美国研发出新型船用净水设备，破解世界难题

目前，世界海军大部分舰船都是使用“反向渗透（reverse-osmosis）”技术来从海水中净化淡水。但美国海军研究局技术人员表示，现有系统不够节能，非常费人力而且不能完全满足需求。为了开发新一代的“反向渗透”技术净水系统，海军研究局启动了一项制造“反向渗透”原型机的计划。这种装置不仅可以减少能源消耗，提高产出，而且可以大大减少维护需求，帮助海军有效克服长期以来一直存在的挑战，确保了舰船上可以有充足的淡水。

二等兵丹尼尔·格雷尼姆（Daniel Graham）是加拿大海军多用途巡逻护卫舰“卡尔加里（Calgary）”号上的一位海事工程机械师。在2010年7月18日的“环太平洋”演习中，他负责对该舰的“反向渗透”海水脱盐净化装置进行监控，为舰员们提供淡水。“反向渗透”技术在美国海军许多舰船上都有应用，目前美国海军研究局已经启动了一项舰船用新型净水装置的研究和发展计划，希望新装置和现有装置相比，能够实现节能、节约，且能生产更多净化水的目的。

海军研究局负责功能聚合物和有机材料研究的主管鲍尔·阿米斯特德（J. Paul Armistead）说：“节能和生产洁净的水对海军来说是一项战术议题，我们计划研发的海水脱盐净化装置，与海军目前使用的‘反向渗透系统相比，能量使用量约为其 65% ；重量约为其 40%，维护需求约为其 75%。”

“反向渗透”系统是这样运作的：在第一阶段，通过泵压抽取海水，首先由过滤筒来提取大的粒子（超过3微米的任何东西），然后水会通过一层薄膜，这层薄膜由多孔的热塑料性材料制成，有密集的聚酰胺分离层（举例来说，尼龙就是一种聚酰胺），可以阻止另外的污染物，溶解像盐这样的分子。在第二阶段，必须对水进行增压（800～1000磅/平方英尺）以克服渗透压力，让这些水以稳定的流速通过薄膜。清洁的水会进入储水箱，那里还要进行氯消毒，以清除在上述过程中遗留下来的细菌。最后，咸的废水倒入大海。

海军研究局致力于开发新系统，希望可以提高其中一些部件的使用寿命，如过滤筒，目前在大洋上使用能够持续6周时间，但在濒海海域使用仅能持续几天而已，而且薄膜暴露在氯物质下3～5年就会破裂。

美国海军局是在20世纪80年代中期开始试验海水脱盐净化技术的，但是开始两次使用商用装置的试验并不成功。到了1988年，海军在“弗莱彻（Fletch）”号驱逐舰上安装了一种海军研究的“反向渗透”装置，海上测试取得了成功，并且开始运用到多种海上平台上。

今天的系统使用的技术基本上仍然是20世纪80年代开发的技术。海军研究局希望找到提炼海水中盐分的新方式，或者让现有技术的表现更好；希望可以研发更结实、效率更高的“反向渗透”薄膜。

目前的海水脱盐装置因产出量的不同而价格不同。就军用装置来说，1套每天产出 2000加仑淡水的装置价格约10万美元；1套每天产出1.2万加仑淡水的装置价格约30万美元；1套每天产出10万加仑淡水的装置价格约150万美元。

2010年，海军研究遇到的首要挑战是，让公司或者个人相信他们可以研发出一种抗氯化（chlorine-resistant）的薄膜。

阿米斯特德说：“其实有很多其他类型的化学物质稳定性是和氯一样的，只不过通量率不同而已。其中一些物质可以进行改进，它们也可以帮助改进现有技术。”

2012年年初，美国海军同 NanoH20公司签署了一份总额为40万美元的合同，这是一家位于加利福尼亚州埃尔赛贡多（ El Segundo）的公司，主要生产海水脱盐系统的部件。该公司一位发言人表示，该公司已经研发出了整合纳米粒子和聚合物薄膜的“反向渗透”薄膜。这些纳米材料可以吸收水分，排斥盐分，可以减少将水通过薄膜所需的能量。

NanoH20公司首席科学家鲍勃伯克（Bob Burk）说：“我们已经能够以最高的生产率来获得一种先进的薄膜，这是千真万确的。但是，现在的问题是，我们如何将这些系统优化以使效率最高化，如何优化这些平台以满足海军的需求，包括减少尺寸适应小型舰船装载需要等。”

NanoH20公司已经在美国海军位于加利福尼亚州休尼梅（Hueneme）港的海水脱盐试验场测试了其产品。海军研究局表示，未来海军将支持相关的测试，以检验产品的污垢热阻性能和处理高通量海水的能力。伯克表示，节能型的海水脱盐技术并不仅仅是海军有需求，这是一个世界性的问题。他说：“我们之所以广泛深入地研究海水‘反向渗透技术，是因为全球存在着水危机的问题。”

目前，向美国海军供应此类产品的公司主要包括：位于加利福尼亚州加迪纳（Gardena）的 Village Marine技术公司；位于田纳西州诺克斯维尔（Knoxville）的 Aqua-Chern公司；位于加利福尼亚州卡森（Carson）的Sea Recovery公司。海军研究局表示，Sea Recovery公司主要负责向两级小型舰船供应净水系统。其中，Village Marine技术公司正在帮助海军开发新的远征型净水器。2005年卡特里娜飓风之后，这种远征型净水器部署到了密西西比州的比洛克西（Biloxi），将墨西哥湾的10万加仑海水净化成了淡水。

目前该公司正在海军的休尼梅港海水脱盐试验场测试第二代远征型净水器。新型净水器的设计强调舰载限制因素，有可能在改装翻新之后配备到“尼米兹”级航空母舰上。阿米斯特德说：“目前这并不是一种为舰船设计的净水器，它的许多部件都是用塑料制造的。不过我们正在进行测试，看看这种设计方案是否会有用。”

海军研究局计划在2014年之前让下一代“反向渗透”净水系统的原型机能够部署到濒海战斗舰上。阿米斯特德表示，今年的工作主要还是系统部件的研究和发展，此后将进入原型机组装生产的阶段。

对舰员们来说，更有效的脱盐净水系统将意味着更少的工作负担，以及更充足的洗澡用水。阿米斯特德说：“海军目前的脱盐净水系统的产出率只有 20%。也就是说，我们抽取1000加仑的海水，只能净化出200加仑的淡水……如果我们可以把产出率提高到50%以上，那么海军使用淡水的情况将会改善很多。”