Osmosefilter - Teil 2

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Osmosefilter - Teil 2

Beitragvon Markus » 31. Mär 2014 21:25

Osmosefilter – Filtertechnik, die (nicht nur) begeistert – Teil 2

Vor ca. 10 Jahren schrieb ich den Ursprungsartikel und seitdem ist viel Wasser durch meinen Osmosefilter geflossen – weit mehr als 1.000 m³ Permeat...

Ursprungsartikel siehe: http://www.diskusportal.de/osmosefilter-t6894.html

Die Begeisterung dabei war nicht immer so da wie in der ersten Zeit, so dass ich verschiedene Änderungen an der Anlage vorgenommen und schlussendlich auch Erfahrungen gemacht habe, die man eben so in der Form nicht zu lesen bekommt.

Diese Erkenntnisse können auch zumindest zum Teil für Nutzer interessant sein, die keinen Osmosefilter betreiben, sondern eine Umkehrosmoseanlage im herkömmlichen Sinne und dabei feststellen, dass es bspw. mit der Zucht nicht so klappt, wie man es sich vorstellt. Aber dazu später...

Im Groben kann man die aufgetretenen Herausforderungen in technische Aspekte (Handling, Lebensdauer von Bauteilen) und qualitative Aspekte des aufbereiteten Wassers einteilen.

Technische Aspekte, Osmosemembranen:
Begonnen habe ich mit herkömmlichen Umkehrosmosemembranen mit einer Leistung von 100 GPD, wobei oft zwei parallel im Einsatz waren (sind). Entgegen aller Unkenrufe halten die Membranen immer sehr lang bei mir und ich habe sie nur immer bei größeren Umbauarbeiten mal getauscht. UVC-Klärer waren nicht vorgeschaltet. Die Membrankosten gingen gemessen an den gesparten Wasser- u. Stromkosten unter.
Noch immer arbeite ich mit solchen Membranen, überlege aber, zukünftig auf Industriemembranen mit höheren Rückhalteraten (99% statt 95% RH) umzusteigen. Die sind aber in der von mir benötigten geringen Leistung in Europa schlecht zu beschaffen, aber ich arbeite dran.

Technische Aspekte, Druckerhöhungspumpen:
Wie die meisten anderen „Osmosefiltrierer“ auch, setzte ich in den ersten Jahren elektrisch betriebene Membranpumpen ein (Upright, Aquatec...). Andere setzten auch Pumpen des Herstellers Shurflo ein. Allen gemeinsam ist ein eher kurzes Leben, wenn sie im Dauerbetrieb (24/7) laufen. Die in der Pumpe befindliche Membran hielt jeweils zwischen 4 u. max. 8 Monaten. Da sie aber nur ein paar € kostet und für einen einigermaßen begabten Bastler ohne Probleme auszutauschen ist, konnte man damit leben. Leider kamen aber auf 2...3 Membranen auch defekte Schleifbürsten und auch mal ein Lager. Obwohl man sowas auch reparieren kann, war dann bei mir die Bastellaune vorbei und ich tauschte die Pumpen aus. Man sollte also auf jeden Fall immer eine Eratzpumpe und entsprechende Teile liegen haben. Unterm Strich war das aus rein finanzieller Sicht von den Kosten her kein Problem, aber einfach lästig. Die Pumpen fingen ja immer dann an zu tröpfeln, wenn man gerade auf Dienstreise oder in Urlaub war.
Ich probierte dann Drehschieberpumpen aus und das ist schon eine andere Liga. Sie halten sehr lang, mindestens 2...3 Jahre eher mehr, je nach Belastung. Aufpassen muss man aber beim Osmosefilter grundsätzlich, dass der Kalkgehalt im Konzentratbehälter nicht so hoch geht, dass Kalk ausfällt. Das hängt natürlich auch noch von anderen Parametern ab, das würde aber den Rahmen sprengen. Fällt Kalk aus, blockieren die recht eng gearbeiteten Drehschieber schnell und die Pumpe ist hin. Man sollte also auf keinen Fall den Leitwert zu hoch fahren, was speziell beim Anfahren schnell passieren kann, wenn man nicht aufpasst. Ein Nachteil der von mir angeschafften Pumpe mit einem 230 AC-Motor war der hohe Stromverbrauch von 250 W, womit dann das Sparen
wirklich vorbei war. Wobei Sparen in unserem Hobby nie an erster Stelle stehen sollte...
Trotzdem, das musste besser gehen, schließlich hatte ich mal ausgerechnet, dass man theoretisch nicht mal 30W Leistung braucht, um meine gewünschte Leistung abzubilden.
Damals tauschte ich mich mit Gernot Tietze u. Jörg Schütz aus, die auch an dem Thema arbeiteten. Wir rüsteten damals unsere Pumpen mit anderen Motoren aus, die mittels Frequenzumrichter arbeiten und damit in der Leistung genau eingestellt werden können. Leider gab es dazu nichts Fertiges zu kaufen und es mussten Zwischenflansche gedreht werden, um Pumpe und entsprechenden Drehstrommotor zu verbinden. Nachdem diese Hürden genommen waren, war der Stromverbrauch deutlich geringer, bei mir irgendwo um die 50W, je nach Einstellung. Die nochmals erforderlichen Investitionskosten für Pumpe, Motor u. Frequenzumrichter nebst Kleinteilen hauten mit einigen Hundert € nochmals ordentlich rein, machten sich aber langfristig bezahlt. In der Zusammenstellung ist der Uofi sehr robust, langlebig und zuverlässig.

Neben den Optimierungsaufgaben technischer Art kamen zwischenzeitlich noch andere Dinge auf den Aufgabenzettel, die erst einmal verstanden werden mussten, damit man sie auch angehen kann.

Um das Thema aufzuarbeiten muss ich aber erst mal einen kleinen Abstecher zu meinem Leitungswasser machen. Ich bin in der „glücklichen“ Lage, auf leckeres Ruhruferfiltrat zurückgreifen zu dürfen. D.h. ziemlich am Ende der Ruhr, kurz bevor sie in den Rhein mündet, wird „mein“ Wasser aus Brunnen gefördert, die in unmittelbarer Nähe der Ruhr das Wasser aus einigen Metern Tiefe fördert. Das immer wieder nachfliessende Wasser ist natürlich hauptsächlich Ruhrwasser, was eine gewisse Strecke Uferpassage hinter sich hat, wo einige Schadstoffe abgebaut werden, andere aber nicht. Mein Wasserwerk filtert nach dem Mülheimer Verfahren, was u.a. Aktivkohleaufbereitung und Ozonung beinhaltet. Wenn man so hört und liest, ist das Wasser 1A. Komischerweise bekomme ich ohne Aufbereitung fast nur mißgebildete Nachzuchten, Enchyträenzucht klappt nicht und Artemiacysten sterben viel schneller ab, als wenn ich destilliertes Wasser nehme. Auch damit hergestelltes Osmosewasser bringt wesentlich schlechtere Ergebnisse, als dest. Wasser. Insofern habe ich ein viel größeres Interesse, Wasseraufbereitungsmaßnahmen zu testen, als es Andere haben. Not macht erfinderisch...

Die Umstellung auf den Osmosefilter brachte zuerst einen ziemlichen Schwung in meinen Diskusbestand, sie blühten sichtlich auf sowohl farblich, als auch von der Agilität her. Im gesamten Kreis Zuchtwasser und in fast jeder Ecke ablaichende Diskuspaare.

Über die Monate relativierte sich das aber, daher habe ich über die Jahre viel durchprobiert. Mehrere Jahre brachte das Filtern des noch benötigten Leitungswassers (Ausgleich des weggepumpten Konzentrats) über einen Blockkohlefilter der Fa. Carbonit wieder Ruhe rein, bis auch das nicht mehr ausreichte. Mittlerweile führe ich überhaupt kein Leitungswasser mehr zu, sondern nur noch Osmosewasser, welches zusätzlich über Aktivkohle und Mischbett läuft. Ein Versuch mit Regenwasser steht noch aus, es fehlt aber irgendwo der Platz.
Zusätzlich zu meinen speziellen Problemen habe aber nicht nur ich, sondern auch einige andere feststellen müssen, dass sich in permanent osmosegefilterten Becken/Anlagen nach einiger Zeit eine Verschlechterung bei den Fischen einstellt. Das geht hin bis zu nachlassenden Farben, Agilität und Fertilitätsverlust.
Für mich kamen drei Möglichkeiten in betracht. Mineralienmangel, eine Anhäufung von Schadstoffen die durch Osmoseanlagen nicht hinreichend ausgefiltert wird und letztlich ein zu geringer Anteil an Huminen/Tanninen (als Überbegriff).
Einen Mineralienmangel kann man relativ schnell beheben, indem man einfach über einige Wochen täglich gewisse Mengen eines guten Mineralsalzes zuführt. Dies brachte aber keine spürbare Verbesserung, so dass ich das in meinem Falle sicher ausschliessen kann.
Das Fehlen von Huminstoffen habe ich von Anfang an nicht wirklich als ursächlich gesehen, da ich schon vorher oft mit Wasser gearbeitet habe, welches kaum nennenswerte Huminstoffe enthalten hat. Trotzdem baute ich für einige Monate mal ein 30l-Fass auf, in dem ich Torf einbrachte und in den Kreislauf mit geringem Durchfluss integrierte. Eine leichte Verbesserung stellte sich ein, aber nichts durchschlagendes. Letztlich ist ein solcher Versuch auch nicht sehr aussagefähig: Sind die Fische etwas besser drauf, weil sie die Huminstoffe mögen, oder werden vielleicht Schadstoffe im Torf gebunden oder fallen sie als an Humin gebundene Stoffe aus? Die Inhaltstoffe von Torf haben chelatisierende Wirkung und können daher Schadstoffe binden. Letztlich war Torf aber nicht des Rätsels Lösung, die Verbesserungen waren nicht ausreichend und nur von kurzer Dauer.

Immer mehr kam ich zu der Überzeugung, dass die Osmosemembran Stoffe durchlässt, die den Fischen nicht zuträglich sind. Wobei ich hier ein überdurchschnittliches Durchlassen meine, schliesslich halten solche Membrane durchschnittlich ca. 95% aller Stoffe zurück. Es ist schwer, entsprechende Daten zu finden, welche Stoffe nicht so gut zurückgehalten werden.
Man findet aber Daten, dass manche Stoffe, wie z.B. Phenole nur zu ca. 40% zurückgehalten werden. Weiterhin sind die Rückhalteraten von neuen und gebrauchten Membranen durchaus bei einigen Stoffen unterschiedlich. Sind die Rückhalteraten anfangs noch sehr hoch, nehmen sie mit der Zeit ab.
Wie schon geschrieben tauschte ich relativ selten die Osmosemembranen aus. Mir fiel jedoch auf, dass nach Austausch der Membranen eine Besserung eintrat. Auffällig war auch, dass eine neue Membran Leitfähigkeiten von 20...30 µS/cm im Permeat erzeugten, nach einigen Monaten schoss er aber teilweise auf 60...80 µS/cm hoch. Von diesem Phänomen berichteten mir auch andere.
Weiterhin war immer festzustellen, dass die Permeatausbeute innerhalb weniger Wochen um 30% abnahm, dann aber stabil auf niedrigerem Niveau blieb. Ich nahm an, dass eine gewisse Verblockung stattfand, die sich aber stabilisierte.
Um das Problem dieser offensichtlich durchrutschenden Schadstoffe näher einzugrenzen, setzte ich in den Permeatstrang erst mal einen starksauren Kationenaustauscher. Dies änderte nichts am Problem. Nachdem ich aber zusätzlich noch einen schwachbasischen Anionenaustauscher dahinter hängte, dauerte es nicht lang, bis die Tiere deutlich positiv reagierten. Schon am nächsten Tag standen sie besser und das stabilisierte sich zusehends.
Die Ergebnisse würden erst mal darauf schliessen lassen, dass es sich bei den Problemstoffen um anionische Stoffe handelt. Aber kann man das sicher annehmen?
Das schwachbasische Harz ist ein MP 62, also ein makroporöses Harz, welches durch seine zerklüftete Struktur auch organische Stoffe anlagern kann. Also entweder organische Substanzen, die strukturell adsorbiert werden oder anionische Stoffe, die mittels Ionenaustausch im Harz fixiert werden. Vielleicht auch eine Kombination, denn einige organische Stoffe wie bspw. das schon erwähnte Phenol soll einen basischen Charakter haben.

Beim Regenerieren der Harze bin ich mal auf die Idee gekommen, auch die Osmosemembran entsprechend zu spülen. Im Internet findet man Natronlauge als Spülmittel, um organische Ablagerungen zu entfernen und Zitronensäure/Essigsäure, um Kalkablagerungen zu entfernen.
Da Osmosemembranen für einen recht grossen pH-Wertebereich zugelassen sind, mache ich folgendes:
Ich nehme einen 10l-Eimer und fülle ihn mit Osmosewasser. In diesen Eimer hänge ich den Ansaugschlauch der Drehschieberpumpe sowie Konzentrat- und Permeatschlauch. Der Flow der Osmosemebran wird auf Spülbetrieb gestellt bzw. überbrückt. Dann schalte ich die Pumpe ein und die Pumpe pumpt das Wasser im Spülbetrieb durch die Osmosemembran. Dann hänge ich eine pH-Sonde in den Eimer und gebe so lang Natronlauge unter Umrühren hinzu, bis der pH-Wert > 11 ist.
Achtung: wer hier NaOH als grobes Pulver nimmt, kann damit die Pumpe blockieren !!! Also erst extern auflösen.
Das Ganze wird dann 30 Minuten laufen gelassen. Die sich einstellende Farbe nach den 30 Minuten liegt eher bei Altbier, als bei Pils und ist ein Zeichen dafür, dass sich in der Membran starke organische Ablagerungen gebildet haben und von der Lauge rausgespült wird. Dieses Ergebnis hätte ich so stark nicht erwartet !
Danach spüle ich das System im Eimer wieder mit Osmosewasser und anschliessend das Ganze nochmal mit Citronensäure. Dabei stelle ich das Wasser auf pH <3 ein und lasse es ebenfalls 30 Minuten laufen. Das Prozedere hat Ähnlichkeit mit dem Entkalken einer Kaffeemaschine. Ob es bei mir viel bringt, weiss ich nicht, aber es ist ja kein grosser Mehraufwand.
Wer das nachmacht: Auf eigene Gefahr, es müssen alle Komponenten des Kreislaufes geeignet sein und man sollte beim Membranhersteller klären, welcher pH Wert erlaubt ist. Oft gibt es hier auch Zeitbeschränkungen bspw. max. 30 Minuten bei pH 11!

Wenn ich die so gereinigte Membran wieder in betrieb nehme, stelle ich anhand der Tiere hierbei wieder eine deutlich spürbare Verbesserung fest. Mittlerweile habe ich im Konzentratkreis einige Liter Aktivkohle untergebracht, die die sichtbaren Verschmutzungen des Konzentratwassers minimiert. Es ist einfach erstaunlich, wie gut uns der Diskus doch zeigen kann, was ihm gefällt und was ihm missfällt. Ich habe in meinen Becken auch einige Welse und dummerweise auch Guppies, denen merkt man so einen Stimmungsumschwung deutlich weniger an. Bei Welsen wäre noch zu erwähnen, dass sie bei schlechtem Wasser keine Anstalten machen, abzulaichen.
Aber zurück zur Membran: Für mich sieht es danach aus, als ob sich Problemstoffe auf der Membranoberfläche anlagern und dann haben sie alle Zeit der Welt, sich durch die Membran zu arbeiten. Stoffe, die nicht an die Oberfläche gebunden werden, werden mit dem Konzentrat wieder rausgespült. So wäre erklärbar, dass sich im Kreislauf Stoffe aufkonzentrieren, obwohl doch gern gesagt wird, dass Osmosemembranen fast alles rausfiltern. In dem Zusammenhang ist auch zu erwähnen, dass nicht nur ich, sondern einige andere schon die Erfahrung machen mussten, dass Osmosewasser, welches anschliessend noch durch einen Vollentsalzer gegangen ist, höhere Schlupfraten bringen, als wenn man nur Osmosewasser nimmt.

Für mich habe ich Stand heute den Osmosefilter ziemlich im Griff und ich bin fest davon überzeugt, dass es meinen Fischen mit Osmosefilter wesentlich besser geht, als ohne. Ich will sogar soweit gehen, dass das Halten von Diskus bei meinem Leitungswasser mit vertretbarem Aufwand gar nicht möglich wäre. Baustelle bei mir ist nach wie vor das noch notwendige Wasser, was ich zuführen muss, um das abgepumpte Konzentratwasser aufzufüllen. Hier werde ich vielleicht in nächster Zeit auf Regenwasser umstellen, dazu sind aber größere Umbauarbeiten notwendig.

Vielleicht wird es noch einen dritten Teil über den Uofi geben, wenn ich mal zu dem Stand gekommen bin, wo ich nichts mehr ändere bzw. umbaue und es Käferlike läuft und läuft und läuft...
Mal schauen...

LG
Markus Jochheim
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