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Osmoseanlagen – alles rund um die modernen Wasserfilteranlagen

Die Osmoseanlage ist eine moderne Wasserfilteranlage, welche effektiv das Wasser vor Verunreinigungen schützt und reinigt. Neben der Verwendung in der Raumfahrt, wo die NASA in den 60er Jahren die Umkehrosmose als Technologie zum Trinkwasser Recycling für bemannte Weltraumflüge einführte, wird die Filteranlage vor allem zur Trinkwassergewinnung aus dem Meer genutzt. Die Effektivität des Filters lässt sich anhand der Wasserqualität bemessen, welches nach der Filterung einen hohen Reinheitsgrad vorzuweisen hat. Dabei sind die Anlagen vor allem aus Umweltgesichtspunkten äusserst relevant, denn der sparsame Umgang mit Trinkwasser und die Wiederaufarbeitung von Brauchwasser werden immer wichtiger.

Worauf beruht das physikalische Prinzip der Osmose?

Um die Lehrbücher zu zitieren: Grenzen zwei gleichartige Lösungen mit unterschiedlich gelösten Stoffkonzentrationen an eine halbdurchlässige Membran, dann diffundieren die Flüssigkeiten entlang eines Konzentrationsgefälles zu dem Flüssigkeitsgemisch mit höherer Konzentration. Befindet sich zum Beispiel reines Wasser auf der einen und Meerwasser auf der anderen Grenzseite, tritt das Wasser als Lösungsmittel durch die Poren der Membran, die für viele gelöste Stoffe undurchlässig bleibt. Abhängig von den Porengrössen kann einigen Teilchen der Durchtritt erlaubt werden, die Membran ist somit für diesen Stoff durchlässig, nicht aber für andere.

Was ist der Unterschied zwischen der Osmose und der Umkehrosmose?

Bei der Umkehrosmose wird der physikalische Vorgang der Osmose technisch umgekehrt. Der Vergleich zwischen Meerwasser und reines Wasser, welche durch eine halbdurchlässige Membran getrennt werden, ist das wichtigste Beispiel für diesen Prozess. Während bei der Osmose das reine Wasser aufgrund des Konzentrationsgefälles zum Meerwasser strömt, kann dieser Prozess durch Druckzugabe verändert werden. In der Umkehrung strömt nunmehr das Lösungsmittel des Meerwassers, nämlich Wasser, entgegen dem Konzentrationsgradienten in das Behältnis mit dem reinen Wasser. Zurück bleiben Rückstände, die nicht durch den Filter passen – das Wasser wird gereinigt.

Was unterscheidet eine Umkehrosmoseanlage von einem normalen Wasserfilter?

Neben der Druckpumpe gehören zu einer Umkehrosmoseanlage vor allem ein Aktivkohlefilter und eine TFC-Membran. In der Umkehrosmoseanlage werden, wie bei einer normalen Filteranlage, Feinfilter mit einer vordefinierten Porengrösse verwendet, welche das Wasser oder eine andere Flüssigkeit von groben Verunreinigungen (Sand, Sediment) reinigt. Darüber hinaus werden Pestizide, organische Verbindungen, Bakterien sowie Chlor und Benzol mit einem Aktivkohlefilter aus dem Filterwasser gefiltert, sodass das Wasser oder die zu reinigende Flüssigkeit geruchs- und geschmacksneutral werden. Das Herzstück der Anlage bildet die sogenannte TFC-Membran, welche in mehreren Schichten spiralförmig angeordnet ist. Damit die Membran nicht verschlammt, muss das konzentrierte Ausgangswasser abgeführt werden. Die Druckpumpe, welche mit einem Durchflussbegrenzer ausgestattet ist, sorgt für den Anstieg der Konzentration im Permeat, indem das Osmosewasser stetig entfernt wird. Die Wasseraufbereitung ist somit mit einer Wasserveredelung vergleichbar, da das Trinkwasser nunmehr einen hohen Reinheitsgrad besitzt.

Welche Anwendungsbeispiele gibt es für die Umkehrosmose?

Die wichtigsten Anwendungsgebiete sind:

  • Meerwasser Entsalzung
  • Luft- und Raumfahrttechnik
  • Aquaristik
  • Trink- und Brauchwasseraufbereitung
  • Dialyse
  • Spülmaschinen

Umkehrosmoseanlagen werden überall dort eingesetzt, wo die Konzentration gelöster Substrate in einem Lösungsmittel entweder verringert oder erhöht werden soll. Dies kann sowohl bei der Abscheidung von Salzen aus dem Meerwasser, den Meerwasserentsalzungsanlagen, aber auch umgekehrt zur Produktion von Konzentraten, zum Beispiel bei der Fruchtsaftherstellung in der Lebensmittelindustrie genutzt werden. In der Medizin wird die Umkehrosmose bei der Dialyse verwendet und in der Luft- und Raumfahrttechnik zum Aufbereiten des Urins aus den Raumanzügen zur Trinkwassergewinnung. Des Weiteren wird die Anlage zur Entfernung von Schadstoffen in der Aquaristik zur Reinigung von Aquarien genutzt sowie beim Militär als mobiles Filtersystem in Katastrophengebieten oder zur Reinigung stark kontaminierten Wassers. Auch um optimale Spülergebnisse von Geschirr zum Beispiel in der Gastronomie zu erreichen, wird das enthärtete Wasser einer Umkehrosmoseanlage verwendet. Der mit einem Schlauch zwischengeschaltete Filter liefert fleckenfreie Reinigungsergebnisse, ohne Nachpolieren zu müssen.

Welchen Reinheitsgrad sollten Trinkwasser und Meerwasser besitzen?

Es gibt verschiedene Sorten von Wasser. Reinstwasser, also hochreines Wasser, besitzt keine organischen Bestandteile und wird aufgrund eines hohen spezifischen Widerstandes in der Halbleiterindustrie und Pharmazeutik verwendet. Im Gegensatz dazu kommt demineralisiertes oder voll entsalztes Wasser (VE-Wasser) zum Beispiel im Kühlmittelkreislauf eines Kraftwerks zum Einsatz, da es keine gelösten Salze in Form von Kationen oder Anionen besitzt. Der Reinheitsgrad von Meer- und Trinkwasser wird hingegen über den pH-Wert ermittelt.

Wozu werden Osmosefilter in der Aquaristik für Süss- oder für Meerwasser Aquarien benötigt?

Kalk- und eisenhaltiges Wasser, welche die Fische unserer Breitengrade nahezu unbedenklich ausgesetzt werden können, ist für exotische Fische, die andere Wasserzusammensetzungen gewohnt sind, oftmals tödlich. Osmosewasser wird aufgrund seiner extrem niedrigen Wasserhärte in der Aquaristik verwendet, um das Aquarium und seinen flüssigen Inhalt je nach Fischbestand entsprechend anzupassen. Dabei spielt nicht nur die Wasserhärte eine entscheidende Rolle, sondern ebenso der pH-Wert. Die Umkehrosmose wird deswegen als Wasserfilter sowohl in Aquarien mit Süsswasser als auch mit Meerwasser verwendet.

Welche Verschleiss- und Ersatzteile besitzt eine Osmoseanlage?

Da die Einsatzgebiete einer Umkehrosmoseanlage sehr vielfältig sind und der Verschleiss von Bauteilen abhängig vom Grad der Verschmutzung beziehungsweise von der Kontamination ist, werden oft ganz unterschiedliche Ersatzteile benötigt. Die TFC-Membran oder Spiralwickelmembran muss zum Beispiel etwa alle 12 bis 24 Monate gewechselt werden. Im Wasserfilter, also dem Feinfilter oder Aktivkohlefilter, können sich ebenfalls rasch Rost, Sand und Sedimentreste ansammeln, sodass diese Bauteile öfter gereinigt oder ausgetauscht werden müssen.

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