Die Osmoseanlage und der Druck vom Leitungswasser

In einer Osmoseanlage gehört der Druck des Wassers zu den wichtigsten Faktoren, die Wasserqualität und Filtergeschwindigkeit beeinflussen. Warum braucht die Umkehrosmose überhaupt Druck? Wie können wir den Druck in der eigenen Wasserleitung ermitteln? Was kann man tun, wenn der Druck zu gering oder zu hoch ist?

Warum benötigt eine Osmoseanlage Druck?

Im Herzstück einer Osmoseanlage befindet sich die Umkehrosmose Membran, die die Reinstwasserseite von der Leitungswasserseite trennt. Vom Grundprinzip her ähnliche Membranen gibt es auch in den Zellen aller Lebewesen.

Die Natur ist nun bestrebt die Konzentration der gelösten Stoffe auf beiden Seiten der Membran anzugleichen, das ist das osmotische Prinzip. Dabei diffundiert Reinstwasser von der Seite mit der geringeren Konzentration an gelösten Stoffen (Reinstwasserseite) durch die Membran hindurch auf die Seite mit der höheren Konzentration (Leitungswasser) um dort die Konzentration der gelösten Stoffe zu verringern.

Gewissermaßen erzeugt der Konzentrationsunterschied einen Druck, der das Wasser in Richtung der stärkeren Konzentration (Leitungswasser) drückt. Das ist der osmotische Druck, der beim Leitungswasser unter 2 Bar liegt.

Bei der Umkehrosmose in der Osmoseanlage ist es nun so, das das Wasser in die umgekehrte Richtung fließen soll, also vom Leitungswasserbereich in den Reinstwasserbereich. Der Konzentrationsunterschied soll hier ja gerade nicht ausgeglichen sondern erhöht werden. Während das Reinstwasser sauberer werden soll, reichern sich die herausgefilterten Stoffe im Spülwasser an, welches dann eine höhere Konzentration als das ursprüngliche Leitungswasser hat.

Dieser Reinigungsprozess wird ermöglicht, in dem das Leitungswasser unter Druck durch die Osmosemembran gepresst wird. Das funktioniert dann, wenn der Druck größer als der osmotische Druck ist. Theoretisch würde es so ab 2 Bar gehen, praktisch funktioniert es aber erst ab 3 Bar in einer akzeptablen Qualität.

Meerwasser hat durch den Salzgehalt einen sehr viel höheren osmotischen Druck im Bereich von 30 Bar. Deshalb ist eine für Leitungswasser gemachte Osmoseanlage nicht in der Lage Meerwasser zu entsalzen. Dafür werden praktisch Drücke über 50 Bar verwendet.

Welcher Druck ist gut, welcher ist besser?

Generell gilt erst mal, je höher der Druck, desto besser für die Reinigungsleistung nach dem Prinzip der Umkehrosmose. Man kann den Druck aber auch nicht beliebig hoch treiben, weil die verwendeten Materialien wie Filtergehäuse, Osmosemembran, … dann an ihre technischen Grenzen kommen.

Viele Osmoseanlagen für Leitungswasser, wie z.B. die Wasserfilter zum selber bauen: Aquarius Minimus oder Aquarius Maximus arbeiten im Bereich zwischen 3 Bar und 6 Bar. Die Membran bei den beiden Aquariusfiltern würde sogar noch mit 10 Bar klar kommen, aber bei den Filtergehäusen ist ein Betriebsdruck von 6 Bar angegeben. Ich habe es auch schon mit 8 Bar ohne Schaden betrieben, aber es gibt keine Garantie, das das bei so hohen Drücken dauerhaft gut geht.

Ein höherer Druck hat im wesentlichen 2 Vorteile:

  1. höhere Durchflussleistung, d.h. mehr Reinstwasser pro Minute.
  2. ein etwas besserer TDS Wert.

Mit der 75 GPD Membran (DOW Filmtec) vom Aquarius Minimus und Maximus habe ich bei unserem Leitungswasser mit 170 ppm und ca. 14 Grad Wassertemperatur für einen Liter Reinstwasser bei 2 Bar 13,3 Min. benötigt. Bei 5,4 Bar waren es nur noch 4,8 Minuten.

Der TDS Wert im Reinstwasser lag bei dieser Membran bei ca. 1,5 ppm. Bei 2 Bar ging er aber auf 2,5 ppm hoch. Da der TDS Wert bei unserem Leitungswasser so niedrig wird, kann man da bez. der Druckabhängigkeit wenig sehen. Ich vermute, das bei höheren TDS Werten im Reinstwasser auch deutlichere Druckabhängigkeiten sichtbar werden. Je höher der Druck, desto niedriger der TDS Wert.

Ab 3 Bar funktionieren die meisten Osmoseanlagen. Wenn der Druck zwischen 3 und 4 Bar liegt ist da aber noch Optimierungspotential, vor allem hinsichtlich der Durchflussleistung.

Ab 4 Bar arbeiten die meisten Membranen schon ganz gut. Zwischen 5 und 6 Bar ist bei den Aquarius Maximus und beim Aquarius Minimus der optimale Bereich.

Oberhalb von 6 Bar könnte es Probleme mit der Stabilität der Filtergehäuse geben, wenn diese nicht für den hohen Druck ausgelegt sind.

Warum sinkt der TDS Wert bei höherem Druck?

Man kann sich die Membran bildlich wie ein sehr feinporiges Gewebe vorstellen. Unter Druck wird dieses Gewebe zusammengepresst und die Poren werden dadurch noch enger. So werden weniger Schadstoffe hindurchgelassen, wenn der Druck höher ist.

Was kann man tun, wenn der Druck nicht passt?

Welcher Druck kommt aus meiner Wasserleitung?

Manometer für die Druck Messung in der OsmoseanlageIn den meisten Fällen wird von den Wasserwerken ein Druck zwischen 3 Bar und 6 Bar zur Verfügung gestellt. Der Druck hängt aber auch von der Höhe ab. Wer auf einem Hügel weiter oben wohnt oder in einem Hochhaus hat einen geringeren Druck. Das hängt mit der Schwerkraft zusammen. Pro 10 m Höhe verringert sich der Druck um ca. 1 Bar.

Am besten kann man den Druck mit einem Manometer messen. Vielleicht gibt es sogar schon ein Manometer im Keller bei der Wasseruhr oder in der Nähe des Warmwasser Boilers. Falls nicht kann man für die Osmoseanlage ein eigenes Manometer an den Schlauch für die Leitungswasserzufuhr anschließen.

Was kann man tun, wenn der Druck zu niedrig ist?

Druckerhöhungspumpe für OsmoseanlagenWenn der Druck unter 3 Bar liegt kann man ihn mit einer so genannten Druckerhöhungspumpe (manchmal auch Boosterpumpe genannt) erhöhen. Viele dieser Pumpen funktionieren sogar ganz ohne Leitungsdruck und können Wasser aus einem Kanister ansaugen.

Z.B. habe ich mit der Pumpe MWP50 beim Aquarius Minimus mit unserem Leitungswasser eine Druckerhöhung von 1 Bar auf 5,1 Bar oder von 3 Bar auf 6 Bar oder von 6 Bar auf 7,4 Bar gemessen.

Am Beispiel des Aquarius Minimus habe ich auch die Durchflussmengen in Abhängigkeit vom Druck gemessen:

Filterleistung Osmoseanlage

Diese Druckerhöhungspumpen sind Membranpumpen. Sie laufen an sich sehr leise, verursachen aber rhythmische Druckstöße, die zu starken Vibrationen in den Schläuchen führen können. Wenn so ein Schlauch dann z.B. die Holzwand eines Küchenschrankes berührt kann es durch die Druckstöße schon mal laut werden. Das kann aber in der Regel durch geschickte Schlauchführung einfach verhindert werden.

Wenn man den Druck im Bereich einer solchen Pumpe mit einem Manometer messen möchte muss man ein gedämpftes Manometer (z.B. mit Glyzerin Füllung) nehmen. Bei einem ungedämpften würde der Zeiger durch die Druckstöße sehr stark wackeln, die Lebensdauer des Manometers würde sich reduzieren.

Wie hoch der Druck beim Einsatz einer solchen Pumpe tatsächlich wird, hängt von vielen Faktoren ab, die alle aufeinander abgestimmt werden müssen. Zum einen spielt die Kennlinie der Pumpe, die angibt bei welcher Durchflussmenge welcher Druck erzeugt wird, eine wichtige Rolle, zum anderen aber auch die gesamte Durchflussmenge. Letztere hängt wieder vom Reinstwasser / Abwasser Verhältnis, von der Membran und von der Temperatur ab.

Wann macht eine Druckerhöhungspumpe Sinn?

Die meisten Osmoseanlagen arbeiten schon ab 3 Bar. Wer weniger als 3 Bar hat braucht auf jeden Fall eine Boosterpumpe. Aber auch im Bereich zwischen 3 und 4 Bar kann man mit einer Druckerhöhungspumpe noch deutliche Verbesserungen erzielen. Man sollte natürlich vorher sicher stellen, das alle Komponenten für solche Drücke geeignet sind.

Bei einem Leitungsdruck zwischen 4 und 6 Bar wird der Gewinn durch die Druckerhöhungspumpe immer geringer. Aus meiner Sicht lohnt sich das nur, wenn man das Letzte an Filtergeschwindigkeit herausholen möchte. Da die Drücke im Membrangehäuse immer größer werden, muss hier besonders darauf geachtet werden, das diese für solche Drücke stabil genug sind.

Was tun, wenn der Druck zu groß ist?

DruckmindererIn seltenen Fällen können auch mal mehr als 6 Bar Druck in der Wasserleitung anliegen. An manchen Anschlüssen gibt es auch Druckschwankungen oder Druckstöße, die deutlich über 6 Bar liegen können. Es gibt spezielle Manometer mit einem Schleppzeiger (Werbung) die den größten vorkommenden Druck solche Druckstöße oder Schwankungen anzeigen können.

Wenn die Drücke über 6 Bar kommen sollte man einen Druckminderer einbauen. Am Druckminderer kann über ein Stellrad der maximal nach aussen gehende Druck eingestellt werden.

Besonders wichtig ist das bei Wasserfiltern, die unbeaufsichtigt unter Druck stehen, weil sich das Risiko eines Wasserschadens durch platzende Filtergehäuse erhöht.

7 Gedanken zu “Die Osmoseanlage und der Druck vom Leitungswasser

  1. Hallo Michael,
    meine Frage passt nicht ganz zum Thema.
    Könntest du mir bitte trotzdem sagen, welche Teilchen ich mit dem TDS-Gerät eigentlich messe?
    Werden damit auch Medikamentenreste, Hormone, Aspestfasern, Bakterien usw. angezeigt? Oder gibt die ppm-Zahl nur Mineralstoffe an? Bin etwas unsicher, da unser Regenwasser 10 ppm anzeigt, aber nicht so vertrauenswürdig aussieht!!!
    Danke auch für Deine schönen Videos.
    Liebe Grüße
    Gabriele

  2. Hallo Michael,
    Vielen Dank für deine umfangreichen Recherchen zum Filtern. Wir nutzen seit einem Jahr den Aquarius Minimus und sind sehr zufrieden mit der Wasserqualität. Es gibt nur ein Problem: die Zeit, die ich zum Filtern von 1 Liter Wasser brauchen, ist innerhalb eines Jahres von 7min auf 10min angestiegen. Ich habe daraufhin die Vorbilder ausgetauscht, das hat aber nichts geändert. Die Anlage filtert immer noch super (von 350 auf 7ppm). Muss eventuell der Hauptfilter gewechselt werden? Der soll ja mindestens 2 Jahre halten. Vielleicht haben wir aber auch einfach nur schwankenden Wasserdruck in der Leitung (wir wohnen oben).

    • Hallo Gritt,

      es gibt hier viele Möglichkeiten:

      1.) Temperaturschwankungen. Bei kaltem Wasser im Winter wird der Filter etwas langsamer.

      2.) Druckschwankungen

      3.) Wenn die im eBook beschriebenen Membranspülungen vor und nach dem Filtern nicht regelmäßig gemacht werden kann die Membran schneller verkalken.

      4.) Wenn die Wasserhärte über 23 ºdH liegt, kann die Membran auch schneller verkalken, das ist in Deutschland aber ganz selten.

      5.) Wenn der Filter mehrere Wochen nicht genutzt wurde, kann sich auf der Membran ein Biofilm bilden.

      Herzliche Grüße
      Michael

  3. Hallo Michael,

    Hast du Performance Messungen im Abhängigkeit zur Wassertemperatur gemacht? Oder kannst du dazu etwas sagen. Mich würde interessieren wie genau der Zusammenhang ist. Z.b Literleistung bei 20 Grad und bei 10grad.

    • Hallo Tobias,

      ich habe das mal bei der PI-Power Compact Anlage gemessen. Die hat 2 x 150 GPD Membranen von Applied. Mit 9,5 Bar Arbeitsdruck habe ich mit unserem Leitungswasser folgendes gemessen:
      Permeatleistung bei 26º war 2 L pro Min.
      Permeatleistung bei 10º war 1,03 L pro Min.

      Herzliche Grüße
      Michael

  4. Danke, lieber Michael,
    für den wie immer sehr ausführlichen und sachkundigen Beitrag.
    Ohne deine Unterstützung wäre ich nie auf die Idee gekommen, mir eine Osmoseanlage einzubauen. Nun habe ich das gemacht und bin sehr zufrieden damit,
    herzliche Grüße,
    Edwin

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