Moleküle diffundieren durch die Umkehrosmosemembranen

Bei der Filterung des Wassers durch eine Umkehrosmoseanlage diffundieren die Lösungs­mittel­mole­küle durch eine halbdurchlässige Membran. Die halbdurchlässige (semipermeable) Membrane ist eine so genannte Lösungs­­­mittel­­­diffusions­­­mem­bran und verfügt nicht über durchgehende Poren. Darin unterscheidet sie sich von Porenmembranen, die von kleinen Löchern durchzogen sind und bei der Mikrofiltration oder Ultra­filtration zum Einsatz kommen. Nur weil die Lösungs­mittel­moleküle so klein sind, können sie die Membran durchqueren, die als Filter fungiert. Bei der Diffusion der Wasser­mole­küle durch die Membrane ist die Eigenbewegung der Moleküle wirksam, die so genannte Brownsche Molekularbewegung. Je höher die Temperatur der Flüssigkeit, desto mehr beschleunigt sich die Diffusion. Daher erhöht sich auch die Permeatmenge, wenn sich die Temperatur erhöht.

Erforderlicher Wasserdruck für das effektive Funktionieren der Osmoseanlage

Trinkwasser verfügt über einen osmotischen Druck von weniger als 2 bar. Umkehrosmoseanlagen für eine Wasseraufbereitung im Haushaltsbereich, in der das Wasser schon der DIN-DVGW entspricht, ist daher zumeist nur ein geringer Druck von 3 bis 6 bar nötig. Um über diesen Druck zu verfügen und damit die Wassermoleküle des Leitungswassers durch die Membranen zu drücken, reicht normalerweise der Druck des Leitungswassers aus. Beträgt der Wasserdruck weniger als 3 bar, muss zur Druckerhöhung eine Pumpe angeschlossen werden. Diese erhöht die Durch­lauf­geschwin­digkeit und damit den Wasserdruck. Die Membranen der Umkehrosmoseanlage muss dabei so stabil aufgebaut sein, dass sie dem erhöhten Druck standhält.

Eine Umkehrosmoseanlage liefert weiches, entsalztes Wasser

Die Membrane, durch die das zu reinigende Wasser gedrückt wird, ist für die im Wasser gelösten Substanzen annähernd undurchlässig. Aus diesem Grund stellt die Entsalzung von Wasser eine der Haupt­ein­satz­gebiete von Umkehrosmoseanlagen dar. Das von Partikeln gereinigte Permeat nimmt einen Anteil von etwa 75 Prozent ein. Das Permeat ist sehr salzarm, jedoch nicht voll­entsalzt, da hierfür zumeist der Druck nicht ausreichend vorhanden ist. Bei einer einstufigen Umkehr­osmoe­anlage beträgt die Ent­salzungs­rate etwa 97 Prozent. Zurück bleibt auf der anderen Seite der Filter-Membran ein Konzentrat mit einem Anteil von etwa 25 Prozent.

Abwasser (Konzentrat) muss bei dieser Wasseraufbereitung kontinuierlich abgeführt werden

Dieses Konzentrat muss im Laufe des Osmoseverfahrens kontinuierlich als Abwasser abgeführt werden. Ansonsten würden die Osmose­membranen verstopfen. Damit sich keine Ver­schmutzungs­­partikel an der Membran ansammeln, kann zusätzlich eine Permeatpumpe eingesetzt werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Umkehrosmose und reduziert das Abwasser. Je nach der erforderlichen Qualität kann das Permeat anschließend noch mit Rohwasser verschnitten und im ph-Wert korrigiert werden. Auch eine Desinfektion kann noch vorgenommen werden, um den Reinheitsgrad des Permeats zu erhöhen. Um eine Um­kehr­osmose­anlage für die zu erzielende Wasseraufbereitung richtig auszulegen, muss zuvor eine Wasseranalyse erfolgen.

Umkehrosmoseanlagen filtern gesundheitsgefährdende Stoffe aus dem Wasser

Eine Umkehrosmoseanlage entfernt nicht nur Salze, sondern auch Bakterien, Keime, Schwermetalle, Pestizide, Hormone, radioaktive Substanzen sowie weitere gelöste organische Stoffe aus dem Wasser. Beispielsweise gelangen auch Nitrate durch Düngemittel und intensive Massentierhaltung verstärkt ins Bodenwasser. Somit erhöht die Filterung des Wassers durch Umkehrosmose beträchtlich die Trinkwasserqualität.

Um die Qualität des Trink- und Leitungswassers zu sichern, kommen Wasserwerke zum Einsatz. Sie bereiten das Trinkwasser nach den Normen der europäischen Trinkwasserrichtlinie 98/83/EG 1998 und der deutschen Trink­wasser­verordnung auf. Diese Verordnungen regelt die Grenzwerte, nach denen das Trinkwasser mikrobiologisch und chemisch aufbereitet werden müssen. Aller­dings gelten diese Grenzwerte nur für eine begrenzte Anzahl an Inhaltsstoffen. Darüber hinaus können auch durch den Transport in den Leitungen Blei-, Kupfer- und andere Schwermetalle das Wasser verunreinigen. Um gesundheitlich vollkommen unbedenk­liches Trink­wasser zu erhalten, sind Umkehrosmoseanlagen die beste Filtermethode.

Wasseranalyse des Rohwassers für die Auslegung der Umkehrosmoseanlage

Bevor Sie eine Umkehromsmoseanlage kaufen, muss diese für Ihre Anforderungen ordnungsgerecht ausgelegt werden. Hierzu sollte zuvor eine Wasseranalyse vorgenommen werden. In jedem Fall ist die Wasseranalyse erforderlich, wenn das Rohwasser nicht den Grenzwerten der Trinkwasserverordnung entspricht. Folgende Werte sollten beim einzuspeisenden Wasser besonders geprüft werden:

Folgende Werte muss die Analyse des Rohwassers enthalten: Calcium, Magnesium, Eisen, Mangan, Natrium, Kalium, Ammonium, Chlor (Chlordioxyd), Chlorid, Sulfat, Nitrat, Hydrogencarbonat, Silikat, Phosphor. Weiterhin müssen bei der Rohwasseranalyse für Ausrichtung der Umkehrosmoseanlage ermittelt werden: pH-Wert, Gesamthärte, Karbonathärte, CO₂ und die Leitfähigkeit.

Die Membranen sind das wichtigste Element einer Umkehrosmoseanlage

Wenn Sie eine Umkehrosmoseanlage kaufen, sollten Sie besonders auf die Qualität der Membranen achten. Denn diese sind das wichtigste Element der Umkehrosmoseanlagen. Zumeist benötigen Umkehrosmoseanlagen fünf Membranen, da die Anlagen in der Regel fünfstufig arbeiten. Die Membranen der Umkehrosmose­anlagen haben eine extrem kleine Porengröße. In der Regel messen die Poren ein 0,0001 Micron (µm). Dabei entspricht 1 Micron 0,001 Millimeter. Hieraus ergibt sich eine Poren­größe der Membran von 0,000001 Millimeter.

Umkehrosmose-Membranen sind als Röhren aufgebaut. Die Membranen-Röhre besteht wiederum aus einzelnen Schichten. Bei der Filterung des Rohwassers diffundiert das Wasser vom äußeren Bereich der Röhre ausgehend immer weiter nach innen. Die Reinheit des Wassers erhöht sich dabei von außen nach innen. Schließlich fließt das gereinigte Wasser aus einem zentralen Zylinder der Röhren­membrane heraus. Während des Reinigungsprozesses erhöht sich der Osmosedruck durch das Konzentrat der ausgefilterten Stoffe. Daher muss die Membran kontinuierlich mit nachfließendem Wasser gespült werden.

Die heute üblichen Membranen für Umkehrosmoseanlagen bestehen aus Kunststoffen, zum Beispiel Polysulfon.

Bakterien, Viren, Pestizide oder Nitrat – wirksame Filterung durch Umkehrosmoseanlagen

Wie wirksam die Filtermembranen der Umkehrosmoseanlagen sind, verdeutlichen diese Zahlen und die Grafik: