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Die Umkehrosmose

Effiziente Wasseraufbereitung auf Basis der natürlichen Osmose

 

Die Umkehrosmose ist auch als Reversosmose bekannt und wird in der Industrie, der Medizintechnik, der Wasserentsalzung und vielen weiteren Bereichen gezielt zur Reinigung und Aufbereitung von Wasser genutzt. Das Verfahren macht sich den natürlichen Prozess der Osmose zunutze und dreht diesen unter Zuhilfenahme hohen Drucks um. Dadurch gelingt es, unerwünschte Bestandteile des Wassers wie Viren, Bakterien, Salze oder Zucker aus einer Lösung abzutrennen. Das Ergebnis: Wasser mit einem überdurchschnittlich hohen Reinheitsgrad.
 
 

Wasseraufbereitung per Umkehrosmoseanlage sorgt für reineres Wasser

Eine Umkehrosmoseanlage ist in der Lage, Rohwasser ganz ohne chemische Zusätze von unerwünschten Schadstoffen oder Salzen zu befreien und auf diese Weise einen überdurchschnittlich hohen Reinheitsgrad zu erreichen. Umkehrosmoseanlagen werden auch als UO- oder RO-Anlagen bezeichnet und stellen Reinwasser oder Reinstwasser zur Verfügung, das im Rahmen verschiedenster technischer Prozesse von Bedeutung ist z.B.:

Umkehrosmoseanlagen stellen häufig nur einen Teilschritt in der komplexen Aufbereitungskette dar. Bei sogenannten Multi-Barrieren-Systemen durchläuft das Rohwasser verschiedene Aufbereitungsprozesse, um den gewünschten Reinheitsgrad zu erreichen. Bei der Auslegung einer Umkehrosmoseanlage kommt es daher darauf an, stets den Gesamtprozess im Auge zu behalten und die Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der kompletten Wasseraufbereitung zu betrachten.

Die Umkehrosmoseanlage ist in der Lage, bis zu 99 % aller im Wasser befindlichen Belastungen herauszufiltern. Herzstück einer jeden Umkehrosmoseanlage ist dabei eine mehrlagige Membran, die aus organischen Polymerwerkstoffen besteht. Die in der Membran befindlichen Poren sind so winzig, dass sie idealisiert nur von Wassermolekülen durchdrungen werden können. Unerwünschte Schadstoffe können die Membran hingegen nicht passieren, wodurch sich auf einer Seite das Reinwasser sammelt, während sich auf der anderen Seite die unerwünschten Stoffe konzentrieren.

Im Rahmen der Wasseraufbereitung per Umkehrosmose gelingt es, Rohwasser von folgenden Schadstoffen zu befreien:

  • Viren
  • Bakterien
  • Pestizide
  • Hormone
  • Schwermetalle
  • Radioaktive Elemente
  • Ablagerungen
  • Asbest
  • Mineralien

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Die Technik hinter einer Umkehrosmoseanlage

Um die Technik hinter einer Umkehrosmoseanlage zu verstehen, ist zunächst ein grundlegendes Verständnis der Osmose notwendig. Die Osmose bezeichnet einen Prozess, bei dem ein Stoff (meist Wasser) durch eine semipermeable Membran strömt. Eine semipermeable Membran wird dadurch charakterisiert, dass sie nur von bestimmten Stoffen passiert werden kann. Während Wasser die Membran immer passieren kann, können die meisten der darin gelösten Stoffe die Membran nicht durchdringen.

Grundlage der Osmose ist das Bestreben von Teilchen, einen Konzentrationsausgleich zwischen Innen- und Außenbereich der Membran herzustellen. Dieses Bestreben führt zu einem natürlichen osmotischen Druck, der von dem jeweiligen Konzentrationsgefälle abhängt. Ein anschauliches Beispiel für die Osmose ist die Kirsche, deren Haut einer semipermeablen Membran ähnelt. Wenn es regnet, dringt das Wasser in die Kirsche ein, um den auf der Innenseite herrschenden hohen Zuckergehalt auszugleichen. Die Folge: Die Kirsche saugt sich mit Wasser voll. Wenn sich die Zellen der Kirsche nicht mehr weiter ausdehnen können, platzt sie schließlich.

Bei der Umkehrosmose handelt es sich um ein physikalisches Verfahren, bei dem der Osmose-Prozess durch die Aufwendung hohen Drucks umgekehrt wird. Dieser Druck ist – wenn er höher als der natürliche Osmose-Druck ist – in der Lage, die Wassermoleküle entgegen ihrer „natürlichen“ osmotischen Ausbreitungsrichtung in Richtung der Membran zu bewegen. Die Folge: Während die Konzentration auf der einen Seite der Membran immer größer wird, entsteht auf der anderen Seite aufbereitetes, reines Wasser.

Trinkwasser hat beispielsweise einen natürlichen osmotischen Druck von rund 2 bar. Der für die Umkehrosmose aufgewendete Druck muss entsprechend höher sein und liegt in der Regel bei 3 bis 30 bar, wobei der genaue Druck von der Art der Membran und der Anlagenkonfiguration abhängt. Bei der Planung einer Umkehrosmoseanlage kommt es daher entscheidend darauf an, die Membran und den notwendigen Druck präzise auszulegen.

Übrigens: Mit einer Umkehrosmoseanlage können Sie Teilchen in einer Größenordnung von 0,0000005 bis 0,000005 mm herausfiltern. Zum Vergleich: Das menschliche Haar ist etwa 0,09 mm dick und Viren haben einen Durchmesser von etwa 0,00003 mm.

 

Die Umkehrosmose im Vergleich zu anderen Verfahren

Die Umkehrosmose ist nur eine von vielen Möglichkeiten, den Reinheitsgrad von Wasser zu erhöhen. Alternativen wie die Ultrafiltration oder die Mikrofiltration sind ebenfalls in der Lage, Wasser effektiv aufzubereiten und unerwünschte Stoffe herauszufiltern. Die Ultrafiltration ist sogar in der Lage, genau wie die Umkehrosmose Bakterien und Viren zurückzuhalten, nicht aber gelöste Stoffe.

Bei der Auslegung und Planung einer Wasseraufbereitungsanlage kommt es immer darauf an, die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses zu betrachten. Die verschiedenen Techniken zur Wasseraufbereitung unterscheiden sich durch die erreichbare Porengröße, den Energieaufwand, die Anlagengröße, die Investitionskosten, die Nachhaltigkeit und weitere Faktoren.

Die Umkehrosmose zeichnet sich im Vergleich zu anderen Verfahren der Wasseraufbereitung vor allem durch die folgenden Vorteile aus:

  • Sehr hoher Reinheitsgrad erreichbar
  • Vielseitig einsetzbares Verfahren
  • Einfacher Anlagenaufbau, geringe Investitionskosten
  • Hoher Automatisierungsgrad
  • Vergleichsweise geringe Betriebskosten
 

Für wen eignet sich eine Umkehrosmoseanlage?

Die Umkehrosmose erfreut sich dank ihrer weitreichenden Vorteile in verschiedenen Branchen großer Beliebtheit. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über typische Anwendungen von Umkehrosmoseanlagen:

  • Brauchwasseraufbereitung: In Kraftwerken wird das Kesselspeisewasser häufig einer Umkehrosmose unterzogen, um Mineralstoffe daraus zu entfernen und somit Verkalkungen bei der Verdampfung zu vermeiden.
  • Trinkwasser- und Brauwasser-Aufbereitung: Sowohl bei der Trinkwasserbereitstellung als auch beim Brauen von Bier herrschen hohe Anforderungen an die Reinheit des verwendeten Wassers. Beim Brauen wird die Umkehrosmose beispielsweise genutzt, um Ionen, Nitrate, Schwermetalle sowie bestimmte organische Verunreinigungen zu entfernen.
  • Wasser in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie: In der Lebensmittelindustrie wird die Umkehrosmose beispielsweise zum Aufkonzentrieren von Fruchtsäften genutzt. In der Pharmazie steht hingegen die Qualität des verwendeten Wassers im Vordergrund: Hier ist höchste Reinheit zwingend erforderlich, um Verunreinigungen im Produkt auszuschließen.
  • Trinkwasserenthärtung: Umkehrosmoseanlagen können im Rahmen der Trinkwasseraufbereitung genutzt werden, um den Härtegrad des Wassers auf das gewünschte Niveau zu senken.
  • Wasserrecycling: Im Rahmen des Wasserrecyclings wird die Umkehrosmose häufig verwendet, um Abwasser zu reinigen. Typischerweise wird Abwasser zunächst per Ultrafiltration von Partikeln befreit und dann per Umkehrosmose entsalzt.
 

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