In diesem Modul lernen Sie die Grundprinzipien der Umkehrosmose, ihre Wirksamkeit beim Entfernen gelöster Feststoffe aus Wasser und die wesentlichen Funktionen einer industriellen Umkehrosmose-Anlage kennen.

Auch erfahren Sie, wie sich bei Ihrer Anlage die Effizienz erhöhen und die Komplexität reduzieren lässt – mithilfe einer intelligenten CRE-Pumpe. Osmose ist ein natürlicher Prozess.

Er bezeichnet die Bewegung von Wasser durch eine halbdurchlässige Membran in eine stärker konzentrierte Lösung. Die Membran ist für Wasser passierbar, aber lässt fast keine Ionen und gelösten Feststoffe durch.

Das Wasser fließt hindurch, bis das osmotische Gleichgewicht erreicht ist. Wenn jedoch ein Druck, der größer ist als der osmotische Druck, auf die konzentrierte Lösung ausgeübt wird, kann der Prozess umgekehrt werden.

Daher die Bezeichnung „Umkehrosmose“. Während die Ultrafiltration Schwebstoffe aus dem Wasser filtern kann, entfernt die Umkehrosmose verbleibende gelöste Verunreinigungen wie Ionen, Schwermetalle usw.

In der Regel werden die beiden Verfahren bei der physikalischen Aufbereitung kombiniert, beispielsweise bei der Wasseraufbereitung zur Wiederverwendung.

Der am häufigsten verwendete Typ von industriellen Umkehrosmose-Membranen ist eine Flachmembran mit mehreren Schichten, die zu einem Zylinder gewickelt sind.

Das vergrößert die Oberfläche und spart Platz. Der Zylinder wird in einem Druckbehälter montiert.

Wenn Wasser eintritt, fließt es über die Membranoberfläche. Das gereinigte Wasser, das Permeat, wird in einem Zentralrohr gesammelt. Der verbleibende Teil, das Konzentrat, wird am Prozessende gesammelt.

Das Verhältnis von Permeatmenge zu Konzentratmenge im Vergleich zum zufließenden Rohwasser wird als Rückhalterate bezeichnet.

Die Umkehrosmose kann nur funktionieren, wenn ein ausreichender Druck vorliegt. Daher ist sie ein sehr energieintensiver Prozess.

Nun schauen wir uns die Komponenten an, die eine grundlegende Umkehrosmose-Anlage mindestens benötigt: die Einlass-Seite mit der Pumpe zum Erhöhen des Rohwasserdrucks, dann die Umkehrosmose-Membran und auf der anderen Anlagenseite schließlich die beiden Auslässe, also den Permeatauslass für das saubere Wasser, und den Auslass für das Konzentrat.

In der Regel wird ein Gegendruck- oder Drosselventil am Konzentratauslass montiert, um den Druck in der Membran aufzubauen. Es gibt auch zwei Durchflusssensoren: einen auf der Permeatseite und einen auf der Konzentratseite.

Sie halten die Rückhalterate für den Prozess im Gleichgewicht. Beim Einrichten der Anlage wird das Konzentratventil vollständig geöffnet. Auf der Konzentratseite tritt ein maximaler Durchfluss auf, auf der Permeatseite jedoch keiner.

Denn der Druck reicht nicht aus, um das Wasser durch die Membran zu drücken. Durch Verstellen des Gegendruckventils kann der Druck für eine optimale Rückhalterate erhöht werden. Die Rückhalterate hängt von der Anlagenkonstruktion und der Rohwasserqualität für die Aufbereitung ab.

Wichtig zu beachten ist: Das Rohwasser kann verschiedene Verbindungen enthalten. Diese können die Membran beschädigen oder die Anlagenleistung herabsetzen.

Anschließend erfolgt die Vorbehandlung. Findet keine Vorbehandlung statt, können Verbindungen wie Carbonate, Sulfate oder gelöste Salze die Membran verstopfen.

Es bilden sich Ablagerungen (Scaling), die die Gesamtleistung der Anlage beeinträchtigen können.

Aggressive Stoffe wie Chlor oder Chloride können das Material der Membran sogar beschädigen. Das reduziert die Wirksamkeit der Behandlung. Für die Vorbehandlung werden in der Regel Aktivkohlefilter oder Wasserenthärter eingesetzt.

Denn der erste Schritt dient dazu, Spuren von Chemikalien zu entfernen oder das Rohwasser von Chlor oder Chloriden zu befreien, bevor es durch die Membran dringt.

Alternativ kann das Wasser bei der Vorbehandlung mit verschiedenen Chemikalien behandelt werden, wie z. B. mit Antiscalanten. Dafür werden Dosierpumpen genutzt. Eine wirksame Vorbehandlung kann eine Menge Ärger und Kosten einsparen.

Und doch können im Laufe der Zeit Ablagerungen auftreten, wenn das Rohwasser in der Membran steht. Das kann von einem Sensor überwacht werden, der den Differenzdruck zwischen Einlass und Konzentratauslass der Umkehrosmose-Anlage misst. Wenn sich Ablagerungen auf der Membran bilden, steigt der Differenzdruck.

Wenn er ein bestimmtes Maximum erreicht, muss die Membran gereinigt werden, z. B. über einen Prozess namens Vorspülung. Damit die Vorspülung möglich ist, besitzt das Gegendruckventil einen Bypass mit Pilotventil.

Bei normalem Betrieb ist dieses Ventil geschlossen. Wenn die Membran gereinigt werden muss, wird es jedoch geöffnet. Das Konzentrat kann dann frei fließen. Das erhöht den Durchfluss auf der Konzentratseite und spült die Ablagerungen weg.

Einige Anwendungen nutzen zur Vorspülung Rohwasser und andere Permeat. Als zusätzliche Sicherheitsvorkehrung kann ein Leitfähigkeitssensor installiert werden, um die Qualität des Permeats zu bestimmen.

Wenn die Membran beschädigt ist und Verunreinigungen oder gelöste Feststoffe hindurchdringen können, steigt die Leitfähigkeit des Permeats. Überschreitet sie einen Maximalwert, wird die Anlage ausgeschaltet, um eine Verunreinigung des Permeatbehälters zu vermeiden.

Die Regelung der verschiedenen Funktionen und Komponenten kann komplex sein. Daher wird sie in der Regel von einer SPS oder externen Steuerung übernommen.

Sie können jedoch auch eine intelligente CRE-Pumpe verwenden. Für noch mehr Sicherheit können weitere Komponenten montiert werden, wie ein Pilotventil zum Absperren des zulaufenden Wassers im Falle einer Fehlfunktion, ein Druckschalter zum Vermeiden eines Trockenlaufs oder sogar ein Niveauschalter zum Verhindern einer Behälterüberfüllung und Pausieren des Prozesses, bis der Füllstand gesunken ist.

Für Umkehrosmose-Anlagen bietet die kompakte und intelligente CRE-Pumpe eine kleine Stellfläche und eine hohe Effizienz, die einen niedrigen Preis pro aufbereitetem Kubikmeter gewährleistet.

Sie hat eine benutzerfreundliche Bedienoberfläche, die Messwerte werden digital angezeigt und selbst eine Fernüberwachung ist möglich.

Damit endet dieses Modul über die Grundprinzipien der Umkehrosmose und die Vorteile der Nutzung einer intelligenten CRE-Pumpe zum Verringern der Komplexität der Anlage.