Umkehrosmose - Verfahren und Technik

Die Umkehrosmose ist ein physikalisches Verfahren zur Aufkonzentrierung von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen, bei der mit Druck der natürliche Osmose-Prozess umgekehrt wird.

Sie wird zur Wasseraufbereitung für Trinkwasser, zur Abwasserbehandlung und zum Aufbereiten von Aquarienwasser verwendet. Auch Fruchtsaftkonzentrate werden nach diesem Prinzip hergestellt.

Das Medium, in dem die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert werden soll, ist durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran von dem Medium getrennt, in dem die Konzentration erhöht werden soll. Dieses wird einem Druck ausgesetzt, der höher sein muss als der Druck, der durch das osmotische Verlangen zum Konzentrationsausgleich entsteht. Dadurch können die Moleküle des Lösungsmittels gegen ihre „natürliche“ osmotische Ausbreitungsrichtung in den Bereich wandern, in dem die gelösten Stoffe bereits geringer konzentriert sind.

Trinkwasser hat einen osmotischen Druck von weniger als 2 bar, der angewendete Druck für die Umkehrosmose von Trinkwasser beträgt 4 bis 30 bar, je nach verwendeter Membran und Anlagenkonfiguration. Manche anderen Flüssigkeiten haben höhere osmotische Drücke, z. B. Meerwasser je nach Salzgehalt etwa 30 bar. Dementsprechend liegen die verwendeten Drücke für die Meerwasserentsalzung bei 60 bis 80 bar. In einigen extremen Anwendungen, z. B. für das Aufkonzentrieren von Deponiesickerwasser, werden noch höhere Drücke verwendet.

Umkehrosmose in der Entstehung

1950 wurde an der Universität von Kalifornien ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser entwickelt. Diese Technologie war sehr überzeugend, so dass diese zu einem Forschungsprogramm reifte, und innerhalb von 8 Jahren zur Serienreife schaffte. Es entstand damit die leistungsfähigste Methode zur modernen Trinkwasseraufbereitung. Doch zunächst diente das Verfahren Umkehrosmose nur dem industriellen Bereich wie z.B. der Medizin (Dialyse), Pharmazeutik, Glas und Metallverarbeitung, Lebensmittelindustrie usw.

Durch die Weiterentwicklung und der Massenproduktion konnten die Kosten erheblich gesenkt werden, was zur Folge hatte, dass diese Technologie nun auch von privaten und gewerblichen Kunden genutzt werden konnte. Vor rund 200 Jahren wurden bereits die Vorteile von halbdurchlässigen Membranen erkannt, denn Schweineblasen (organische Membran) zeigten die Eigenart Wasser nur von einer Seite durchzulassen. Unzuverlässig hingegen waren Tierhäute, deswegen konnte man das ganze damals nicht genauer untersuchen.

Erst um die Mitte des 19. Jahrhunderts gelang es den Wissenschaftlern synthetische Membranen herzustellen, damit konnten Sie das Verfahren wissenschaftlich erklären. Es vergingen jedoch weitere 100 Jahre, bis die Herstellung von synthetischen Membranen das Niveau für den industriellen Bereich erreichte. Die erste künstliche Niere gelang 1944 mit einer aus Cellophan hergestellten Membran. Der endgültige Durchbruch gelang dann 1952 als man entdeckte, dass das osmotische Verfahren auch umgekehrt werden konnte, und man damit fast alle Fremdstoffe aus dem Wasser entfernen kann. Diese Erkenntnis führte dann zur industriellen Nutzung, denn das Interesse der Industrie war nun geweckt.