Betriebswassernutzung

Referenten: Rahel Germershausen, Simone Maxl, Evi Scheller, Lena Weiß

Zwei Drittel dieser zusätzlichen Kapazitäten entfallen allein auf Saudi Arabien, die Vereinigten Arabischen Emirate, Iran und die USA. Diese Staaten planen für den genannten Zeitraum die Errichtung und Inbetriebnahme von großen Meerwasserentsalzungs-Anlagen mit Kapazitäten ab 30.000 m3 über "Reverse Osmose"- Anlagen ( siehe 2.3.1 ) bis zu über eine Million Kubikmeter pro Tag mittels thermischer Verfahren und deren Kombination.

Die Bereitstellung von Trink- und Nutzwasser aus Meerwasser ist längst zu einer globalen Herausforderung geworden. Weltweit wird an innovativen Technologien und Verfahren gearbeitet, um die Ressource Wasser in ausreichendem Maße zur Verfügung zu stellen und die Umwandlung von Meer- und Trinkwasser gewinnt zunehmend an Bedeutung.

Obwohl deutsche Unternehmen bereits seit den 70er Jahren in groß angelegten Forschungsprojekten weltweite Entsalzungsverfahren entwickeln, entsprechende Projekte realisierten und über beträchtliches Know-how auf dem Gebiet der Meerwasserentsalzung verfügen, bestimmten inzwischen Nationen wie Italien, UK, Frankreich, USA und Japan den Weltmarkt.
Denn während Wirtschaft, Wissenschaft und Politik der internationalen Konkurrenz Hand in Hand arbeiten, fehlte es in Deutschland bislang an einer zentralen Plattform, die die Interessen auf diesem Gebiet bündelt.

Reverse Osmose - Membranverfahren zur Meerwasserentsalzung

Ein Verfahren, das hauptsächlich zur Entsalzung von Wasser (Meerwasserentsalzung) mit Hilfe von semipermeablen Membranen verwendet wird.
Bei der Umkehrosmose erfolgt eine selektive Abtrennung (Aufkonzentrierung) von gelösten Stoffen aus einer Lösung indem diese unter hohem Druck durch eine semipermeable Membran gepresst wird. Bei Wegfall des Druckes würde das Filtrat aufgrund des Konzentrationsgradienten wieder zurückfließen (Osmose). Mit Hilfe der Umkehrosmose lassen sich z.B. Viren, Zucker, Proteine, Pektine oder Salze (Meerwasserentsalzung) aus einer Lösung abtrennen. Es können Teilchen der Größe etwa von 5x10-7 bis 5x10-6 mm zurückgehalten werden. Es wird Druck bis 100 bar angewendet.

Eine zunehmend wirtschaftliche Alternative zum Ionenaustauschverfahren, auch in Kombination mit diesen, stellt in vielen Fällen die so genannte umgekehrte Osmose dar. Das zugrunde liegende Prinzip ist dabei die Trennung von Lösungsmittel und gelösten Stoffen durch Aufwendung von Arbeit. Der Trennvorgang findet dabei an speziellen Membranen statt, die die Eigenschaft haben, das Lösungsmittel zu lösen (in diesem Fall Wasser), nicht aber die gelösten Inhaltsstoffe (in diesem Fall Mineralsalze).
Die Arbeit wird von einer Pumpe verrichtet. Der Pumpendruck muss dabei größer sein als der osmotische Druck der aufkonzentrierten Lösung an der Oberfläche der Membrane.

Um dem Pumpendruck standzuhalten ist die Membran auf ein entsprechend druckfestes Trägermaterial aufgezogen. Gebräuchlich sind heute Membranen aus Polyamid, Polysulfon oder Celluloseacetat. Eine Einheit mit der Anordnung von Membranen heißt Permeator oder Umkehrosmose-Modul. Durchgesetzt haben sich Hohlfasermodule und Wickelmodule.
Eine Anlage besteht meistens aus mehreren Modulen. Das erhaltene Reinwasser heißt Permeat, die aufkonzentrierte Lösung Konzentrat. Die prinzipielle Arbeitsweise eines Permeators soll die folgende Skizze verdeutlichen:

Je nach Permeatortyp und Zusatzwasserqualität wird ein Salzrückhaltevermögen von 85 - 98 % und eine Permeatausbeute von 50 - 85 % erreicht. Die Permeatausbeute wird primär durch die Tendenz des Konzentrats zur Bildung von Ablagerungen begrenzt, was zur Verblockung der Membranen führen kann. Die Verhinderung der Membranverblockung ist eines der Hauptprobleme bei der Auslegung einer Anlage.

Umkehrosmoseanlagen decken heute einen sehr unterschiedlichen Leistungsbereich ab: Im Betrieb sind Anlagen mit einer Permeatausbeute von einigen Litern pro Stunde für den häuslichen oder Laborbedarf bis zu Meerwasserentsaltzungsanlagen mit einer Leistung von einigen hundert Kubikmetern pro Stunde. Die Auswahl der Membranen, des Permeatortyps und der Anordnung erfolgt unter Berücksichtigung der erforderlichen Leistung, der Zusatzwasserqualität und den Reinheitsanforderungen.