Forward Osmose (FO) ist eine aufstrebende Membrantechnologie mit einer Reihe von Vorteilen gegenüber der Umkehrosmose. Obwohl sie derzeit als ergänzende Technologie betrachtet wird, hat sie das Potenzial, in vielen Anwendungen zur Referenzoption zu werden.
Industriell basiert die Forward Osmose auf dem natürlichen Phänomen, dass ein Lösungsmittel von einem Bereich mit niedrigem osmotischem Druck durch eine semipermeable Membran zu einem Bereich mit hohem osmotischem Druck fließt. Dies geschieht kontinuierlich in der Natur: beispielsweise in Pflanzen, Bäumen, Bakterien und tierischen Zellen.
Forward Osmose kann verwendet werden, um hochwertiges Wasser aus einem wässrigen Abwasser mit unterschiedlichen Verunreinigungsgraden, einer semipermeablen Membran und einer Lösung mit hohem osmotischem Druck zu erzeugen. Der Prozess verbraucht sehr wenig Energie, da er bei sehr niedrigem Druck und Raumtemperatur durchgeführt wird, was einen der wichtigsten Vorteile darstellt.
Um das natürliche Phänomen in spezifischen Anwendungen zu nutzen, werden zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen osmotischen Drücken verwendet: Zum Beispiel fließt Wasser aus Meerwasser durch eine Membran, um eine Lösung mit noch höherem osmotischem Druck zu verdünnen. Wichtig ist, dass dieses natürliche Phänomen bei Raumtemperatur ohne die Notwendigkeit eines erheblichen Drucks auftritt. Die einzige externe Energie, die verwendet wird, dient dazu, den Reibungswiderstand auf beiden Seiten der Membran zu überwinden (typischerweise 2-3 bar). Die Lösung mit hohem osmotischem Druck wird als Ziehlösung bezeichnet und muss einfach, sicher im Umgang, leicht herzustellen und einfach vom Endprodukt (in der Regel hochwertigem Wasser) zu trennen sein.
Forward Osmose hat eine lange Liste von Vorteilen gegenüber der herkömmlichen Umkehrosmose. Der wichtigste ist, dass sie bei reduziertem Druck durchgeführt werden kann, was erhebliche Energieeinsparungen bedeutet. Außerdem sind Forward Osmose-Membranen widerstandsfähiger gegen Fouling und tolerieren Chlor besser, sodass die Reinigung seltener und effektiver ist; dies verlängert die Lebensdauer der Membran. Allerdings produziert Forward Osmose nicht in einem einzigen Schritt hochwertiges Wasser, das direkt verwendet werden kann, da das produzierte Wasser mit der Ziehlösung vermischt wird. Daher ist ein zweiter Schritt erforderlich, um das produzierte Wasser von der Ziehlösung zu trennen. Im zweiten Schritt wird die Ziehlösung regeneriert, wodurch hochwertiges Wasser zurückbleibt (Abbildung 1).
Die beiden Prozesse, Forward Osmose und Regeneration der Ziehlösung, sind durch die Rezirkulation der Ziehlösung verbunden, die einen höheren osmotischen Druck als die Zulauf-Lösung aufweist.
Reines Wasser fließt von der Zulauf-Lösung durch die Membran in die konzentrierte Ziehlösung und verdünnt diese somit. Die verdünnte Ziehlösung kann dann im Regenerationssystem erneut konzentriert und reines Wasser extrahiert werden. Die Kombination der beiden Systeme ist ein entscheidender Parameter im Systemdesign, damit der Anlagenbetrieb einfach, robust und zuverlässig ist.
Die wichtigsten Vorteile der Forward Osmose gegenüber der herkömmlichen Umkehrosmose sind:
- Reduzierter Energieverbrauch; insbesondere bei Lösungen mit hohem osmotischem Druck.
- Weniger Membranfouling.
- Einfachere und effektivere Reinigung der Membran.
- Längere Lebensdauer der Membran.
- Niedrigere Betriebskosten.
Forward Osmose kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich der Behandlung von Meerwasser und Salzwasser, Wasser mit Mineralsalzen und Metallen, Abwässern mit hohem organischem Gehalt, Abwässern mit Silizium und anderen Arten von Abwässern. Die bemerkenswertesten Beispiele sind:
- Wasserproduktion in Gebieten mit Wasserknappheit.
- Abwasserbehandlung, wenn gesetzliche Vorgaben eine Wiederverwendung erfordern.
- Implementierung eines Null-Ablauf-Systems.
- Behandlung komplexer Abwässer, die mit herkömmlichen Technologien schwer zu bewältigen sind.
- Machbare Alternative bei Anforderungen an reduzierten Energieverbrauch.
Somit ist Forward Osmose eine aufstrebende Technologie, die vollständig machbar und zuverlässig ist und eine klare Konkurrenz zur herkömmlichen Umkehrosmose und anderen Trenntechnologien darstellt. Zusammenfassend ist die Forward Osmose:
- Eine Alternative zum Umkehrosmoseverfahren, die den Energiebedarf und die Abfallmenge reduziert.
- Eine aufstrebende Alternativtechnologie zu herkömmlichen thermischen Verdampfungsverfahren.
- In einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar.
- Eine aufstrebende Technologie mit Entwicklungspotenzial und verbesserter Leistung.
- Mit geringeren Investitions- und Betriebskosten bei Null-Ablauf-Anwendungen im Vergleich zu anderen Technologien.
- Wird den Bedarf an Vorbehandlung reduzieren und die Effizienz weiter steigern, wenn sich die Technologie verbessert.
Condorchem Envitech hat optimale Forward Osmose-Systeme für seine Kunden entworfen und implementiert. Konkret gibt es 3 Behandlungsoptionen mit dieser Technologie, bei denen die Ziehlösung eine thermolytische ist, die den Bedürfnissen verschiedener Kunden gerecht wird. Die technologischen Optionen sind:
OPTION 1
- Lösung mit Fokus auf die Membran.
- Hohe Wassergewinnung, selbst bei Abwässern, die erhebliches Membranfouling verursachen.
- Behandlung von Abwässern mit Silizium, organischer Kontamination oder Mineralien.
OPTION 2
- Technologie, die als Flaggschiff der Forward Osmose gilt.
- Maximale Gewinnung von hochwertigem Wasser.
- Behandlung von Sole mit bis zu 250.000 ppm Gesamtgelöster Stoffe.
OPTION 3
- Vollständige Wassergewinnung. Null-Ablauf-Lösung.
- Kombiniert MBC-Technologie mit Kristallisatoren.
- Verbesserte Effizienz im Vergleich zu Mehrfacheffekt-Verdampfungsverfahren.