Was ist Umkehrosmose?

Umkehrosmoseanlagen werden immer weiter entwickelt. Längst setzt man sie nicht mehr nur im industriellen Bereich, sondern auch im Haushalt ein. Dennoch herrscht oft Unklarheit darüber, wie der Prozess der Umkehrosmose eigentlich genau funktioniert. In diesem Beitrag möchten wir Licht ins Dunkel bringen und die physikalischen Vorgänge bei der Umkehrosmose genau beleuchten.

Schon gewusst? Ursprünglich wurde die Umkehrosmose für Militär und Raumfahrt entwickelt und diente dazu, Abwasser wieder trinkbar zu machen.

Das Prinzip der Umkehrosmose

Umkehrosmose ist ein physikalischer Prozess zur Wasseraufbereitung. Die Reinigung des Wassers erfolgt dabei durch die Aufspaltung von Schmutz- und Wasserpartikeln. Im Verfahren werden diese voneinander getrennt, wobei Osmosewasser zum einen und Abwasser zum anderen entsteht. Möglich ist das durch eine Umkehrung des natürlichen osmotischen Verlangens, einen Konzentrationsausgleich herzustellen.

Beschreiben lässt sich das so: In Flüssigkeiten jeglicher Art sind die Moleküle zu einer gleichmäßigen Verteilung bestrebt. Dadurch bleibt die Konzentration im Wasser stabil. Setzt man eine Umkehrosmoseanlage ein, passiert nun Folgendes: Der Druck des osmotischen Verlangens wird in die entgegengesetzte Richtung übertroffen, sprich umgekehrt. Jetzt stellt es kein Problem mehr dar, die einzelnen Moleküle im Wasser voneinander zu trennen, wodurch es zu einer extrem feinen Reinigung kommt.

Umkehrosmoseanlagen, der Einfachheit halber auch als Osmoseanlagen bezeichnet, filtern das Wasser viel feiner als herkömmliche Feinfilter, bei denen nur ein einfaches Siebverfahren eingesetzt wird.

Im Folgenden erläutern wir Ihnen das Prinzip der Umkehrosmose und der Osmose-Membran. Als anschauliches Beispiel nutzen wir dazu die Aufbereitung von salzhaltigem Wasser.

Der Anfangszustand bei der Osmose

Stellen Sie sich zunächst ein Gefäß vor, welches in der Mitte durch eine Membran getrennt ist. Diese ist so fein, dass sie ausschließlich Wasser in seiner reinsten Form durchlässt. Damit sind ausschließlich die Wassermoleküle selbst gemeint. Auf der linken Seite ist das Gefäß mit Roh- oder Leitungswasser befüllt. Dieses enthält verschiedene Verunreinigungen, zum Beispiel Salze.

Auf der rechten Seite des Gefäßes befindet sich reines Osmosewasser.

Der Prozess der natürlichen Osmose

Normalerweise zieht Salz reines Wasser an. Somit würde sich das Osmosewasser durch den natürlichen osmotischen Prozess auf die Seite des Rohwassers bewegen und dabei die Membran passieren. Grund dafür ist, dass der osmotische Druck des Rohwassers hier höher ist als der des reinen Osmosewassers.

Wenn das Gefäß geschlossen wäre, würde der Druck auf der Rohwasserseite deutlich höher sein als der auf der Reinwasserseite.

Der Prozess der Umkehrosmose

Dieser physikalische Prozess wird eingesetzt, indem eine Umkehrung des Osmoseprozesses stattfindet (daher der Begriff Umkehrosmose). Wird nun von außen Druck auf die Seite des Rohwassers ausgeübt, erhöht das auch den Druck im Rohwasser.

Über die Membran findet ein Druckausgleich statt – dieses Mal jedoch auf die Reinwasserseite. Dieser Vorgang hält so lange an, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Weil die Membran ausschließlich Wassermoleküle hindurchlässt, gelangt nur reinstes Wasser auf die andere Seite des Gefäßes.

Die Herstellung von Osmosewasser

Das reine Osmosewasser kann jetzt entnommen und verwendet werden. Die Membran wird während der Produktion von Wasser stetig gespült, weil die Konzentration von Fremdstoffen auf der Seite des Rohwassers andernfalls immer weiter ansteigen würde. So verschwinden die Verunreinigungen einfach im Abfluss.

Wie hoch der Anteil des Restwassers ausfällt, ist dabei unter anderem von diesen Voraussetzungen abhängig:

• Konzeption der Anlagen
• Leistungsfähigkeit der Membran
• Eingangsdruck des Rohwassers
• Temperatur
• Art der Verunreinigung und damit einhergehende Größe des osmotischen Drucks

Umkehrosmose findet in vielen verschiedenen Bereichen Anwendung, wie zum Beispiel in der Getränkeindustrie und in der Herstellung von Wein. Vorrangig wird sie jedoch in der Wassertechnik eingesetzt.

In diesen Wasseraufbereitungsanlagen ist die Umkehrosmose ein wichtiger Bestandteil:

• Erzeugung von Trinkwasser: zur Meerwasser-Entsalzung oder zur Entnitratisierung im Teilstromverfahren, auch zur Aufbereitung von Produktwasser für die Lebensmittel- und Getränkeherstellung
• Prozesswasser- und Brauchwasser-Produktion: Aufbereitung von Prozesswasser, Entsalzung von Rohwasser zum Schutz der Maschinen und Anlagen vor schädlichen Ablagerungen
• Rein- und Reinstwasseraufbereitung: Produktion von Krankenhauswasser und vollentsalztem Wasser zur Speisung von Sterilisatoren, Laborwasseraufbereitung, Reinstwassererzeugung für Elektronikherstellung, Pharmawasseraufbereitung
• Abwasserbehandlung und Wasser-Recycling: Aufbereitung von Abwasser, Wasserrückgewinnung

Welche Verunreinigungen entfernt die Umkehrosmose?

Auch bei der Destillation von Wasser wird ein sehr hoher Reinheitsgrad des Wassers erreicht – allerdings ist diese um einiges energieaufwendiger als die Umkehrosmose. Bei dieser können alle Stoffe entfernt werden, die im Wasser gelöst sind. Welche im Normalfall dazu zählen, sehen Sie in der folgenden Grafik:

Verbleiben diese Stoffe im Wasser, besteht die Gefahr, dass Ihrer Gesundheit geschadet wird.

Werden bei der Umkehrosmose auch Mineralstoffe entfernt?

Bei Mineralstoffen handelt es sich um anorganische Nährstoffe, die unser Organismus nicht selbst herstellen kann. Da die Mengen- und Spurenelemente häufig in Salzen gebunden sind, werden sie bei der Umkehrosmose weitestgehend herausgefiltert. Es muss an dieser Stelle jedoch erwähnt werden, dass der menschliche Körper seinen Bedarf an Mineralstoffen vordergründig über eine ausgewogene Ernährung abdeckt und nicht, wie häufig angenommen, über das Trinkwasser.

Durch das Trinken von Umkehrosmosewasser besteht höchstwahrscheinlich keine Gefahr für Ihre Gesundheit. Im Gegenteil: Heutzutage nehmen wir oft zu viele Salze auf, zum Beispiel in Form von klassischem Kochsalz. Dabei wird vor allem Natriumchlorid (NaCl) im Überfluss konsumiert und sollte nach Ansicht von Medizinern aktiv reduziert werden. In diesem Fall kann es sogar helfen, mineralarmes Wasser zu trinken, damit die Nieren unterstützt und überschüssige Salze aus dem Körper entfernt werden.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Nieren von Neugeborenen in der Regel noch nicht dazu in der Lage sind, Schadstoffe sowie natürliche Mineralien in ausreichender Menge wieder aus dem Körper zu befördern. Viele Wässer eignen sich deshalb nicht für die Zubereitung von Babynahrung. Empfohlen wird auch, geeignetes Wasser vor der Zubereitung abzukochen, was der Abtötung von Bakterien und einer Reduzierung von im Wasser vorkommenden Keimen dient.

In Osmosewasser sind beide Komponenten fast vollständig herausgefiltert. Somit eignet sich das aufbereitete Wasser sehr gut für Babys und Kleinkinder und trägt sogar zu deren gesunder Entwicklung bei. Was hingegen die Symptome einer Wasservergiftung beim Baby sind, erfahren Sie ebenfalls in unserem Blog.

Osmosewasser versus destilliertes Wasser

Sowohl Osmosewasser als auch destilliertes Wasser sind so aufbereitet, dass sie beinahe zu 100 % frei von Keimen und Schadstoffen sind, die im natürlichen Wasser noch vorkommen können. Dennoch gibt es einen Unterschied zwischen beiden Verfahren.

Während Osmosewasser mechanisch hergestellt wird, indem man es durch eine semipermeable Membran befördert, wird das Wasser bei der Destillation so stark erhitzt, dass es verdampft. Bei der im Anschluss folgenden Verflüssigung im gefühlten Kondensator bleiben die Verunreinigungen aufgrund eines höheren Siedepunktes im Verdampfungsgefäß.

Letzteres hat den Nachteil, dass sehr viel Energie dafür verbraucht wird.

Auch die osmotische Wasseraufbereitung hat verschiedene Vor- und Nachteile. Die Vorteile sind:

• ständiger Betrieb möglich
• umweltfreundlich (keine Regenerationsabwässer)
• wartungsarm
• geringer Platzbedarf
• auch bei hohen Salzgehalten im Wasser einsetzbar

Als nachteilig werden hingegen gesehen:

• keine Vollentsalzung möglich
• häufig optimierte Voraufbereitung notwendig
• erzeugt Abwasser, welches aber teilweise zum Recycling geeignet ist

Weitere Nachteile von Osmosewasser erläutern wir in einem anderen spannenden Artikel.

Umkehrosmoseanlagen: Ein Überblick

Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, wie Osmoseanlagen arbeiten, empfehlen wir Ihnen, sich das „Gefäß“ vom Anfang vorzustellen. Dieses wird in Osmoseanlagen vom Membrangehäuse dargestellt. In diesem sitzt wiederum ebenfalls die halbdurchlässige Membran. Das Gehäuse ist natürlich geschlossen, wodurch ein entsprechender Druck erst ermöglicht wird.

Dieser Druck entsteht entweder durch die Wasserleitung, oder wird durch eine elektrische Druckerhöhungspumpe künstlich erzeugt. Vor allem bei leistungsstärkeren Geräten ist ein hoher Druck effizienter und schneller.

Nachdem das Wasser durch die Umkehrosmose aufgespalten wurde, wird es getrennt voneinander zu unterschiedlichen Ausgängen geführt. Damit Umkehrosmose in dieser Form tatsächlich funktionieren kann, muss eine solche Anlage noch weitere Bauteile besitzen, wie beispielsweise:

• Ventile
• Sensoren
• Spülvorrichtungen

Das eigentliche Umkehrosmoseverfahren findet jedoch ausschließlich im Membrangehäuse statt, weshalb dies der wichtigste Teil der Anlage ist.

Wenn Sie sich für eine Umkehrosmoseanlage entscheiden, haben Sie verschiedene Möglichkeiten. Viele Hersteller bieten ein breites Portfolio an effizienten Umkehrosmose-Systemen zur Beseitigung von schädlichen Stoffen aus dem Wasser an.

Wählen Sie beispielsweise zwischen Anlagen für Kapazitäten von 10 Liter bis 50 m³ pro Stunde. Je nach Einsatzgebiet und Rohwasserart haben Sie zudem die Möglichkeit, ein- und doppelstufige Umkehrosmosesysteme und RO-Anlagen, kombiniert mit kontinuierlicher Elektronenionisation, zu kaufen.

FAQ

Wir hoffen, dass Ihnen unser Überblick bereits ein gutes Verständnis für die Wasserreinigung mit Umkehrosmose Membranen vermitteln konnte. Fragen, die zum Thema häufig gestellt werden, beantworten wir in diesem Bereich.

Wie funktioniert die Umkehrosmose?

Beim Umkehrosmose-Verfahren wird Rohwasser mit Druck durch eine halbdurchlässige Membran befördert. Wichtig ist dabei, dass der Druck den natürlichen osmotischen Druck übersteigt. Die Membran sorgt dann für einen Druckausgleich und man erhält sauberes Wasser.

Was ist der Unterschied zwischen Osmose und Umkehrosmose?

Um die Osmose besser zu verdeutlichen, kann man sich das Einweichen von Rosinen im Wasser vorstellen. Auf natürlichem Weg diffundiert das Wasser durch die Haut der getrockneten Weintrauben. Es quellt sie also auf und sorgt für einen Ausgleich.

Im Falle einer Umkehrosmose wird das Wasser durch eine semipermeable Membran unter so hohem Druck gepresst, dass der natürliche Prozess der Osmose umgekehrt funktioniert. Sauberes Trinkwasser entsteht so durch die Umkehr-Osmose.

Ist eine Umkehrosmoseanlage sinnvoll?

Im Haushalt sind Umkehrosmoseanlagen vor allem dann sinnvoll, wenn man ganz sichergehen möchte, dass sich keine Schadstoffe mehr im Trinkwasser befinden. Das Trinkwasser, welches in Deutschland aus den Wasserhähnen kommt, ist größtenteils von allen schädlichen Stoffen und Unreinheiten befreit. Dennoch kann es zum Beispiel durch alte Wasserrohre wieder verschmutzt und somit schädlich werden. Im Leitungswasser befinden sich zudem verschiedene Salze, die dem Körper in zu hoher Konzentration nicht guttun.

Für Küchengeräte kann das nahezu reine Wasser aus der Umkehrosmoseanlage ebenfalls sehr sinnvoll sein. Das macht sich vor allem dadurch bemerkbar, dass sich weniger Kalk und andere Unreinheiten daran ablagern und Sie in der Folge einen geringeren Reinigungsaufwand haben.

Was ist der Unterschied zwischen destilliertes und Osmosewasser?

Der Unterschied zwischen Osmosewasser und destilliertem Wasser liegt vor allem in der Herstellung. Osmosewasser besteht genau wie destilliertes Wasser ausschließlich aus H₂O-Molekülen. Spurenelemente und Elektrolyte kommen darin nicht mehr vor.

Im Vergleich dazu enthält natürliches Trinkwasser neben H₂O auch Stoffe wie Kalium, Natrium, Calcium und Magnesium.

Fazit

Die Umkehrosmose ist ein physikalisches Verfahren, bei dem reines Wasser – auch als Osmosewasser bezeichnet – erzeugt wird. Wie der Name bereits verrät, kehrt man die natürliche Osmose in diesem Prozess um und entfernt so sämtliche Schadstoffe und Verunreinigungen aus dem Trinkwasser. Dabei können auch Mineralien verlorengehen, die der menschliche Körper benötigt, was jedoch durch eine gesunde Ernährung wieder ausgeglichen wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rohwasser bei der Umkehrosmose durch ein Sieb mit so kleinen Poren gepresst wird, dass ausschließlich die reinen Wassermoleküle hindurchpassen. Es handelt sich bei diesem „Sieb“ um eine halbdurchlässige Osmose-Membran, wodurch gewährleistet wird, dass gereinigtes Wasser nicht mehr hindurchgelangen kann.

Verunreinigtes Restwasser landet anschließend im Abfluss. Wie hoch der Anteil des Restwassers ist, kann je nach Anlage und Leistungsfähigkeit der Membran variieren. Lassen Sie sich vor einer Kaufentscheidung also gut über die verschiedenen Systeme beraten.