Umkehrosmose für Spezi‘s

Wie funktioniert Umkehrosmose (siehe auch Watermaker Kompendium)

Im Umkehr-Osmose-Verfahren (RO-Verfahren)wird das Wasser aus einer Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration gelöster Stoffe (z.B. Salze) gezwungen, durch eine Membrane in den Raum geringer Konzentration zu fließen, dabei wird das Wasser vom Salz getrennt. Der Prozess wird durch die Anwendung von hohem Wasserdruck erreicht, um die natürlichen osmotischen Kräfte, die in einer Wasser/Salzlösung herrschen, zu überwinden. Die halbdurchlässigen Membranen lassen nur die Wassermoleküle passieren, das Ergebnis ist qualitativ hochwertiges Süßwasser.

Umkehrosmose-Technologie

Zum Bau einer RO-Anlage braucht man

Man kann die Membranen als Einzelmembrane, oder hintereinandergeschaltet als zwei oder dreistufige Systeme aufbauen.
Im allgemeinen kann ein RO- System bei 50%, 75% und 80-85% Ausbeute für ein ein, zwei und dreistufiges Systemen laufen gelassen werden. Die Ausbeute in % wird  als das Verhältnis von gewonnenem Süßwasser zu eingespeister Salzwassermenge definiert., sie hängt von verschiedenen Parametern, wie Temperatur, Salzkonzentration und ph-Wert ab. In jedem Fall sollten die Betriebsparameter so gewählt werden, dass ein maximaler Süßwasseranteil produziert wird und ein übersättigter Salzanteil in der Lösung vermieden wird.

Das Herz des RO-Systems ist die semipermeable Membran, die als molekulares Filter wirkt und bis zu 99% aller gelösten Stoffe ausfiltert. Die semipermeable Membran ermöglicht Wassermolekülen zu passieren während die Salzmoleküle blockiert werden. Sobald Druck auf die konzentrierte Lösung angewandt wird, wird Wasser durch die Membran von der Salz-Konzentrations-Seite zur  verdünnten Seite durchgedrückt. Die gelösten Stoffe und Salze bleiben zurück.
Wassermoleküle durchdringen die dünne Schicht der Membran und diffundieren durch sie Molekül für Molekül. Gelöste Salz-Ionen können nicht durch diese Schicht diffundieren, da die Löslichkeit der Salz- Ionen viel geringer als die des Wassers ist. Die treibende Kraft wird sowohl durch den Druck als auch die Konzentrationsdifferenz zu beiden Seiten der Membrane geliefert. Dabei ist für  Wasser der Druck und  für die gelösten Mineralien die Konzentrationsdifferenz  entscheidend Daher gewinnt man mit steigendem Druck mehr Produktwasser, ohne Einbußen in der Qualität. Bei diesem Vorgang werden bis zu 99% der gelösten Salze, praktisch alle Partikel, und viele gelöste organische Verbindungen zurückgehalten
Die semipermeable Membran muss aus einem sehr haltbares Material gemacht werden, da sie einem Druck standhalten muss, der höher als die Druckdifferenz zwischen dem konzentrierten Seite und der verdünnten Seite der Membran ist Dieser Druck kann sehr hoch sein - wie im Falle von Meerwasser, wo er bis zu 25 bar betragen kann.
Umkehrosmose ist ein energiefressender Prozess, heutige Membranen brauchen ca. 5Wh/l erzeugtem Süßwasser an aufgebrachter Druckenergie.
Die richtige Wahl in der Vorbehandlung des Meereswassers ist sehr wichtig, da sie die Qualität und Quantität des Produktwassers und vor allem Einflüsse auf die Lebensdauer der Membran bestimmt. Improperly pretreated systems can experience scaling and/or fouling which will greatly reduce the capacity and life of the membrane. Nicht ordnungsgemäß vorbehandeltes Meerwasser führt zum Zusetzen und oder Verschmutzung der Membrane, die wesentlich die Kapazität und Lebensdauer reduzieren.

Technische Details , Angaben zu Membranen, Konservierung etc. findet man Hier und weiter hier

Begriffsbestimmungen


Eingespeiste Salzwassermenge (FW) (Liter) (Feedwater/Fed flow)- die Menge, die von der Hochdruckpumpe durch die Membrane gepresst wird.

Gewonnenes Süsswasser (PW) (Liter) (Produkt Flow, Permeate) die  in den Süsswassertank fliessende Wassermenge

Abwasser (WF) (Liter) (waste flow) das abzuführende Salzwasserkonzentrat

Abscheidungsgrad (%rejection) ist das Verhältnis der gelösten Gesamtmenge in den beiden Flüssigkeiten Feedflow (a) und Product flow (b)
TDS(a)-TDS(b) TDS(a) *100 (%)

Ausbeute  (R) (Recovery) - der Anteil des in das Membran-System eingespeisten Wasser, das als Süsswasser (auch als „Permeate“ bezeichnet) gewonnen wird.
PW + WF = FW                            PW/FW *100 = R

Ausschluss (rejection) - der Prozentsatz der Feststoffkonzentration die von der Membrane entferntwird.

Permeat - das gewonnnene Produkt (Liter) Süsswasser,das  durch eine Membran-System hergestellt wird.

Menge (Flow) Flow - ist die durch die Membrane gepumpte Menge Salzwasser, gemessen im gpm oder Liter/min

Konzentrat-Menge ist die Wassermenge nicht entsalztes Wasser, das die Membrane auf der Konzentratseite verlässt. Dieses Konzentrat enthält die meisten der gelösten Bestandteile, die ursprünglich in die Membrane eingepumpt wurden

Flux -  die Süsswassermenge pro Membran-Einheit, in der Regel in Liter pro Quadratmeter pro Tag gemessen transportiert (lqmt)).

Gelöste Gesamtmenge (TDS) ist die Gesamtmenge an gelösten Stoffen in der Flüssigkeit

 

Erstellung von Produktionsdaten (Exel)

Katalog der HD Cat Pump

Datenblatt von Spectra