Wie funktioniert die Umkehrosmose: Funktionsprinzip von Anlagen zur Feinwasserreinigung

Bei den Haushaltssystemen zur Trinkwasseraufbereitung ist vor relativ kurzer Zeit eine neue Variante aufgetaucht, die als Umkehrosmose bezeichnet wird. Dieses Set aus Filtern und einer speziellen Membran kostet nicht wenig, kann aber fast jedem anderen System Konkurrenz machen.

Hat es Sinn, tiefer in die Tasche zu greifen? Um eine Antwort auf diese Frage zu erhalten, müssen Sie erfahren, wie die Umkehrosmose funktioniert, und dann Kosten und Ergebnis gegenüberstellen. Mit unserer Hilfe wird der Prozess der Einarbeitung in das fortschrittliche Reinigungssystem viel schneller und effizienter vonstattengehen.

Wir haben für Sie alle nützlichen und zuverlässigen Informationen über die Membrananlage zur Wasserreinigung gesammelt und systematisiert. Der Vollständigkeit halber haben wir das Textmaterial um Diagramme, Illustrationen und Videos mit Empfehlungen für zukünftige Käufer ergänzt.

Funktionsweise der Umkehrosmoseanlage

Der Osmoseprozess beruht auf der Eigenschaft von Wasser, den Gehalt an Verunreinigungen in durch eine Membran getrennten Lösungen auszugleichen. Die Poren in dieser Membran sind so klein, dass nur Wassermoleküle hindurchtreten können.

Wenn in einem Teil eines solchen hypothetischen Behälters die Konzentration der Verunreinigungen erhöht wird, beginnt das Wasser dorthin zu fließen, bis die Dichte der Flüssigkeit in beiden Behälterteilen ausgeglichen ist.

Die Umkehrosmose liefert ein genau entgegengesetztes Ergebnis. In diesem Fall wird die Membran nicht zum Ausgleich der Flüssigkeitsdichte verwendet, sondern um auf der einen Seite reines Wasser und auf der anderen Seite eine mit Verunreinigungen maximal angereicherte Lösung zu sammeln. Aus diesem Grund wird dieser Prozess als Umkehrosmose bezeichnet.

All diese chemischen Besonderheiten sind für die Käufer wenig interessant, insbesondere für diejenigen, die sich nicht allzu gut mit Wissenschaft auskennen. Es reicht ihnen zu verstehen, dass das Zentrum der Umkehrosmoseanlage eine spezielle Membran ist, deren Poren so klein sind, dass sie nichts durchlassen, was die Größe eines Wassermoleküls überschreitet – und das ist ein erheblicher Teil der im Leitungswasser enthaltenen Verunreinigungen.

Leider ist das Wassermolekül nicht das kleinste auf der Erde, beispielsweise sind Chlormoleküle deutlich kleiner, daher können sie ebenfalls durch die Membran sickern. Zudem ist der Kontakt mit großen Schwebstoffen für diese Membran kontraindiziert. Ihre feinen Poren würden bei einer solchen Einwirkung schnell verstopfen, und dieses Element müsste sofort ausgetauscht werden.

In diesem Schema werden anschaulich die fünf Stufen der Wasserreinigung mittels Umkehrosmose dargestellt: Vorreinigung durch drei Filter, Membran und Nachreinigung.

Um dies zu verhindern, werden in die Umkehrosmoseanlage drei zusätzliche Filter eingebaut, mit deren Hilfe das Wasser vorbehandelt wird. Die Membran teilt das teilweise gereinigte Wasser in zwei ungleiche Teile. Etwa ein Drittel des zugeführten Volumens ist reines Wasser, das dann in den Vorratstank fließt.

Die restlichen zwei Drittel des Wasservolumens sind der Teil, in dem die Verunreinigungen konzentriert sind. Dieses Konzentrat wird in den Abfluss geleitet. Zwischen Tank und Wasserhahn befindet sich in der Regel ein kleiner Behälter. Hier wird eine Kartusche eingesetzt, die dazu dient, die Qualität des bereits gereinigten Wassers zu verbessern, beispielsweise durch Anreicherung mit nützlichen Mineralien.

Schematisch lässt sich das Funktionsprinzip der Umkehrosmose wie folgt beschreiben:

1. Das Wasser gelangt aus der Wasserleitung zu den Vorfilteranlagen.
2. Anschließend durchläuft die Flüssigkeit den Umkehrosmose-Prozess.
3. Das gereinigte Wasser gelangt in den Vorratstank.
4. Das Konzentrat, das die herausgefilterten Verunreinigungen enthält, wird in den Abfluss geleitet.
5. Das reine Wasser aus dem Vorratstank gelangt direkt oder über zusätzliche Geräte zum Wasserhahn für reines Wasser.

Somit stellt die Umkehrosmoseanlage eine Reihe von Geräten dar, die es ermöglichen, Trinkwasser mit einem hohen Reinigungsgrad zu gewinnen. Bis vor kurzem wurden solche Systeme hauptsächlich in der Industrie, in gastronomischen Betrieben, in Gesundheitseinrichtungen usw. eingesetzt.

Dieses Schema zeigt die Aufteilung des durch das Umkehrosmosesystem gereinigten Wasserstroms in zwei Ströme: reines Wasser und Konzentrat, das in den Abfluss geleitet wird.

Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Trinkwasserqualität in den letzten Jahren erfreuen sich jedoch Umkehrosmoseanlagen für den Hausgebrauch zunehmender Beliebtheit. Sie unterscheiden sich in Ausstattung, Leistung, Größe des Vorratstanks usw. Filter und Membran müssen regelmäßig ausgetauscht werden.

Wie erkennt man, dass die Membran ausgetauscht werden muss? Im Laufe der Nutzung verstopfen ihre Poren, und es kommt der Moment, in dem das Wasser einfach nicht mehr in den Vorratstank gelangt. Eine solche Membran muss auf jeden Fall ausgetauscht werden. Experten empfehlen jedoch, den Austausch deutlich früher vorzunehmen.

Das Umkehrosmosesystem besteht aus einem Vorratstank, einem Satz von drei Vorfiltern, einer Membran und einem Nachfilter zur Nachreinigung und Anreicherung des Wassers.

Zur Bestimmung der Wasserqualität, die mit dem Umkehrosmosesystem gereinigt wurde, wird ein elektronisches Gerät verwendet – ein TDS-Messgerät. Damit wird der Gehalt an Salzen im Wasser bestimmt.

Bei Leitungswasser vor der Reinigung kann dieser Wert 150-250 mg/l betragen, nach der Reinigung mittels Umkehrosmose-Technologie gilt ein Salzgehalt von 5-20 mg/l als normal. Liegt die Salzkonzentration im gereinigten Wasser über 20 mg/l, wird empfohlen, die Membran auszutauschen.

Wer die in verschiedenen Reinigungsstufen verwendeten Wasserfilter auswählen möchte, findet viele nützliche Informationen im folgenden Artikel.

Die einzelnen Elemente des Systems

Das teuerste und wichtigste Element des Umkehrosmosesystems ist die Membran. Sie besteht aus einem mikroporösen Material, das in einer oder mehreren Lagen um einen perforierten Plastikkern gewickelt ist. Die Membran ist oben mit einer Plastikschutzhülle abgedeckt, die mit Dichtungsringen befestigt ist.

Das Wasser gelangt in das Membrangehäuse und durchläuft das poröse Füllmaterial. Dabei dringen die Wassermoleküle durch den porösen Kern und gelangen weiter in den Vorratstank.

Die Verunreinigungen mit etwas Wasser können die Membranbarriere jedoch nicht überwinden. Sie treten am gegenüberliegenden Ende des Membranblocks aus und werden entsorgt.

Im Schema ist der Aufbau der Membran für das Umkehrosmosesystem zu sehen: ein mehrschichtiges poröses Material, das in einem Plastikgehäuse um einen perforierten Kern befestigt ist.

Wie bereits erwähnt, kann der direkte Kontakt der Membran mit normalem Leitungswasser schädlich sein. Ihre Poren sind nämlich sehr fein – nur 0,0001 Mikrometer. Die Membran kann nicht wie einige mechanische Grobfilter ausgebaut, gereinigt und wieder eingesetzt werden.

Das teure Bauteil muss alle zwei bis drei Jahre komplett ausgetauscht werden. Die Lebensdauer kann je nach Betriebsbedingungen der Membran variieren: Druck in der Wasserleitung, Menge und Art der Verunreinigungen, Wassertemperatur usw.

In manchen Fällen kann die Membran fünf Jahre oder sogar länger halten, manchmal muss der Austausch jedoch bereits nach dem ersten Betriebsjahr erfolgen.

Ein wichtiger Faktor hierbei ist das Vorhandensein von Vorfiltern: zwei mechanische und ein Aktivkohlefilter. Der erste mechanische Filter entfernt alle unlöslichen Verunreinigungen, die größer als 0,5 Mikrometer sind. Dies können Sandkörner, Rostpartikel und ähnliche "mechanische" Bestandteile sein.

Danach fließt das Wasser durch einen Aktivkohlefilter, der Moleküle verschiedener chemischer Substanzen zurückhält: Chlorverbindungen, die im Leitungswasser stets vorhanden sind, sowie Schwermetalle, aus dem Boden eingedrungene Pestizide, gelöstes Eisen und andere organische oder anorganische Verunreinigungen.

Die mechanischen Filter und der Aktivkohlefilter in der Umkehrosmoseanlage müssen alle vier bis sechs Monate ausgetauscht werden. Die benötigten Kartuschen sind als Satz erhältlich.

Danach stellt ein weiterer mechanischer 1-Mikron-Filter die Vorreinigung des Wassers fertig. Dadurch gelangt Wasser zur Membran, das keine Verunreinigungen enthält, die den Membranfilter beschädigen oder durchdringen könnten.

Diese Filter müssen regelmäßig alle paar Monate ausgetauscht werden. Sie sind jedoch um Größenordnungen günstiger als die Membran, und ein rechtzeitiger Austausch kann deren Lebensdauer erheblich verlängern.

Für die Sammlung des gereinigten Wassers wird ein Vorratstank verwendet. Sein Fassungsvermögen kann je nach Systemleistung zwischen 4 und 12 Litern variieren. Für die Herstellung solcher Tanks wird in der Regel hochwertiger Stahl verwendet. Außen ist der Behälter mit einer Schicht widerstandsfähiger Emaille überzogen. Im Inneren befindet sich eine Silikondichtung, die den Tank in zwei Teile teilt.

Auf der einen Seite der Dichtung befindet sich das gesammelte reine Wasser, auf der anderen Seite – Luft. Die Luftmenge in der Kammer kann mithilfe des Nippels auf der Luftseite des Tanks verändert werden.

Die Luft erzeugt im Vorratstank einen zusätzlichen Druck, der die Bewegung des Wassers zum Wasserhahn mit dem erforderlichen Druck unterstützt. Selbstverständlich verfügt der Tank über einen Ausgang zum Anschluss eines Schlauches, über den das Trinkwasser zum Wasserhahn gelangt.

Normalerweise wird dieser Wasserhahn an der Spüle installiert. Sollte die Wasserversorgung aus irgendeinem Grund unterbrochen werden, verbleibt eine gewisse Menge Wasser im Tank, was das Problem abmildert. In diesem Fall ist es sinnvoll, den Druck zu erhöhen, indem Sie Luft über die Nippelverbindung einpumpen, um den Vorratstank vollständig zu entleeren.

Der Reinigungsgrad des Wassers mittels Umkehrosmoseanlage nähert es destilliertem Wasser an. Dabei lässt die Membran die im Wasser gelösten Sauerstoffmoleküle durch, was die Qualität erhöht.

Um den Geschmack zu verbessern, kann das Wasser durch einen Mineralisator oder andere Module geleitet werden. Es ist jedoch auch direkt nach der Membranreinigung trinkbar. Es ist nicht notwendig, es vor dem Trinken abzukochen.

Als zusätzliches Modul zur Verbesserung der Trinkwasserqualität können Umkehrosmoseanlagen mit einem Mineralisator oder einer biokeramischen Kartusche ergänzt werden. Der Mineralisator dient zur Anreicherung des Wassers mit nützlichen Stoffen wie Kalzium, Natrium, Magnesium usw.

All diese Mineralien wirken sich positiv auf das Nerven- und Herz-Kreislauf-System des Menschen aus, beugen vielen gefährlichen Krankheiten vor, stimulieren den normalen Säuregehalt des Blutes usw.

Der Mineralisator in Umkehrosmoseanlagen wird verwendet, um das gereinigte Wasser mit Mineralstoffen anzureichern und es gesünder zu machen.

Die biokeramische Kartusche wirkt anders. Ihre Füllung besteht aus Kugeln aus gebranntem Ton und Turmalinstücken. Dieses Mineral kann eine äußerst positive Wirkung auf das Wasser haben. Es trägt zur Veränderung der Wasserstruktur bei, was sich letztendlich positiv auf das endokrine System und die Stärkung des Immunsystems auswirkt.

Mit der Zeit erschöpft sich die Lebensdauer solcher Zusatzmodule, sie müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Daher ist es hier praktischer, einen Wasserhahn mit zwei Ventilen zu verwenden.

An das eine Ventil wird Wasser direkt aus dem Vorratstank geleitet, an das andere – Wasser, das den Mineralisator durchlaufen hat. Das mit nützlichen Stoffen angereicherte Wasser wird nur zum Trinken verwendet, während mit mineralarmem Wasser gekocht wird.

Über die Regeln für die Auswahl einer Wasseraufbereitungsanlage für die autonome Wasserversorgung eines Privathauses informiert einer der beliebten Artikel auf unserer Website.

Vor- und Nachteile der Umkehrosmose

Hohe Reinigungsleistung und garantierte Trinkwasserqualität – der Hauptvorteil von Umkehrosmoseanlagen. Schätzungen zufolge ist der Gehalt an Fremdstoffen in auf diese Weise gereinigtem Wasser zehnmal niedriger als die zulässige Mindestnorm. Die besondere Konstruktion der Membran verhindert, dass Verunreinigungen versehentlich in den gereinigten Wasserstrom gelangen.

Dieses Schema zeigt detailliert den Aufbau und die Funktionsweise der Umkehrosmose-Membran, die es ermöglicht, gereinigtes Wasser – das Permeat – zu gewinnen und den verschmutzten Teil – das Konzentrat – zu entfernen.

Dieses Wasser kann bedenkenlos zum Trinken und Kochen verwendet werden, es kann Kindern und Haustieren gegeben werden. Für die Gesundheit ist das durch Umkehrosmose gewonnene Wasser deutlich vorteilhafter als abgekochtes Leitungswasser. Aquarianer verwenden dieses Wasser zum Auffüllen der Aquarien, ohne es abstehen zu lassen.

Trotz der komplexeren Konstruktion im Vergleich zu herkömmlichen Haushaltsfiltern lässt sich die Installation solcher Systeme ohne besondere Schwierigkeiten durchführen. Alles Notwendige für die Montage wird in der Regel im Lieferumfang mitgeliefert. Fast alle Komponenten oder deren Modifikationen können separat erworben werden.

Das System nimmt nicht allzu viel Platz ein; meist werden der Tank und die Filtersätze mit Membran direkt unter der Spüle angebracht. Der kompakte Trinkwasserhahn auf der Spüle fügt sich in der Regel perfekt in die Einrichtung ein.

Die Abmessungen der Komponenten der Umkehrosmoseanlage sind klein; sie können in der Regel problemlos unter der Spüle installiert werden. Im Lieferumfang ist ein Satz schmaler Schläuche zum Verbinden der einzelnen Systemelemente enthalten.

Der Hauptnachteil von Umkehrosmoseanlagen – die hohen Anschaffungskosten des Sets. Die weitere Wartung des Systems erfordert ebenfalls Kosten für den Austausch der Filterpatronen, diese sind jedoch deutlich günstiger.

Alle paar Jahre muss die Membran ausgetauscht werden, deren Preis etwa 50 US-Dollar betragen kann. Berechnungen zeigen jedoch, dass die Kosten für sauberes Wasser für eine Familie letztendlich immer noch günstiger sind als der Kauf von Trinkwasser von externen Lieferanten.

Die Effizienz der Membran in der Umkehrosmoseanlage nimmt allmählich ab; sie muss alle paar Jahre ausgetauscht werden. Diese Frist variiert je nach Betriebsbedingungen.

Eine weitere Besonderheit des Umkehrosmosesystems, die man kaum als Nachteil bezeichnen kann, ist die geringe Leistung. Das gereinigte Wasser sickert sehr langsam durch die Membran; die Standardleistung der Membran beträgt etwa 150–300 Liter pro Tag.

Dabei fließt mehr als die Hälfte des aus der Wasserleitung zugeführten Wassers in den Abfluss, was sich in gewissem Maße auf die Höhe der Nebenkosten auswirkt.

Wenn das Volumen des Vorratsbehälters jedoch richtig gewählt ist, können Probleme nur kurzzeitig beim Start des Systems direkt nach der Installation oder nach längerem Stillstand mit leerem Vorratsbehälter auftreten.

Wir empfehlen einen Artikel zum Thema: Umkehrosmose: Schaden und Nutzen der Membranreinigung von Leitungswasser.

Wie wählen Sie das passende Modell aus?

Die Abmessungen der Elemente von Umkehrosmosesystemen entsprechen in der Regel einem bestimmten Standard, aber nicht immer. Die Verwendung eines Systems mit Standardparametern bietet eine größere Auswahl an austauschbaren Elementen. Die Praxis zeigt, dass sich inländische Produkte, die günstiger als ausländische Alternativen sind, qualitativ kaum von diesen unterscheiden.

Die Kartuschen der Vorfilter des Umkehrosmosesystems sowie die Membran und der Nachfilter müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Der Austausch lässt sich gemäß der Anleitung des Herstellers problemlos selbst durchführen.

Selbstverständlich sollten Sie den Kauf direkt beim Hersteller, bei einem autorisierten Händler oder in einem vertrauenswürdigen Geschäft tätigen. Gute Umkehrosmosesysteme verfügen über einen technischen Pass, eine offizielle Garantie, eine detaillierte Installations- und Betriebsanleitung sowie Qualitätszertifikate.

Die Abmessungen des Vorratsbehälters hängen vom Bedarf der Familie sowie von der Größe des Raums ab, in dem das Gerät installiert wird. Ein Behälter mit maximaler Größe ist für ein Haus geeignet, in dem eine große Familie lebt; am gefragtesten sind Behälter mit einem Volumen von etwa 8–10 Litern.

Ein wichtiger Wert – der Betriebsdruck in der Wasserleitung. Als optimal gilt ein Wert von 2,8 bar. Ist der Druck zu niedrig, ist es sinnvoll, eine Umkehrosmoseanlage mit eingebauter Pumpe zu kaufen, die für ausreichenden Druck des Trinkwassers sorgt. Ist der Druck in der Wasserleitung dagegen wesentlich höher, muss ein Druckminderer installiert werden.

Wenn die einzelnen Komponenten der Umkehrosmoseanlage Standardgrößen haben, ist es einfacher, passende Ersatzkartuschen zu finden. Diesen Punkt sollten Sie vor dem Kauf klären.

Die Membran der Umkehrosmoseanlage erfordert die größte Aufmerksamkeit. Dieses Element muss stets von hoher Qualität und mit einer geeigneten Leistung sein. Für eine kleine Familie gilt ein Wert von etwa 7 Litern pro Stunde als optimal.

Es ist nicht sinnvoll, für eine leistungsstärkere Membran zu viel zu bezahlen, wenn sie nicht benötigt wird. Zum Vergleich: Ein Gerät mit einer Leistung von 15 Litern pro Stunde erfüllt problemlos den Bedarf an sauberem Wasser eines kleinen Gastronomiebetriebs.

Als Standard gilt ein Satz, der fünf Hauptreinigungsstufen umfasst: drei Vorfilter, eine Membran und einen Nachfilter. Die Füllung dieses letzten Elements kann variieren.

Bereits zuvor wurden der Mineralisator und die biokeramische Kartusche erwähnt. Auch der Einbau einer Kartusche, die Kokosnussschalen, Aktivkohle und Silberionen enthält, gilt als beliebte Lösung.

Diese Stoffe desinfizieren das Wasser, reinigen es zusätzlich und verleihen ihm einen angenehmen Geschmack. Eine weitere interessante Möglichkeit der Nachbehandlung ist ein UV-Entkeimer. Einige Modelle von Umkehrosmoseanlagen ermöglichen die gleichzeitige Verwendung mehrerer verschiedener Kartuschen.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Video #1. Einen allgemeinen Überblick über die Funktionsweise von Umkehrosmoseanlagen finden Sie hier:

Video #2. In diesem Video wird die Funktionsweise einer solchen Anlage am Beispiel des Modells „Geyser Prestige M“ ausführlich erläutert:

Video #3. In diesem Video können Sie die Besonderheiten der Funktionsweise von Durchlauffiltern und Umkehrosmoseanlagen vergleichen:

Umkehrosmoseanlagen – eine zuverlässige und bequeme Möglichkeit, das eigene Haus mit ausreichend sauberem Trinkwasser zu versorgen. Ja, die Preise für solche Geräte bleiben hoch, aber sie amortisieren sich mehr als, da sauberes Trinkwasser das Risiko vieler Krankheiten senkt und die Lebensqualität verbessert.

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