Wasseraufbereitung für Aquarien
Teil 2
Dipl.-Ing. (FH) Lars Sebralla
www.lars-sebralla.de
 


Erschienen in Nr. 157 Feb./März 2001

P h y s i k a l i s c h e Aufbereitung
Bei der physikalischen Wasseraufbereitung werden die Inhaltsstoffe durch eine Art Filter, eine sogenannte Membran, aus dem Wasser mittels Umkehrosmose entfernt.

O s m o s e
Osmose, vom griechischen (osmos = Schieben, Stossen) abgeleiteter Bezeichung für die einseitige Diffusion (Durchwandern) von Teilchen durch eine einseitig durchgängige Trennwand (Menbran), auch semipermeable Memban genannt. Befinden sich beiderseits der semipermeablen Memban Lösungen mit verschieden hohen Konzentrationen an Teilchen, so wandert das Lösungsmittel, in unserem Fall Wasser, von dem Bereich mit niedriger Salzkonzentration in den Bereich mit hoher Salzkonzentration. Der Wandervorgang setzt sich solange fort, bis gleich viele Lösemittelteilchen auf beiden Seiten der Membran befinden. Die treibende Kraft bezeichnet man als osmotischen Druck.

U m k e h r o s m o s e
Das Prinzip der Umkehrosmose wird nun stark vereinfacht erläutert und ist des Gegenteil der Osmose. Somit muss dem osmotische Druck entgegen gewirkt werden. Dies erfolgt mit dem Wasserdruck aus der Wasserleitung. Das Ausgangswasser wird mit einem Wasserdruck aus der Leitung von 2-4 bar oder 6 bar durch eine Druckerhöhungspumpe, durch eine Art sehr feinen Filter, die Membran gepreßt. Diese Membran besitzt Löcher einer bestimmten Größe.

Abb. 1:
1 Wasserdruck 2-6 bar
2 Membran

Durch diese Mikrolöcher wird nun das reine Wasser gedrückt. Schadstoffe wie Phosphat, Nitrat, Salze, Pestizide etc. haben zu große Moleküle für die Löcher und passen nicht hindurch.
 
 

Abb. 2:
1 Wasserdruck 2-6 bar
2 Membran
3 Mikrolöcher
4 Wasser
5 Schadstoff
 

Diese Schadstoffe würden die Löchen im der Membran sehr schnell verstopfen. Damit dies nicht geschieht, wird ständig Wasser an der Membran vorbei gespült. Daher besitzt eine Umkehrosmoseanlage zwei Ausgänge.

Abb. 3:
1 Wasserdruck 2-6 bar
2 Membran
3 Mikrolöcher
4 Wasser
5 Schadstoff
6 Ausgang 1: Permeat (reines Wasser)
7 Ausgang 2: Konzentrat (Abwasser)
 

Der eine Ausgang fördert das reine Wasser, auch Permeat genannt. Der andere Ausgang fördert die Schadstoffe. Dieses Abwasser wird als Konzentrat bezeichnet.
Wichtig ist das Verhältnis zwischen Konzentrat (Abwasser) und Permeat (reines Wasser). Dieses liegt je nach Umkehrosmose zwischen 2:1 bis 6:1. Dies bedeutet, es werden zwischen zwei bis sechs Teile Konzentrat, also Abwasser erzeugt, um einen Teil Permeat, reines Wasser, zu erhalten. Somit werden aus 1.000 Liter (1 m3) zwischen 143 und 333 Liter reines Wasser gewonnen. Das Umkehrosmosewasser besitzt fast keine Inhaltsstoffe, da sie bis zu 99% entfernt werden. Somit liegt die Leitfähigkeit des Wassers zwischen 5-40 µS, abhängig vom Ausgangswasser und von Gerät.
Die Umkehrosmose reduziert die Karbonathärte, somit auch den pH-Wert, die Gesamthärte, den Gehalt von Nitrat, Phosphat, Kieselsäure, Kupfer u.s.w. Dieses Ausgangswasser, welches fast keine Inhaltsstoffe mehr besitzt, kann nun durch die gezielte Zugabe von Zusatzstoffen beliebig auf die Bedürfnisse der Aquarienbewohner eingestellt werden.

Aufbau einer Umkehrosmoseanlage

1. Wasserhahn
Mit einem Wasserdruck aus der Leitung von 2-4 bar oder 6 bar durch eine Druckerhöhungspumpe und einer Temperatur zwischen 10 und 25°C wird die Umkehrosmoseanlage mit Leitungswasser gespeist. Je wärmer das Ausgangswasser ist und je höher der Druck, desto günstiger wird das Verhältnis Konzentrat zu Permeat.

2. Schwimmschalter und Magnetventil
Der Ausgang des Permeates, also des reinen Wassers, läuft nur sehr langsam oder er tropft nur. Daher muß das Wasser in einem Behälter gesammelt werden. Damit der Behälter nicht überläuft, muß die Umkehrosmoseanlage entweder rechtzeitig von Hand oder durch einen Schwimmschalter mit Magnetventil abgeschaltet werden. Der Schwimmschalter befinde sich im Vorratsbehälter und steuert eine Magnetventil, welches sich direkt am Wasserhahn befindet.

Abb. 4:
1 Wasserhahn
2 Magnetventil mit Schwimmschalter
 

3. Vorfilter durchsichtig
Dieser Vorfilter entfernt kleinste Feststoffpartikel ab einer Größe von 0,005 mm (5 µm) aus dem Wasser. Diese können die Membran beschädigen und/oder zusetzten und somit unbrauchbar machen. Dieser Vorfilter muß regelmäßig ausgetauscht werden. Um den Verschmutzungsgrad zu erkennen, muß das Filtergehäuse durchsichtig sein.

Abb. 5:
1 Wasserhahn
2 Magnetventil mit Schwimmschalter
3 Vorfilter durchsichtig
 

Die meisten Vorfilter, welche mit einer Umkehrosmoseanlage geliefert werden sind nicht durchsichtig. Die Firma hw bietet (als einziger Hersteller!!!) einen durchsichtigen Vorfilter unter dem Namen "Jumbo-Vorfilter" an. Er kann in jede normale Umkehrosmoseanlage nachträglich integriert werden. Um den originalen Vorfilter zu schonen und somit die Kosten stark zu reduzieren, kann er zusätzlich vor dem schon vorhandenen Vorfilter montiert werden.
 
 

Neu                                 nach 6 Wochen


oben: Neu
unten: nach 6 Wochen


Querschnitt

Die bis zu 20-fache grössere Filterleistung macht sich vor allem im Geldbeutel des Aquarianers bemerkbar. Die Ersatzpatrone für den Großvolumen-Filter kostet nur ca. 50% von dem, was der Standardvorfilter kostet. Aber die Filterleistung ist 20 mal höher. Somit haben sich die Kosten für die Anschaffung solch eines Großvolumen Filters oft schon nach 6-9 Monaten amortisiert.
 
 

Größenvergleich: oben Filtereinsatz des hw Großvolumen-Filters
unten: Standard Vorfilter


Querschnitt (links mit Säge geöffnet)





4. Original Vorfilter
Dieser hat die gleiche Aufgabe wie der durchsichtige Vorfilter, Feststoffpartikel zurück zu halten. Der original Vorfilter muß fast nie ausgetauscht werden, wenn der durchsichtige Vorfilter rechtzeitig ausgetauscht wird. Der Nachteil wenn nur dieser Vorfilter benutzt wird ist, dass der Verschmutzungsgrad nicht erkannt wird und es so Schäden kommen kann.

Abb. 6:
1 Wasserhahn
2 Magnetventil mit Schwimmschalter
3 Vorfilter durchsichtig
4 Original Vorfilter, nicht durchsichtig
5. Kohlevorfilter

Einige Umkehrosmoseanlagen besitzen einen Kohlevorfilter. Dieser wird benötigt, wenn die Membran nicht gegen Chlor beständig ist. Er wandelt das Chlor in Chlorid um. Weiterhin nimmt er auch einige Schadstoffe aus dem Ausgangswasser auf, welche aber nach einer gewissen Zeit auch wieder an des Wasser abgeben werden können. Eine gute Membran benötigt keinen Kohlevorfilter, denn sie ist gegen Bakterien und Chlor beständig.

Abb. 7:
1 Wasserhahn
2 Magnetventil mit Schwimmschalter
3 Vorfilter durchsichtig
4 Original Vorfilter, nicht durchsichtig
5 Kohlevorfilter
 

6. Membran
Die Membran erzeugt nun das Permeat, das reine Wasser, und das Konzentrat, das Abwasser. Die Leistung der Membran hängt von ihrer Grösse ab. Es werden Tagesleistungen von 25 bis weit über 500 Liter pro Tag Permeat angeboten. Bei der Wahl sollte man darauf achten, dass eine Umkehrosmoseanlage so oft wie möglich in betrieb sein muss und nicht so viel stehen darf. Durch den Stillstand beginnen Bakterien auf dem Membran zu wachsen, welche diese dann zerstören können. Dies ist vor allem zu bedenken, wenn man 2 Wochen oder länger in den Urlaub fährt. Die Hersteller gegeben eine max. Stillstandzeit an, die reicht von einigen Tagen bis zu 5 Wochen. Nach dieser Zeit muss die Umkehrosmose gespült werden.
 

7. Spülventil
Je nach Hersteller muß die Membran alle 24 bis 48 Betriebsstunden, bzw. nach einer Standzeit von einigen Tagen bis 5 Wochen gespült werden. D.h. auf der Membranseite, wo das Konzentrat (Abwasser) entsteht können sich Stoffe ablagern. Diese werden durch den Spülvorgang von der Membran entfernt. Einige Umkehrosmoseanlagen besitzen Spülventile, welche das Verhältnis reines Wasser zu Abwasser fest eingestellt haben. Dort ist der Spülvorgang für den Aquarianer kein Problem. Bei einigen Geräten mussen nach jedem Spülvorgang das Verhältnis Permeat/Konzentrat aufwendig wieder eingestellt werden und erforderte die Messung des Volumens und des Leitwertes von Permeat und Konzentrat. Es gibt auch automatische Spülventile zum Nachrüsten.
 

8. Kohlenachfilter
Da keine Membran einer Umkehrosmoseanlage Chlor zurückhält, kann ein Kohlenachfilter eingebaut werden. Dieser entfernt nun das Chlor als letzten Schadstoff. Der Kohlenachfilter muß ca. alle fünf Jahre ausgetauscht werden.
 

9. Zusatzfilter
Das Permeat (reines Wasser) kann bei Bedarf durch einen Zusatzfilter geleitet werden. Dieser Zusatzfilter entfernt z.B. Kieselsäure, welche von einigen Umkehrosmoseanlagen nur sehr schlecht zurückgehalten wird. Oder das Wasser kann direkt aufgehärtet werden.
 

10. Auffangbecken
Das Auffangbecken sammelt das Permeat. Damit das Wasser nicht absteht, sollte es mittels einer Membranpumpe mit Ausströmstein belüftet werden. Wird das Wasser genügend belüftet, kann auf einen Kohlenachfilter verzichtet werden, da das Chlor somit auch entfernt wird. Wor der Verwendung sollte das Wasser auf Temperatur gebracht werden. Befindet sich der Vorratsbehälter z.B. ein altes Aquarium im Keller, kann es mit Styropor leicht isoliert werden. Das Wasser kann nun mit beliebigen Zusätzen beeinflußt werden.
 

11. Pumpe
Um das Umkehrosmosewasser in das Aquarium zu fördern, können verschiedene Tauchpumpen benutzt werden.

Abb. 8:
1 Wasserhahn
2 Magnetventil mit Schwimmschalter
3 Vorfilter durchsichtig
4 Original Vorfilter, nicht durchsichtig
5 Kohlevorfilter (entfält wenn Membran
chlorbeständig ist)
6 Membran
7 Spülventil
8 Kohlenachfilter (entfält wenn Nr. 5
vorhanden ist)
9 Zusatzfilter
10 Auffangbecken
11 Pumpe
12 Abwasser
13 Wasserspiegel

Kauf einer Umkehrosmoseanlage

Membran
Die Membran sollte auf jeden Fall chlorbeständig sein. Weiterhin muß sie eine gute Beständigkeit gegen Bakterien besitzen. Dies ist sehr wichtig, wenn die Umkehrosmoseanlage nicht täglich betrieben wird. Die Umkehrosmoseanlagen der Firma hw können bis zu 5 Wochen (als einzigste nach Herstellerangaben!!!) außer Betrieb sein, ohne daß eine Schädigung der Membran auftritt. Somit besteht keine "Gefahr" für die Membran, wenn der Aquarianer im Urlaub ist oder nur wenig Wasser benötigt.

Literleistung
Die Angaben der Literleistung durch die Hersteller müssen genau beachtet werden. Die Literleistung ist stark temperatur- und druckabhängig. Je höher die Temperatur und/oder der Druck, desto größer ist die Literleistung. Liegen der Wasserdruck und die Temperatur des Wassers beim Aquarianer unter den Herstellerangaben, ist auch die Literleistung pro Tag entsprechend geringer. Dies muß beim Kauf unbedingt berücksichtigt werden.

Rückhaltegrad
Der Rückhaltegrad der Membran für verschiedene Substanzen kann stark zwischen verschiedenen Anbietern schwanken. Am deutlichsten zeigt sich dies bei der Kieselsäure, er liegt z.B. zwischen 20 und 90%. Beim Kauf sollte man sich deshalb das Rückhalteprotokoll der Membran zeigen lassen oder beim Hersteller rückfragen. In diesem Protokoll sind alle Stoffe mit Rückhaltegrad in % angegeben. Somit können die Umkehrosmoseanlagen leicht miteinander verglichen werden.

Spülventil
Das Spülventil sollte fest auf die Umkehrosmoseanlage eingestellt sein und stellt nach dem Spülvorgang wieder das richtige Verhältnis ein. Ist dies nicht der Fall, muss nach jedem Spülvorgang das Verhältnis Permeat/Konzentrat aufwendig wieder eingestellt werden und erforderte die Messung des Volumens und des Leitwertes von Permeat und Konzentrat. Ganz einfach ist ein automatisches Spülventil, welches auch später nachgerüstet werden kann.

Ersatzteile + Garantie
Eine lange Garantiezeit auf das Gerät, vor allem aber auf die Membran, ist wichtig. Weiterhin muß gewährleistet sein, daß Ersatzteile, d.h. auch die Membran, nach ein paar Jahren erhältlich sind. Auch ein schneller Service bei Problemen ist wichtig.

Zusätze für das Aquarium
Das Umkehrosmosewasser enthält fast keine Inhaltsstoffe. Somit kann es nur in seltenen Fällen direkt verwendet werden, z.B. bei der Zucht von Weichwasserfischen oder zum Auffüllen von verdunstetem Wasser. Im Umkehrosmosewasser kann mittels KH-Pulver, Kalkgestein oder Korallenbruch die Karbonathärte erhöht werden. Durch die Verwendung von Torf oder Torfextrakten werden Huminstoffe für ein Schwarzwasser hinzugefügt. Bei der Verwendung von Mineralsalzen oder Minerallösungen werden dem Wasser wichtige Elektrolyte zugefügt. Düngepräparate ergänzen den Pflanzennährstoff zweiwertiges Eisen, sofern dieser enthalten ist. Meistens ist dreiwertiges Eisen, d.h. vereinfacht Rost enthalten. Vitaminlösungen sollten direkt in das Aquarium gegeben werden und nicht in das Osmosebecken, da diese oft nur eine kurze Lebensdauer im Wasser besitzen. Besser ist das Futter kurz vor der Fütterung mit Vitaminen zu versehen
 
 

mit freundlicher Genehmigung

Zur Startseite

Alle Texte und Fotos auf dieser und den folgenden Seiten:
Copyright (c) by Lars Sebralla