手動海水淡化器--------海軍艦艇救生水新思考

2021-02-24 衛勤elite

1945年7月30日,美軍印第安納波利斯重型巡洋艦遭日本帝國海軍伊-58號潛水艇的襲擊,船上1200名美軍僅有317名死裡逃生,造成800多人喪生的慘劇,成為美國海軍史上最大的一次海上災難,脫水是導致落水美軍死亡的一個重要原因。這也促使美軍研究艦艇救生水這一課題。

  在正常情況下,成人每日攝入和排出的水量大致相等,一般為2500毫升左右。在軍事作業中,每天消耗的水量隨溫度,溼度,作業強度和其他因素而改變。在野戰條件下遇到特殊困難的時,通常規定應急水按照每人每天為2000毫升配備,時間不超過三天,水面艦艇應急水每人每天為3000毫升,時間為三天,潛艇應急水為每人每天1200毫升,時間為5天。

 應急救生水,一般放置於救生筏中。以美國Navy為例,其大多數艦艇都配備了足夠的Mark 5和Mark 6型救生筏,分別搭載15人和25人。每隻救生筏配備一個救生包,裡邊裝有應急工具,搶救包,救生口糧以及飲水。袋裝救生用水佔據救生包中絕大部分空間,同時也是整個重量最大的一個部分。

傳統艦艇救生水,不外乎以下兩種做法:

 1:袋裝飲用水

在救生筏中配備袋裝水是傳統的做法,也是目前使用較廣的一種方法。一般根據配給需求,分裝成不同定量規格大小袋裝水。袋身採用耐磨耐高溫膜材,使用時,簡單撕開,即可飲用。平時並無維護需求,只需在保質期限(一般為三年)使用即可。袋裝水因其沉重佔空間,同時需單獨存放,無法捆綁在救生筏上,定額分配,逃生極端情況下,容易導致衝突,存在著諸多局限。以美國海軍常用的Mark 6型救生筏為例,一條救生筏內裝有約330公斤應急袋裝水,佔據約0.042立方空間。

  筏內救生包  

袋裝救生水

2:脫鹽藥片

脫鹽藥片採用主要成分是銀沸石,利用離子交換方法,將水中的氯離子除去,生成沉澱的鈉沸石,從而將海水淡化。二戰結束後,美國海軍開始研究並採用這一應急飲水方法。

一套脫鹽裝置,包括八片脫鹽藥片,一個特製儲水袋外加一個包裝盒。使用時,往裝滿海水的儲水袋中投入一片脫鹽藥片,60分鐘後,可產淡水470ml. 八片藥片換算過來後,8小時可產淡水接近3.76L。使用脫鹽藥片產生淡水,耗時較長,同時產水有很重的異味。與配給袋裝水一樣,逃生極端情況下,容易導致衝突。2018年8月,美軍提議緊急救生用軍用淨水裝置,產水時間應小於20分鐘。

  由於受救生筏救生裝備的總體積與總重量等因素限制,難以在救生包中帶上過多的救生水,而脫鹽藥片因其產水異味,以及較長的產水時間,非常影響救生與逃生,加上這兩種傳統做法,都是極端限量的供水,難以適應海生救生不確定的等待時間,氣候及戰場環境等複雜情境,促使美國海軍尋找其他解決方法。

  八十年代末期,隨著高脫鹽率的反滲透膜片技術的不斷進步,以及高度能量回收技術的推廣運用,手動海水淡化這一理念逐步成為現實。瑞士Katadyn公司為代表的Survivor系列手動海水淡化器應運而生,該產品採用反滲透原理,通過自創的高度能量回收系統,在無外部功能情況下,手動按壓手柄,可將進水壓力增加到800PSI, 使水分子透過反滲透膜,實現脫鹽和海水淡化,達到每小時約4.5L的產水量,同時該產品僅重3.2Kg。

 美國海軍裝備研究中心迅速注意到這一產品,並開始研究和評估,通過分別在靜水池中和開闊外海釋放救生筏,對手動海水淡化器的運用做了兩組實地測試。

一是在靜水池中

取Norfork海水(TDS值為34000PPM)注入池中,選取四位海軍兵士(兩名上尉,兩名下士)。在簡短的產品使用介紹後,每名使用人員,被要求在救生筏中,以舒適的姿勢和頻率,手壓動海水淡化泵手柄。整個實驗過程,出水量,以及產水含量量記錄如下。

二是在開闊海面水域

 Mark 5救生筏放落在伊柳塞拉島(巴哈馬群島)以南約15英裡處的海洋中。該救生筏與某軍艦保持400英尺直線距離。其中兩名軍艦船員08:30至16:00期間停留在救生筏中。波浪等級從早上大約2英尺到下午4英尺不等。在簡短的產品使用介紹後,全天輪流每人操作一小時,整個實驗過程,出水量,以及產水含量量記錄如下。

以上兩組場景實驗結果表明,手動海水淡化器,可以輕鬆穩定淡化海水。即使在波濤洶湧的開闊海洋裡,手動海水淡化器也能由一個人輕鬆操作,產出1.1至1.4加侖/小時(即4.8至6.1升水/小時)符合飲用標準的救生水(TDS即總溶解固體含量低於1,500ppm)。

靜水水面

開闊水面

1986年KatadynSurvivor 贏得美國海軍一筆接近5億美元手動海水淡化訂單,耗時兩年半,經過不斷地優化和升級,並在1988年交付首批手動海水淡化產品。

  Katadyn Survivor 系列手動海水淡化器,能夠適應不同海域水溫和鹽度,克服了袋裝救生水耗重和佔體積這一缺點,與脫鹽藥片相比,即時出水,口感無異味,更重要的是,能夠無限量地產水,這一點展現了巨大優勢。以第二次世界大戰的統計來看,海軍落水等待救援的時間,平均長達八天,隨著現代技術和管理的發展,雖有較大提高,但複雜的環境和極端情況,仍使救援充滿挑戰。充足的淡水供應,對於落水人員的逃生和獲救,請其幫助是巨大的。

 顯而易見,美國海軍救生筏中袋裝救生水配給量不足,而其評估的自帶能量回收手動海水淡化器,能就地取海水,轉化為足夠的生存所需的飲用水,大大提高了艦艇落水人員逃生能力。

鑑於手動海水淡化器在實際救生筏測試中表現出的性能,美國海軍艦艇研究發展中心建議海軍各部評估測試,在保留少量部分定額救生水做備用下,將手動海水淡化器納入救生筏救生袋中,作主要飲水來源。

以下以KatadynSurvivor35 在美國海軍潛艇部隊使用為例,其每艘潛艇都有一前一後兩個緊急逃生艙。如果潛艇在水下不再具有機動性,機組人員可以通過這些逃生艙逃生。為應對緊急情況,逃生艙內配備了最少7天的救生裝備,其中Survivor 35是當中非常重要的一環。當然,如果必須棄艇逃生,也可以從潛艇的救生筏中取出海水淡化器。

 

美國海軍要求:

Katadyn Survivor 35-LL已被證明是美國海軍潛艇部隊的優秀產品,因為它滿足了他們的所有要求。在緊急情況下,既可以為逃生艙內水兵提供足夠的淡水,也可單獨取出,搭載救生筏救生使用。

在隨後的三十幾年裡,美國Navy,海軍陸戰隊,海軍航空兵等,陸續採納Katadyn Survivor 35手動海水淡化器。在救生筏中配備手動海水淡化器這一做法,也陸續被瑞典,法國,德國,澳大利亞,挪威,印度尼西亞,日本等國海軍採納。

參考資料:

①YJ. F. Pizzino & W.L.Adamson 《Development of reverse osmosis desalination for Life raft Emergencydrinking water》 

②IMO Life Saving Appliances Code (LSA), Chapter IV, 4.4.8

③Stephen ASchaub  Helen .T Hargett 《The military Efficacy ofindividual water purification systems》

④林清祺  丁冰泉  伍俊榮。 解放軍預防醫學雜誌《艦艇救生水衛生要求》2003年8月

⑤US CoastGuard 《Guide for Inspection and Repair of lifesaving Equipment》

 

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