Ramsch, B. & Sellner, B.R. 2000: Umkehrosmosetechnik - wie funktioniert das? Koralle 1 (2): 60-63.

Umkehrosmosetechnik - wie funktioniert das?

von Burkhard Ramsch und Beate R. Sellner, Diplom-Biologen der Firma AquaCare, Herten

Wie funktioniert Umkehrosmosetechnik?
Wovon hängen Wasserleistung und Reinheit ab?
Wie sollte eine Umkehrosmoseanlage ausgestattet sein?
Grenzen der Umkehrosmosetechnik
Literatur


Wie funktioniert Umkehrosmosetechnik?





 

Abb. 1: 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.


Abb. 2: 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.

Wovon hängen Wasserleistung und Reinheit ab?

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.

 

Wie sollte eine Umkehrosmoseanlage ausgestattet sein?

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.


Das Spülventil einer Umkehrosmoseanlage
Foto: Daniel Knop

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.

 

Grenzen der Umkehrosmosetechnik

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.


Literatur

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.