Osmosefilter

Osmosefilter

Themen

1. Allgemein
2. Aufbau
3. Betriebszustände
4. Leistungsfähigkeit
5. Zubehör
6. Tipps

1. Allgemein

Das Wichtigste vorneweg: Der Osmosefilter ist nicht auf meinem Mist gewachsen! Ich habe lediglich den Gedanken übernommen. Dabei habe ich versucht, ihn auf meine Vorgaben zu optimieren.

Technikecke mit Osmosesumpf im Keller
Technikecke mit Osmosesumpf im Keller

Ein Osmosefilter ist nicht mit einer Osmoseanlage zu verwechseln. Denn letztere wird an den Wasserhahn oder eine Pumpe zur Druckerhöhung angeschlossen. Sie liefert mit einem erheblichen Verbrauch an Wasser eine vergleichsweise geringe Menge an “Osmosewasser”. Der Osmosefilter dagegen gehört zu den mechanischen Filtern. Weil er an das Aquarium angeschlossen wird und dem Aquarienwasser die darin enthaltenen Substanzen entzieht. Dabei beschränkt er sich nicht auf grobe Verunreinigungen wie Schwebeteilchen oder Bakterien. Denn er entzieht dem Wasser auch die darin gelösten Salze. Obwohl er dem Aquarium dadurch eine große Menge aufbereitetes Wasser (Osmosewasser) zuführt, ist der Verbrauch an Frischwasser sehr gering.

Osmosefilter Aquarium Wolfgang Engel Funktionsskizze Membran Feinfilter Pumpe Wasserwechsel
Osmosefilter Funktionsskizze

Ich habe bei den Bildern eine schematische Funktionsskizze beigefügt. Dabei entspricht der Aufbau exakt dem hier vorgestellten Osmosefilter.

Vor dem Bau dieses Aquariums habe ich ca. 12 Jahre lang mit etlichen Rückschlägen und auch ein paar Erfolgserlebnissen am Thema Osmosefilter experimentiert. Die Quintessenz ist eigentlich ganz einfach und genau deshalb frustrierend. Man darf auf gar keinen Fall an Material oder Aufwand sparen!

Außerdem wird der Osmosefilter von mir auch zur Jahreszeitensimulation eingesetzt. Weil ich damit beliebige Härtegrade einstellen und konstant halten kann.

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2. Aufbau
Drehschieberpumpe Vorfilter Filterkerze 5 µm Magnetventil für Spülautomatik Osmosefilter Aquarium Wolfgang Engel Funktionsskizze Membran Feinfilter Wasserwechsel
Drehschieberpumpe

Das antreibende Element ist eine luftgekühlte Hochdruckpumpe. Sie schafft laut Datenblatt etwa 1.050 Liter pro Stunde bei einem Druck von maximal 17 bar. Ich habe mich für eine Drehschieberpumpe aus Edelstahl mit einer Anschlußleistung von 640 Watt entschieden. Denn die oft im Internet für solche Einsätze empfohlenen Diaphragma- oder Membranpumpen sind dagegen nicht für Dauerbetrieb geeignet. Ihre Membranen altern extrem schnell. Sie verlieren ihre Leistungsfähigkeit und die Pumpen werden bald undicht.

Die Drehschieberpumpe entnimmt das Wasser dem Sammelbehälter. Das erste Bauteil nach der Pumpe ist ein 10″-Feinfilter mit Porengröße 5 µm. Mit den beiden Manometern vor und nach dem Filter lässt sich ein durch Verschmutzung bedingter Druckabfall leicht ermitteln. Der Wechsel des Filters erfolgt dann nach Bedarf und nicht nach starren Zeitintervallen.

Druckrohr Membran Vorfilter Filterkerze 5 µm Magnetventil für Spülautomatik Osmosefilter Aquarium Wolfgang Engel Funktionsskizze Feinfilter Pumpe Wasserwechsel
Die Druckrohre der vier Membranen

Vom Filter kommend teilt sich der weitere Verlauf des Wassers auf zwei Volumenströme auf. Jeder davon versorgt zwei in Reihe geschaltete Membranen. Die Permeatströme werden dann über zwei Durchflußmesser ins Aquarium geleitet. So kann ich die aktuelle Leistung für jedes in Reihe geschaltete Membranpaar separat kontrollieren. Der Konzentratstrom wird je nach aktuellem Betriebszustand auf verschiedene Weise in den Sammelbehälter zurückgeleitet.

Durch das eingeleitete Permeat steigt der Wasserspiegel im Aquarium. Das überschüssige Wasser läuft durch einen Überlauf zurück in die Sammelbehälter. Dabei muss es einen Watte gefüllten Vorfilter passieren. Hier werden Schwebstoffe zurückgehalten, was die Standzeit der Patronen im Feinfilter deutlich verlängert.

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3. Betriebszustände
1. Normalbetrieb
Osmosesumpf
Osmosesumpf

Der Konzentratstrom verlässt die beiden Membranpaare und fließt über ein Drosselventil und einen Durchflußmesser zurück in den Sammelbehälter. Mit dem Drosselventil und den drei Durchflußmessern kann das Verhältnis Permeat zu Konzentrat eingestellt werden. Der Membran-Hersteller hat bereits konstruktiv ein Verhältnis von 4:1 vorgegeben. Das reduziert sich durch die Reihenschaltung in der Summe auf etwa 3:1. Auf eine telefonische Anfrage hin wurde mir versichert, dass die Membranen bis zu einer Leitfähigkeit von maximal 1.000 µS/cm auch mit einem Verhältnis von 2:1 betrieben werden können.

2. Spülbetrieb
Asymmetrischer Taktgeber und Niveaukontrolle
Asymmetrischer Taktgeber und Niveaukontrolle

Um das vorzeitige Verblocken der Membranen zu verhindern, werden diese regelmäßig automatisch gespült. Hierzu öffnet sich unmittelbar am Konzentratausgang der beiden Membranpaare, also noch vor dem Drosselventil, ein Magnetventil. Der komplette Volumenstrom kann jetzt druckfrei in den Sammelbehälter zurückfließen. Dadurch entsteht eine starke Strömung. Sie streicht über die Oberfläche der Membranen und spült diese ab, ohne dass nennenswert Wasser durch sie hindurchgedrückt wird. Der Spülbetrieb wird von einem asymmetrischen Taktgeber für die ersten 20 Sekunden beim Einschalten der Hochdruckpumpe aktiviert. Danach alle 15 Minuten einmal für ebenfalls 20 Sekunden.

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4. Leistungsfähigkeit
Durchflussmesser Osmosefilter Vorfilter Filterkerze 5 µm Magnetventil für Spülautomatik Aquarium Wolfgang Engel Funktionsskizze Membran Feinfilter Pumpe Wasserwechsel
Durchflussmesser zur Kontrolle der Volumenströme

Die theoretische Permeatmenge pro Membran von 1.600 Liter pro Tag (400 gpd) gilt für den eingestellten Betriebsdruck von 8 bar. Der Wert gilt allerdings nur für fabrikneue Membranen. Im Laufe der ersten Monate reduziert sich dieser Wert, bleibt dann aber konstant. Mit den im Osmosefilter eingesetzten vier Membranen ergibt sich also eine theorotische Gesamtleistung von maximal 6.400 Liter Osmosewasser pro Tag. Ich könnte damit einen täglichen Wasserwechsel von 100 % des Beckenvolumens durchführen. Das macht allerdings nur dann einen Sinn, wenn es darum geht Krankheitserreger heraus zu schwemmen. Im Alltagsbetrieb bleibt die tägliche Einschaltdauer deutlich niedriger. Sie beträgt normalerweise lediglich drei bis vier Stunden pro Tag. Das verringert gleichermaßen den Stromverbrauch und den Verschleiß der Pumpe.

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5. Zubehör:
Durchflussmesser Osmosefilter Vorfilter Filterkerze 5 µm Magnetventil für Spülautomatik Aquarium Wolfgang Engel Funktionsskizze Membran Feinfilter Pumpe Wasserwechsel
Vorfilter, Druckrohre, Magnetventil und Durchflussmesser auf abnehmbarer Montageplatte

Wenn der Leitwert in wenigen Stunden um einen größeren Betrag gesenkt wird, steigt die Salzkonzentration in den Sammelbehältern schnell an. Dabei versuche ich, die Leitfähigkeit in den Sammelbehältern auch in diesen Fällen unter 1.000 µS/cm zu halten. Denn das schont die Membranen. Ich erreiche das durch manuelle Zuleitung von Leitungswasser mit Hilfe einer Gartenwasseruhr in die Sammelbehälter. Überschüssiges Wasser fließt dabei durch den Überlauf ab. Weil ich nicht die ganze Zeit danebenstehen will, wird der Pegel in den beiden Behältern überwacht. Beim Überschreiten des an der Füllstandskontrolle eingestellten Niveaus wird über eine Pumpe Wasser abgepumpt. Wenn das Niveau wieder stimmt, schaltet sich die Pumpe ab. Natürlich kann die Pumpe aus Sicherheitsgründen das Wasser schneller abpumpen, als es durch den Wasserhahn zulaufen kann.

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6. Tipps

Die Permeatausbeute durch stärkeres Zudrehen des Drosselventils zu steigern, ist eine schlechte Idee.  Denn das führt das nur vorübergehend zu einer höheren Ausbeute. Denn bereits nach wenigen Tagen wird eine rasant fortschreitende Verblockung einsetzen. Das wird die Ausbeute wieder reduzieren und schon bald die Membranen ruinieren.

Eine Steigerung der Tagesleistung durch Druckerhöhung hingegen wird nach meinen Erfahrungen durch die Membranen toleriert. Zumindest wenn eine regelmäßige automatische Spülung vorgenommen wird, was ohnehin dringend empfehlenswert ist.

Vorfilter Filterkerze 5 µm Magnetventil für Spülautomatik Osmosefilter Aquarium Wolfgang Engel Funktionsskizze Membran Feinfilter Pumpe Wasserwechsel
Vorfilter mit Filterkerze 5 µm und Magnetventil für Spülautomatik

Ein Betrieb mit Feinfilter vor den Membranen ist zwingende Grundvoraussetzung. Ich verwende hierzu eine Porenweite von 5 µm. Dabei wird das vom Aquarium kommende Wasser über einen wattegefüllten Vorfilter in den Osmosesumpf geleitet. Weil sich so die Standzeit der Filterpatronen zu verlängert.

Mindestens einmal jährlich sollten die Membranen entkalkt werden. Dazu lasse ich alle Zu- und Ablaufleitungen des Osmosefilters in einen Eimer mit einer Zitronensäurelösung münden. Die Konzentration der Lösung beträgt etwa 100 Gramm Zitronensäurepulver auf 10 Liter. Dann wird die Drehschieberpumpe abgeklemmt und die Lösung mit einer kleinen Diaphragmapumpe im Kreislauf gefahren. So wird vermieden, dass die Edelstahlpumpe durch die Säure einen erhöhten Verschleiß erfährt. Nebenbei ist auch der Stromverbrauch der kleinen Pumpe deutlich niedriger.

Während der Entkalkung wird mit einem Druck von lediglich 1-2 bar gearbeitet. Nach etwa 30 Minuten wird das ganze System mit Leitungswasser gründlich gespült und dann wieder in den normalen Betrieb übernommen. Dafür wird die Diaphragmapumpe wieder gegen die Drehschieberpumpe getauscht. Bei Bedarf kann der ganze Vorgang noch einmal wiederholt werden. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Membranen deutlich messbar regeneriert und die zu erwartende gesamte Nutzungsdauer verlängert.

Bei besonders hartnäckigen Fällen kann man die Entkalkung auch mit etwa 0,5 bis 1 %-iger Salzsäure vornehmen. Aber noch höhere Konzentrationen möchte ich den Osmosemembranen sicherheitshalber nicht zumuten. In jedem Fall sind die Verwendung von Schutzbrille und Schutzhandschuhen Pflicht!

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Letzte Änderung: 7. November 2017

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