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Alicia DESPORTES Bachelorarbeit Januar 2010 Bild 13: Prinzip der Osmose und Umkehrosmose Erklärung des Schemas: Bei normalen Bedingungen (A) strömt das reine Wasser in die salzigere Lösung bis der hydrostatische Druck auf beiden Seiten gleich ist. Die Druckdifferenz zwischen reinem und salzigem Wasser ist, wenn der Wasserfluss in beiden Richtungen identisch ist, gleich dem osmotischen Druck der Lösung (B). Die Umkehrosmose wird ermöglicht, wenn ein externer Druck auf die salzige Lösung angesetzt wird (C). Dieser externe Druck ist höher als der osmotische Druck und verursacht den Wasserfluss aus der salzigen zu der reinen Lösung durch die Membran. Berechnung des osmotischen Drucks: Die salzigen Partikel sind hier als Gaspartikel angesehen. Damit gilt das ideale Gasgesetz und kann benutzt werden, um den osmotischen Druck abzuschätzen: p∙V = n∙R∙T Die Temperatur T bleibt während der Reaktion konstant, auch die Molanzahl n ändert sich nicht. Der rechte Teil der Gleichung ist also konstant. Der osmotische Druck kann jetzt aus dem Volumen V berechnet werden. Da tatsächlich das Volumen kleiner wird, erhöht sich der Druck p bis zum osmotischen Wert. Der osmotische Druck steigt proportional zum Salzgehalt und zur Temperatur. Zahlenbeispiel: Molmasse : mNaCl = 58,5 g/mol Salzkonzentration Meerwasser : 35 g/l = 35/58 mol/l = 0,60 mol/l Temperatur : T = 300 K Gaskonstante : R = 8,314472 kJ/molK Osmotischer Druck: p = 0,60 mol / 10 -3 m³ * 8,31 kJ/molK * 300 K p = 1,50.10 -7 Pa = 15,0 MPa Bei diesem Beispiel ist allerdings nicht berücksichtigt, dass NaCl nahezu vollständig dissoziert. Der reale osmotische Druck ist daher höher, ca. 30 MPa. Dissoziation bezeichnet die Reaktion: NaCl Na + + Cl - . Sie ist vollständig abgelaufen wenn alle Moleküle in Ionen dissoziert worden sind. 15

Alicia DESPORTES Bachelorarbeit Januar 2010 Beispiel von RO-Anlage Bild 14: RO-Anlage in Grenod (Israel) – Photo privat Bild 15: Aufbau einer Umkehrosmose-Einheit 16