Umkehrosmose

Eine Umkehrosmosemembran stellt eine physikalische Barriere für den hydraulischen Fluss dar und erlaubt eine selektive Permeation für das Lösemittel (zumeist Wasser) während andere gelöste Stoffe (zumeist Salz) teilweise oder vollständig zurückgehalten werden. Der Rückhalt an gelösten Stoffen sowie die Wasserpermeabilität einer Umkehrosmosemembran sind vom Membranmaterial, den Herstellbedingungen und der Membranmorphologie abhängig. Die Stofftrennung erfolgt jedoch grundsätzlich an einer dünnen, selektiven Deckschicht der Umkehrosmosemembran.

Die Osmose ist ein natürliches Phänomen bei dem Wasser durch eine semipermeable Membran von einer Lösung geringer Salzkonzentration in eine Lösung höherer Salzkonzentration tritt bis ein Gleichgewicht im chemischen Potential von Wasser hergestellt ist. Im Gleichgewicht ist die Druckdifferenz über die beiden Seiten der Membran mit der osmotischen Druckdifferenz identisch. Um diesen osmotischen Fluss von Wasser umzukehren, ist ein äußerer Druck notwendig, welcher größer ist als die osmotische Druckdifferenz der beiden Lösungen. Als Ergebnis eines zusätzlichen äußeren Druckes wird die Trennung von gelöstem Salz und Wasser möglich. Dieses Phänomen wird dann als Umkehrosmose bezeichnet.

Üblicherweise werden Umkehrosmoseverfahren in drei Klassen eingeteilt:

Hochdruckumkehrosmose (5 – 10 MPa, wie bei der Meerwasserentsalzung)

Niederdruckumkehrosmose (2 – 5 MPa, wie bei der Brackwasserentsalzung)

Nanofiltration (0,3 – 2 MPa, wie bei der Enthärtung von Trinkwasser)

Während Nanofiltrationsmembranen häufig noch als poröse Membranen betrachtet werden, sind RO Membranen als dichte, nicht-poröse Filme zu behandeln. Das Permeat wird vom Membranmaterial adsorbiert und kann dann durch die Struktur diffundieren. Die treibende Kraft für den Stofftransport ist die Druckdifferenz zwischen dem äußeren mechanischen Druck und dem osmotischen Druck der Lösung. Die Selektivität resultiert hauptsächlich aus einer bevorzugten Adsorption von Lösemittel und gelösten Salzen.

Die typischen Rückhaltewerte für Salze liegen bei der Umkehrosmose zwischen 98% und 99,9%. Eine RO Membran wird alle Moleküle mit einem Molekulargewicht größer 150 Dalton vollständig zurückhalten. Man unterscheidet dabei häufig so genannte integral asymmetrische Membranen (häufig aus Cellulosetriacetat) und Dünnfilmkompositmembranen (häufig aus Polyamid).

Die technische Umsetzung dieses zunächst einfachen Prinzips erfolgt ausschließlich im Crossflow Betrieb unter Verwendung von Spiralwickelelementen. Die verwendeten Membranelemente haben sich insbesondere bezüglich Permeabilität und Beständigkeit erheblich verbessert. Trotzdem ist eine genaue Kenntnis der spezifischen Eigenschaften der einzelnen Membranprodukte und die eigene Fähigkeit, diesbezüglich zugesagte Eigenschaften hinterprüfen zu können, von großer Bedeutung für die Installation optimaler Verfahrenstechnik. Dazu hat FUMATECH BWT GmbH eine umfangreiche Datensammlung aufgebaut und unabhängige Charakterisierungssequenzen entwickelt. Im Ergebnis können wir fachlich fundierte Empfehlungen bezüglich des optimalen Membranproduktes herstellerunabhängig für unterschiedlichste Applikationen geben. Unter der Prämisse, betriebswirtschaftliche und langzeitstabile Systeme zur Verfügung stellen zu können, hat FuMA-Tech für die Umkehrosmose einen Systembaukasten entwickelt, der die Komponenten Vorbehandlung, Stabilisierung, Nachbehandlung und Membranreinigung integriert und aufeinander und auf die Membran abstimmt.

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