Was ist eine Membran in einer RO-Anlage?

Osmose | Gleichgewicht | Umkehrosmose

Natürliche Osmose
Niedrige gelöste Stoffkonzentration → Hohe gelöste Stoffkonzentration
Semipermeable Membran

Äußerer angelegter Druck

Umkehrosmose (UO) bezieht sich auf den Prozess, bei dem Wasser in die entgegengesetzte Richtung der natürlichen Osmose fließt – von einer konzentrierten zu einer verdünnten Lösung. Dieser Prozess muss durch extern angelegten Druck angetrieben werden. Der umgekehrte Wasserfluss wird durch drei Hauptfaktoren behindert: den osmotischen Druck auf beiden Seiten der semipermeablen Membran, den inneren Widerstand der Membran selbst und den Widerstand, der durch Fouling auf der Membranoberfläche und in ihren Poren während des Betriebs verursacht wird. Daher muss der bei der Umkehrosmose angelegte Druck die osmotische Druckdifferenz der Lösung deutlich übersteigen.

Zum Beispiel:

• In Brackwasser-UO-Systemen wird der Betriebsdruck typischerweise auf 15,5 bar (oder höher) eingestellt, während die osmotische Druckdifferenz einer 2.000 ppm Brackwasserlösung weniger als 2 bar beträgt.

• Für Meerwasser mit einer osmotischen Druckdifferenz von etwa 22 bar (bei 32.000 ppm) liegt der angelegte Betriebsdruck in der Regel bei etwa 55 bar.

• 1.2 Umkehrosmose-Membranen

  Das Umkehrosmose-System basiert auf Umkehrosmose-Membranen (d. h. den oben genannten semipermeablen Membranen), um eine Trennung zwischen Lösungsmitteln und gelösten Stoffen zu erreichen. Diese Membranen lassen Lösungsmittel passieren und weisen gleichzeitig andere gelöste Stoffe zurück. Derzeit weisen die meisten Umkehrosmose-Membranen eine mehrschichtige Verbundpolymerstruktur mit Polyamid als Trennschicht auf. Diese Membranen liefern eine hervorragende Trennleistung und langfristige Haltbarkeit unter herkömmlichen Speisewasserbedingungen.

  1.3 Wichtige Leistungsparameter

  1. Rückgewinnungsrate
  Die Rückgewinnungsrate bezieht sich auf den Prozentsatz des Speisewassers, der in Permeatwasser umgewandelt wird. Beispielsweise bedeutet eine Rückgewinnungsrate von 75 %, dass für jede 100 m³/d Speisewasser die Permeatwasserausbeute 75 m³/d beträgt.

• Für ein einzelnes industrielles Umkehrosmose-Membranelement liegt die Rückgewinnungsrate bei der Produktleistungstests typischerweise zwischen 8 % und 15 %. Für ein großtechnisches Umkehrosmose-Wasseraufbereitungssystem variiert die Rückgewinnungsrate zwischen 40 % und 90 %, abhängig von Faktoren wie Speisewassereigenschaften (z. B. Salzkonzentration, Verunreinigungen), Systemkonfiguration und Betriebsbedingungen.
• 2. Rückhalterate
  Die Rückhalterate definiert den Prozentsatz eines bestimmten gelösten Stoffes, der von der Umkehrosmose-Membran nach der Filtration zurückgehalten wird, im Verhältnis zu seiner Konzentration im Speisewasser.

• • Wertigkeit der gelösten Stoffe: Gelöste Stoffe mit höherer Wertigkeit weisen höhere Rückhalteraten auf. Beispielsweise hat Ca²⁺ eine höhere Rückhalterate als Na⁺.

  • Hydratationsgrad: Ionen mit größeren hydratisierten Größen erzielen höhere Rückhalteraten. Beispielsweise werden Chloridionen (Cl⁻) effektiver zurückgehalten als Nitrationen (NO₃⁻).

  • Molekulargewicht: Im Allgemeinen werden gelöste Stoffe mit höheren Molekulargewichten effizienter zurückgehalten als solche mit niedrigeren Molekulargewichten.

  • Polarität der gelösten Stoffe: Unpolare gelöste Stoffe weisen typischerweise niedrigere Rückhalteraten auf. Beispielsweise hat Benzol trotz seines relativ hohen Molekulargewichts eine Rückhalterate von nur etwa 25 % aufgrund seiner unpolaren Struktur.

  • Zustand der gelösten Stoffe: Gasförmige gelöste Stoffe werden von Umkehrosmose-Membranen nicht zurückgehalten. Beispielsweise wird Ammoniakgas (NH₃) nicht zurückgehalten, während Ammoniumionen (NH₄⁺) in Lösungen mit niedrigem pH-Wert effektiv zurückgehalten werden können.

  • Verzweigungsgrad: Stark verzweigte Moleküle weisen höhere Rückhalteraten auf. Beispielsweise hat Isopropanol eine höhere Rückhalterate als n-Propanol.

  • Andere Faktoren: Zusätzliche Einflüsse sind Speisewasserbedingungen (z. B. pH-Wert, Ionenstärke, Härte) und Membraneigenschaften (z. B. Oberflächenladung, charakterisiert durch Zetapotenzial, Hydrophilie und Oberflächenmorphologie).

  Die Rückhalteleistung von praktischen Umkehrosmose-Membranen, insbesondere Nanofiltrationsmembranen, hängt von einer Kombination der oben genannten Faktoren und nicht von einer einzelnen Variablen ab. Für genauere Daten liefern Produktmanuals und Labormaßstab-Simulationstests nur vorläufige Referenzinformationen. Wir empfehlen Benutzern, Pilotversuche unter tatsächlichen Feldbedingungen durchzuführen, um die Leistung zu validieren.