Die Umkehrosmose (UO) bzw. Reverse Osmose (RO) ist ein physikalisches Trennverfahren zur Konzentration von gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten. Sie beruht auf einer Umkehrung des Osmose-Prinzips aus dem Stoffwechsel von Zellen. Häufig wird Umkehrosmose zur Entsalzung von Wasser genutzt. Das Reinwasser aus Umkehrosmoseanlagen kommt u.a. in Krankenhäusern, der Industrieproduktion oder in Kraftwerken zum Einsatz.
Entfernt bis zu 99 % der Verunreinigungen aus Wasser
Umweltfreundlich, weil ohne Regenerationschemikalien
Kompakte und wartungsarme Technologie
Was kann Umkehr-Osmose filtern?
Umkehrosmose-Membranen gibt es in Porengrößen von 0,0001mµ - 0,1nm. Mit diesen Filterfeinheiten entfernt Umkehrosmose bis zu 99 % aller Verunreinigungen aus dem Rohwasser. Dazu gehören Partikel (z.B. Asbest), viele Bakterien, Keime und Pyrogene, Schadstoffe (z.B. Uran, Nitrat, Nitrit, Pestizide, Hormone) sowie gelöste Salze. Daher spricht man bei Umkehrosmose auch häufig von Entsalzung.
Was ist der Unterschied zwischen Osmose und Umkehrosmose?
Die Umkehrosmose nutzt das natürliche Prinzip der Osmose: Trennt man zwei Lösungen oder Wässer mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen durch eine halbdurchlässige Membran, so diffundieren die Moleküle der niederen Konzentration so lange in die höher konzentrierte Lösung, bis beide Konzentrationen ausgeglichen sind. Die dabei entstehende Druckdifferenz ist der osmotische Druck. Der osmotische Druck ist von der Konzentration einer Lösung abhängig und nimmt mit steigender Konzentration zu. Als Faustformel gilt: 0,7 kg/cm2 (bar) entsprechen 1000mg/l Salzgehalt.
Bei der Umkehrosmose bzw. Reverse Osmose läuft dieser Vorgang umgekehrt ab: Wird auf die höher konzentrierte Lösung ein Druck ausgeübt, der über dem natürlichen osmotischen Druck liegt, diffundiert nahezu vollständig entsalztes Wasser durch die Membran.
Wie funktioniert Umkehrosmose? - Funktion
Bei der Umkehrosmose wird das Rohwasser mit Druck durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran gepresst. Der Druck muss dabei den natürlichen osmotischen Druck übertreffen. Über die Membran findet nun ein Druckausgleich statt. Da sie nur Wassermoleküle durchlässt, sammelt sich auf der anderen Seite der Membran das gereinigte Osmosewasser, während die meisten Salze, organischen Stoffe und nahezu alle Partikel von der Membran zurückgehalten werden. Doch was passiert nun mit den herausgefilterten Verunreinigungen? Sie würden das Verfahren im Laufe der Zeit zunehmend erschweren, weil höhere Konzentrationen mehr Druck erfordern. Daher wird die Membran durchgängig gespült und die Verunreinigungen werden abgeleitet. Der Abwasserstrom wird Konzentrat (aufgesalztes Wasser) genannt, das Umkehrosmose-Wasser bezeichnet man häufig auch als Permeat (entsalztes Wasser).
Die Permeatausbeute ist abhängig von:
- Salzgehalt und Zusammensetzung des Rohwassers
- Druck
- Temperatur
- RO-Membran
Umkehrosmose zur Wasseraufbereitung
Die Umkehrosmose findet in vielen Bereichen Anwendung. In der Getränkeindustrie wird das Verfahren zum Beispiel bei der Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten oder zur Verdichtung von Most in der Weinherstellung verwendet. Am häufigsten wird es jedoch in der Wassertechnik genutzt.
Umkehrosmose ist in vielen Wasseraufbereitungsanlagen ein wesentlicher Verfahrensschritt:
Trinkwasseraufbereitung und Produktwassererzeugung
Bei der Erzeugung von Trinkwasser kann Umkehrosmose u.a. zur Meerwasser-Entsalzung oder zur Entnitratisierung im Teilstromverfahren eingesetzt werden.
Umkehrosmoseanlagen in spezieller hygienegerechter Ausführung dienen der Aufbereitung von Produktwasser für die Lebensmittel- und Getränkeherstellung.
Prozesswasser- und Brauchwasser-Produktion
In der industriellen Produktion wird Reversosmose zur Prozesswasseraufbereitung genutzt. Die Entsalzung von Rohwässern schützt Maschinen und Anlagen vor schädlichen Ablagerungen und Korrosion. Zu den typischen Anwendungen gehört hier etwa die:
- Produktion von Kühlwasser und Klimawasser
- Kesselspeisewasser für die Dampferzeugung
- die Entsalzung von Spülwasser
Rein- und Reinstwasseraufbereitung
Mit Reverse Osmose wird auch Reinstwasser erzeugt, oft in Kombination mit anderen Verfahrensschritten wie Elektrodeionisation, Ionenaustausch, Ultrafiltration oder UV-Desinfektion. Typische Einsatzbereiche sind:
- Produktion von Krankenhaus-Wasser und vollentsalztem Wasser für die Speisung von Sterilisatoren in der ZSVA / AEMP
- Laborwasseraufbereitung (Produktion von Rein- und Reinstwasser der Qualitätstypen 1, 2, 3 und CLRW)
- Reinstwassererzeugung für die Elektronikherstellung
- "Kalte" Erzeugung von WFI und PW mittels Membranverfahren in der Pharmawasseraufbereitung
Abwasserbehandlung und Wasser-Recycling
Bei der Behandlung und Aufbereitung von Abwasser sowie bei der Wasserrückgewinnung aus Abwasser kann Reverseosmose als mechanisches Verfahren in der finalen bzw. dritten Reinigungsstufe (Tertiary Treatment) zum Einsatz kommen.
Um die mechanische Verschmutzung (Verblockung) der Membranmodule zu vermeiden, muss das aufzubereitende Wasser trübstofffrei sein. Eine weitere Verblockungsgefahr ist durch die Löslichkeitsgrenze der Salze bei der Aufkonzentrierung an der Membrane gegeben. Die größte Gefahr stellt dabei die Ausfällung von Calciumsulfat und Calciumkarbonat dar. Die meisten RO-Membranen bestehen aus dünnen polymeren Kunststoffschichten, die durch Oxidationsmittel wie Chlor beschädigt werden können. Je nach Beschaffenheit des Rohwassers muss daher eine Voraufbereitung erfolgen, z. B. Aktivkohlefiltration, Enteisenung, Entmanganung, Enthärtung, Zusatz von Säuren oder stabilisierend wirkender Chemikalien.
Umkehrosmoseanlagen produzieren Abwasser. Um Wasser zu sparen und Abwasserkosten zu minimieren, können Lösungen zum Wasser-Recycling in den Kreislauf eingebunden werden. Dazu wird das Konzentrat, also der Abwasserstrom aus den Umkehrosmose-Modulen, häufig wieder der Speisewasserversorgung zugeführt. Die Permeat-Ausbeute kann so je nach Rohwasserbeschaffenheit, Temperatur und Membran auf 80-85 % gesteigert werden. Bei einer Ausbeute von 85% bleiben bei 100 Litern Rohwasser also 15 Liter Abwasser-Konzentrat zurück. Resultierend stehen somit 85 Liter aufbereitetes Produktwasser (Permeat) für nachfolgende Prozesse und Anwendungen zur Verfügung.
Was ist der Unterschied zwischen Osmosewasser und destilliertem Wasser?
Sowohl Osmosewasser als auch destilliertes Wasser sind fast zu 100% reines Wasser. Der Unterschied besteht hauptsächlich im Verfahren zur Gewinnung der jeweiligen Wasserart: Osmosewasser wird mechanisch hergestellt, indem es durch eine semipermeable Membrane gepresst wird. Bei der Destillation wird Wasser durch Erhitzen verdampft und bei der anschließenden Verflüssigung im gekühlten Kondensator von Verunreinigungen getrennt, die aufgrund eines höheren Siedepunktes im Verdampfungsgefäß zurückbleiben. Der Energieverbrauch bei der Destillation ist um ein vielfaches höher als bei der Umkehrosmose.
Umkehrosmoseanlagen
Veolia Water Technologies liefert ein breites Portfolio an effizienten Umkehrosmoseanlagen für verschiedenste Anwendungen und für Kapazitäten von 10 Liter bis 50m3 pro Stunde. Je nach Rohwasserart und Einsatzgebiet stehen einstufige oder doppelstufige Umkehrosmosesysteme sowie RO-Anlagen in Kombination mit kontinuierlicher Elektrodeionisation zur Verfügung. Auch zahlreiche unserer Laborwasseranlagen nutzen Umkehrosmose, häufig zusammen mit weiteren Filtrationstechnologien, Ionenaustausch und UV-Behandlung.
Für den Betrieb und die Werterhaltung von Umkehrosmosesystemen bietet Veolia passende Hydrex Spezialchemikalien und zahlreiche Dienstleistungen, u.a. Wartungen und einen Ersatzteilservice.