Wasseraufbereitung mit Umkehrosmoseanlagen

Wasseraufbereitung mit Umkehrosmoseanlagen

Die Umkehrosmose oder Reversosmose ist ein physikalisches Verfahren der Membrantechnik zur Konzentrierung von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen, bei der mit Druck der natürliche Osmose-Prozess mittels Umkehrosmoseanlagen umgekehrt wird.

Das Medium, in dem die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert werden soll, ist durch eine halbdurchlässige, semipermeable Membran von dem Medium getrennt, in dem die Konzentration erhöht werden soll. Dieses wird einem Druck ausgesetzt, der höher sein muss als der Druck, der durch das osmotische Verlangen zum Konzentrationsausgleich entsteht. Dadurch können die Moleküle des Lösungsmittels gegen ihre „natürliche“ osmotische Ausbreitungsrichtung wandern. Das Verfahren drückt sie in das Kompartiment, in dem gelöste Stoffe weniger konzentriert vorliegen.

Umkehrosmoseanlagen für Trinkwasser

Trinkwasser hat einen osmotischen Druck von weniger als 2 bar, der angewendete Druck für die Umkehrosmose von Trinkwasser beträgt 3 bis 30 bar, je nach verwendeter Membran und Anlagenkonfiguration. Für die Meerwasserentsalzung ist ein Druck von 60 bis 80 bar erforderlich, da Meerwasser mit ca. 30 bar einen wesentlich höheren osmotischen Druck aufweist als Trinkwasser. Im Toten Meer liegt sogar ein osmotischer Druck von 350 bar vor. In einigen Anwendungen, z. B. für das Konzentrieren von Deponiesickerwasser, werden noch höhere Drücke verwendet.

Die osmotische Membran, die nur die Trägerflüssigkeit (Solvent) durchlässt und die gelösten Stoffe (Solute) zurückhält, muss diesen hohen Drücken standhalten können. Wenn der Druckunterschied das osmotische Gefälle mehr als ausgleicht, passen die Solventmoleküle wie bei einem Filter durch die Membran, während die „Verunreinigungsmoleküle“ zurückgehalten werden. Im Gegensatz zu einem klassischen Membranfilter verfügen Osmosemembranen nicht über durchgehende Poren. Vielmehr wandern die Ionen und Moleküle durch die Membran hindurch, indem sie durch das Membranmaterial diffundieren. Das Lösungs-Diffusions-Modell beschreibt diesen Vorgang.

Der osmotische Druck steigt mit zunehmendem Konzentrationsunterschied. Wird der osmotische Druck gleich dem angelegten Druck, kommt der Prozess zum Stehen. Es liegt dann ein osmotisches Gleichgewicht vor. Ein stetiger Abfluss des Konzentrats kann das verhindern. Beim Konzentratauslass wird der Druck entweder über einen Druckregler kontrolliert oder über einen Druckaustauscher genutzt, um den im Zulauf des Systems benötigten Druck aufzubauen. Druckaustauscher senken durch Energierückgewinnung sehr effektiv die Betriebskosten einer Umkehrosmoseanlage. Der Energieaufwand pro Kubikmeter Wasser liegt bei 4–9 kWh.

Anwendung von Umkehrosmoseanlagen

Anwendung finden Osmoseanlagen bzw. Umkehrosmoseanlagen

  • in Militär und Raumfahrt,
  • in der häuslichen und industriellen Trinkwasseraufbereitung,
  • in der Brauchwasseraufbereitung wie z.B. in der Kesselwasseraufbereitung.

Die Umkehrosmose kann auch zur Konzentrationserhöhung von gelösten Stoffen eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Trägersubstanz konzentriert wird z. B. bei der Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten oder zur Verdichtung von Most in der Weinherstellung. Auch bei der Herstellung von alkoholfreiem Bier, Milchkonzentraten und Proteinpulvern kommt die Umkehrosmose zum Einsatz.

Veröffentlicht am: 1. August 2022

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