Umkehrosmose: Ein physikalisches Verfahren zur Stofftrennung

Für die Aufbereitung von Abwasser aus der Industrie haben sich im Laufe der Zeit verschiedene technische Verfahren etabliert. Eines dieser Verfahren ist die weitverbreitete Umkehrosmose. Besonders erfolgsversprechend ist der Einsatz einer Umkehrosmoseanlage für die Aufbereitung von großen Mengen salzhaltiger Abwässer aus der Produktion.

Zwei unterschiedliche Filterprozesse: Osmose und Umkehrosmose

Das grundsätzliche Prinzip einer Osmose basiert auf einem natürlichen Vorgang. Bei der Osmose tauschen sich zwei unterschiedlich konzentierte Flüssigkeiten, zum Beispiel Wasser und Salzwasser, aus. Sie versuchen, ein Gleichgewicht herzustellen. Dabei entsteht ein Fluss in Richtung des höher konzentrierten Mediums. Hier ein Beispiel zur Veranschaulichung: In einem System, das durch eine halbdurchlässige Membran getrennt ist, befinden sich links Salzwasser und rechts reines Wasser. Da die Salzteilchen größer als die Wassermoleküle sind, passen diese nicht durch die Membran. Nur die Wasserteilchen tauschen sich aus. Das reine Wasser vermischt sich mit dem Salzwasser und "verdünnt" es. Links entsteht also verdünntes Salzwasser, während rechts ein Rest reines Wasser bleibt. Der Druck, der bei diesem Ausgleichsvorgang entsteht, nennt sich osmotischer Druck.

In einer Umkehrosmoseanlage kann dieser Vorgang durch den Aufbau eines Drucks, der größer als der osmotischen Druck ist, umgekehrt werden. In dem oben beschriebenen System wird dafür zusätzlich ein Wasserdruck eingesetzt, der das Salzwasser durch die Membran drückt. Wieder bewegen sich nur die Wasserteilchen durch das Membran, das Salz bleibt zurück. Das Ergebnis ist reines Wasser auf der einen Seite, auch Permeats genannt, und auf der anderen Seite von der Membran zurückgehaltenes, nun stark konzentriertes Salzwasser, auch Retentats genannt. Die Beschaffenheit des Retentats hängt stark von der Art der Membran, der Inhaltsstoffe, sowie den Betriebsbedingungen ab. Die Umkehrosmoseanlage dient somit als Filter, um Wasser von unerwünschten Inhaltsstoffen, wie z. B. Nitrat, zu reinigen.

Funktionalität der Umkehrosmose in der Wasseraufbereitung

Umkehrosmoseanlagen werden in der Industrie vor allem zur Gewinnung von vollentsalztem Wasser verwendet. Bei dieser Verwendungsart fallen systembedingt große Mengen an hochbelastetem Retentat an, das häufig nicht genutzt werden kann. Aufgrund des immer noch hohen Wasseranteils bietet sich eine weitere Aufbereitung des verschmutzten Wassers an. Wirtschaftlich zu empfehlen ist dies vor allem bei großen Umkehrosmoseanlagen. 

Vakuumdestillation in Verbindung mit Umkehrosmoseanlagen

Ein Verfahren, welches sich für die Nachbehandlung des Umkehrosmose-Wassers immer mehr durchsetzt, ist die Vakuumdestillation. Die Kombination einer vorgeschalteten Umkehrosmose zur Reduzierung des generellen Feedwasserstroms und einer nachgeschalteten Vakuumdestillation zur Wasseraufbereitung, ermöglicht hierbei eine maximale Rückgewinnung der Ressource Wasser. Zudem werden die Entsorgungskosten, im Vergleich zu einer Aufbereitung nur mit einer Umkehrosmose, drastisch gesenkt.

Das generelle Funktionsprinzip der Vakuumdestillation ist dabei denkbar einfach. Wasser wird verdampft und unerwünschte Verschmutzungen, wie zum Beispiel Salze, bleiben zurück. Das verdampfte Wasser kondensiert und wird als reines Wasser aus der Anlage geleitet. Dieses kann, genauso wie das gereinigte Wasser aus der Umkehrosmoseanlage, in der Produktion wiederverwendet werden.

Der Vorteil einer VACUDEST Vakuumdestillation ist das intelligente Energierecycling. Durch die Destillation im Vakuum wird die Verdampfungstemperatur des Wassers auf circa 85 °C herabgesetzt. Die beim Verdampfen entstehende Energie wird zur Aufheizung und Verdampfung neuen Abwassers genutzt. Im Vergleich zur atmosphärischen Verdampfung können somit 95 Prozent Energieersparnis erzielt werden. Im Vergleich zu alternativen Ansätzen können die Betriebskosten einer VACUDEST dadurch so gering wie 10 €/m³ aufbereiteten Abwassers ausfallen. Im Verdampfungsrückstand bleibt nur noch ein Bruchteil der ursprünglichen Abwassermenge als Konzentrat zurück, welches kostenminimiert entsorgt werden kann. Durch diese hohen Einsparungen in den Entsorgungskosten, rechnet sich die Investition in ein VACUDEST Vakuumdestillationssystem meistens bereits in weniger als zwei Jahren.

Um die Ressource Wasser maximal zu nutzen, ist die Kombination einer Umkehrosmoseanlage mit einer VACUDEST optimal. Die Kombination beider Systeme liefert zuverlässig im Produktionsprozess einsetzbares, salzfreies Wasser zu niedrigsten Kosten.

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