Die Membrantechnik mit Umkehrosmose ist ein physikalisches Verfahren zur Aufkonzentrierung von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen, bei der mit Druck der natürliche Osmoseprozess umgekehrt wird. Dieses Verfahren wurde in den 60ern von der Weltraumbehörde NASA entwickelt, um bei der bemannten Raumfahrt Urin in Reinstwasser aufzubereiten. Die Umkehrosmose wird in der heutigen Zeit in der Medizin, Lebensmittelindustrie sowie zur Meerentsalzung eingesetzt, da dieses Verfahren hervorragend dafür geeignet ist konterminiertes Wasser in Reinstwasser aufzubereiten, d.h. selbst kleinste molekulare Substanzen aus dem Wasser zu entfernen.

Virenreduktion99%
Hormonreduktion99%
Schwermetallreduktion99%

Das Wirkungsprinzip

Hochtechnologie erklärt

Das Medium, in dem die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert werden soll, ist durch eine halbdurchlässige 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.

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

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Reines Wasser

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 bis 9 kWh.