AquaRichtigs gesammlter Unsinn über…
Membranfiltrationsverfahren
Halten Umkehrosmoseanlagen Bakterien zurück?

Bei AquaRichtig gibt es anscheinend keinen Artikel, in dem nicht mindestens ein gravierender Fehler enthalten ist. Dabei ist gar nicht mal sorgfältigste Recherche – welche man bei AquaRichtig angeblich betreibt – notwendig, damit das nicht passiert. Eine simple Googlesuche oder Querlesen in relevanter Literatur würde schon helfen, zumindest die gröbsten Schnitzer zu vermeiden. Vorausgesetzt, der Inhalt wird auch verstanden.

Diesmal geht es um die Umkehrosmose und verwandte Membranfiltrationsverfahren. Dazu war bei AquaRichtig in der Vorschau zum Artikel Vollentsalzer oder Osmoseanlage – Pro und Contra Folgendes zu lesen:

„Keime werden durch die Osmosemembrane nicht abgewehrt da die Membrane einen Schlupf von bis 5% hat. Lediglich Holzfasermembranen [sic!] sollen einen sicheren Schutz vor Verkeimung bieten. Diese werden aber nicht in den herkömmlichen Osmoseanlagen eingesetzt.“

[AquaRichtig Vollentsalzer oder Osmoseanlage – Pro und Contra.]

Holzfasermembranen findet man eigentlich in Lautsprechern. Mit Holzfasermembranen sind aber vermutlich Hohlfasermembranen oder -module gemeint. Hohlfasermembranen werden in der Umkehrosmose verwandten Membranfiltrationsverfahren eingesetzt.

Membranfiltrationsverfahren: Typen und Funktionsprinzip

Bei Membranfiltrationsverfahren werden in einem Lösemittel wie Wasser gelöste Teilchen durch einen physikalisch-chemischen Siebeffekt der Membran vom Lösemittel abgetrennt. Die wichtigste physikalisch-chemische Eigenschaft, anhand derer die Teilchen vom Lösemittel getrennt werden, ist deren Grösse, Durchmesser oder Molekulargewicht. Dabei werden unterschiedliche Membrantypen eingesetzt, die wichtigsten sind Hohlfasermembranen und Flächenmembranen. Das Lösemittel samt der darin gelösten Teilchen wird dazu mit Druck durch die Membrane befördert.

Die Membranfiltrationsverfahren werden anhand der Untergrenze der zurückgehaltenen Teilchengrösse in Mikrofiltration > Ultrafiltration > Nanofiltration > Hyperfiltration (Umkehrosmose) unterschieden. Umkehrosmoseanlagen können also kleinere Teilchen zurückhalten als andere Membranverfahren.

Verfahren Teilchenuntergrenze Einsatzbeispiel
Partikelfiltration 1 µm Herausfiltern von partikulären Trübstoffen
Mikrofiltration 0,1 µm Herausfiltern von kolloidalen Trübstoffen
Ultrafiltration 0,01 µm Entkeimung von Trinkwasser
Nanofiltration 0,001 µm Teilenthärtung und Teilentsalzung
Umkehrosmose ≅ 0,0002 µm Vollentsalzung

Die Untergrenze der von der Membran zurückgehaltenen Teilchen wird durch den Durchmesser der Öffnungen in der Membran bestimmt. Bei Mikro- und Nanofiltration werden die Teilchen rein mechanisch durch die Porengrösse in der Membran abgetrennt.

Mikrofiltration und Ultrafltration arbeiten rein mechanisch nach dem Filterprinzip. Im Gegensatz dazu arbeiten Nano- und Hyperfiltration nach dem Prinzip der Diffusion. Bei der Umkehrosmose muss deshalb im Gegensatz zu den anderen Membranverfahren, auch gegen den vollen osmotischen Druck der Lösung gearbeitet werden. Bei der Rückhaltefähigkeit von Nano- und Hyperfiltration spielen deshalb neben der Grösse auch andere Eigenschaften, wie die Ladung oder die räumliche Stuktur der Teilchen eine Rolle.

Rückhaltevermögen und Teilchengrösse

So ist ein Wassermolekül mit 300 Nanometern zwar grösser als das nur etwa 200 Nanometer großes Natrium-Ion. Das Natrium-Ion kann aber aufgrund seiner Ladung die Membran nur langsamer passieren als das ungeladene Wassermolekül. Es gelangen zwar grundsätzlich auch Natrium-Ionen durch die Membran, in der selben Zeit passieren aber weitaus mehr Wassermoleküle hindurch. Dabei gilt, je grösser die Ladung, desto langsamer kann das Teilchen die Membran passieren. Mehrwertige Ionen werden daher besser zurückgehalten als einwertige.

Umkehrosmoseanlagen halten Bakterien zurück

Das erklärt auch, wieso Hohlfasermembranen nicht für Umkehrosmoseanlagen eingesetzt werden. Hohlfasermembranen können Teilchen der Grössenordnung von Ionen anorganischer Salze nicht – im Falle der Nanofiltration höchstens zum Teil – zurückhalten. Folglich können Hohlfasermembranen auch nicht das von der Umkehrosmose gewünschte Ergebnis, (nahezu) vollentsalztes Wasser, liefern. Laut AquaRichtig sollen allerdings die anderen Filtrationsverfahren mit ihren Hohlfasermembranen offenbar Bakterien zurückhalten können, die deutlich feineren Membranen von Umkehrosmoseanlagen aber nicht.

Der Durchmesser eines Natrium-Kations mit 0,0002 µm um den Faktor 10000 kleiner als der eines typischen Bakteriums mit 2 × 6 µm. Wenn also mittels Mikrofiltration bereits Partikel in der Grösse von Bakterien zurückhalten werden, dann können Umkehrosmoseanlagen das erst recht. Bei AquaRichtig kommt der Elefant nicht durch das Scheunentor, durch das Nadelöhr soll er aber passen.

Umkehrosmose-Membranen haben auch tatsächlich Schlupfraten von etwa 5-10% oder Rückhalteraten von 90 bis über 98%. Das gilt allerdings für Ionen, nicht für Bakterien. Die Rückhalterate hängt zudem von den Einsatzbedingungen (z. B. Temperatur, Wasserdruck) als auch der jeweiligen Ionenspezies ab. Große Ionen und Moleküle haben bessere Rückhalteraten als kleine.

Ein Verkeimen (Biofouling) der Membran selbst wird auch bei Hohlfasermembranen nicht verhindert, da die zurückgehaltenen Bakterien in beziehungsweise an der Membran verbleiben. Die regelmässige Instandhaltung durch Entfernung von Biofilmen und anderen Verblockungen (Scaling) auf mechansichem Weg wie Rückspülen oder auf chemischem Wege ist bei jedem Membranfiltrationsverfahren notwendig. Auch Ionentauscherharze sind nicht vor diesen Problemen gefeit.

Fazit und Schlusskommentar

Zur Sache selbst: Umkehrosmoseanlagen können selbstverständlich Bakterien aus dem Wasser zurückhalten.

Ansonsten führt die bekannte Kombination von Ahnungslosigkeit und Hybris abermals dazu, dass AquaRichtig dem Leser unter dem Deckmäntelchen angeblicher Wissenschaftlichkeit groben Unfug präsentiert.

Referenzen, weiterführende Literatur und externe Links

  1. Wilhelm, S. (2008): Wasseraufbereitung: Chemie und chemische Verfahrenstechnik. 7. Auflage, Springer-Verlag, ISBN 9783540688877

weiterführende Literatur:

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