Ramsch, B. & Sellner, B.R. 2000: Umkehrosmosetechnik - wie funktioniert das? Koralle 1 (2): 60-63.
von Burkhard Ramsch und Beate R. Sellner, Diplom-Biologen der Firma AquaCare, Herten
Die Umkehrosmosetechnik hat in der Aquaristik - insbesondere der Meerwasseraquaristik - einen wichtigen Stellenwert eingenommen. Das liegt nicht nur an der allgemeinen Verschlechterung des Trinkwassers (Nitrat-, Pestizid-, Hormonproblematik, Medikamentenrückstände) und der im Vergleich vor 20 Jahren günstigeren Anschaffungskosten, sondern auch daran, dass heutzutage Tiere im Meerwasseraquarium erfolgreich gepflegt werden, die auf Grund ihrer Empfindlichkeit vor 10 Jahren noch im Aquarium als absolut nicht überlebensfähig eingestuft wurden.
Die Umkehrosmosetechnik ist leicht zu handhaben. Im Vergleich zu Ionenaustauschern entfernt die Umkehrosmosetechnik mehr Inhaltsstoffe aus dem Wasser. Auch das umständliche Hantieren mit gefährlichen Säuren oder Laugen entfällt.
Wie bei vielen technischen Erfindungen dient auch hier die Natur als Vorbild. Werden zwei wässrige Lösungen mit unterschiedlichen Salzgehalten (sauberes und schmutziges Wasser z.B.) durch eine halbdurchlässige Membran getrennt, so versuchen beide Lösungen einen Konzentrationsausgleich zu erzielen. Da die Membran jedoch fast nur für Wassermoleküle durchlässig ist und die Salze nicht die Membran passieren können, fließt das Wasser von der sauberen Seite zur konzentrierten Seite bis beide Lösungen gleich viele Salze enthalten oder ein Gegendruck den weiteren Wasserfluss unterbindet. Dieses Prinzip nennt man Osmose.
Das in der Natur weit verbreitete Prinzip der Osmose
Die technische Umkehrung des Osmoseprozesses (= Umkehrosmose) benötigt zu diesem Zweck Druck (in Form vom Wasserleitungsdruck), damit das Wasser auf der Schmutzseite einen Druck erzeugt. Dadurch werden die Wassermoleküle durch die Membran gezwungen, so dass auf der anderen Seite das saubere Wasser abließt. Wichtig ist, dass auf der Schmutzseite die zurückgebliebenen Stoffe fortdauernd entfernt werden müssen. Daher wird ein Teil des Wasserstromes von der Schmutzseite abgeleitet. Würde man das gesamte Wasser durch die Membran drücken, könnten sich die Schmutzstoffe immer weiter konzentrieren (das Wasser fließt ja durch die Membran) und zu Feststoffen umwandeln (ausfällen). Die Membran würde verstopfen und könnte kein weiteres Wasser mehr durchlassen.
Die technische Umsetzung des Prinzips der Umkehrosmose:
Die in der Aquaristik verwendeten Umkehrosmosemembranen sind fast ausschließlich sogenannte Wickelmembranen. Bei diesem Typen wird eine große Membranfläche um einen Hohlstab gewickelt. Die Reinwasserseite der Membran endet im Hohlstab, an dessen Ende das Reinwasser abfließt. Zwischen den Membranlagen kann das Rohrwasser (meistens Leitungswasser) der Länge nach entlang fließen. Damit der Leitungswasserdruck sich aufbauen kann, muss dieses Fließen begrenzt werden. Meistens wird das mit einem speziell angeschliffenem Spülventil realisiert. Wird dieses Spülventil, das im geschlossenen Zustand genau die richtige Abwassermenge herauslässt, aufgedreht, kann das Wasser ungehindert zwischen den Membranlagen vorbeiströmen und abgelagerte Schmutzstoffe entfernen. Dieser Spülvorgang ist wichtig und sollte vom Anwender regelmäßig durchgeführt werden.
Die Größe der Membranfläche ist der ausschlaggebende Faktor für die Leistung. Im aquaristischen Handel werden Membrangrößen von 30 bis ca. 150 Liter Tagesleistung angeboten. Anlagen mit höheren Leistungen bestehen aus mehreren Membranmodulen und / oder arbeiten mit einer Druckerhöhungspumpe.
Die Wasserleistung einer Umkehrosmoseanlage hängt von einigen zusätzlichen Faktoren ab. Grundsätzlich gilt: je mehr Wasserdruck zur Verfügung steht, desto mehr Wasser wird produziert. Liegt der zur Verfügung stehende Druck unter 2 bar, sollte Abstand von der Umkehrosmosetechnik genommen oder eine aufwendige Druckerhöhungsstufe (hohe Kosten) eingebaut werden. Normalerweise liegt der Leitungsdruck zwischen 3 und 6 bar, so dass die Leistung brauchbar ist. - Die Wasserqualität des Reinwassers wird besser bei steigendem Druck. Auch deshalb sollte der zur Verfügung stehende Druck nie unter 2 bar liegen.
Die Temperatur spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Zwar bleibt die Reinwasserqualität von der Temperatur fast unberührt, doch die Wasserleistung wird erheblich beeinflusst. Je kälter das Wasser ist, desto geringer ist die Wasserleistung. So kann es passieren, dass im Winter eine Anlage nur ein Drittel bis Hälfte der Sommerleistung hat. Beim Kauf sollte auf diesen Umstand geachtet werden, damit immer genügend Wasser vorhanden ist.
Der Salzgehalt des Leitungswassers beeinflusst die Qualität des Reinwassers enorm. Vereinfacht gesprochen: je weniger Schmutzstoffe im Leitungswasser, desto sauberer wird das Reinwasser. Die Wassermenge wird geringfügig beeinflusst. Jedoch bei hohen Salzgehalten im Leitungswasser (meist bei sehr hartem Wasser) sinkt die Wasserleistung der Anlage ab, weil der osmotische Druck des Wassers dem Wasserdruck entgegenwirkt.
Membran
Die Membran muss (in Mitteleuropa) unbedingt aus Kunststoff
sein (z.B. Polyamid-Polysulfon, Polyvenylalkoholverbindungen). Die billigeren
Celluloseacetatmembranen werden schnell durch Bakterien zerfressen und damit
unbrauchbar. Die Leistungsangabe erfolgt bei seriösen Herstellern bei ca. 4 bar
Druck und 10-15°C. Höhere Angaben spiegeln nur Leistungen wider, die bei
Haushaltsbedingungen nicht erreichbar sind. Die angegebene Rückhalterate (also
wie sauber das Wasser wird) darf nicht unter 95% liegen. Fehlen diese Angaben
sollte Abstand vom Erwerb dieser Anlage genommen werden. Oft ist eine
Billiganlage im Nachhinein wesentlich teurer, weil die Qualität des Reinwassers
und die Haltbarkeit der Membran einfach zu schlecht sind.
Filter
Zum Schutz der Membran sind Fein- und Aktivkohlefilter empfehlenswert. Der
Aktivkohlefilter entfernt das im Leitungswasser zeitweise enthaltene Chlor; der
Feinfilter hält grobe Schmutzstoffe zurück. Auch eine Kombination aus Fein-
und Aktivkohlefilter (= Kombifilter) ist möglich.
Spülventil
Das Spülventil ist notwendig zum regelmäßigen Säubern der Membran. Vor
und nach jeder Benutzung sollte 5-10 Minuten gespült werden oder bei
Dauerbetrieb einmal die Woche für 15-30 Minuten. Das Spülventil beeinflusst in
Kombination mit der verwendeten Membran das Verhältnis Abwasser zu Reinwasser.
Seriöse Hersteller stellen die Anlagen zwischen 2:1 bis 4:1 ein. Höhere
Verhältnisse ergeben zwar eine bessere Wasserqualität, verursachen aber
gleichzeitig einen hohen Wasserverbrauch. Werden Anlagen (ohne Druckerhöhung
und Konzentratrückführung) mit geringeren Verhältnissen betrieben, verblockt
die Membran sehr schnell, weil die Wasserinhaltsstoffe ausfallen und die Membran
belegen. Die Wasserersparnis ist wesentlich geringer als der Aufwand für eine
neue Membran.
Weitere Ausstattungsmerkmale sind zwar nicht für die Funktion notwendig, erleichtern jedoch die Wartung: transparente Filtergehäuse zur Kontrolle der Vorfilter, automatische Spülvorrichtung, Niveaukontrolle zur automatischen Befüllung eines Vorratsbehälters, Manometer oder Differenzdruckanzeige zur Kontrolle des Wasserdrucks bzw. zur Kontrolle der Vorfilter.
Die Umkehrosmosetechnik ist jedoch nicht für alle Einsatzzwecke geeignet. Einige Leitungswässer enthalten Strontium, Barium, Eisen oder Mangan. Diese Inhaltsstoffe lassen die Lebensdauer der empfindlichen Membranen erheblich schrumpfen und die vorherige Entfernung dieser Stoffe ist sehr aufwendig. Besorgen Sie sich vor dem Erweb einer Umkehrosmoseanlage die Wasseranalyse von Ihrem Wasserversorgungsunternehmen und halten Sie Rücksprache mit Herstellern von Umkehrosmoseanlagen – der Fachhandel ist leider all zu oft überfordert.
Auch hohe Konzentrationen an Kieselsäure lassen den Meerwasseraquarianer verzweifeln. Kieselsäure kann bis zu 25 mg/l im Trinkwasser vorkommen. Der Stoff ist an und für sich nicht schädlich, doch erzeugt er im Aquarium Kieselalgenplagen. Auch eine gute Umkehrosmoseanlage kann diesen Stoff nur zu ca. 80-90% aus dem Wasser entfernen; schlechte Anlagen schaffen gerade mal 50%. Bei derart hohen Kieselsäurekonzentrationen können deshalb noch zu hohe Mengen im Reinwasser sein. Abhilfe schafft nur ein Reinstwasserfilter, der hinter die Umkehrosmoseanlage geschaltet wird.
Ramsch, B. & Sellner, B.R. 1995: Wie wichtig ist der Aktivkohlefilter bei Umkehrosmoseanlagen? DISKUS BRIEF 4: 134-138.
Sellner, B.R. & Ramsch, B. 1996: Umkehrosmoseanlagen - Wie wichtig ist die Wartung? Das Aquarium 1 (319): 40-48.
