给水排水 V ol .36 No .12 2010
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·科技信息综述·
美军净水装备及技术发展综述
杨 敏
(总后建筑工程研究所,西安 710032)
摘要 供水保障是军队野战后勤保障的重要组成部分。主要介绍了美军现有的以反渗透技术为主的野战净水装备,以及离子浓缩极化、电容电去离子和电化学消毒等技术及装备的研究进展,并且对利用空气、尾气和中水等新水源或太阳能等新能源的装备进行了简述,以期对我军的净水装备研究有所启示。
关键词 供水保障 净水装备 反渗透技术 空气制水 尾气制水 中水回用 美军 供水保障直接关系到部队官兵的生理和心理健康状况,也影响着整个部队的作战能力的发挥。在
第一次世界大战中,美军由于饮用水不达标而造成了很多官兵的身体不适,极大地影响了战斗力的发挥,因此一战后,美军开始研究野战供水保障问题。当时研发出的移动净水装备(M obile w ater purification unit ,MWPU )主要工艺是砂土过滤和氯化消毒。在随后的二战中,M WPU 移动净水装备得以实战检验,结果并不理想,它生产的水还不能完全达到饮用、洗漱及厨房用水等的要求。因此在二战之后,美军开始研制适用于各种不同水源的序列净水装备。在20世纪60年代,美军认识到尽管这些系列装备能够满足提供洁净饮用水的要求,但是为了减轻勤务保障和操作维修的负担,认为有必要研制一种能够适应淡水、海水和苦咸水等各种不同水源的通用净水装备,另外还要能够处理被核生化NBC 污染的原水。最终美军选定了反渗透技术,包括600型和3000型反渗透净水装备(Reve rse
osmosis w ater purification ,ROWPU )等,它们分别于1981年和1989年装备部队,至今仍被陆军、海军
陆战队和空军使用。1 美军现有净水装备
美军最初使用的标准反渗透净水装备有3种,分别为额定产水量为600gal /h (1gal ≈3.785L ,下同)的600型ROWPU 、3000gal /h 的3000型ROWPU 及150000gal /d 的150000型ROWPU
[1]
。600型和
3000型ROWPU 分别于1981年和1989年装备部队。150000型ROWPU 是为营区等固定设施设计的,也被安装在标准的军用舰船上,1981年投入使用。除此之外,美军后来还研发了同样基于反渗透技术的战术净水系统(Tactical w ater purification sy stem ,TWPS )和轻型净水装备(Lig ht weight water purifier ,LWP ),分别于2004年和2005年装备部队。2004年还研制了远征分队净水系统(Expeditionary unit of water purification ,EUWP )。它们的主要处理工艺及处理能力如表1所示。
表1 美军主要净水装备综合比较
项目
600ROWPU 3000ROW PU LWP A -T WPS E UW P 主要技术工艺反渗透反渗透超滤+反渗透
微滤+反渗透
超滤+反渗透
配发部队年份1981198920052004产水率/gal /h
60020187512004170 相对质量(产水量/质量)/gal /(d ·lb )
31.328.812.9
22.538.9 相对体积(产水量/体积)/gal /
(d ·ft 3)
43200
48500
28800
100000 注:净水装备为海水型。1lb =0.453kg ,1ft =0.3048m ,下同。
DOI :10.13789/j .cn ki .w we1964.2010.12.031
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1.1 ROWPU 反渗透系列净水装备
该型号的装备机动性和适应性强,在任何地方都能够快速设置和使用。其处理工艺采用物理和化学方法相结合,能够将不同类型的原水净化成洁净的饮用水。其净水装置主要由进水系统、沉淀系统、过滤系统、配水系统和NBC 核生化消毒系统五部分组成,其过滤系统包括8个直径为6in (1in =2.54cm ,下同)的反渗透单元,核生化消毒系统则采用活性炭吸附和离子交换床过滤技术。
600型ROWPU 反渗透净水装置的净水能力为12000gal /d (含盐量35000mg /L ),当原水的盐度较低时,其产水能力更大,其每天可连续运行20h ,余下4h 则主要用于常规清洗和维护。600型ROWPU 有三种不同型号,分别用于装备陆军、海军和海军陆战队、空军。它由30kW 拖车电站供电,整套设备可由5t 载重卡车、铁路、海、空运输,空投及直升机悬投。
3000型ROWPU 处理工艺与600型ROWPU 基本相同,也包括进水、沉淀、过滤、配水、消毒五个部分。最大的不同是在其进水系统的进水泵处增设了一个漩流分离器,以去除水中较大的悬浮物。其次它的过滤系统由12个直径为8in 的反渗透单元组成,每组各6个并联运行。整个装备可置于8ft ×8ft ×12ft 的ISO 标准集装箱内,由40ft 的半挂车进行运输,同时配备有60kW 发电机和高压泵,适应于汽车、铁路、海、空运输。
150000型ROWPU 比其他ROWPU 系统机动性差,需要诸如铲车等装卸设备,适宜在某个位置长期运行。该系统水处理过程与其他的ROWPU 相类似,其工艺流程为:原水泵—增压泵—加絮凝剂(泵)—多介质过滤器—加阻垢剂(泵)—筒式过滤器—高压泵—反渗透装置。增压泵除了用于多介质过滤器和筒式过滤器的过滤外,也用于多介质过滤器的反冲洗和反渗透组件的化学清洗。与其他ROWPU 不同的是它没有加氯设备,因为该系统的产水最终要进入有加氯设备的标准贮槽和分配系统。1.2 MM FFS 多功能模块化流体过滤系统
多功能模块化流体过滤系统(M ulti -functional modular fluid filtra tion sy stem ,M MFFS )共分三级,Ⅰ级为微孔过滤器,能够过滤去除5μm 以上的
颗粒物等;Ⅱ级由获得专利的Ad Ab 吸附剂模块
组成,能够去除大部分BOD 、COD 、TSS 、TOC 、苯类等有机物和金属等杂质;Ⅲ级为2.5μm 级过滤,去除残存的杂质等。其有2000型和3000型两种不同的型号,其最大流量分别为35gal /min 和120gal /min ,工作压力40～60lb /in 2,能够在2～52℃的环境下工作。
MM FFS 主要用于ROWPU 的预处理或后处理进行反渗透膜清洗液、核生化沾染液及野战洗浴水的处理等。特别是用作ROPW U 的预处理单元,取得了很好的效果,大大提高了反渗透膜的产水效率和使用寿命。1.3 TWPS 战术净水系统
战术净水系统是一种完全自容式的可移动净水装备,它主要由7个单元组成:进水、微滤(MF )、反渗透、空气、化学试剂加注、配水、核生化净化。微滤预处理可以去除水中的固体悬浮物、微生物等,并且可以消除影响反渗透膜工作的水体漩涡,使TWPS 能够更好地适应各种原水,包括淡水、苦咸水以及高溶解固体浓度(TDS ≥60000mg /L )的海水。TWPS 处理淡水时产水率为1500gal /h ,处理苦咸水、海水或被核生化污染的原水则能达到1200gal /h 。TWPS 有两种不同型号分别装备于陆军和海军陆战队。
TWPS 已在陆军和海军陆战队中逐步取代600ROWPU 执行任务。与600ROWPU 相比,在体积、质量等相似的前提下,其制水能力大大增强,特别是处理高盐度的水方面独具优势,效率和产量都很高。1.4 LWP 轻型净水装备
轻型净水装备模块化装置主要由以下模块组成:进水、超滤(UF )、高压泵、反渗透、化学试剂加注/清洗、核生化后处理、配水和供电。其主要是为满足小分队、特种任务部队(Special operations forces ,SOF )以及临时医疗分队的供水需求而研制的,它能够适应包括核生化沾染原水在内的各种原水。其处理淡水和海水的能力分别为125g al /h 和75gal /h 。它可以装在H M MWV 高机动性多功能轮式车辆M 1097上运输,也可以由C130运输机或UN 60直升机运送。
1.5 EUW P 远征分队净水系统
远征分队净水系统(见图1)是2004年由美海
