Wie funktioniert die Umkehrosmose?

Die Umkehrosmose basiert auf dem umgekehrten Prinzip der aus der Natur bekannten Osmose.

Bei einem Osmose-Vorgang wird z. B. Wasser, welches frei von gelösten Stoffen (Salzen) ist, durch eine feine Barriere (semipermeable = halbdurchlässige Membran) auf die andere Seite strömen (diffundieren), wo sich mehr gelöste Teilchen befinden. Die Konzentration der Teilchen bezieht sich darauf, wie viel von einem Stoff in der Lösung vorhanden (gelöst) ist. Als Beispiel kann man gelöstes Speisesalz im Wasser nennen. So funktioniert Osmose als natürlicher Prozess, bei dem Konzentrationsunterschiede ausgeglichen werden.

Das Prinzip der Osmose einfach erklärt

Die Abbildung zeigt in drei Schritten den Prozess der Osmose.

1. Die Ausgangssituation des Osmose-Prozesses

Stellen Sie sich ein Glas vor, welches in der Mitte durch eine Barriere aus z. B. Papier (Zellulose) getrennt ist.

Auf der linken Seite haben wir Wasser, in dem sehr wenig Speisesalz gelöst ist. Das Wasser schmeckt, wenn sie es kosten würden, nicht salzig. Auf der rechten Seite haben wir die gleiche Wassermenge, jedoch mit z. B. einem Teelöffel Salz gelöst. Wenn Sie jetzt das Wasser trinken würden, würde es salzig schmecken.

2. Der Osmose-Prozess

Beim Osmose-Prozess wollen die beiden Flüssigkeiten, die durch die semipermeable Membran getrennt sind, die Konzentration der Salze ausgleichen. Und deshalb wandern die Wassermoleküle von der weniger salzhaltigen Lösung, welche sich auf der linken Seite befindet, durch die Barriere auf die rechte Seite hinüber, um einen Ausgleich der beiden Salzkonzentrationen zu erzielen. Verantwortlich dafür ist der osmotische Druck.

3. Abgeschlossener Osmose-Prozess

Ist der Prozess der Osmose abgeschlossen, sind beide Lösungen von der Anzahl der gelösten Salze identisch. Würden Sie jetzt das linke und rechte Wasser kosten, würden beide Wässer gleich salzig schmecken.

Der Umkehrosmose-Prozess

Damit die natürliche Osmose umgekehrt werden kann, muss man zusätzlich Energie in Form von Druck aufwenden.

Die Abbildung zeigt in drei Abschnitten den Umkehrosmose-Prozess. Hier kommen die ersten Umkehrosmose-Fachbegriffe mit ins Spiel.

1. Die Ausgangssituation des Umkehrosmose-Prozesses

Stellen Sie sich jetzt einen Kolben in unserem Glas vor, der das Wasser auf der rechten Seite langsam nach unten drückt. Dieser Druck hilft, die Osmose umzukehren, indem er dem osmotischen Druck entgegenwirkt. Wir haben bereits erklärt, was der osmotische Druck ist.

2. Der Umkehrosmose-Prozess

Drückt der Kolben mit hohem Druck auf die rechte Seite im Glas, wird der osmotische Druck überwunden und nur die Wassermoleküle wandern durch die Barriere (semipermeable Membran) wieder zurück auf die linke Seite im Glas. Dieses Wasser, welches jetzt herüberwandert, wird Permeat genannt. Die Salzkonzentration auf der rechten Seite steigt an – dieses Wasser wird Retentat genannt. Auf der linken Seite fällt logischerweise die Salzkonzentration, da das dort vorhandene Salz in einer größeren Wassermenge gelöst wird.

3. Abgeschlossener Umkehrosmose-Prozess

Ist der Umkehrosmose-Prozess abgeschlossen, würde das Wasser auf der rechten Seite aufgrund der erhöhten Konzentration extrem salzig schmecken. Auf der linken Seite ist der Salzgehalt stark verdünnt, Sie würden es kaum noch schmecken.

Zusammenfassung und Bedeutung der Begriffe aus diesem Artikel

Osmotischer Druck:

Entsteht zwischen zwei Flüssigkeiten, die durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt sind. Dabei bewegt sich ein Lösungsmittel (Wasser) von einer Seite mit niedrigerer Molekülkonzentration (wenig Salz) zur Seite mit höherer Molekülkonzentration (viel Salz) bis beide Salzkonzentrationen identisch sind.

Semipermeable Membran:

Semipermeabilität beschreibt die Fähigkeit von Grenzflächen (Membranen) nur bestimmte Stoffe durchzulassen, während sie andere blockieren. Eine semipermeable Membran lässt beispielsweise das Lösungsmittel (Wasser) passieren, aber nicht die gelösten Stoffe (Salze).

Permeat:

Im Bereich der Umkehrosmose bezeichnet man als Permeat jenes Wasser, das die semipermeable Membran durch den Umkehrprozess passiert hat.

Retentat:

Im Bereich der Umkehrosmose bezeichnet man als Permeat jenes Wasser, das die semipermeable Membran nicht passiert hat und eine hohe Konzentration an Salzen beinhaltet. Oft spricht man hier auch von Abwasser.