舰船远赴大洋是一次性带足所有淡水,还是海上想办法,如收集雨水?

已服役的美国朱姆沃尔特级驱逐舰 , 图片来自美国海军 。
各种驱逐舰还有核潜艇 , 它们的体型虽然都很大 , 但动辄十几亿美元以上的造价 , 想来也是寸土寸金 。如果远赴大洋或长时间潜行深海前 , 都自带足够的淡水 , 那各型武器就没地方安置了 。
另一个原因是 , 对航程较远、连续航行时间较长的远洋舰船来说,如果携带过多淡水 , 则淡水会因存储时间过长而导致细菌污染变质 。
因此 , 军舰、潜艇和航母都自带海水淡化装置 , 这是必备的 。
船上的救生艇 , 图片来自Gary Glauberman
海水淡化并没有很多人想的那么复杂 , 举一个例子 , 美国军舰上的救生筏都自带海水淡化装置 。现在 , 咱们来了解一下海水淡化的几种方式 。
真空的方式不少人认为 , 舰艇上的海水淡化不难 , 无非就是用油换水 , 因为海水淡化属于高能耗 。
淡化海水是需要能源 , 但其实 , 并没有我们想的那么夸张 。
原因如下 , 舰艇上的柴油发动机会源源不断产生大量的余热 , 这些热是有害的 , 需要时刻进行冷却 , 既如此 , 就可以使用发动机的余热来加热海水 , 一举两得 。
而加热海水让其沸腾 , 并非我们想象的需要加热到100摄氏度 , 因为在93%的真空度下 , 海水在38.7摄氏度时就沸腾了 。
因此 , 舰船上海水淡化 , 其过程是这样的 。将海水抽上船 , 让发动机的余热加热到高于38.7摄氏度 , 接着将热海水送到真空室 , 海水沸腾并迅速蒸发 , 将蒸汽冷却 , 便得到了淡水 。
此过程中 , 加热海水并没有消耗燃油 , 因为它是使用发动机的废热 , 它主要的耗能体现在那个抽真空的过程中 。
使用真空淡化海水分为两种方式 , 一是真空沸腾式 , 其主要过程如前面所言 。二是多级闪蒸式 。
多级闪蒸 , 其过程就是将热海水连续喷入一个又一个接近真空的闪蒸室 , 热海水瞬间汽化 , 将蒸汽冷却得到淡水 。
根据国际海水淡化协会的统计 , 截止2015年6月 , 利用各种海水淡化技术 , 全球每天有8680万吨淡水被生产出来 。而这其中 , 有很大一部分是利用多级闪蒸淡化出来的 。
反渗透式把新鲜萝卜放在浓盐水里 , 不久 , 萝卜会因为自身盐浓度低而外界盐浓度高而失水 , 这让其外形变得干瘪 , 此过程叫做渗透 。
反渗透就是渗透的逆过程 。不同的是 , 反渗透需要能量 。
如上图 , 右边是纯水 , 而左边是海水 , 那么纯水会通过中间的膜 , 自然渗透到左边的海水里 , 此过程是自发进行的 , 不需要能源 。
如果想要把过程反过来 , 就需要注入能量 。如上图是在海边这边持续加压 , 海水中的水分子会不断地被挤入右边 , 这就是反渗透的过程 。
反渗透广泛地应用于海水淡化和污水净化等方面 , 其优点是能量消耗较低 , 因为整个过程中不涉及到加热 。近年来 , 反渗透淡化海水的技术 , 其能源消耗已经下降到每消耗3度电得到1吨淡水左右 。
除了淡化海水 , 现如今很多家庭使用的自来水净化装置也是利用反渗透的工作原理 。
以上 , 咱们总的说了海水淡化的两种方式 , “真空式”和“反渗透式” , 但其实 , 海水淡化的方法可谓是琳琅满目 , 不下10种 。而比较另类的 , 是“冷冻”的方式 , 海水结冰后 , 盐会从冰里面分离出来 。只不过 , “冷冻”的方式耗能大 , 且得到的淡水不是那么的“淡” , 也就是质量不佳 。
最优质的海水淡化能把海水中绝大多数的矿物质都消除 , 这样的淡水喝起来会因为没有矿物而显得淡而无味 , 若想要增加口感的话 , 需要在里面添加相应的矿物质 。
潜艇上的海水淡化现在 , 我国的潜艇都有海水淡化装置 。但这只是现在 , 若回到二十多年前 , 情况则大不一样 。

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