реверзна осмоза

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Aktualisiert – фебруар 3, 2024

Einführung in die Umkehr-Osmose

Wer kennt es nicht, und für Besitzer von Kirschplantagen ist es ein Graus, das Aufplatzen reifer Kirschen nach einem Regenguss.

Ursache dafür ist das Wirken der осмоза (griechisch für „Eindringen“): Regenwasser trägt nur wenig gelöste Teilchen in sich. Es weist deshalb ein hohes chemisches Potenzial auf.
Das zuckerreiche Wasser im Fruchtfleisch der Kirsche beinhaltet viele gelöste Stoffe. Es hat daher ein niedriges chemisches Potenzial inne.
Um einen Ausgleich der Potenzialunterschiede zu bewirken, nimmt das Fruchtfleisch das Regenwasser auf, wodurch das Volumen der Kirsche zunimmt, die Haut dem Druck letztlich nicht mehr standhalten kann und aufplatzt.

Die реверзна осмоза geht den entgegengesetzten Weg: Wasser mit vielen Verunreinigungen soll in seiner Konzentration von unterschiedlichen (schädlichen) Stoffen in Wasser mit wenigen (bis gar keinen) Verunreinigungen überführt werden.
Hierzu wird das verunreinigte Wasser mit einem hohen Druck durch feine Membranen gepresst. Dort bleiben die zu entfernenden Stoffe hängen. Das austretende Wasser ist, entsprechend der Feinheit der Membranporen, nun frei von Schmutz und unerwünschten Stoffen, wie Bakterien, Viren, Hormone, Antibiotika, etc..
Um den osmotischen Druck von Trinkwasser von etwa 2 bar zu überwinden, muss der aufgewendete Druck mindestens 50% höher sein. Mit steigendem Salzgehalt nimmt auch der osmotische Druck zu, Salzwasser erfordert einen sehr viel höheren Druck: in Sättigung sind etwa 350 bar aufzuwenden.

Umkehr-Osmose-Anlagen zur Trinkwassergewinnung

Trinkwassergewinnung aus Regen, Fluss- oder Teichwasser ist der ursprüngliche Gedanken der Umkehr-Osmose-Technik gewesen. In Krisengebieten, in der Raumfahrt oder Entwicklungsländern sind nach diesem Verfahren arbeitende Anlagen im Einsatz.

Mit zunehmender Verunreinigung des Trinkwassers, insbesondere durch belastende Medikamentenrückstände, gewinnt die Bedeutung dieser Reinigungsverfahren zunehmend auch im privaten Umfeld an Bedeutung.

Entsprechend ist der Anspruch an Filtertechnologien gewachsen. Galt es früher nur Schmutzpartikel von > 10 µm zu entfernen, sind heute weitaus diffizilere Aufgaben zu erfüllen.
Filter, die z.B. Arsen, Blei, Cadmium, Natrium, Sulfat, Calcium, Magnesium, Phosphate, Chloride, Fluoride, Nitrate, Nitrit, radioaktive Stoffe, Bakterien, Viren, Dioxine, organische Stoffe, Chlor, Pestizide, Insektizide und Medikamentenrückstände zurückhalten, arbeiten mit Porenweiten von nur noch 0,02 µm. Zum Vergleich, ein feines Menschenhaar misst zwischen 0,02 .. 0,04 mm, ist also 1.000 mal dicker. Bakterien sind zwischen 0,1 .. 700 µm und Viren 0,015 .. 0,44 µm groß.

Die Filterleistung von Umkehr-Osmose-Anlagen wird in GPD (gallons per day) angegeben. 100 GPD entsprechen einer täglichen Reinstwassererzeugung von 380 Litern.

Handelsübliche Anlagen erzeugen i.d.R. zwischen 1.500 und 2.250 Liter am Tag (400 .. 600 GPD), bzw. etwa 1,1 .. 1,5 Liter / Minute und kosten in 7-stufigem Filteraufbau 300 .. 400 Euro, inkl. eines Ersatzfilter-Sets.

Hygieneaspekte

Nachdem nur noch Viren kleiner 0,02 µm den feinsten Filter noch gerade passieren können, sollte man davon ausgehen können, dass keinerlei Bedenken hinsichtlich Hygiene bestehen.

In Urlaubszeiten, wenn kein Wasser entnommen wird, könn(t)en sich in den Filtern Bakterien ansiedeln. Allerdings hätten diese keine Chance den 0,02 µm-Filter zu passieren. Zudem sorgen automatisierte Spülintervalle dafür, dass solchen Besiedelungen vorgebeugt wird.

99,99%-ige Keimfreiheit wird durch nachgeschaltete UV-Entkeimungsanlagen gewährleistet. Hier strömt das Wasser an einem Quarzglaszylinder entlang, in dessen Innern ein UV-Strahler installiert ist. UV-Licht tötet Bakterien und Viren ab und verhindert Algenbildung.

Mit einer 16W UV-Lampe zu rund 130,-, Euro ist bei der o.g. Durchflussmenge eine IRAY-Dosis von etwa 4.000 J/m³ realisierbar, – der zehnfache Wert dessen, was in der Praxis standardmäßig als Empfehlung gilt.

Chlor und Chloramine werden bei ausreichender UV-C Dosis abgebaut. Um jedoch die erforderliche Dosis zu erreichen, ist eine langsame(!) Passage des zu reinigenden Wassers im UV-C Klärer erforderlich.

Idealerweise lässt man – im Alltagsbetrieb daheim – die Anlage über eine Dosieranlage mit geringem Durchfluss (ca. 1 Liter je Minute) laufen. Hierbei wird dem Leitungsnetz das Wasser entnommen und über die Dosierpumpe durch den UV-C Klärer hindurch in einen Hygiene-Trinkwassertank (Fassungsvermögen ca. 30 Liter, bzw. an den täglichen Trinkwasserverbrauch angepasst) gefüllt.
Durch die extrem langsame Fließgeschwindigkeit ist das resultierende Wasser chlor- und keimfrei.

Abwasser

Da bei der Aufbereitung des reinen Osmose-Wassers auch belastetes Abwasser produziert wird, steigt dadurch der effektive Wasserverbrauch um etwa 100% oder mehr an.

Die vorstehend erwähnte 7-stufige Anlage kommt mit 1 Liter Abwasser auf 1 Liter Osmose-Wasser aus.

Insoweit ist bei der Montage einer Umkehr-Osmose-Anlage immer auch eine Abwasserleitung erforderlich. Dieses Abwasser kann, ggf. auch in eine Zisterne gegeben werden, aus der die WC-Spülung gespeist wird, sofern im Haus zwei Wasserkreisläufe installiert sind.

Laufende Kosten

Ab einem Leitungsdruck von 3 bar lässt sich eine Umkehr-Osmose-Anlage stromlos betreiben. Wer jedoch nicht auf automatische Spülung und UV-Hygienestation verzichten möchte, benötigt einen 230V-Anschluss.

Ein Filterwechsel alle sechs Monate schlägt mit um die 50,- Euro zu Buche.

UV-C-Lampen haben eine Lebensdauer von 8.000 .. 10.000 Stunden, also etwa einem Jahr und kosten an die 20 Euro.

In Summe ergeben sich 12 .. 15 Euro monatliche Fixkosten für den Betrieb.

Ökonomie

Wer dem ökonomischen Gedanken, neben dem Hygieneaspekt, Aufmerksamkeit zollen will, wird das für die Spülvorgänge aufgewendete Wasser nicht ungenutzt im Abfluss verschwinden lassen wollen.

Zu bedenken ist allerdings, dass dieses Spülwasser die ausgespülten „Schadstoffe“ in höherer Konzentration als das normale Wasser, gleich welcher Herkunft, enthält und deshalb nicht für hygienekritische Aufgaben verwendet werden sollte!

Gegen einen separaten Wasservorrat für z.B. die Toilettenspülung spricht hingegen nichts.