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Definition der Umkehrosmose

 

Das Reverse Osmosis (RO) -Verfahren besteht aus der Erzeugung einer wässrigen Lösung mit niedrigem Salzgehalt aus einer anderen wässrigen Lösung mit hohem Salzgehalt über eine wasserpermeable Membran. Hierbei handelt es sich um die Technologie, mit der entsalztes Wasser aus Meerwasser gewonnen wird. Genau wie bei MF und UF wird die Triebkraft für die Trennung des Salzes durch einen Unterschied im Transmembrandruck verursacht. Trotzdem ist das Trennverfahren in RO auf die unterschiedliche Löslichkeit und Diffusivität der wässrigen Lösungskomponenten in der Membran zurückzuführen. Die Betriebswerte für die Transmembrandruckdifferenz und die Lösungskonzentration betragen 7 bis 70 bar bzw. 200 bis 30000 ppm. Hier finden Sie qualitativ hochwertige Osmoseanlagen vom Fachhändler.

RO-Prozess 

Die RO-Technik hat sich in den letzten Jahrzehnten stark entwickelt und hat sich von einer aufstrebenden Technologie zu einem konsolidierten, effizienten und wettbewerbsfähigen Prozess entwickelt. Aber was genau ist die Umkehrosmose? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zuerst den Osmoseprozess beschreiben. Osmose ist ein Ausgleichsvorgang, bei dem Moleküle in einem Lösungsmittel eine permeable Membran durchqueren können, um eine stärker konzentrierte Lösung zu verdünnen. 

Wenn eine Ausrüstung wie die in Abbildung (a) verwendet wird, bei der zwei Lösungen mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen bei Atmosphärendruck durch eine physikalische Barriere getrennt werden, tritt bei Entfernung dieser Barriere, die sie trennt, eine natürliche Diffusion auf und die Konzentrationen in beiden Lösungen sind ausgeglichen, an welchem ​​Punkt der Saldo erreicht ist. Anfangs wird der Fluss meistens aus der verdünnteren Lösung kommen, aber wenn die Konzentrationen gleich sind, stimmen die Flüsse überein und der Nettofluss ist Null. Abbildung (b) zeigt dasselbe experimentelle System, aber jetzt sind die Lösungen durch eine semipermeable Membran getrennt, durch die das Lösungsmittel passieren kann, nicht jedoch die größeren Ionen und Moleküle. In diesem Fall wird das Osmosephänomen hervorgerufen und die stärker verdünnte Lösung gelangt durch die Membran zur stärker konzentrierten Lösung, während die Ionen in der stärker konzentrierten Lösung die Membran nicht passieren können und eingeschlossen bleiben. Infolge dieser Übertragung von Lösungsmittel von einer Seite der Membran auf die andere ändern sich die Konzentrationen beider Lösungen, wie in der Oberseite der Tanks zu sehen ist. Während der Gehalt der stärker verdünnten Lösung gesunken ist, ist der Gehalt der stärker konzentrierten Lösung gestiegen. Sobald der Durchfluss stoppt – Abbildung (c) – und sich die Füllstände in den beiden Tanks im Laufe der Zeit nicht mehr ändern, ist das System ausgeglichen. Die Differenz der Flüssigkeitsstände in den beiden Tanks erzeugt einen hydrostatischen Druck, der genau dem osmotischen Druck entspricht. Tatsächlich ist der osmotische Druck als der hydrostatische Druck definiert, der erforderlich ist, um den Lösungsmittelfluss durch eine semipermeable Membran zu stoppen, die zwei Fluide unterschiedlicher Konzentrationen trennt. Wenn das Lösungsmittel von der stärker verdünnten Lösung zu der stärker konzentrierten Lösung fließt, um die Konzentrationen zu erreichen, wird die Strömung durch die Membran verringert, wenn ein leichter Druck auf die stärker konzentrierte Lösung ausgeübt wird. Wenn der Druck langsam erhöht wird, ist ein Punkt erreicht, an dem der Fluss durch die Membran Null ist, dh das Lösungsmittel hört auf, durch die Membran zu fließen. Der Druck, der in diesem Moment angelegt wird, ist gleich dem osmotischen Druck. Wenn der Druck erhöht wird, kehrt sich der Fluss um und das Lösungsmittel fließt durch die Membran in die entgegengesetzte Richtung, das heißt von der Seite der stärker konzentrierten Lösung zur Seite mit der stärker verdünnten Lösung. Dieser Vorgang wird als RO bezeichnet. 

Das RO-Behandlungsverfahren ist besonders attraktiv aufgrund der hohen Selektivität der Membranen, die das Lösungsmittel passieren lassen, während die in der Lösung gelösten kleinen Ionen und Moleküle kaum passieren können. Dies macht die Technik besonders interessant für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. zur Entsalzung von Meerwasser, zur Behandlung von flüssigen Abwässern, zur Reinigung von Wasser für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie usw. Die Anwendung der Umkehrosmose in der Lebensmittelindustrie ist ein klares Beispiel für eine weit verbreitete Anwendung. Von Eiweißkonzentraten, Fruchtsäften und Gelatinen bis zur Entfernung von Bakterien und Salzlake in Fleisch oder Alkohol aus Spirituosen. Die Milch-, Stärke- und Zuckerindustrie ist auch ein Benutzer des Arbeitsprozesses von Ro-Anlagen. Osmose und RO sind zwei Phänomene, die natürlicherweise in Lebewesen im täglichen Leben auftreten. Zum Beispiel verwenden die Zellen in unserem Körper, die von einer semipermeablen Membran umhüllt sind, eine Osmose, um Nährstoffe in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu transportieren. Dies begünstigt sowohl den Einbau der für den Zellstoffwechsel der Zelle benötigten Nährstoffe als auch den Ausstoß der Abfälle aus dem zellulären Stoffwechsel. 

Was ist der Unterschied zwischen Osmose und Umkehrosmose? 

Bei der Osmose bewegen sich Wassermoleküle über eine semipermeable Membran von einer Flüssigkeit mit höherer Konzentration zu einer niedrigeren. Dies erfordert keinen zusätzlichen Energieaufwand oder einen externen Prozess. In RO bewegen sich Wassermoleküle über eine semipermeable Membran von einer Flüssigkeit mit niedrigerer Konzentration zu einer höheren, was die Umkehrung der regulären Osmose darstellt. Dies erfordert einen Druck in der Flüssigkeit mit niedrigerer Konzentration, um den osmotischen Druck und somit zusätzliche Energie zu überwinden. 

Arten von Membranen, die in RO verwendet werden 

Das Filtrationsniveau und der Prozess bestimmen die Verwendung eines anderen Membrantyps. Die häufigsten Arten von Membranen sind: 

Spiralmembranen 
Keramikmembranen 
Membranen aus Edelstahl 
Rohrmembranen 
Hohlfasermembranen 
Platten- und Rahmenmembranen 

Leistungen 

Die Vorteile der in RO verwendeten Membranen lassen sich in folgenden Punkten zusammenfassen: 

Die mehreren Ionen behalten die einzelnen Ionen besser bei.Die gelösten Gase wie Ammoniak, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Sauerstoff, Chlor und Schwefelwasserstoff weisen eine gute Permeabilität auf.Die Ablehnung von Säuren und schwachen Basen ist höher als der pH-Wert, wenn sie in ionisierter Form vorliegen.Die Abstoßung neutraler organischer Moleküle nimmt mit dem Molekulargewicht zu, Verbindungen mit Molekulargewichten von mehr als 100 D haben einen hohen Abstoßungskoeffizienten. Die Art des Membranmaterials hat einen wichtigen Einfluss auf den Wert dieses Parameters. 

Negative Werte des Abstoßungskoeffizienten wurden in gelösten Stoffen wie Phenol und Benzol in Celluloseacetatmembranen beobachtet.