张垚，王晓亮，张成飞，刘怡，王倩倩，郭辉＊

（大连大学，辽宁 大连 116622）

浅谈国内单兵野外饮水设备的发展现状

张垚，王晓亮，张成飞，刘怡，王倩倩，郭辉＊

（大连大学，辽宁 大连 116622）

随着部队执行抗震救灾等多样化军事任务的日益增多，保证官兵能够在野外喝到干净的饮用水，是野外执行任务需要解决的关键问题。近几年，净水材料不断更新，净水工艺也随之发生着变化。文章简述了单兵野外净水设备的要求、研究进展和发展趋势。

野外饮水；单兵净水器；便携式

近年来，户外运动越来越受大家欢迎，人们对户外运动装备的要求也随之提高。我国很多地区水质较差，能作为户外饮用水的水源主要有山泉、溪流、湖泊和自然降雨等，但这些水源中往往含有大量致病菌、重金属离子等对人体有害物质。由于在户外活动中难以携带大量纯净水、无明火加热设备又不完善和携带不方便等原因，户外便携式微型净水器的出现就有效地解决了这个难题。饮用水是部队后勤保障的重要组成部分，特别是当部队在特殊环境下执行任务时，供水保障的地位就更为突出，影响着整个部队作战能力的发挥，野战供水保障问题成为世界性研究课题。

1 单兵野外饮水设备的要求

作为净水处理设备，单兵野外饮水设备处理后的水应满足国家饮用水卫生要求。户外净水器由于轻巧、便于携带等特点，在外出活动时可作为安全饮用水的保障设备。但部队属于特殊群体，由于部队在野外作战、演习以及抢险救灾等任务的多样性，因此对野外饮水设备也有更高的要求。单兵野外饮水设备应具备的条件有：净水效果好，能够提供安全的饮用水；体积小、携带方便、操作简单；材料抗冲击性强、抗腐蚀性好，无毒副作用；水处理能力强，即滤即饮，所需压力小；滤芯不易堵塞，方便清洗、更换。

因为单兵野外饮水设备使用环境不确定，所以，要求其过滤功能能够满足使用要求，如遇到水体中含有毒有害化学物质时，要求滤芯能够将重金属、氰化物、氯化物以及农药等有毒有害物质过滤掉。军队在野外执行任务时，环境条件较差，时间紧迫，部队野外饮用水的保障对减少非战争伤亡有着极大的作用，也是部队后勤保障工作的重中之重，安全饮用水可以减少水源性疾病的爆发，有利于提高军队的作战能力。

2 单兵净水器

未经处理的水可能含有潜在致病因子，包括细菌、病毒和一些较高级寄生虫的幼虫，如肝吸虫和蛔虫。可能存在化学污染物，如农药、重金属和合成有机物。其它组分可能会影响味道，如产生土臭味素的放线菌，同时微咸水或海水作为水源时有咸味。常见的金属污染物如铜和铅可以通过使用苏打灰或石灰提高pH来处理，沉淀这种金属。单兵净水器也可称为便携式净水器，属于户外净水器的一种类型，是一种适用于从事野外执行任务官兵使用的便携式饮水保障设备，在使用过程中，可直接将自来水、溪流水、河水以及其它天然水源净化成可直接饮用的安全饮用水。由于使用环境和需求不同，单兵净水器通常有以下几种：投加消毒药片与简单过滤组成的单兵净水器，常用的消毒药片有碘晶体、次氯酸钠、次氯酸钙等；安装紫外线灯的单兵净水器，紫外线通过光诱导在DNA上形成共价键，从而防止微生物繁殖，但这种净水器需要水源浊度相对较小，通常先处理后在进行紫外线杀菌；常用的单兵净水器净水滤芯由超滤膜、反渗透膜与活性炭、麦饭石等组成，生产方便，可以软化水质、改善口感，也能除去水中重金属，出水水质能够达到国家饮用水安全标准。

3 单兵净水器的研究进展

户外活动人群对便携式净水器的需求带动了单兵净水器的发展。传统的净水方法有加消毒药片、自然澄清，但投加消毒药片不能将水中微生物彻底除尽，而且也不能消除水中重金属的污染，同时消毒药剂还会使水中存在异味。因此研发新型的单兵净水设备是解决野外用水有效、快捷的途径。

3.1 净水材料

目前较为先进的净水滤芯材料主要有超滤膜和反渗透膜。超滤是一种利用膜分离技术来筛除颗粒直径大于0．01微米的颗粒的过程，包括筛除溶液中细菌、胶体和病毒等。超滤可用于从原水中除去颗粒物和大分子以产生饮用水，它已经被用于替代在水处理厂中使用的现有的二次（凝结、絮凝、沉淀）和三级过滤（砂过滤和氯化）系统，或者作为独立的系统在水处理领域使用。当用高悬浮固体处理水时，超滤通常被整合到该过程中，利用初级（筛选、浮选、过滤）和一些二次处理作为预处理阶段。超滤膜对水中的悬浮物和胶质有非常优良的过滤能力，对污水浑浊度的去除效果非常明显，去除率达到 99%以上。现有的便携式净水器大多使用超滤膜，主要为中空纤维超滤膜和陶瓷滤膜。中空纤维超滤膜目前发展较为成熟，也得到了很大的推广使用，中空纤维超滤膜有效膜面积大、水通量大、不易堵塞。王利颖等人通过50%改性中空纤维超滤膜，能够有效改善出水水质，相比于未改性膜，改性膜对二级出水中 DOC 和UV254的去除率分别提高了 37%和56%，改性膜对水中的腐殖类、蛋白质类物质去除率分别提高了2．8 倍和1．4倍。陶瓷膜具有耐酸碱、耐高温、抗腐蚀等功能，同时陶瓷膜有着较好的热稳定性，使用寿命长、易清洗。但由于陶瓷膜材质少、质脆，国内生产技术不成熟，生产成本高，因此应用也相对较少。反渗透滤膜是一种利用特殊材料模拟生物半透膜制成的具有半透性能的薄膜。净水机所采用的反渗透膜孔径可达到0．0001 微米，工作时，在进水侧施加一定的压力，使水分子通过反渗透膜，而溶解在水中的重金属、细菌、病毒、有机物等有害物质物质无法透过反渗透膜，从而去除水中重金属、农药、三氯甲烷等污染物。反渗透膜的性能受温度、压力、原水TDS 值影响显著，水温上升时，产水量会大幅上升，水温下降时，产水量会大幅下降。反渗透膜较超滤膜过滤更加彻底，但反渗透膜过滤所需压力大，需要加压装置，因此导致净水器体积变大，且反渗透膜使用寿命较短。

3.2 净水动力

目前国内研制的单兵净水器净水动力有很多，但基本上都处于理论研究阶段。目前市场上的单兵净水器净水动力主要以水壶挤压式、气囊加压式、活塞泵式为主。水壶挤压式适用于盛水材质弹性较好的水壶或杯体，通过直接给壶体外部施加压力产生净水动力。气囊加压式的以张春雨等人发明的“一种气囊式单兵净水滤芯及单兵净水壶”较为典型，此发明通过软管将净水器与加压气囊相连接，手握动加压气囊可增压。活塞式通过拉杆连接活塞，将待净化水注入净水器，往复推动活塞产生压力，达到净水目的。类似于这种方式的净水设计有刘传胜等人设计的一种液压式净水滤芯及便携式净水壶，此设计通过增压拉杆往复运动产生的压力，使净化滤芯内的水能够充分净化。电源式主要是通过壶体内安装紫外灯等可产生杀菌射线的装置来杀死细菌，但这种净水方式仍需与滤膜配合使用来除去水中杂质。以上设计中存在的不足有功能单一，只适用于净水而缺乏滤芯寿命的显示预警设备，不便于及时更换滤芯。附加动力设备增加了净水器体积，使得瓶体蓄水量减少、瓶体体积增大。

3.3 净水工艺

单兵净水器的净水技术与工艺都相差不大，大多数通过PP棉、活性炭、超滤膜等处理，来解决水中存在的大颗粒物质和微生物。同时有些净水设备为了改善出水水质口感，增设麦饭石层。也有一些净水器出水口用反渗透膜处理，此方法虽然使净化效果更好，但同时也增加了生产成本。其处理方式可主要通过：①“原水→膜过滤→活性炭→出水”；②“原水→活性炭→膜过滤→后置活性炭→出水”；③“原水→活性炭→碘树脂→出水”；④“原水→PP棉→活性炭→反渗透膜→出水”；⑤原水→陶瓷膜→活性炭→麦饭石→出水”这五种工艺达到净水目的。

4 发展趋势

虽然国内单兵净水设备有了很快的发展，但同样有许多不足亟待完善。单一的净水方式不能够满足各种环境下复杂水质的净水需求。下面通过材料、水源、滤芯、配套检测四个方面简述未来单兵净水器的发展趋势。

（1）材料：采用低压、高通水量的材料，研发更高效、质轻、紧凑的净水装备，简化操作规程，提高净水装置的稳定性、可靠性、适应性，降低能耗。同时所用材料也应坚固耐用，使用寿命长。

（2）水源：一方面能处理江河湖泊水、泉水、地下水等传统水资源。另一方面可处理非传统水，例如空气水的收集与处理（此设备用于水资源极度紧缺的环境中），如汽车尾气制水、空气制水等，在没有外界补给的情况之下,也要能够满足部队的供水需求。

（3）滤芯：一方面延长滤芯的使用寿命，研发可持续利用的滤芯材料，同时滤芯应能够方便清洗、更换。另一方面增加滤芯更换的智能提示设备，根据预先测定的不同水质下的使用寿命计算滤芯的到期时间，方便使用者及时清洗更换，避免因滤芯更换不及时造成的二次污染。

（4）配套检测：水检测系统与净水器的配合使用。在野外作战、训练中，不明水源水质情况难以用肉眼判断，因此简易、准确的水质检测设备是单兵装备中必不可少的，尤其在特种作战和小分队作战中显得更为重要。目前可运用的技术有TDS笔水质检测仪，若将此类技术与净水滤芯寿命显示预警设备结合在一起，可更加准确判断滤芯的到期时间。

5 结语

单兵净水设备的研发与生产，一方面可以提高部队野外作战保障水平、减小水源性疾病等给战斗力带来的影响，同时也减轻部队运配水保障的压力。另一方面能够解决农村偏远地区饮用水污染问题及满足广大户外运动爱好者的需求。近年来国内野营净水装备的研制和列装工作取得了较大进展,但是与美国等发达国家相比仍有较大差距。不同地区、不同水样，所需单兵净水器的要求也有所不同。我国地域广阔，经济发展不平衡，环境污染程度不同，因此也需要单兵净水器工艺有针对性。单兵净水设备的研究，应该根据我军官兵的体质特征和我军现状及未来战争特点进行研发，同时也应满足广大户外运动爱好者的需求。

[1]文佩．钱建华中空纤维超滤膜在水处理中的应用[J]．纺织学报，第35卷第8期：15—20．

[2]王利颖，石洁，王凯伦等．碳纳米管改性 PVDF 中空纤维超滤膜处理二级出水抗污染性能研究[J]．环境科学，第38 卷第1期：221-228．

[3]李志刚．家用纯水机：已成市场主流，技术仍需完善[J]．电器，2015(5)：24－25．

[4]陈赞成，孙志辰．超滤膜和反渗透膜在净水机中的应用分析[J]．日用电器，2014．5：69-71．

[5]张春雨，刘传胜，李卫东等．一种气囊式单兵净水滤芯及单兵净水壶[P]．中国，CN203976521U．2014．

[6]刘传胜，曹佐国，梁好等．一种液压式净水滤芯及便携式净水壶[P]．中国，CN203976430U．2014．

[7]杨敏．美军净水装备及技术发展综述[J]．给水排水,2010．12:125-130．

TS04

A

1671-0711（2017）09（上）-0174-03

＊本文通讯作者：郭辉