Umkehrosmoseanlagen

 

Die Begriffe Osmose und Umkehrosmose werden sehr häufig synonym verwendet, dies ist jedoch nicht richtig.

 

Als Entdecker der osmotischen Vorgänge wird der französische Professor für experimentelle Physik, Jean-Antoine Nollet genannt. Ausgiebige Untersuchungen und Experimente führte der franzöische Forscher Henri Dutrochet durch, der das Wort Osmose auch prägte. Die Wortbedeutung findet ihren Ursprung im Griechischen und bedeutet soviel wie „Stoß“ oder „Schub“.

 

Gemeint ist das Hindurchdringen einer Flüssigkeit durch eine teilweise durchlässige Scheidewand. Bei der Flüssigkeit handelt es sich im Regelfall um Wasser und die Scheidewand bezeichnet man als Membran. Die Osmose ist somit physikalisch gesehen eine Sonderform der Diffusion. Während jedoch bei der Diffusion eine völlige Durchmischung stattfindet, kommt es bei der Osmose zu einem Transport des Wassers in den Bereich mit der höheren Konzentration bestimmter Moleküle, so dass zum Schluss in beiden durch die Mebran geteilten Bereichen eine gleiche Konzentration vorliegt, aber unterschiedliche Lösungsmengen. Der durch die erhöhte Lösungsmenge angestiegene zusätzliche Wasserdruck (hydrostatischer Druck) wird osmotischer Druck genannt.

 

Die nachfolgendenden Bilder zeigen diesen Unterschied. Während bei der Diffusion die Moleküle und Wassermengen gleich verteilt sind, zeigt sich bei der Osmose eine Ungleichverteilung, gleichwohl sind die Konzentrationen gleich.

 

        Ausgangslage                 Diffusion                      Osmose 

 

In der Natur spielt die Osmose eine sehr bedeutende Rolle, denn alle Zellen sind von einer Zellwand umgeben, die sehr häufig eine Art Membran darstellen und bestimmte Moleküle durchlassen, andere jedoch nicht, um so einen Konzentrationsausgleich herzustellen. Das wohl bekannteste Beispiel ist das Platzen der Kirschen bei Regen. Dies liegt daran, dass im Inneren der Kirsche eine hohe Zuckerkonzentration vorliegt. Die vom Regen gebildeten Wassertropfen auf der Schale haben jedoch eine viel niedrigere Konzentration an Zucker. Und da alle Stoffe nach einem Konzentrations-ausgleich bestrebt sind, wandern die Wassermoleküle zur „Verdünnung“ in die Kirsche, der Druck steigt, die Kirsche platzt.

 

Aber auch in technischen Anwendungen spielt die Osmose heute und in Zukunft eine wichtige Rolle. Beste Beispiele hierfür sind die Dialyse und Osmosekraftwerke, wie das von der Firma Statkraft in Norwegen betriebene Osmosekraftwerk in Tofte, welches von 2009 bis 2013 in Betrieb war.

 

Die Filtration von Trinkwasser erfolgt jedoch nicht mit Osmose sondern mit der Umkehrosmose.

 

Für die Reinigung von Trinkwasser wird der physikalische Vorgang der Osmose umgekehrt. Seinen Ursprung fand die Umkehrosmose in den 1950 igern. An der University of California und der University of Florida wurden im Rahmen von Forschungsprojekten erfolgreich die Trinkwassergewinnung aus Seewasser entwickelt. Der kommerzielle Durchbruch gelang jedoch erst mit der Entwicklung entsprechender Membranen durch die Professoren Sidney Loeb und Srinivasa Sourirajan sowie den Mitbegründer der Firma FilmTec Corporation John E. Cadotte. Die Firma FilmTec Corporation wurde 1984 von der Firma Dow Chemical übernommen, welches heute eines der größten Membranhersteller der Welt ist.

 

Bei der Umkehrosmose wird Druck aufgebaut, so dass die Osmose nicht stattfinden kann und es daher nicht zum Ausgleich von Konzentrationen kommen kann, sondern es kommt zu einer Aufkonzentration der Schadstoffe. Wie das nachfolgende Bild zeigt wird das mit Schadstoffen aufkonzentrierte Trinkwasser abgeführt, das „reine“ Trinkwasser steht zum Verbrauch zur Verfügung.

 
 
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