| Was ist Umkehrosmose? Umkehrosmose ist ein Filtrationsverfahren, welches
ermöglicht, Stoffe im Molekularbereich auszufiltern (Nanofiltration).
Ähnlich wie bei der
normalen Filtration wird z. B. verunreinigtes Wasser gegen ein
Filtermaterial gepresst. Die Verunreinigungen bleiben vor dem Filter
zurück und die Wassermoleküle dringen durch.
Als Filtermedium dient eine halbdurchlässige Membrane. Halbdurchlässig
oder auch semipermeabel nennt man einen Stoff, welcher nicht im
eigentlichen Sinn wasserdurchlässig ist, sondern der in seiner
Molekularstruktur Wasser aufnehmen kann. Die Wassermoleküle diffundieren
durch die Membran.
("Dieses Prinzip überwiegt bei
dichten Membranen ohne echte Poren,
wie sie bei der Umkehrosmose und der Gastrennung eingesetzt
werden."
Quelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/Membrantechnik#Stofftransport)
Die sich dadurch ergebende Durchlassgröße (bei Filtern spricht man von Porengröße) entspricht
weniger als einem
zehntausendstel Mikrometer.
Versucht man nun durch eine solche Membrane Wasser hindurchzudrücken,
so spielt der sich durch Osmose entwickelnde Gegendruck eine wichtige Rolle. Was ist Osmose?
Fast alle Stoffwechselvorgänge zwischen unseren
Körperzellen und der sie umgebenden extrazellulären Flüssigkeit
funktionieren nach dem natürlichen Prinzip der Osmose.
Wer sich eingehend dafür interessiert, sei auf die Fachartikel in
Wikipedia hingewiesen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Osmose (s. viele weitere Links dort,
z. B.
http://de.wikipedia.org/wiki/Osmoregulation).
Trennt man zwei gleichartige
Flüssigkeiten durch eine halbdurchlässige Membrane, so wandern (nach
dem Prinzip der Braun'schen Molekularbewegung) Flüssigkeitsmoleküle von
beiden Seiten im Wechsel durch die Membrane.
In diesem Fall würde sich
der Druck auf beiden Seiten in der Waage halten.
Es gäbe keinen Druckunterschied.
Der osmotische Druck
wäre gleich Null.
Trennt man z. B. eine einprozentige Salzlösung
durch eine halbdurchlässige Membrane von reinem, destilliertem Wasser, so findet
auch hier Osmose (Molekularbewegung) statt. Auf der salzhaltigen ("verunreinigten")
Seite wird durch die vorhandenen Salz-Ionen der für die
Wassermoleküle freie Raum verkleinert.
© RAS
Dadurch können von der Seite mit dem reinen (destillierten) Wasser mehr
Wassermoleküle zur salzhaltigen Seite
wandern, als umgekehrt. Der Druck auf der "verunreinigten" Seite würde so
lange ansteigen, bis sich die Anzahl der Molekülwechsel auf beiden
Seiten angleicht, siehe:
Ist Umkehrosmosewasser für den
menschlichen Genuss geeignet?
Wie funktioniert Umkehrosmose?
Das Ziel der Umkehrosmose, möglichst reines Wasser durch diese
Membrane zu befördern,
wird erreicht, indem auf der
verunreinigten Seite (Rohwasser/ Leitungswasser...) ein Gegendruck erzeugt wird, welcher wesentlich höher ist
als der (natürliche) osmotische Druck. Das Prinzip der Osmose wird also
umgekehrt. Daher die Bezeichnung Umkehr-Osmose (engl.: reverse osmosis,
kurz RO),
(s. auch
https://de.wikipedia.org/wiki/Umkehrosmose).
Die Versuchsanordnung
würde jedoch nur sehr kurz arbeiten. Da durch die Membrane
hauptsächlich nur Wassermoleküle gedrückt werden, würde sich
die Lösung vor der Membrane immer weiter aufkonzentrieren. Der
osmotische Druck würde steigen, und das System käme zum Erliegen.
(Außerdem würde die Membran verstopfen bzw. versalzen.)
Aus diesem Grund wird bei einer Umkehrosmoseanlage entlang der Membrane
das aufkonzentrierte (verunreinigte bzw. stark mineralisierte) Wasser abgelassen. Je nach der abgelassenen Menge,
(die von einem Durchflussbegrenzer reguliert wird), lässt
sich eine bestimmte Aufkonzentrierung einstellen. Durch die eingestellte
Konzentratmenge bzw. das eingestellte Verhältnis Abwassermenge : Permeat
(= gereinigtes / gefiltertes Trinkwasser), soll auch vermieden werden, dass es in der Membrane zu Kalkausfällungen kommt.
Das anfallende Konzentrat enthält die gesamten
Verunreinigungen, welche durch das Rohwasser (zumeist Leitungswasser) zugeführt wurden, während
im Permeat, also dem gereinigten Wasser, hauptsächlich Wassermoleküle vorhanden sind.
Dabei gilt grundsätzlich:
Je höher der Druck auf der
Leitungswasserseite, umso besser wird das gefilterte Wasser
demineralisiert (5 bar sind wirkungsvoller als 3 bar).
Je höher die Abwassermenge zum
Spülen der Membran, umso besser wird das gefilterte Wasser
demineralisiert und umso länger bleibt die Membran von
Mikrobeschädigungen durch auskristallisierte Salze verschont (3:1 ist
wirkungsvoller als 1:1).
Daher achten verantwortungsbewusste
Hersteller von qualitativ hochwertigen Haushaltsanlagen auf eine
ausgewogene Balance von Abwasserkosten und Filterwirkung. (Wassersparen
an der falschen Stelle schadet der Membran und der Reinheit des
gefilterten Wassers.)
Der nötige Arbeitsdruck
ist in deutschen Haushalten in der Regel durch den Wasserdruck aus der Wasserleitung vorhanden oder wird
im Anwendungsfall (z. B. auf Booten, in Wohnmobilen oder Berghütten) durch eine
Druckerhöhungs-Pumpe ("Booster-Pumpe")
erzeugt.
Booster-Pumpen sind in Deutschland, Österreich, Schweiz in Haushalten in
der Regel nur erforderlich bei Wasserdruck unter 3 Bar. (Bei Interesse
bitte anfragen 06438-5106.) Wer 4-6 bar Leitungswasserdruck hat, braucht
keine Druck-erhöhungs-Pumpe - es sei denn, man will möglichst viel
gefiltertes Trinkwasser in kurzer Zeit abfüllen und auf die
Bequemlichkeit eines Reinwasser speichernden Tanks verzichten wie bei
Direct-Flow-Anlagen, z. B. der
600 GPD Direct-Flow
- Die Durchflussstärkste).
In der Praxis sind Umkehrosmose-Membranen so
angeordnet, dass die Haupt-fließrichtung sich quer zur Membrane befindet.
Der Abfluss an Konzentrat bewirkt bei diesem Aufbau, dass sich vor der
Membrane nur ein sehr geringer Filterkuchen aufbauen kann.
Wer tage- oder gar wochenlang wegfährt
(Geschäftsreise, Urlaub, Expedition) oder zeitweise in einer
Zweitwohnung lebt, braucht unbedingt eine
Umkehrosmoseanlage mit individuell zeitgesteuerter, automatischer Spülfunktion, um eine Verkeimung der Membran durch Stillstandswasser zu
vermeiden.
Alle, die niemanden haben, der während ihrer Abwesenheit die UO-Anlage
regelmäßig in Betrieb nimmt, sind mit diesen Umkehrosmose-Anlagen
bestens versorgt:
Wasser-hilft-Permeat
S - Die
Sparsame mit zeitgesteuerter Spülfunktion
oder
Wasser-hilft-Booster S - Die Kraftvolle mit zeitgesteuerter Spülfunktion.
Beide Filteranlagen können ganz einfach über eine
Zeitschaltuhr so gesteuert werden,
dass sie z. B. während Ihrer Urlaubstage alle 24 Stunden für einige
Minuten spülen und dadurch verhindern,
dass Algen auf der Membran einen Biofilm bilden
und durchwachsen.
Die im Rohwasser (Leitungswasser) enthaltenen Stoffe (z. B. Kalk, Blei,
Uran, Spritz-& Düngemittel, Arzneimittelrückstände, Mikroplastik etc.) prallen an der
Membran ab.
Sie werden nicht gesammelt, sondern sofort ins Abwasser abgeleitet,
damit die Membran nicht verstopft und der "Transmembranfluss" Flux
erhalten bleibt.
(Einzige Ausnahme: mobile Auftischanlagen ohne
Wasseranschluss.
In diesen wird das Abwasser nicht sofort automatisch
abgeleitet, sondern aufkonzentriert immer wieder gegen die Membran
gepresst, weshalb diese Technik auch keine vergleichbar guten
Rückhaltewerte liefern kann wie alle anderen UO-Anlagen.)
Inhalte erstellt von
Jens-Peter Kleinhenz
überarbeitet und ergänzt von Rudolf Schnappauf
|
