Die Umkehrosmose
Fachrichtung: Sanitär  
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  Einleitung  

Wasser, unser wichtigstes Lebensmittel, liegt nur in den wenigsten Fällen ohne irgendwelche Verunreinigungen oder Beimengungen vor. Vielmehr führt der vielfältige Gebrauch von Wasser nicht nur im Bereich der Lebensmittelherstellung, sondern auch zum Zwecke des Brauch- und Betriebswassers, zum Zwecke der Wärmeübertragung, zum Transport und nicht zuletzt zur Beseitigung von Schmutz und Abfallstoffen zu einer Anreicherung von Fremdstoffen. Steigende Wasser- und Abwasserpreise demonstrieren eindrucksvoll, dass der Rohstoff Wasser ein immer knapper werden- des Gut wird.

Darüber hinaus ist. auch «reines Wasser» oder Leitungswasser immer mit Inhaltstoffen angereichert, die, je nach verfahrenstechnischer Weiterverwendung, störend oder sogar schädlich sein können. In der Regel gewährleisten engmaschige Kontrollsysteme einen nahezu optimalen Verbraucherschutz vor schädlichen Wasserinhaltstoffen wie Metall- und Schwermetallsalze, Pestizide und Dünger aus der Landwirtschaft oder fäkalen Verunreinigungen (z.B. Bakterien oder Viren). Trotzdem kann jedoch auch Wasser, das allen staatlich definierten Oualitätsanforderungen entspricht, im weiteren Verlauf seiner Aufarbeitung zu erheblichen Störungen im Verfahrensablauf führen. Insbesondere die Umkehrosmose (UD) stellt Anforderungen an die Wasserqualität, die im weiteren näher skizziert werden sollen.  

Prinzip  

Die Umkehrosmose, kurz UO oder auch RO (englisch: Reverse Osmose), wird zur Gruppe der druckbetriebenen Querstromfiltrationsverfahren gerechnet, d.h., die zu behandelnde Lösung (feed) strömt tangential an einer semipermeablen (halbdurchlässigen) Membrane entlang. Beim Durchtritt des Wassers durch die Membrane werden alle die Wasserinhaltstoffe, je nach Trenn- verfahren, in unterschiedlichem Masse konzentriert. Dabei werden Schmutz- und Schwebstoffe, Krankheitserreger, grössere Moleküle oder sogar Ionen auf der Membranoberfläche abgeschieden. Während jedoch die Ultrafiltration oder Mikrofiltration auf einer Siebwirkung der Trennmembranen beruhen, beruht die Wirkungsweise der UO auf einem Trennprinzip, welches der Natur abgeschaut wurde. Werden zwei Lösungen mit einem unterschiedlichen Gehalt an osmotisch wirksamen Substanzen (Salzen) durch eine Membrane getrennt, die nur für das Lösungsmittel (Wasser) durchlässig ist, wird das Lösungsmittel solange durch die Membrane in Richtung Konzentrat wandern, bis entweder a) die Salzkonzentration in beiden Behältern gleich gross ist oder b) sich im Konzentratbehälter ein so hoher hydrostatischer Druck aufgebaut hat, dass der osmotische Druck ausgeglichen wird und die Lösungsmitteldiffusion zum Stillstand kommt. Dieser hydrostatische Druck entspricht. dabei der Differenz der osmotischen Drücke der unterschiedlichen Lösungen. Erhöht man jedoch den hydrostatischen Druck auf der Konzentratseite auf einen Wert, der grösser ist als der osmotische Druck, lässt sich der Vorgang der Osmose umkehren - die Umkehrosmose. Als Folge fliesst das Lösungsmittel von der konzentrierten Lösung in die weniger konzentrierte Lösung. Zurück bleibt das Konzentrat, der durch die Membrane transportierte Stoff wird Permeat genannt.

Ausgehend von diesen theoretischen Überlegungen lassen sich folgende Verfahrensgrenzen abschätzen:  

1. Die Anlagenleistung, d.h. die Leistung der Pumpen muss so gewählt werden, dass sie den durch Salzaufkonzentrierung zunehmenden osmotischen Druck auf der Konzentratseite über- winden kann. 

2. Die Salzkonzentration auf der Konzentratseite darf an keinem Punkt der Membrane so hoch werden, dass die gelösten Substanzen (Salze) ausfallen und somit die Membrane blockieren.  

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auslegung der UO ist die Berücksichtigung der sogenannten Konzentrationspolarisation. Die zur Membrane hin transportierten Salze werden, wie bereits erwähnt, aufgrund des Rückhaltevermögens der Membrane am Durchgang gehindert und konzentrieren sich direkt vor der Membrane auf. Da jedoch die Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten im unmittelbaren Grenzbereich zu Oberflächen gegen Null geht, kann der Abtransport der so aufkonzentrierten Salze ausschliesslich durch Diffusion in den Strömungskanal erfolgen. Mit abnehmender Entfernung zur Membranoberfläche nimmt also die Salzkonzentration zu und kann im Extremfall zum bestimmenden Faktor für die Leistung der UO-Anlage werden.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
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