Sellner, B.R. & Ramsch, B. 1996: Umkehrosmoseanlagen - Wie wichtig ist die Wartung? Das Aquarium 1 (319): 40-48.

Umkehrosmoseanlagen - wie wichtig ist die Wartung

von Beate R. Sellner und Burkhard Ramsch

Wasser - eine Grundlage des Lebens
Umkehrosmosetechnik als Wasseraufbereitungsmethode
Einflüsse auf die Wasserleistung und -qualität einer Umkehrosmoseanlage
Qualitätsmerkmale einer Umkehrosmoseanlage
Literatur


Wasser - eine Grundlage des Lebens

Alles auf der Erde vorkommende Leben ist abhängig von Wasser in ausreichender Menge und Qualität. Der gesamte Wasservorrat der Erde wird auf 1,5 Milliarden Kubikkilometer geschätzt - das ist ein gedachter Würfel mit der Kantenlänge 1100 Kilometer. Der größte Anteil ist in der Gesamtheit der Weltmeere gespeichert (94%). Vom verbleibenden Rest - Süßwasser - ist jedoch nur ein Bruchteil für die Wasserversorgung verwendbar. (Schwoerbel 1987)
Der komplette Wasservorrat zirkuliert in einem gewaltigen Kreislauf, so dass Verunreinigungen in Boden, Luft oder Wasserkörper früher oder später auch in allen Gebieten eintreffen, die zur Trinkwasserversorgung genutzt werden. Die Wasserversorgungsunternehmen sind durch die Leitsätze für die zentrale Trinkwasserversorgung, Eigenversorger durch die Leitsätze für die Einzelwasserversorgung (DIN 2000 und DIN 2001) angehalten, eine Mindestqualität des Trinkwassers einzuhalten. Dabei spielen sowohl ernährungsphysiologische Gesichtspunkte eine zentrale Rolle als auch Aspekte wie Korrosionsschutz und Steinablagerung. (Aurand et al. 1991)
Die Qualität der für die Trinkwassernutzung zur Verfügung stehenden Gewässer ist sehr unterschiedlich. Deswegen müssen einige Methoden und Zusätze angewendet werden, um die Richtlinien einhalten zu können. Neben Filterung und Flockungen werden dem Wasser Zusatzstoffe wie Chlor, Chlordioxid, Ozon, Kaliumpermanganat, Wasserstoffperoxid, Natriumperoxidsulfat und Kaliummonopersulfat zur Oxidation organischer und anorganischer Inhaltsstoffe sowie zur Desinfektion zudosiert. Als Korrosionsschutz für das Metallrohrleitungssystem dient eine Reihe von Phosphaten und Silikaten.
Viele der gesetzlich erlaubten Trinkwasserinhaltsstoffe sind für die Aquaristik nicht akzeptabel. So sind Phosphat, Silikat und Nitrat Stoffe, die ein starkes Algenwachstum verursachen können - sie wirken eutrophierend. In Weichwasseraquarien sind ebenfalls die - meist geogene - Karbonathärte (Säurekapazität bis pH 4,3) und Gesamthärte (Summe Erdalkalien) unerwünscht. Ist zu viel an Karbonathärte vorhanden, kann der für die meisten Weichwasserfische erforderliche niedrige pH-Wert schlecht eingestellt werden. Weiterhin sickern Pestizide wie Atrazin, Simazin und Lindan, die seit den 50er und 60er Jahren eingesetzt wurden, langsam, aber sicher in die Grundwasserleiter. Das belastete Grundwasser wird durch Förderbrunnen in unser Trinkwassernetz eingespeist.
Die steigende Konzentration schädlicher Stoffe bringt die Beschäftigten einiger Wasserwerke an den Rand der Verzweiflung. Der Gesetzgeber verhindert weder die Eintragung dieser Schadstoffe noch reduziert er sie entschieden. Statt dessen passt er die Gesetze den Wünschen der verursachenden Industrien an. Seit Jahren lebt Deutschland mit einer Sondergenehmigung: Nitrat darf in der Bundesrepublik bis 50 mg/l im Trinkwasser enthalten sein - der EG-Wert liegt bei nur 25 mg/l. Europaweit versuchen Lobbyisten, die erlaubten Konzentrationen an Pestiziden zu erhöhen. Die sinnvolle Regelung, das Einzelpestizid auf 0,1 µg/l und die Summe der Pestizide auf 0,5 µg/l zu begrenzen, soll nach Meinung der EU-Landwirtschaftsminister durch die Festlegung der Grenzwerte eines jeden Pestizids abgelöst werden; die Summierung würde damit ignoriert werden.
Es ist richtig, dass sich die Stoffkonzentration, bei der Wirkung auf einen bestimmten Organismus erkennbar ist, von Pestizid zu Pestizid um weit mehr als den Faktor 1000 unterscheiden kann. So erscheint es sinnvoll die Grenzkonzentration für jeden Stoff zu ermitteln. - Gewaltige Probleme wird es mit der propagierten Lösung bei der Analyse des Trinkwassers geben. Nach der alten Verfahrensweise können auch kleinere Wasserversorgungsunternehmen die Summe der Pestizide in einem Gesamttest erfassen. Müsste jeder Stoff einzeln detektiert werden, stiege der analytische Aufwand immens. Nachteilig ist ebenfalls, dass die Industrie nicht verpflichtet ist, die Nachweismethode für neu entwickelte Stoffe den Wasserwerken mitzuteilen.
Die Trinkwasserproblematik verschärft sich noch. Es sind Bestrebungen im Gange, in Europa die heute verbotenen Stoffe DDT und Lindan wieder als Pestizide zuzulassen. In der jüngsten Zeit sollen Rückstände von Medikamenten im Trinkwasser aufgetaucht sein. Auch die Pflanzenschutzmittel, die in den 80er und 90er Jahren eingesetzt wurden, sind eines Tages im Grundwasser wiederzufinden. Die Liste der unerwünschten Stoffe steigt stetig an.
Als Folge unseres unverantwortlichen Verhaltens gegenüber dem wichtigsten Rohstoff steigen die Konzentrationen hunderter organischer und anorganischer Verbindungen. Ihre Einzelwirkung auf den Menschen ist kaum, die Folgen ihrer Summierung noch gar nicht erforscht. Grenzkonzentrationen für das Hältern oder die Zucht von Fischen sind äußerst rar und beziehen sich ausschließlich auf Nutzfische im Kaltwasser (Ramsch 1994). Untersuchungen bei tropischen Zierfischen oder gar den empfindlichen Meerwasserorganismen gibt es nicht.
Der Aquarianer steht meist vor dem Problem: "Wie kann ich aus Leitungswasser für mein Aquarium vernünftiges Wasser machen?"

 

Umkehrosmosetechnik als Wasseraufbereitungsmethode

Neben Ionenaustausch (Vollentsalzung), Aktivkohlefilterung und Destillation hat die Umkehrosmosetechnik einen festen Platz bei der Wasseraufbereitung eingenommen. Die Vorteile liegen in der hochgradigen Entfernung von allen Wasserinhaltsstoffen sowie in der einfachen und sicheren Handhabung (siehe Tab. 1).

Methode

Ionenaustausch

Aktivkohle

Destillation

Umkehrosmose

Anschaffungskosten

mittel

niedrig

hoch

hoch

Betriebskosten

mittel

niedrig

sehr hoch

hoch

Stromkosten

nein

nein

hoch

(nein)

Abwasser/Spülwasser

ja

(nein)

ja

ja

Wartungsaufwand

hoch

niedrig

niedrig

niedrig

Kontrolle möglich

ja

nein

ja

ja

pH-Veränderung

ja

nein

ja

ja

Entfernung von: Härte

ja

nein

ja

ja

Entfernung von: Nitrat

ja

nein

ja

ja

Entfernung von: Phosphat

ja

nein

ja

ja

Entfernung von: Kieselsäure

(ja)

nein

ja

ja

Entfernung von: Salzkonzentration

ja

nein

ja

ja

Entfernung von: organische Spurenstoffe

nein

ja

ja

ja

Tab. 1: Vergleich einiger Wasseraufbereitungsmethoden

Die Umkehrosmosetechnik (englisch: reverse osmose) ist einer extrem feinen Filtration vergleichbar und wird daher auch als Hyperfiltration bezeichnet. Die bekannte "gröbere" Filtriertechnik - wie sie z.B. in jedem Aquarienfilter verwirklicht wird - benötigt im Gegensatz zur Umkehrosmosetechnik keinen Druck. Die Umkehrosmosemembranen besitzen eine so feine Struktur, dass sie semipermeable (halbdurchlässige) Eigenschaften besitzen. Dieses besondere Charakteristikum trägt zur technischen Umkehrung des in der Natur weit verbreiteten Prinzips der Osmose bei.
Osmose - d.h. selbsttätige Stoffwanderung durch Membranen - tritt immer dann auf, wenn zwei wässrige Lösungen mit unterschiedlichen Ionenkonzentrationen (unterschiedlich vielen Salzteilchen) durch eine halbdurchlässige Membran voneinander getrennt sind. Die semipermeable Membran lässt nur das Lösungsmittel, nicht aber die gelösten Substanzen durch. Denn damit kann zum einen der Wasserhaushalt einer jeden Zelle reguliert und zum anderen der stabilisierende Innendruck (Turgor, osmotischer Druck) aufrecht gehalten werden.
Physikalisch gesehen, sind Teilchenlösungen, die voneinander durch Membranen getrennt sind, immer bestrebt, ihre Konzentration auszugleichen. Also wollen Teilchen der hochkonzentrierten Seite auf die Seite der niedrigeren Konzentration gelangen. Da die Membran eine Barriere darstellt, die die größeren Teilchen nicht ohne weiteres durchwandern können, strömen statt dessen die kleineren Wassermoleküle von der niedrig konzentrierten Seite auf die höher konzentrierte. Dabei fließen die Wassermoleküle so lange, bis entweder die Teilchenkonzentrationen der beiden Seiten ausgeglichen sind oder ein Druck auf der hochkonzentrierten Seite aufgebaut wird - der sogenannte osmotische Druck. Dabei gehorcht der osmotische Druck einer stark verdünnten Lösung den Gesetzen, die für ideale Gase gelten. Er steigt proportional zur Konzentration der Lösung an und nimmt proportional zur Temperatur zu.
Osmoseprozesse sind uns allen schon einmal begegnet. Wir ernten z.B. nach einem Regenschauer reife Kirschen und stellen fest, dass sie eingerissene oder vernarbte Stellen bekommen haben. Hier hat die Kirschhaut die Funktion einer semipermeablen (halbdurchlässigen) Membran übernommen. Auf der Innenseite dieser Membran befindet sich der Kirschsaft mit einer hohen Teilchenkonzentration in Form von Zucker, außen hängen die Regentropfen, die als ideales Lösungsmittel fungieren. Da die Zuckermoleküle aufgrund ihrer Größe nicht durch die Membran nach außen wandern können fließen statt dessen die Wassermoleküle ins Innere der Kirsche. Eine reife Kirsche kann jedoch ihr Volumen nicht wesentlich vergrößern, um das zusätzliche Wasser aufzunehmen. Folglich steigt der Innendruck der Kirsche so weit an, bis die Kirschhaut schließlich einreißt.
Bei der Umkehrosmosetechnik wird das Osmoseprinzip umgekehrt. Auf der Seite mit den hohen Ionenkonzentrationen (Leitungswasser, Rohwasser) wird ein Druck angelegt (Wasserleitungsdruck), der das Wasser in die andere Richtung zwingt, nämlich auf die Reinwasserseite mit der niedrigeren Konzentration. Die unerwünschten gelösten Stoffe können aufgrund ihrer molekularen Größe nicht durch die ultrafeine Membran gelangen. Auf der Reinwasserseite sammelt sich somit ausschließlich gesäubertes Wasser.

Einflüsse auf die Wasserleistung und -qualität einer Umkehrosmoseanlage

Sowohl Wasserleistung als auch Qualität des Reinwassers (Permeats) werden von einigen Größen beeinflusst. Die wichtigste Rolle spielt dabei der Wasserdruck, der an der Umkehrosmosemembran anliegt. Je höher der Druck, desto mehr Reinwasser kann die Anlage pro Stunde produzieren. Zum Beispiel erzeugt eine Umkehrosmosemembran, die bei 4 bar 90 Liter pro Tag liefert, bei 8 bar bereits 180 Liter. Bei halben Druck kann mithin nur die Hälfte der Reinwasserleistung erreicht werden.
Sinkt der Wasserdruck, sinkt auch die Rückhalterate einer Umkehrosmoseanlage. Die Rückhalterate ist ein Maß für den Reinigungsvermögen einer Membran:



Moderne Umkehrosmoseanlagen halten bei 4 bar Wasserdruck 95 bis 97% der Stoffe zurück. Bei steigendem Druck kann die Rückhalterate leicht verbessert werden. Unter 3-4 bar fällt sie jedoch weit unter 90%. Besonders kritisch sind dabei die Stoffe, die sowieso nicht gut zurückgehalten werden.
Ammonium, Cyanid, Silicium (Kieselsäure), Bor, Borat (Salze der Borsäure) und Chromat werden bei 4 bar Druck zu unter 90% zurückgehalten, Bromid, Nitrat und Fluorid zu ca. 90%. - In der Praxis bedeutsam sind allerdings nur Nitrat und Kieselsäure. Sind diese Stoffe im Leitungswasser hochkonzentriert, kann im Reinwasser ihre Konzentration immer noch zu hoch sein - besonders bei zu niedrigem Druck. Dann muss besonders darauf geachtet werden, dass der volle Leitungsdruck ausgenutzt oder durch Druckerhöhungspumpen gegebenenfalls angehoben wird und die Qualität der Membran optimal ist.
In Deutschland werden für Kleinumkehrosmoseanlagen zwei Membrantypen angeboten: Zum einen Membranen aus Celluloseacetat oder aus Cellulosetriacetat. Diese Membranen sind preisgünstig, können aber von Bakterien zerstört werden. Zudem müssen Anlagen mit diesen Membranen unbedingt ununterbrochen in Betrieb sein, um längere Zeit zu halten. Eine Chlorung des Wassers ist bei diesen Typen unerlässlich. Im Gegensatz dazu sind bakterienresistente Kunststoffmembranen zwar in der Anschaffung teuer, haben aber zusätzlich zur langen Haltbarkeit und zur Möglichkeit des Intervallbetriebs im allgemeinen höhere Rückhalteraten.
Vergleiche zwischen Cellulosetriacetat- und Polyamid-Polysulfon-(TFC)-Membran eines Herstellers machen die Unterschiede deutlich. Die Rückhalteraten für Nitrat und Silikat lagen bei der Cellulosemembran bei 4 bar bei 50-70% bzw. bei 80-90%, die der TFC-Membran bei 90-95% bzw. 92-95%.
Ein weiterer Faktor, der maßgeblich die Reinwasserleistung einer Umkehrosmosemembranen beeinflusst, ist die Wassertemperatur an der Membran. Je kälter die Wassertemperatur, desto niedriger die Leistung der Membran (siehe Tab. 2). Die Rückhalterate dagegen verändert sich nur unwesentlich bei verschiedenen Temperaturen.

Temperatur in °C

0

5

10

15

20

25

30

35

Literleistung einer TFC-Membran in l/d

55

65

75

90

110

120

145

170

Tab. 2: Wasserleistung einer Umkehrosmosemembran (TFC) bei steigender Temperatur.

Die Summe aller im Wasser gelösten Stoffe - im englischen bezeichnet als total dissolved solids = TDS - beeinflusst sowohl Wasserleistung als auch Rückhalterate. Diese Tatsache ist leicht zu verstehen: zwischen Leitungswasserseite und Reinwasserseite besteht während des Betriebs ein Konzentrationsgefälle der gelösten Stoffe. Nach dem Prinzip der Osmose entwickelt sich der osmotische Druck, der dem Arbeitsdruck der Anlage entgegengesetzt ist. Das bedeutet, je höher der Konzentrationsunterschied ist, desto höher ist der osmotische Druck, und damit fällt der effektive Arbeitsdruck an der Membran. Für den Aquarianer ist diese Tatsache jedoch kaum relevant.
Die Salzgehalte liegen im Trinkwasser meist zwischen 100 und 500 mg/l. Die dabei auftretenden osmotischen Drücke sind vernachlässigbar. Bei 500 mg/l Salzgehalt - das sind ganz grob umgerechnet ca. 1000 µS/cm - sinkt der Arbeitsdruck um weniger als 0,5 bar ab. Bei der Meerwasseraufbereitung jedoch fällt der osmotische Druck stark ins Gewicht.
Niedrige Verhältnisse vermindern zwar die laufenden Wasserkosten, vergrößern aber die Gefahr der Membranverblockung. Bei einigen Leitungswässern fallen bei der geringsten Aufkonzentrierung sofort einige Salze aus und verstopfen die Membran. Ganz grob gilt die Regel, dass bei höheren Härtegraden die Verblockungsgefahr steigt.
Leider existieren einige Ausnahmen: es gibt sowohl sehr weiche Wässer, die stark zum Verblocken neigen, und es gibt sehr harte Wässer, die gut stabilisiert sind, d.h. die Verblockungsgefahr ist niedrig. Aus den Wasseranalysen der Wasserwerke können nur bedingt Aussagen über die Verblockungsgefahr gezogen werden.
Leider ist ein Test, der den sogenannten Verblockungsindex misst, sehr aufwendig und damit teuer. Die Hersteller der Kleinumkehrosmoseanlagen vertrauen auf gemittelte Erfahrungswerte bei der Einstellung des Abwasser-Reinwasser-Verhältnisses. Dabei legen die einen mehr Wert auf Wassersparsamkeit (niedrige Verhältnisse), die anderen auf lange Haltbarkeit der Umkehrosmosemembran (höhere Verhältnisse). Gute Erfahrungen wurden bei den üblichen Umkehrosmose-Wickelmodulen (ohne Wasservorbehandlung) in Deutschland mit Abwasser-Reinwasser-Verhältnissen von 2:1 bis 4:1 gemacht.

Abb. 1: Abhängigkeit der Reinwasserqualität von der Rohwasserqualität und des eingestellten Abwasser-Reinwasser-Verhältnisses bei einer Membran, die 95% der gelösten Salze zurückhält. (Kurven berechnet)

In der Abbildung 1 ist dargestellt, wie sich die Reinwasserqualität (ausgedrückt als Leitwert: je niedriger der Leitwert, desto reiner das Wasser) verändert. Jede Kurve steht für eine Leitungswasserqualität: die Kurve "1000 µS/cm" gilt bei sehr hartem Wasser, die Kurve "100 µS/cm" bei sehr weichem Wasser. Man sieht sehr anschaulich, dass bei Verhältnissen von 10:1 bis ca. 4:1 die Reinwasserqualität gut ist. Bei niedrigeren Verhältnissen verschlechtert sich die Reinheit des Permeats deutlich. Bei extrem salzarmem, sehr gut stabilisiertem Wasser kann das Verhältnis bis ca. 1:1 erniedrigt werden. Noch geringere Verhältnisse können auf Dauer nur mit einer vorgeschalteten Enthärtungsanlagen oder Dosieranlage für härtestabilisierende Substanzen erreicht werden. Die kostspielige Vorbehandlung des Wasser ist aber nur bei Großanlagen sinnvoll. Diese arbeiten mit höheren Drücken und gleichen durch die damit erreichte Rückhalterateerhöhung den Nachteil des konzentrierteren Ausgangswassers aus.

Qualitätsmerkmale einer Umkehrosmoseanlage

Bei Vergleichen zwischen verschiedenen Anlagen verschiedener Hersteller sollten mehrere Aspekte berücksichtigt werden.
Die für den Aquarianer wichtigste Eigenschaft ist die Wasserleistung pro Tag. Wie oben beschrieben, kann eine Leistungsangabe nur bei gleichzeitiger Angabe von Wasserdruck und Temperatur sinnvoll sein. Realistische Arbeitsdrücke liegen bei 3-5 bar - nur in seltenen Fällen steht dem Aquarianer mehr Druck zur Verfügung. Die Temperatur des Leitungswassers liegt i.A. bei 10-15°C - Leistungsangaben bei z.B. 25°C spiegeln nur eine hohe Wasserleistung vor, die im praktischen Betrieb nie erreicht wird. Eine zusätzliche Erwärmung des Leitungswassers lohnt sich in den meisten Fällen nicht.
Der zweite wichtige Punkt ist die Rückhalterate der Anlage. Um diesen Parameter vergleichbar zu machen, muss zumindest der Druck mit angegeben werden. Genauere Angaben über die Rückhalterate erfordern zusätzlich Daten über die Höhe des Salzgehalts im Ausgangswasser, das eingestellte Abwasser-Reinwasser-Verhältnis (oder die Ausbeute) und die Temperatur.
Neben Preis und Kenndaten der Umkehrosmosemembran liefert die Ausstattung der Anlage wichtige Anhaltspunkte. Besteht die Möglichkeit, dass zumindest zeitweise Chlor im Leitungswasser ist, muss unbedingt ein Aktivkohlefilter vorgeschaltet werden. Der Aktivkohlefilter entfernt Chlor und andere Oxidationsmittel wie z.B. Ozon. Die in Deutschland meist verwendete Umkehrosmosemembran ist aus Kunststoff; und zwar aus Polyamid-Polysulfon (TFC-Membran = Thin Film Composit) oder aus einem Derivat des Polyvinylalkohols. Alle Kunststoffmembranen sind mehr oder weniger empfindlich gegen Oxidationsmittel wie z.B. Chlor. Auch wenn die Membran die im Leitungswasser enthaltenen Chlorkonzentrationen ohne Schädigungen ertragen sollte, muss unbedingt ein Aktivkohlefilter vorgeschaltet bzw. nachgeschaltet werden. Chlor und Ozon passieren nämlich wie alle Gase fast vollständig die Membran und reichern sich im Reinwasser an. Wenn dieses gechlorte oder ozonisierte Reinwasser direkt ohne Nachbehandlung in das Aquarium gegeben wird, können gefährliche Kiemenverätzungen auftreten.
Die Aktivkohle vor (Polyamid-Polysulfon-Membran) oder nach (Polyvinylalkoholderivat-Membran) dient nur zu einem Zweck: sie zerstört die Oxidationsmittel, adsorbiert aber keine anderen Schadstoffe. Chlor wird nicht! an der Aktivkohle gebunden. Vielmehr wird das Chlormolekül an der Oberfläche der Aktivkohle katalytisch zu hypochloriger Säure und Salzsäure gespalten:

Cl2 + H2O <-> HOCl + HCl
Chlorgas + Wasser <-> hypochlorige Säure + Salzsäure

Die hypochlorige Säure reagiert weiter zu Salzsäure und einem Sauerstoffradikal:

HOCl <-> HCl + O.
hypochlorige Säure <-> Salzsäure + Sauerstoffradikal

Das Sauerstoffradikal hat bakterientötende Wirkung; deswegen wird Trinkwasser gechlort. Das Sauerstoffradikal kann an der katalytischen Aktivkohle zu molekularem Sauerstoff reagieren und damit unschädlich gemacht werden.
Auch organische Stoffe werden nicht (oder zu einem extrem niedrigen Grad) an der Aktivkohle adsorptiv gebunden. Die vorgeschalteten Aktivkohlefilter haben nur wenige Gramm Aktivkohle (ausreichend für die Chlorzerstörung). Sowohl Menge als auch Qualität der Kohle reichen nicht aus, um organische Stoffe, wie z.B. Pestizide, aus dem Wasser zu filtern. Dafür ist die Aufenthaltszeit des Wassers in dem Aktivkohlefilter zu gering. Vielmehr benötigt Leitungswasser bei guten Aktivkohlen Kontaktzeiten von 20-40 Minuten, um wirksam von organischen Spurenstoffe befreit zu werden (Krause 1992, Ramsch 1992). Die Chlorzerstörung braucht dagegen nur wenige Sekunden Zeit.
Der Aktivkohlefilter hat somit nur die Aufgabe, Oxidationsmittel katalytisch zu zerstören. Demgegenüber werden organische Stoffe von der Umkehrosmosemembran zurückgehalten. Gerade bei den großen Pestizidmolekülen sind die Rückhalteraten sehr hoch: 95 bis über 99% bei 4 bar. Weil der Aktivkohlevorfilter nur extrem wenig Giftstoff adsorbiert, vielmehr die Umkehrosmosemembran diese Stoffe zurückhält, kann kein plötzlicher Durchbruch der Stoffe erfolgen - wie bei der langsamen Aktivkohlefilterung zur Entfernung organische Stoffe aus Leitungswasser möglich.
In bedeutenden Konzentrationen können Giftstoffe nur durch die Membran gelangen, wenn der Arbeitsdruck nicht ausreicht (Minimum 2-3 bar) oder die Membran defekt ist. Die Membran kann schnell geprüft werden, indem die Leitfähigkeit (oder KH oder GH) des Leitungswassers und des Permeats gemessen und die Rückhalterate berechnet werden (Formel siehe oben). Ist die allgemeine Rückhalterate in Ordnung, ist die Membran nicht defekt. dass die Membran nur für einen bestimmten Stoff durchlässig wird, ist nicht möglich. Meist beruhen solche Messergebnisse auf defekten Tests. Z.B. sind die in der Aquaristik gebräuchlichen Nitrattests bei Überlagerung oder falscher Lagerung sehr ungenau. Sicher sind z.B. KH-Test und GH-Test; die genaueste Methode ist die Bestimmung des elektrischen Leitwerts (reziproker Wert des elektrischen Widerstandes).


Abb. 2: Fließschema einer Umkehrosmoseanlage (die durchgezogenen Bauelemente sind notwendig, die gestrichelten müssten nur bei gegebenen Anlass eingebaut werden).

Theoretisch würde der Aktivkohlefilter unbegrenzt halten, da sich Katalysatoren nicht verbrauchen. In der Praxis setzen sich Partikel oder Ablagerungen aus dem Trinkwasser auf die Aktivkohlekörnchen und legen die katalytische Wirkung der Aktivkohleoberfläche lahm. Als Faustregel gilt: wenn der Feinfilter einer Umkehrosmoseanlage nicht mehr funktioniert, muss auch der Aktivkohlefilter gewechselt werden.
Der zweite unentbehrliche Vorfilter einer Umkehrosmoseanlage ist der Feinfilter. Er filtert Partikel (z.B. auch Aktivkohlestaub des Aktivkohlefilters) aus dem Wasser, die ohne ihn die Zwischenräume der Membranoberflächen mit der Zeit verstopfen würden.
Am Feinfilter (wie am Aktivkohlefilter) können sich zusätzlich gelöste Stoffe wie Eisen und Mangan ausfällen. Ab Eisen- und Mangankonzentrationen von ca. 0,1 bis 0,5 mg/l sollte Leitungswasser vorbehandelt werden, bevor es den Aktivkohle- und Feinfilter erreicht. Ansonsten könnten Eisenoxid- und Manganoxidbeläge, die sich auf der Oberfläche der Umkehrosmosemembranoberfläche bilden, Leistung und Qualität der Anlage schnell senken.
Bei Feinfiltern gibt es verschiedene Typen: Oberflächenfilter haben im allgemeinen eine sehr enge Toleranz der Porengrößen, können aber nur gering beladen werden. Bei der Wasserfilterung für Umkehrosmoseanlagen benutzt man zumeist Tiefenfilter, dessen Poren unterschiedlich groß sind. Deshalb wird die "Feinheit" des Filters auch Nominalgröße genannt. Der Tiefenfilter nutzt nicht nur die Oberfläche zur Aufnahme der Partikel, sondern kann die Teilchen im ganzen Filtervolumen verteilen und damit sehr viel mehr aufnehmen.
Bei Umkehrosmoseanlagen sollten Filter mit der Nominalgröße bzw. Porengröße von ca. 3 bis 10 µm benutzt werden. Feinere Filter setzen den Arbeitsdruck der Membran zu schnell herunter und sind teuerer, gröbere Filter lassen zu viel der Stoffe durch und verschmutzen unnötigerweise die Membranoberfläche. Ein zusätzlicher Grobfilter von ca. 20 bis 50 µm Nominal- bzw. Porengröße ist ratsam bei extrem verschmutzten Leitungswasser. In diesem Fall muss der Grobfilter vor Aktivkohle und Feinfilter geschaltet werden. Beim Vergleich von Vorfiltern sollte ebenfalls das Volumen (bzw. die Oberfläche) beachtet werden. Größere Filter nehmen mehr Schmutz auf und halten deswegen länger.
Die Feinfilter sollten regelmäßig kontrolliert werden. Dazu sollte man sich Färbung und Zustand des Filters vor dem ersten Gebrauch notieren und alle 2 bis 6 Monate je nach Benutzung der Anlage vergleichen. Schlammige, rotbraune oder schwarze Beläge und fauliger Geruch sind untrügliche Zeichen für einen zu weit hinausgeschobenen Vorfilterwechsel. Alte und verstopfte Vorfilter mindern Leistung und Qualität des Reinwassers. Deswegen sollten diese beiden Parameter regelmäßig (alle 1 bis 3 Monate) gemessen und notiert werden. Haben sich Reinwasserqualität und -quantität erheblich verschlechtert und ist der Zustand der Umkehrosmoseanlage genau erfasst worden, kann schnell mit dem Hersteller der Anlage besprochen werden, ob die Membran der Anlage "repariert" werden kann oder ausgetauscht werden muss. Vorbereitete Protokollzettel können Sie bei seriösen Herstellern erhalten oder sind Bestandteil der Bedienungsanleitung.
Ein Spülmechanismus verlängert die Lebensdauer der Membran. Beim Spülprozess strömt das Leitungswasser mit hoher Geschwindigkeit an der Oberfläche der Umkehrosmosemembran vorbei und entfernt Ablagerungen und Bakterienkolonien. Als Faustregel gilt, je mehr und je öfter gespült wird, desto länger kann die Anlage gutes Reinwasser produzieren. Bei hartem Wasser sollte mehr gespült werden als bei weichem Wasser. Die Zeitpunkte der Spülung sollten auf jeden Fall mit in das Protokoll eingetragen werden. Für Anwender, die öfter einmal das Spülen vergessen oder eine extrem wartungsarme Anlage haben wollen, gibt es die Möglichkeit, automatische Spüleinrichtungen zu installieren.
Reinwasserqualität und -mengen sollten jede Woche überprüft werden. Sobald ein Wert deutlich abfällt, sollte die Anlage zuerst gründlich gespült werden. Bringt das keinen Erfolg, müssen die Vorfilter gewechselt werden. Wenn dann immer noch keine Besserung eingetreten ist, kann die Membran verblockt sein. Es sollte immer erst Rücksprache mit dem Hersteller der Anlage oder einem anderen Anbieter gehalten werden. Einige Firmen bieten an, Umkehrosmoseanlagen mit Säure oder anderen Chemikalien zu spülen. Oft ist dadurch eine wesentliche Leistungs- und Qualitätssteigerung zu erreichen. Ist aber einmal die Reinwassermenge auf unter 50% der Sollmenge abgefallen, hilft auch eine Spezialreinigung nicht mehr - die Umkehrosmosemembran muss ausgetauscht werden. Wann dies der Fall ist, kann sehr schlecht in einem Zeitmaß ausgedrückt werden. Je nach vorhandener Leitungswasserqualität, Abwasser-Reinwasser-Verhältnis der Anlage, Material der Membran, Qualität der Vorfilterung, Austauschhäufigkeit der Vorfilter, Spülzeiten und Benutzungsdauer der Anlage halten Umkehrosmosemembranen 2 bis 8 Jahre.
Ein nicht zu vernachlässigender Faktor ist die Wartungsfreundlichkeit der Umkehrosmoseanlage. Denn nur eine Anlage, die leicht zu warten ist, wird auch gewartet. Die Anlage sollte nicht im letzten unzugänglichen Winkel montiert sein, in dem nur mit Schwierigkeiten z.B. die Vorfilter gewechselt werden können. Der Zustand der Einwegfilter kann nur beobachtet werden, wenn die Fittings abgeschraubt sind. Fittings müssen demnach leicht und ohne Aufwand demontiert und montiert werden können. Praktischer und auch umweltfreundlicher sind austauschbare oder sogar auswaschbare Filterkartuschen in Filtergehäusen.
Die Schlauchverbindungen sollten leicht herzustellen sein. Falsch montiert können Schläuche bei Druckstößen im Wasserleitungsnetz abspringen und die Wohnung unter Wasser setzen. Selbstverständlich müssen die Zuleitungsschläuche druckfest sein. Gebräuchliche Materialien sind Polyethylen und Polyamid. Der Reinwasserschlauch sollte ebenfalls aus diesen Materialien bestehen. Bei Weich-PVC-Schläuchen, die man z.B. im Heimwerkerbedarf erwerben kann, ist es möglich, dass die Weichmacher des Kunststoffes in das Reinwasser übergehen und großen Schaden im Aquarium anrichten. Bei Reinwasserschläuchen aus PVC mit Weichmachern auf Phosphatbasis kann es vorkommen, dass im Reinwasser höhere Phosphatkonzentrationen enthalten sind, als im Leitungswasser. Das Reinwasser sollte deshalb nur mit chemisch inerten Kunststoffen oder Glas in Berührung kommen.
Bei Beachtung der oben aufgeführten Punkte ist die Umkehrosmose eine sichere und leicht handhabbare Technik der Wasseraufbereitung. Für viele Aquarianer ist die Umkehrosmoseanlage kaum noch mehr wegzudenken.


Literatur

Aurand et al. (Hrsg.) 1991: Die Trinkwasserverordnung - Einführung und Erläuterungen für Wasserversorgungsunternehmen und Überwachungsbehörden. 3. Aufl.. Erich Schmidt.

Krause, H.J. 1992: Aktivkohlefilterung bei Verdacht auf schadstoffhaltiges Wasser - Eigenschaften und richtige Dimensionierung. Diskus Brief 4: 106-110.

Ramsch, B. 1992: Was bewirkt Aktivkohle? D. Aqu. u. Terr. Z. (DATZ) 11: 730-733.

Ramsch, B. 1994: Wasseraufbereitung als Basis für die Pflege und Zucht von Aquarienfischen. D. Aqu. u. Terr. Z. (DATZ) 12: 802 - 807.
Schwoerbel, J. 1987. Einführung in die Limnologie. 6. Aufl. Stuttgart: Gustav Fischer. S. 85-89.