Osmosefilter letztes update: 07.01.06 Vorbemerkungen Vorausschickend möchte ich nicht unerwähnt lassen, dass ich das Experiment Osmosefilter abgebrochen habe. Zu viele Defekte, zu hoch war mir der Aufwand für Wartung und Instandhaltung der Anlage. Dazu kommt, dass unser Leitungswasser gar nicht so schlecht ist und auch ohne Entsalzung zur Diskushaltung verwendet werden kann. Nichts desto trotz halte ich den Osmosefilter für interessant genug, um darüber zu berichten. Die folgenden Ausführungen beinhalten somit einen noch nicht ganz zufriedenstellenden Zwischenstand, der von mir jedoch nicht mehr weiterentwickelt wird. Herkömmliche Filtersysteme haben alle mehr oder weniger den Nachteil, Schadstoffe nicht aus dem Wasser zu entfernen, sondern nur in weniger giftige Substanzen umzuwandeln. Biofilter beispielsweise wandeln Eiweiße u.a. über die Zwischenstufe Nitrit zu Nitrat um. Die Entfernung des Endproduktes Nitrat erfolgt in der Regel nicht durch Filterung, sondern durch Wasserwechsel. Ein Osmosefilter dagegen entfernt diese Schadstoffe rein mechanisch zu 96%. In meinen Augen ist der Osmosefilter eine der innovativsten und nützlichsten Erfindungen in der Aquaristik seit ganz langer Zeit. Allerdings besteht z.Z. in dem einen oder anderen Detailpunkt noch Entwicklungs- bzw. Optimierungsbedarf. Reverse Osmose (herkömmlich) Ich
gehe mal davon aus, dass die Funktionsweise der reversen Osmose, auch
Umkehrosmose oder einfach nur Osmose genannt, jedem in groben Zügen geläufig
ist. Falls nicht gibt es dazu genügend Informationsquellen im Internet.
Die Anlagen werden normalerweise zur Entsalzung von Trinkwasser
eingesetzt. Sie produzieren ein Nutzwasser, Permeat genannt, und die 2
bis 6-fache Menge an Abwasser (Konzentrat). Das Nutzwasser enthält nur
noch rund 4% der im Trinkwasser gelösten Salze und wird, ggf. aufgehärtet
mit einer Salzmischung oder mit Trinkwasser vermischt, als Frischwasser
beim Wasserwechsel eingesetzt. Neben Meerwasseraquarianern setzen hauptsächlich Diskuszüchter die Umkehrosmoseanlagen ein. Einer weiteren Verbreitung in der Aquaristik stand sicher auch der hohe Abwasseranteil im Wege. Weiterer Nachteil des Einsatzes von entsalztem Wasser ist, dass das Ionenverhältnis des Aquarienwassers ungünstig beeinflusst wird. Ich will das an einem Beispiel verdeutlichen: Nehmen wir mal an, der Wasserwechsel wird mit Leitungswasser mit einer el. Leitfähigkeit von 450 mS/cm durchgeführt. Das Leitungswasser sei von guter Qualität (wenig Nitrat usw.) und entspreche in etwa dem Standardionenverhältnis. Nehmen wir weiter an, im Aquarium stellt sich eine el. Leitfähigkeit von 500 mS/cm ein. Etwas vereinfacht betrachtet entspricht dann die "Verschmutzung" des Wassers durch Salze aus Abbauprozessen 50 mS/cm von 500 mS/cm, d.h. 10%. Das ist nicht so schlecht. Alternativ wird nun der Wasserwechsel nicht mehr mit Leitungswasser, sondern mit der gleichen Menge Permeat aus einer Umkehrosmoseanlage durchgeführt. Die LF des Permeats betrage 20 mS/cm. Nach längerer Zeit stellt sich im Aquarium eine LF von 70 mS/cm ein. Der Anteil "schmutziger" Ionen beträgt nun 50 mS/cm von 70 mS/cm, d.h. über 70%. Das weicht krass vom Standardionenverhältnis ab und ist schlecht für Fische und Pflanzen. Um dem Standardionenverhältnis wieder näher zu kommen, müsste man den Wasserwechsel erheblich intensivieren um vermehrt die Salze aus Abbauprozessen wie z.B. Nitrate und Phosphate auszuschleusen. Das macht aber keiner, weil er sonst wegen der großen Abwassermengen gleich einen Großabnehmervertrag mit den Stadtwerken abschließen kann. Auch durch Aufhärten des Osmosewassers lässt sich das Ionenverhältnis wieder verbessern, ohne jedoch die Leitungswasserqualität zu erreichen. Aus meiner Sicht ist eine Umkehrosmoseanlage im herkömmlichen Sinne nur sinnvoll, wenn man ausgesprochene Weichwasserfische halten will und dazu nur überdurchschnittlich hartes Leitungswasser zur Verfügung hat. Und natürlich zur Zucht, aber das ist ein ganz anderes Thema. Reverse Osmose zur Filterung des Aquarienwassers Der
Osmosefilter vermeidet im Gegensatz zur herkömmlichen Osmoseanlage die
hohen Abwassermengen und sorgt gleichzeitig für ein Ionenverhältnis,
welches in etwa dem Trinkwasser entspricht. Die Technik wird umfassend
beschrieben u.a. auf den Seiten von Norbert
Dörre (inkl. sehr aussagekräftiger Skizze) und demnächst bei Andreas
Schreyer. Ersterer scheint der Vater des Gedankens zu sein und hat
profunde Kenntnisse über alles, was mit reverser Osmose in Zusammenhang
steht. Daher will ich mich hier zur Technik kurz fassen und beschreibe
im wesentlichen die speziellen Details meiner Anlage. Im Gegensatz zum herkömmlichen Einsatz einer Umkehrosmose wird nicht das Trinkwasser, sondern das Aquarienwasser gefiltert. Dazu ist eine Pumpe erforderlich, die das Wasser mit hohem Druck durch die Osmosemembran drückt. Folgende Skizze, die auch im .xls-Format (rechenfähig: rote Zahlen können variiert werden) zum Download bereitliegt, zeigt den Aufbau der Anlage: Das Aquarium hat einen Überlauf, der im Spülwasserbehälter endet. Aus dem Spülwasserbehälter saugt über einen Vorfilter die Membranpumpe (Aquatec CDP 8800) und drückt das Wasser über einen Feinfilter durch die erste Osmosemembran. Das Permeat gelangt in das Aquarium, das Konzentrat in die zweite Osmosemembran. Wieder gelangt das Permeat in das Aquarium, das Konzentrat zurück in den Spülwasserbehälter. Dadurch härtet sich das Spülwasser nach und nach auf. Das Permeat enthält nur noch ungefähr 4% der im Spülwasser gelösten Salze. Nitrat, Phosphat und alle anderen Verunreinigungen werden zu mindesten 90% zurückgehalten und belasten nur das Spülwasser, nicht das Aquarium. Weiterhin
wird dem Aquarium automatisch alle 3 Stunden Frischwasser (Trinkwasser)
zugeführt. Das ist ganz wichtig für die Zufuhr frischer Mineralien.
Diese bezogen auf die salzarmen Wasserverhältnisse im Aquarium
"konzentrierten" Mineralien ermöglichen ein Ionenverhältnis,
welches mehr oder weniger dem Trinkwasser entspricht. Eine Wassermenge,
die der Permeatmenge plus Frischwassermenge abzgl. Verdunstung
entspricht, läuft durch den Überlauf vom Aquarium in den Spülwasserbehälter.
Dieser hat gleichfalls einen Überlauf, über den der Überschuss
(Frischwasser abzgl. Verdunstung) in den Ausguss abgegeben wird. Durch
diesen Wasserwechsel im Spülwasserbehälter wird die Aufhärtung des Spülwassers
in Grenzen gehalten.
Der Osmosefilter regeneriert sozusagen das Wasser. Die Frischwassermenge kann gegenüber einem Aquarium ohne Osmosefilter sogar reduziert werden, ein nicht zu unterschätzender Vorteil. Grenzwerte für die Bemessung der Frischwasserzufuhr sind · ein LF im Aquarium von mind. ca. 10% der LF im Spülwasserbehälter · die Härte und der Eisengehalt des Spülwassers. Hier sind die Spezifikationen des Membranherstellers zu beachten Wer nicht über Frisch- und Abwasseranschlüsse in der Nähe des Aquariums verfügt, kann sich bei Norbert Dörre informieren, wie es auch ohne geht. Hier nun die technischen Details meines Osmosefilters, die nicht aus der Skizze hervorgehen:
Verschiedene Wasserparameter messe ich in unregelmäßigen Abständen. Wer sich dafür interessiert kann sich die Werte hier ansehen. Das
KH/GH-Verhältnis im
Aquarienwasser von 65% entspricht dem Standardionenverhältnis sogar
mehr als das verwendete Trinkwasser (KH/GH = 44%). Nach dem
"Handbuch Aquarienwasser" (Krause, Bede Verlag) beträgt die
KH natürlicher Gewässer etwa 80% der GH. CO2
gebe ich Tag und Nacht ungeregelt in das Aquarium. Der pH-Wert ist
trotzdem sehr konstant und schwankt höchstens um 0,1 pH nach oben oder
unten. Ein
biologischer Filter ist zur schnellen Umwandlung der im Aquarium
anfallenden Schadstoffe nach wie vor erforderlich. Der Osmosefilter
dient nur der Entfernung der sich langfristig im Aquarium anhäufenden
Endprodukte des biologischen Abbaus. Selbstverständlich eignet sich der Osmosefilter nur für Weichwasserbecken, weil Karbonat- und Gesamthärte erheblich reduziert werden. Die geringe Karbonathärte führt i.d.R. zu einem niedrigen bis sehr niedrigen pH-Wert. Wie tief sich der pH-Wert einstellt, hängt von der Restkarbonathärte, dem CO2-Gehalt und dem Gehalt an organischen Säuren ab. Bei mir beträgt der pH-Wert um 5,6, was den gepflegten Diskusfischen entgegenkommt. Ein weiteres Absinken des pH-Wertes lässt sich durch etwas Kalziumkarbonatgranulat (Zoohandlung; Meerwasserbedarf) im Filter verhindern. Das Granulat löst sich extrem langsam und trägt zu einem konstanten pH-Wert bei. Das KH/GH-Verhältnis wird in meinem Fall sogar verbessert (s.o.), aber das hängt natürlich immer vom Leitungswasser ab. Ich gehe davon aus, das bei Verwendung eines Leitungswassers mit hoher KH eine Zugabe von Kalziumkarbonat auch gar nicht erforderlich ist. Ich habe auch mal grob zusammengerechnet, was der UO-Filter insgesamt gekostet hat. War nicht ganz billig, aber eine Beleuchtungsabdeckung oder ein großer Filter können durchaus in der gleichen Größenordnung liegen.
Betriebserfahrungen Nach
Inbetriebnahme des Osmosefilters fiel die Leitfähigkeit des
Aquarienwassers innerhalb von 2 Wochen von 450 mS/cm
auf 120 mS/cm. Die LF des Spülwassers
stieg rasant bis über 2000 mS/cm.
Das Spülwasser war bernsteingelb und wies eine KH von über 15°dH auf.
Ich habe ein paar mal den Spülwasserbehälter komplett abgelassen und
mit Regenwasser aufgefüllt, um die Aufhärtung einzugrenzen. Nachdem
die LF im Aquarium weit genug abgebaut war, stellten sich auch im Spülwasser
konstante Verhältnisse mit akzeptabler LF ein (siehe Skizze). Es erwies sich als sehr hilfreich, den Druck hinter dem Vorfilter und die Stromaufnahme der Pumpe zu messen. Bei Problemen findet man so viel schneller die Ursache, z.B. einen verstopften Vorfilter. Noch besser wäre es, auch die Konzentrat- und Permeatmengen zu messen, aber in dem Punkt würde der Aufwand wohl den Nutzen übersteigen.
UO-Membranen Die Permeatleistung der zu erst allein eingesetzten Zajac-Membran war anfangs mit fast 300 Litern/Tag (Nennleistung 80 bis 120 Liter/Tag) enorm hoch. Diese Riesenleistung erklärt sich durch den hohen Druck der Membranpumpe (6 bis 7 Bar) und durch das warme Spülwasser (28°C). Im Verlauf der folgenden Wochen ging die Leistung erheblich zurück bis weit unter 100 Liter/Tag. Nach 2 Monaten Betrieb schaltete ich wegen des
Leistungsverlustes der ersten Membran eine zweite
Osmosemembrane vor. Es handelt sich um eine TFM 100 mit
einer Nennleistung von 100 Gallon/day (378 Liter/Tag). Sie ist von den
Abmessungen her identisch mit der TFM 36 Membran, d.h. passt in die
gleichen Gehäuse. Die Schaltung der Membranen ist wie folgt: Nach dem
Feinfilter wird zunächst die TFM 100 Membrane angeströmt. Die ältere
TFM 36 Membrane ist an den Konzentratanschluss der ersten Membran
angeschlossen. Somit ist nur ein Konzentratabgang/ Spülventil
erforderlich, bei zwei Permeatleitungen zum Aquarium. Natürlich muss
das Spülventil wegen der erhöhten Permeatleistung der TFM 100 Membran
etwas weiter aufgedreht werden, damit keine vorzeitige Verblockung
auftritt. Als Ursache für den Leistungsverlust vermutete ich eine Verschleimung ("Fouling") der Membran durch Bakterien. Regenerationen mit 1%iger Zitronensäure und 4%igem Backofenreiniger verbesserten die Leistungsfähigkeit wieder, ohne jedoch auch nur annähernd die Anfangswerte zu erreichen. Mittlerweise führe ich den Leistungsverlust mindestens teilweise auf Verblockung durch Eisen zurück. Diese Verblockung lässt sich durch ein hohes Konzentrat - Permeatverhältnis verhindern oder mindestens verzögern. Ich fahre die Membranen seit einiger Zeit mit 6 Teilen Konzentrat auf ein Teil Permeat bei einem Druck von nur 4 bar vor der Membran. Die Permeatleistung ist seit dem erstaunlich konstant geblieben. Sollte doch die Leistung mal wieder nachlassen, spüle ich die Membranen bei geöffnetem Spülventil 15 Minuten lang mit 1%iger Zitronensäure. Abschließend wird mit Wasser nachgespült, und die Permeatproduktion ist wieder zufriedenstellend. Die Zitronensäure wird von meinen Membranen gut vertragen. Derartige Regenerationen sind auch bei industriellen UO-Anlagen durchaus üblich und werden dort nicht als lebensdauerverkürzend angesehen. Norbert Dörre empfiehlt generell
den Einsatz von Brackwasser- bzw. Seewassermembranen, weil die weniger
anfällig gegenüber Foulingprozessen sind. Diese Membranen sind aber
deutlich teurer und bauen erheblich
größer. Daher werde ich erst mal bei den Trinkwassermembranen bleiben
und eine Umrüstung nur in Erwägung ziehen, wenn diese Membranen keine
akzeptable Lebensdauer erreichen. Weiterhin habe ich festgestellt, dass die Leistung
der Osmosemodule durch einen Spülvorgang für kurze Zeit (einige
Stunden) verbessert wird. Daher habe ich eine automatische Spülvorrichtung
von AquaCare nachgerüstet. Die Spülvorrichtung wird mit allen benötigten
Teilen geliefert und passt auf die meisten aquaristischen Osmoseanlagen.
Ein Spülvorgang dauert 20 Sekunden und wird ungefähr alle 30 Minuten
durchgeführt.
Vorfilter Nach knapp 3 Monaten Betrieb war der serienmäßige
Vorfilter des Zajac-Osmosemoduls total dicht. Die Vorfilter der meisten aquaristischen
Osmoseanlagen taugen nicht viel und die Austauschpatronen
(1,8" x 11,75") werden völlig überteuert angeboten.
Daher habe ich mir bei Westaqua Kerzenfilter mit Einsätzen aus
gewickeltem Polypropylen (10", 5mm) bestellt. Der einmaligen Ausgabe für das Gehäuse steht der
günstigere Preis und die längere Standzeit der Einsätze entgegen.
Pumpe Als Pumpe hatte ich zuerst eine Shurflo 8000
(443136) an einem Computernetzteil (5 Volt) im Einsatz, die vielfach
für diesen Einsatzzweck empfohlen wird. Diese Pumpe war die reine
Katastrophe. Zuerst wurde sie undicht und setzte mir den ganzen Schrank
unter Wasser. Nachziehen
der Schrauben half nicht. Daraufhin schraubte ich
die Pumpe über dem Ausgussbecken direkt auf die Hauswand (das Ausgussbecken ist ein Waschbecken aus emailliertem
Stahl, es befindet sich seitlich im Aquarienschrank), so dass die Undichtigkeiten
keinen Schaden mehr anrichten konnten. Einen sehr angenehmen Nebeneffekt hatte die Maßnahme:
Die Pumpe lief viel leiser. Vorher war sie innen an der Wand des
Aquarienschrankes befestigt. Offensichtlich hat sie den Schrank so in
Schwingung gebracht, dass ein zwar nicht lauter, aber dennoch etwas störender,
pulsierender, niederfrequenter Ton erzeugt wurde. An der Hauswand
befestigt hörte man
praktisch nichts mehr, zumindest wenn die Schranktür zu war. Daher habe ich auf die Aquatec-Pumpe (24 Volt AC) umgerüstet. Diese Pumpe ist noch deutlich sparsamer als die Shurflo und besser verarbeitet. Die Leistung ist unter Druck sogar höher als die der Shurflo (5 Volt), lediglich die Leerlaufmenge bei geöffnetem Spülventil ist etwas geringer. Die Geräuschentwicklung liegt auf vergleichbarem Niveau, also relativ leise. Zur Haltbarkeit kann ich noch nichts sagen. Die Pumpe ist für den Dauerbetrieb zugelassen, der Hersteller empfiehlt den Austausch der Membranen nach zwei Jahren. Wir werden sehen. Nach 2 Wochen Betrieb wurde die Pumpe lauter. Zunächst war eine Verstärkung der Vibrationen festzustellen, dann trat ein Klackern auf, welches immer stärker wurde. Die Vibrationen übertrugen sich über die Wände des Hauses und waren bald im ganzen Haus wahrnehmbar. Das Klackern wurde schließlich so störend, dass Abhilfe her musste. Eine Schilderung der nun folgenden umfangreichen Ursachenforschung will ich mir hier ersparen. Schlussendlich lag es daran, dass die Pumpe über dem Wasserspiegel des Spülwasserbehälters montiert war. So musste sie das Wasser sozusagen ansaugen. Was zuerst gut funktionierte, nach einiger Zeit aber zu einer Verschiebung des Pumpenläufers und zu dem Klackern führte. Nachdem ich die Pumpe einfach auf den Boden des Schrankes auf ein Stück blauen Filterschaumstoff legte, verschwand das Klackern langsam wieder. Der Filterschaumstoff hat übrigens hervorragende schwingungsdämpfende Eigenschaften. Festschrauben werde ich die Pumpe erst mal nicht mehr, über die Schrauben wird zuviel Körperschall übertragen.
Auswirkungen des Osmosefilters Den Fischen bekommt das neue Wasser sichtbar gut. Die Diskus stehen prächtig in Farbe. Nachdem vor Inbetriebnahme des Filters zwei der ca. 3 Jahre alten Blue Diamond Diskusfische nicht gut fraßen und ich schon eine Medikamentenbehandlung in Erwägung gezogen hatte, scheint das im Moment nicht mehr erforderlich zu sein. Das gereichte Futter wird gieriger aufgenommen. Die
Pflanzen wachsen langsamer, aber schöner mit kürzeren Blattabständen
und makellosen Blättern. Der Riesenwasserfreund entwickelt kräftigere
Stängel, die nicht mehr zum Verglasen und Abbrechen neigen. Auch
Aponogeton Crispus und Nymphea Lotus entwickeln sich sehr gut. Die
Echinodorus Tenellus machten mir vor ein paar Wochen Sorgen. Eine Erhöhung der Düngermenge
und Reduzierung der CO2-Menge scheint das Problem zu beheben. Auch die Riesenvallisnerien
standen nicht so gut, mal sehen wie sich die Maßnahmen hier auswirken.
Im Grunde hatte ich mit den Riesenvallisnerien auch vor Inbetriebnahme des Osmosefilters schon
Probleme. Möglicherweise benötigen sie doch härteres Wasser. Dafür
sieht Crinum Thaianum sehr schön aus, vielleicht werde ich die
Vallisnerien nach und nach damit ersetzen. Wichtig für alle Pflanzen ist ein einigermaßen konstanter Leitwert. Größere Schwankungen hatte ich, als die Shurflo-Pumpe ausfiel. Das quittieren die Pflanzen sofort mit stockendem Wuchs und schadhaften Blättern.
Fazit Es gab Zeiten, in denen ich das Experiment "Osmosefilter" aus Frustration am liebsten abgebrochen hätte. Das Durchhalten hat sich jedoch gelohnt. Im Moment läuft die Anlage recht zufriedenstellend mit konstanter Leistung. Das liegt zum großen Teil daran, dass ich das Spülventil etwas weiter aufgedreht habe und ein relativ hohes Konzentrat / Permeatverhältnis fahre. Dadurch liegt der Druck vor der Membran bei materialschonenden 4 bar. Die Pumpe nimmt etwa 0,9 Ampere Strom bei einer Spannung von 22 Volt auf. Dieses entspricht einer Leistungsaufnahme von maximal 20 Watt. Der Motor wird dabei nur leicht warm. Die Membranen sind jetzt seit 9 bzw. 7 Monaten in Betrieb und noch gut brauchbar. Dagegen hat sich ein Anfahren der Leistungsgrenzen mit hohem Druck bei geringerer Konzentratmenge nicht bewährt. Die anfänglich hohe Permeatleistung lässt rasch nach und der hohe Druck fordert seinen Tribut bei der Lebensdauer der Pumpe. Mit einer noch leistungsfähigeren Pumpe könnte man sicher noch etwas mehr Permeatleistung herauskitzeln. Ich habe aber nicht den Eindruck, dass das für mein Aquarium sinnvoll wäre. Letztlich würde dann neben Leitfähigkeit und Karbonathärte auch der pH-Wert noch weiter sinken, und das möchte ich meinen Pflanzen nicht zumuten.
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