Umkehrosmose

Einsatzbereiche

Die Umkehrosmose (Reverse Osmose) wird bislang im großen Maßstab hauptsächlich zur Entsalzung eingesetzt:

• Meerwasserentsalzung
• Brackwasserentsalzung
• Trinkwasseraufbereitung
• Brauchwasseraufbereitung
• VE-Wasser-Herstellung

Anlagenverwendung

Die hier beschriebene Umkehrosmose-Anlage wurde für die Firma Herz Ätztechnik GmbH in Epfendorf konzipiert. Diese Firma benötigte vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) für Ihre Leiterplatten-Fertigung.

Verfahrenstechnik

Im Allgemeinen versteht man unter der Osmose den Transport von Lösungsmittel durch eine Membran von der Seite der verdünnten Lösung zur Seite der konzentrierteren.
Die Membran stellt ein Maß für die Durchlässigkeit (Permeabilität) bzw. für die selektive Durchlässigkeit Permselektivität von Anionen oder Kationen dar. Da die Membran nur für bestimmte Inhaltsstoffe permeabel ist und das Lösungsmittel (H 2 O) nur in eine bestimmte Fließrichtung durchlässig ist, wird die Membran auch als halbdurchlässig bzw. semipermeabel bezeichnet. Durch einen "künstlichen" Druck der von einer Pumpe auf der Seite der konzentrierteren Lösung bewerkstelligt wird, kommt es zu einem umgekehrten Lösungsmittelfluß, als es bei der Osmose der Fall wäre. Somit wird dieses Verfahren Umkehrosmose genannt. Dieser angesetzte Druck auf der Seite der konzentrierteren Lösung muß höher sein als der osmotische Druck, um einen umgkehrten Lösungsmittelfluß zu sichern. Das Resultat dieses Verfahrens bewirkt eine Trennung zwischen einer an Lösungsmittel verarmten Lösung (Retentat) und dem Lösungsmittel (Permeat).

Wasserenthärtung

Zum Schutz des Umkehrosmosemodules ist eine Enthärtungsanlage vorgeschaltet. Sie dient zur Herausfilterung von Härtebildner (z.B. Ca 2+ -Ionen) aus der Frischwasserleitung (Stadtwasser) durch Austausch der Ca 2+ -Ionen mit 2 Na + -Ionen, die in einem Salzlösebehälter (Kochsalzlösung) bereitgestellt werden. Dieser Vorgang läuft in den Kationenaustauschern (IK1/IK2) ab.
Durch diesen Austauschprozeß wird verhindert, daß sich durch die semipermeable Membran, die zu 100%-Kohlendioxyd- (CO 2 ) und Wasser- (H 2 O) durchlässig ist, auf der Konzentrat-Seite das wasserunlösliche Calciumcarbonat zurück bleibt und die Membrane verblockt ("Kesselsteinbildung"). Der angesetzte Druck, mittels einer Pumpe, bewirkt somit das Herausdiffundieren von CO 2 und H 2 O auf die Seite des Permeats. Zurück bleibt eine Carbonat-Konzentration, die im Fall von Calciumcarbonat wasserunlöslich, jedoch bei Natriumcarbonat wasserlöslich ist. Das enthärtete Wasser wird auch als Rohwasser bezeichnet.
Chemische Formel von Calciumhydrogencarbonat (wasserlöslich) und Calciumcarbonat (wasserunlöslich):

• Ca(HCO 3 ) 2 - CaCO 3 + CO 2 + H 2 O

Chemische Formel von Natriumhydrogencarbonat (wasserunlöslich) und Natriumcarbonat (wasserlöslich):

• 2 Na HCO 3 - Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Umkehrosmose

Dem Umkehrosmosemodul ist ein Kerzenfilter vorgeschaltet. Dieser Filter dient zur Reinigung des enthärteten Wasser von Schwebestoffen, Sand und anderen ungelösten Partikeln.
Die Entsalzung des enthärteten und gereinigten Wassers erfolgt durch das Membranmodul. Dieses Modul trennt das Wasser in Permeat (Filtrat) und Retentat (Konzentrat).
Das Permeat wird in dem Permeatspeicher geführt. Die Permeatmenge und -qualität werden mit einem Durchflußmesser und einer Leitfähigkeitsmeßsonde überprüft. Von dem Konzentrat wird ein bestimmter Teil in den Kanal geleitet und der andere in die Zuleitung der Pumpe zurückgeführt. Diese Konzentratrückführung ist notwendig, um einen Mindestdurchfluß bzw. Anströmung an der Membran zu erreichen. Die Trennung des Konzentrates wird mit den Feinregulierventilen eingestellt und mit einem Durchflußmesser zum Kanal und einem Durchflußmesser zur Membran überwacht.

Permeatspeicher

Das Permeat fließt drucklos in den Permeatspeicherbehälter und gelangt von dort mittels einer Pumpe zu den einzelnen Verbraucherstellen.
Bei kurzen Betriebsunterbrechungen und in Zeiten, wo kein Permeat benötigt wird, bleibt die Anlage auf Automatikstellung. Die Umkehrosmoseanlage schaltet niveaugesteuert selbsttätig ab. Sofern mit längeren Stillstandszeiten als drei Tagen gerechnet werden muß, ist eine Sterilisation mit ca. 0.25 %iger Formalinlösung (CH 2 O) durchzuführen.