Bewältigung globaler Herausforderungen bei der Wasserqualität durch Fortschritte in der Umkehrosmose-Technologie (RO).

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In der sich schnell entwickelnden globalen Landschaft von heute geht das Streben nach Wassersicherheit über den bloßen Zugang hinaus und erstreckt sich auf den zwingenden Bedarf an gereinigtem Wasser für verschiedene Anwendungen. Oberflächengewässer, die durch Haushalts- und Industrieabfälle verunreinigt sind, stellen konventionelle Behandlungsmethoden vor beispiellose Herausforderungen und führen zu einer wachsenden Abhängigkeit vom Grundwasser. Allerdings beeinträchtigt die übermäßige Grundwasserentnahme, die durch den Klimawandel noch verstärkt wird, die Wasserqualität erheblich.

Die strengen Standards der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für die Wasserqualität in Verbindung mit der sich ständig verschlechternden Wasserqualität machen den Bedarf an fortschrittlichen Behandlungsmethoden deutlich. Um diese Herausforderungen anzugehen, ist ein Paradigmenwechsel hin zu innovativen Lösungen, insbesondere der Umkehrosmose-Technologie (RO), im Gange. Die RO-Technologie ist seit langem eine praktikable Lösung für die Aufbereitung von Wasser mit hohem Salzgehalt sowie bestimmten Verunreinigungen wie Fluorid, Härte, Bikarbonaten und Schwermetallen auf akzeptable Standards, obwohl weiterhin Missverständnisse über den wahrgenommenen hohen Salzgehalt bestehen Kapital- und Betriebskosten.

Das Verständnis des Grundprinzips der Osmose ist entscheidend, um die RO-Technologie zu entmystifizieren. Bei diesem Prozess wird rohes Speisewasser mit hohem Anteil an gelösten Feststoffen entgegen dem natürlichen osmotischen Prozess durch eine Membran gepresst, wodurch gereinigtes Wasser entsteht. Das Erreichen eines Gleichgewichts zwischen hohen Rückgewinnungsraten (Verhältnis von gereinigtem zu Speisewasser) und der Aufrechterhaltung einer akzeptablen Qualität des gereinigten Wassers ist für die Systemeffizienz und Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung.

Umkehrosmoseanlagen werden auf der Grundlage des Salzgehalts des Rohwassers in Kategorien eingeteilt, die von niedrigem Brackwasser über hohes Brackwasser bis hin zu Meerwasser reichen und jeweils bestimmte Membrantypen und Betriebsdrücke erfordern. Anschließend werden der Energiebedarf und die Kosten bestimmt. Die Kapital- und Betriebskosten steigen mit steigendem Salzgehalt, was die Bedeutung der Auswahl der richtigen RO-Einheit unterstreicht.

Eine wirksame Vorbehandlung vor der Wasserzufuhr zur RO-Einheit ist von entscheidender Bedeutung, um eine Beschädigung des Herzstücks des Systems, nämlich der Membranen, zu verhindern. Die Einspritzung von Antikalk-Chemikalien in das Speisewasser der Umkehrosmoseanlage spielt eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung von Kalkablagerungen und sorgt so für eine optimale Leistung des Systems. Allerdings kann eine regelmäßige Reinigung der Membranen erforderlich sein, um die Systemleistung wiederherzustellen, insbesondere nach langen Betriebsperioden, was zu Kalkablagerungen führt, die wiederum die Produktionskapazität der RO-Einheit verringern.

In netzfernen Gebieten stellt die Stromversorgung von Umkehrosmosesystemen eine Herausforderung dar, die zu einem verstärkten Einsatz erneuerbarer Energiequellen, insbesondere Solarenergie, geführt hat. Fortschritte in der Solartechnologie bieten Alternativen wie netzgebundene Solarsysteme und netzunabhängige batterielose RO-Einheiten, um Energiekosten zu minimieren und Stromdefizite zu beheben. Diese Alternative gilt auch für die Ergänzung oder den Ersatz von Netzstrom, sofern verfügbar, als Kostensenkungsmaßnahme.

Die neueste Entwicklung, die Closed-Circuit Reverse Osmosis (CCRO), arbeitet in einer geschlossenen Kreislaufkonfiguration und optimiert die Wasserrückgewinnung, wodurch der Abfall auf 10 bis 20 % minimiert wird. Herkömmliche Umkehrosmoseanlagen können je nach Salzgehalt bis zu 70 % des Speisewassers verschwenden. Während sich die CCRO im Vergleich zu herkömmlichen RO-Konfigurationen durch höhere Investitionskosten auszeichnet, verbessert sie die Effizienz und Nachhaltigkeit des Gesamtsystems, was auf lange Sicht zu deutlich niedrigeren Betriebskosten führt.

Da die Nachfrage nach gereinigtem Wasser steigt, wird die Entmystifizierung der Umkehrosmose-Technologie von entscheidender Bedeutung bei der Suche nach einem verantwortungsvollen Umgang mit Wasser. Ein umfassendes Verständnis verschiedener RO-Konfigurationen, Rohwasserqualitätsklassifizierungen, Energieanforderungen und -alternativen sowie Vorbehandlungsprozesse ist der Schlüssel zur globalen Bewältigung des Wasser-Energie-Zusammenhangs, insbesondere in Entwicklungsländern, die überproportional von den Herausforderungen der Wasserknappheit betroffen sind.

 

Von Mohamed Omar, Vertriebsingenieur für Wasseraufbereitung, Davis & Shirtliff