What is osmosis?
Osmose: Lösemittel (Wasser) diffundiert durch eine semipermeable Membran von einer niedrig konzentrierten Lösung zu einer hoch konzentrierten Lösung.
How does reverse osmosis work? What is the driving force for the separation?
Umkehrosmose (RO): Externer Druck wird auf die hoch konzentrierte Seite angelegt, um den Wasserfluss umzukehren.
Treibende Kraft: Der Druckunterschied über der Membran (Δp) muss die osmotische Druckdifferenz (Δπ) überwinden.
How can reverse osmosis be distinguished from membrane filtration processes?
RO: Trennt gelöste Ionen durch Lösungs-Diffusions-Mechanismus.
Mikro-/Ultrafiltration: Trennt Partikel durch Siebwirkung.
How is the osmotic pressure defined and how does it influence the water flux?
Einfluss auf den Wasserfluss: Höhere osmotische Druckdifferenz reduziert den Wasserfluss.
How is the flux across the membrane defined/how can it be determined?
Which are typical membrane materials for RO? By which criteria are they selected? Name two typical RO membrane materials and their major stability disadvantages!
Celluloseacetat (CA):
Vorteil: Gute Trenneigenschaften
Nachteil: Hydrolyseempfindlich (pH 3-7)
Polyamid (PA) - Dünnschicht-Verbundmembranen (TFC):
Vorteil: Höhere Salzrückhaltung
Nachteil: Anfällig für Oxidation (z. B. Chlor)
Kriterien für die Materialwahl:
Feed-Wasserqualität (Salzgehalt, pH, Fouling-Risiko)
Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur)
Kosten
Which module type is used in RO?
Spiral-Wound-Modul (Spiralgewickelt)
Hohe Packungsdichte, kompakt und effizient.
How does the flux across the membrane depend on the applied pressure? How does a higher salt concentration influence this relation? Which influence does the temperature have on this relation?
Druck: Höherer Betriebsdruck → Erhöhter Wasserfluss.
Salzkonzentration:
Höhere Feed-Konzentration → Höherer osmotischer Druck → Reduzierter Wasserfluss.
Temperatur:
Höhere Temperatur → Geringere Viskosität des Wassers → Erhöhter Wasserfluss.
Which factors limit the performance of RO processes?
Membranverschlechterung:
Hydrolyse, Oxidation, chemische Zersetzung.
Fouling (Belagbildung):
Partikulär, organisch, biologisch.
Scaling (Ablagerungen von Salzen):
Kalzium-, Sulfat-, Silikatablagerungen.
Erhöhte Viskosität:
Besonders in der Lebensmittelindustrie problematisch.
Scaling (Verkalkung):
Ablagerung unlöslicher Salze (CaCO₃, CaSO₄, SrSO₄).
Ort: Letzte Membranstufen (höchste Salzkonzentration).
Verhinderung:
Begrenzung der Wasserausbeute.
Dosierung von Antiscalants.
pH-Kontrolle.
What exactly is fouling and how can it be prevented? Where in the module does it occur?
Partikulär: Partikel, Sand.
Organisch: Adsorption von gelösten organischen Stoffen.
Biologisch: Algen, Bakterien.
Ort: Am Eingang der Module, wo Verunreinigungen an der Membran haften.
Prävention:
Vorbehandlung (Filtration, Koagulation, Chlorierung).
Regelmäßige chemische Reinigung.
For which treatment (seawater, brackish water) is energy recovery profitable and why?
Meerwasserentsalzung: Hohe osmotische Druckdifferenz → Energierückgewinnung (ERD) reduziert Kosten.
Brackwasser: Geringerer Druck → Energieeinsparung weniger relevant.
How are membrane modules arranged in a RO-plant? Draw a typical flow sheet!
ame other applications of RO besides water desalination!
Wasseraufbereitung:
Kläranlagen, Deponiesickerwasser.
Lebensmittelindustrie:
Konzentration von Fruchtsäften, Milch.
Industrie:
Ultrareines Wasser für Mikroelektronik.
Abwasserreinigung:
Industrieabwässer (Ölraffinerien, Chemieindustrie).
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