Als Osmose wird die Diffusion von Flüssigkeiten durch eine semipermeable Trennwand (Membran) zwecks eines Konzentrationsausgleiches bezeichnet. Wie die folgende Abbildung zeigt, strebt dabei die niedriger konzentrierte Flüssigkeit zu der höher konzentrierten Flüssigkeit, wodurch sich im Gleichgewicht eine hydrostatische Druckdifferenz ergibt. Diese lässt sich an einer unterschiedlichen Säulenhöhe ablesen und wird  als osmotischer Druck bezeichnet.

Prinzip der Osmose

Wird die Seite der hohen Konzentration mit einem Druck beaufschlagt, der höher ist als der osmotische Druck, vollzieht sich der Prozess in die andere Richtung. Dabei tritt reines Wasser durch die Membran auf die Seite mit der niedrigen Konzentration und die Seite der hohen Konzentration wird weiter aufkonzentriert. Die Triebkraft dieses Prozesses ist die transmembrane Druckdifferenz. Dieser Prozess wird als Umkehrosmose bezeichnet und ist in nächsten Abbildung dargestellt.

Prinzip der Umkehrosmose

Der zur Überwindung des osmotischen Drucks aufgebrachte Betriebsdruck kann nicht generalisiert werden. Er ist abhängig von der Salzkonzentration des zu filternden Mediums und dem mit der Salzkonzentration verbundenen osmotischen Druck.

In der Praxis werden transmembrane Druckdifferenzen von p = 60 bar, in Einzelfällen sogar bis 200 bar realisiert. Neben dem osmotischen Druck sind noch weitere Faktoren für die Limitierung der Leistungsfähigkeit der Umkehrosmose verantwortlich:

• Membranverblockung durch Aufkonzentrierung von Inhaltsstoffen (Konzentrationspolarisation, Fouling, Scaling)

• Einschränkung der chemischen Beständigkeit durch Annäherung an kritische Stoffkonzentrationen.

Vor allem durch Fouling hervorgerufene Fluxminderungen setzen die nachfolgenden Vorbehandlungsmaßnahmen für Umkehrosmose-Anlagen voraus:

• Filtration im Sand- oder Mehrschichttiefbett  (optional: Flockung)
• Feinfiltration mit Hilfe von Filterkerzen
• Mikrofiltration und Ultrafiltration
• Flotation

Eine leistungsmindernde Deckschicht infolge von Scaling bildet sich bei gelösten Inhaltsstoffen nach Überschreiten der Löslichkeitsgrenze. Um dies zu vermeiden, müssen die Störsubstanzen entweder chemisch umgewandelt, entfernt oder stabilisiert werden. Eine Möglichkeit hierfür, ist die Zugabe eines Antiscalants, die aber bei der häuslichen Anwendung von Umkehrosmose Anlagen keine Rolle spielt. Weitere Maßnahmen sind die Begrenzung der Aufkonzentrierung, so dass die Sättigungskonzentration am Modulausgang, dem Ort der höchsten Konzentration, für keinen gelösten Inhaltsstoff erreicht wird. Wie diese Tabelle zeigt, werden durch die Umkehrosmose ebenfalls Ionen und Niedermolekulare Substanzen ausgeschieden. Wiren und Bakterien werden bereits mit der Ultrafiltration aus dem Filtrat entfernt. Die Abscheideraten der Umkehrosmosemembranen liegen zwischen 95% und 98%. Nachteilig an der Umkehrosmose ist, der aufgrund des Verfahrens nicht vermeidbare „Brine-“ oder auch „Konzentrat“- Ablauf, der zwischen 65 und 10 Prozent des Rohwassers betragen kann. Diesr ist abhängig von dem Osmotischen Druck bzw. der Konzentration des Rohwassers und der verwendeten Membran. Hochwertige Osmoseanlagen, die sich dem Verfahren der Umkehrosmose bedienen, finden Sie unter www.wasserfilter-experten.de.