去除水中的離子，以達(dá)到凈水目的。該技術(shù)能夠處理包括海水在內(nèi)的任何原水。相比較于傳統(tǒng)的凈水技術(shù)，電容電去離子技術(shù)具有更好的熱動(dòng)力性能。在過(guò)去，由于受材料所限，此項(xiàng)技術(shù)還不能應(yīng)用于海水處理上。但是現(xiàn)在生物技術(shù)公司研制出一種新型集成碳電極，其具備較高的電壓和較大的過(guò)水面積，正是由于采用了這種新型碳電極以及新型電池層技術(shù)，該公司已研發(fā)出可成功處理海水的樣機(jī)。同時(shí)，由于其具有良好的去離子、提高pH值、去除穩(wěn)定性化合物的性能，使其處理汽車尾氣制水成為可能。
2.1.5．電解氧化劑技術(shù)
氧化劑凈水器（Mix oxidant，簡(jiǎn)稱MIOX），其原理是將氯化鈉溶液電解產(chǎn)生高效混合氧化劑（次氯酸鈉、次氯酸、二氧化氯、臭氧、雙氧水等），這種消毒劑可以抑制大量普通病原體，包括大腸桿菌、賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)，甚至包括某些化學(xué)戰(zhàn)劑。MIOX凈水器通過(guò)了美國(guó)環(huán)保署EPA關(guān)于微生物凈水器所制定的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，比規(guī)定的滅活要求還高出了10多倍，即便是美國(guó)環(huán)保署指定的“最差水質(zhì)”的水源。via《給水排水》雜志
如圖2所示, MIOX電解消毒筆超輕超小，僅重99克，無(wú)泵設(shè)計(jì)，只需加水、搖晃、按鈕，操作非常簡(jiǎn)便。將此混合氧化液倒入需要凈化的原水中，1 h后即可安全飲用，每次可處理1 gal的原水，目前美軍已在阿富汗戰(zhàn)區(qū)使用。
現(xiàn)在, 適用于ROWPU的大型MIOX電解消毒器也已經(jīng)研制出來(lái), 并且安裝到ROWPU上進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。
2.2 新水源
由于現(xiàn)有的供水保障仍然是基于有充足水源的基礎(chǔ)之上, 進(jìn)行凈水、運(yùn)水和配水, 但是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)作戰(zhàn)形勢(shì)更加嚴(yán)峻, 作戰(zhàn)環(huán)境更具不確定性, 因而對(duì)供水保障提出了新的挑戰(zhàn), 即使在沒(méi)有外界補(bǔ)給的情況之下, 也要能夠滿足部隊(duì)的供水需求。因此美軍為滿足未來(lái)作戰(zhàn)部隊(duì)的保障需求，積極開(kāi)發(fā)了多種非常規(guī)新水源, 包括尾氣、空氣、中水、雨水、汗水甚至人體尿液等。
2.2.1尾氣制水
汽車尾氣制水（見(jiàn)圖3 ）將成為未來(lái)從非傳統(tǒng)水源制水的非常有潛力的技術(shù)。柴油燃燒的主要產(chǎn)物為水和二氧化碳，方程式如下：
C12H22 + 17.5O2 → 11H2O + 12CO2
理論上講，1gal的柴油大約能生成1gal的水。柴油燃燒后生成的冷凝水中還含有不少氮氧化物和硫化物等具有較強(qiáng)酸性的物質(zhì)，還有灰顆粒、不完全燃燒產(chǎn)生的有機(jī)物、未燃燒的碳?xì)浠衔�、金屬等其它污染物�?/span>
汽車尾氣首先必須經(jīng)過(guò)冷凝濃縮。假設(shè)1gal柴油就產(chǎn)生1gal水，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，冷卻器和熱交換器的水蒸汽冷凝轉(zhuǎn)化熱效率為50%～70％比較合適。
尾氣冷凝物的水質(zhì)分析包括灰顆粒、極性或非極性有機(jī)物和金屬等。在不同的冷凝濃縮的條件下，TOC總有機(jī)碳的變化范圍處于60～360ppm之間。影響TOC濃度的主要因素包括尾氣的溫度、生成水量、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及接觸轉(zhuǎn)換的時(shí)間的長(zhǎng)短等。非有機(jī)污染物主要包括鋁、鋅、硼、磷、鐵等。其處理工藝包括過(guò)濾、活性炭纖維過(guò)濾、離子交換樹(shù)脂吸附等。過(guò)濾主要是去除原水中的顆粒物（顆粒物濃度在20～100ppm之間），經(jīng)過(guò)這一步驟，原水就由黑色粘稠液體變?yōu)辄S褐色的較為清澈的水�；钚蕴炕灸軌蛲耆叫〉姆菢O性有機(jī)物，但是對(duì)于較大的有機(jī)物或極性有機(jī)物等則只能吸附40%～50％。離子吸附樹(shù)脂能夠有效吸附除硼以外的所有無(wú)機(jī)物，以及極性有機(jī)物，能夠有效降低TOC。via《給水排水》雜志
根據(jù)上述研究結(jié)果，美軍不斷對(duì)尾氣制水裝備進(jìn)行改進(jìn)。（1）采用木質(zhì)活性炭顆粒去除較大有機(jī)物和極性有機(jī)物。（2）采用一種能夠去除硼的新型混合離子樹(shù)脂。通過(guò)以上這些技術(shù)改進(jìn)，最終的出水中的污染物濃度低于飲用水標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)裝備的成功研制，將為部隊(duì)提供更加機(jī)動(dòng)靈活的供水保障。
2.2.2空氣制水
空氣中的水蒸氣是世界上最廣泛存在的水資源。特別是干旱缺水地區(qū)，空氣中的水蒸氣就成為最好的水源，但現(xiàn)有空氣制水裝備存在體積大、能耗高的缺點(diǎn)。
目前美陸軍部和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在進(jìn)行相關(guān)研究。一方面改進(jìn)冷卻系統(tǒng)，以提高進(jìn)氣中的水蒸氣含量。正在研制的新型沸石和化學(xué)表面改性活性炭，其具有更好的吸水性能，并且相比較于一般吸附劑，此改性活性炭能夠更容易地脫水，從而降低能耗。另一方面就是研究新型濃縮技術(shù), 其通過(guò)采用新型冷凝技術(shù)與新的膜通道技術(shù)、表面改性材料和電聚合體的聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種新型膜與生物膜類似，膜上的親水材料使它能夠抵抗?jié)饪s的離心力影響，讓微分子順利通過(guò)，從而降低能耗。特別之處是，此膜表面與電極聯(lián)通，因此其親水性和憎水性可根據(jù)需要通過(guò)改變電極而變換，過(guò)濾時(shí)顯示親水性，而收集水時(shí)則顯示憎水性。
空氣制水技術(shù)適用于單兵、小型部隊(duì)或無(wú)外界支援的部隊(duì)等使用的小型模塊化凈水裝置，其目標(biāo)就是體積縮小為1/5~1/15，能耗降低到1/2~1/5。目前，空氣制水試驗(yàn)板模型和車載樣機(jī)已在阿伯丁試驗(yàn)場(chǎng)完成環(huán)境和道路試驗(yàn)等測(cè)試，其理論最大制水能力為每消耗1gal燃油可制備5gal水。下一階段，將研制軍用標(biāo)準(zhǔn)7.5t拖車式空氣制水機(jī)，其產(chǎn)水能力為2～5gal水/gal油，每天制水500gal，做為FCS未來(lái)作戰(zhàn)部隊(duì)使用。
2.2.3中水回用
美軍力量提供者(Force Provider, 簡(jiǎn)稱FP)基地野營(yíng)系統(tǒng)的集裝箱式淋浴系統(tǒng)每天用水12000gal，每年達(dá)4.4Mgal。采用洗浴水回用系統(tǒng)(見(jiàn)圖4)的水回用率為75%~80%，每年大約可節(jié)水3.3Mgal。目前，作戰(zhàn)區(qū)的70支戰(zhàn)斗支援部隊(duì)采用此項(xiàng)技術(shù)之后，每年能節(jié)省231Mgal的水。
該洗浴水回用系統(tǒng)每天可處理12000gal洗浴廢水（高峰流量40gal/min）。原水首先經(jīng)過(guò)自清洗型（空氣清除）預(yù)濾器，此濾器孔徑為15微米, 能夠去除毛發(fā), 其后是2微米的微濾膜過(guò)濾, 去除溶液中的懸浮固體, 之后經(jīng)過(guò)咸/海水型反滲透膜的過(guò)濾, 去除有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等, 膜過(guò)濾之后采用活性炭過(guò)濾, 最后由自動(dòng)加氯系統(tǒng)加氯, 達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。使用溫度為–32℃～60℃。via《給水排水》雜志
該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高, 內(nèi)置自測(cè)試裝置和監(jiān)控裝置, 可實(shí)現(xiàn)7天無(wú)人值守自動(dòng)運(yùn)行。采用邏輯編程控制(PLC)，該控制帶有液晶屏幕的用戶界面、各種顯示控制器、流量計(jì)、壓力計(jì)，并設(shè)立/運(yùn)行指令以及發(fā)現(xiàn)并修理故障等。
總之，該系統(tǒng)不僅提高了水的利用率，降低了使用成本，而且大大減輕了后勤補(bǔ)給負(fù)擔(dān)，并且能夠減少士兵因此而可能受到的危險(xiǎn)或傷害。
2.3 新裝備
2008年, 美軍與商業(yè)界合作研制出了采用風(fēng)能和太陽(yáng)能供電的新型凈水設(shè)備（見(jiàn)圖5）, 其主要處理系統(tǒng)包括預(yù)處理單元、0.02微米的超濾單元和活性炭吸附單元。目前已有處理能力1000～6400gal/d的多種型號(hào), 并且由于其帶有特殊的電源調(diào)節(jié)器, 因而能夠適應(yīng)220V/110V/24V多種電壓。這種太陽(yáng)能/風(fēng)能凈水裝備的出現(xiàn), 提高了凈水裝備的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性, 并且減少了野戰(zhàn)燃料的消耗和有害物質(zhì)的排放。
3結(jié)語(yǔ)
美軍的凈水裝備和技術(shù), 我們不難看出有以下幾大特點(diǎn):
一是注重以反滲透技術(shù)為基礎(chǔ)的多種水處理技術(shù)的應(yīng)用或聯(lián)用, 包括微濾、超濾、納濾, 以及正滲透、電容電去離子、離子濃縮極化、電化學(xué)法等很多新技術(shù)的應(yīng)用, 不斷對(duì)現(xiàn)有裝備及處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)或優(yōu)化, 以提高產(chǎn)量, 降低能耗;
二是開(kāi)發(fā)多種非常規(guī)水源, 比如汽車尾氣制水、空氣制水、中水回用等, 以擺脫凈水裝備對(duì)傳統(tǒng)水源的依賴, 減輕部隊(duì)運(yùn)配水壓力，提高部隊(duì)自我保障能力, 有助于提升部隊(duì)的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性;
三是積極開(kāi)發(fā)適應(yīng)多種能源的新型凈水裝備, 特別是太陽(yáng)能、風(fēng)能等這些廣泛存在且易于利用的可再生能源, 提高了凈水裝備的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性, 并且減少了燃料的消耗和污染物的排放。via《給水排水》雜志
反觀我軍，總體而言，近年來(lái)其野營(yíng)凈水裝備的研制和列裝工作取得了較大進(jìn)展, 但是與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比, 仍有較大差距,根據(jù)我軍現(xiàn)狀及未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)特點(diǎn), 首先需要積極研發(fā)新型裝備, 比如新能源或非常規(guī)水源凈水裝備等, 提高我軍后勤供水保障能力; 再者用高新技術(shù)發(fā)展野戰(zhàn)凈水裝備。比如可以反滲透技術(shù)為當(dāng)前的主要研究方向, 研究和開(kāi)發(fā)多種凈水技術(shù)的高效組合的凈水工藝, 改進(jìn)其預(yù)處理系統(tǒng)或后處理系統(tǒng)等, 提高供水的質(zhì)量和產(chǎn)量;其三要改進(jìn)裝備的處理工藝, 優(yōu)選裝備的零部件和材料等, 簡(jiǎn)化操作規(guī)程, 提高凈水裝置的穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性, 降低能耗。（參考文獻(xiàn)略）
本文刊登于《給水排水》雜志2010年12月。
