Umkehrosmose als “Overkill” in der häuslichen Trinkwasseraufbereitung?

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Es gibt Wasservorkommen, die von so schlechter Qualität sind, dass selbst die Ultrafiltration sie nicht zufriedenstellend verbessern kann. Dies ist in Deutschland in der Regel nicht der Fall, wohl aber in vielen (Küsten-)Regionen der Welt. Das Wasser enthält dann einen hohen Anteil an gelösten Feststoffen, z.B. Stoffe wie Mineralien, Salze oder Metalle. Man spricht dann von einem hohen TDS-Wert (TDS = Total Dissolved Solids). Nach der sehr strengen Wasserqualitätsempfehlung der US-Umweltbehörde EPA ist Trinkwasser bis zu einer TDS-Konzentration von 500 mg/L unbedenklich zu trinken. Im Gegensatz dazu kann Wasser mit einer höheren Konzentration an gelösten Feststoffen bitter oder salzig schmecken (z.B. Meerwasser), ist eigentlich ungenießbar und kann möglicherweise gesundheitliche Auswirkungen wie Elektrolytstörungen verursachen.

Die Umkehrosmose ist ein Aufbereitungsverfahren, das ursprünglich zur Entsalzung von Meerwasser entwickelt wurde. Dabei werden nicht nur Feststoffe, sondern auch gelöste organische Stoffe, Salze (Ionen) und Metalle aus dem Trinkwasser entfernt. Unter Druck wird das Leitungswasser durch eine halbdurchlässige Membran gepresst, durch die nur die Wassermoleküle selbst hindurchtreten. Die Umkehrosmose entfernt alle Krankheitserreger und Schadstoffe wie Schwermetalle, Nitrate oder Pestizide aus dem Wasser. Damit bietet sie einen sehr hohen Reinigungsgrad und ist anderen Aufbereitungsverfahren überlegen.

Allerdings hat die Technologie auch einige Nachteile:

  • Es werden auch alle wertvollen Inhaltsstoffe wie Mineralien und Salze entfernt, übrig bleiben nur die Wassermoleküle (reines H2O, “Osmosewasser”). Das Osmosewasser ähnelt in gewisser Weise destilliertem Wasser und muss wieder remineralisiert, d.h. künstlich mit Mineralien angereichert werden, da es sonst nicht nur fad schmeckt, sondern auch gesundheitsschädlich ist (Elektrolytstörungen), wenn nur reines Osmosewasser getrunken wird.
  • Die Herstellung eines Liters Osmosewasser dauert in der Regel wesentlich länger (5 bis 10 Minuten) als z.B. bei der Ultrafiltration.
  • Umkehrosmoseanlagen sind in der Lage, nur einen Teil des Eingangswassers als gereinigtes Wasser zu filtern, während der Rest abgeschieden wird, da er die gelösten Feststoffe enthält, die aufgrund der Betriebsweise (Querstrom) aus den gereinigten Teilen entfernt wurden. Bei einer herkömmlichen Umkehrosmoseanlage wird etwa das 1 bis 3-fache der Menge an gereinigtem Wasser abgeschieden.
  • Nicht remineralisiertes Osmosewasser ist aufgrund eines abgesenkten pH-Werts sauer und damit aggressiv/korrosiv.
  • Im häuslichen Einsatz kann die Umkehrosmose nur an einer Zapfstelle effizient und kostengünstig installiert werden. Zentrale Hausumkehrosmoseanlagen sind teuer und erfordern einen erheblichen Platzbedarf.

Leitungswasser leistet einen relevanten Beitrag zur Mineralstoffversorgung, insbesondere mit Calcium und Magnesium. Diese Mineralien liegen im Wasser als freie Ionen vor und können daher vom Körper leichter aufgenommen werden als aus der Nahrung. Inzwischen gibt es zahlreiche Studien, die die negativen gesundheitlichen Folgen von entmineralisiertem Wasser bestätigen, darunter ein höheres Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebserkrankungen, bestimmte neurodegenerative Erkrankungen und Schwangerschaftskomplikationen.

Umkehrosmose als “Overkill”

Der hohe Energie- und Zeitaufwand für die Aufbereitung von Leitungswasser sowie die Notwendigkeit einer Remineralisierung rechtfertigen den Einsatz von Umkehrosmose nur dann, wenn es aus den oben genannten Gründen keine Alternative zur Aufbereitung des örtlichen Wassers gibt. In allen anderen Fällen ist die Umkehrosmose nur für technische Anwendungen und unter kontrollierten Bedingungen sinnvoll, z.B. in der Medizintechnik und Industrie, wo reines Wasser (destilliertes oder RO-Wasser) benötigt wird, als Filtrationsmethode für Trinkwasser im Haushalt ist sie dagegen ein Overkill. Sie ist mit unnötig hohem technischen Aufwand und Kosten verbunden – man schießt quasi mit Kanonen auf Spatzen”.

Die Ultrafiltration ist für die Trinkwasseraufbereitung in den meisten Fällen völlig ausreichend. Als rein mechanisches Filtrationsverfahren mit einer Hohlfasermembran hält die Ultrafiltration zuverlässig alle suspendierten Feststoffbestandteile und Trübungen aus dem Trinkwasser zurück, die zu groß sind, um die besonders feinen Poren des Filtermediums zu passieren (Ultrafiltration mit einer definierten Porengröße von ca. 0,02 μm). Mehr als 99,99999% aller Bakterien, Legionellen und Parasiten und 99,99% aller Viren werden entfernt, ebenso Schwebstoffe, Partikel wie Mikroplastik und Trübungen. Im Wasser gelöste Stoffe wie Arzneimittelrückstände, Pestizide und Schwermetalle können nicht direkt durch Ultrafiltration herausgefiltert werden, aber werden in einer Vorfiltrationsstufe durch einen speziellen Medienfilter (Seccua Biofilter) entfernt.

In den meisten Fällen, in denen das Wasser durch gelöste Feststoffe verunreinigt ist, ist die Ultrafiltration der Umkehrosmose überlegen. Sie bietet einen ähnlich hohen Reinigungsgrad, ohne jedoch wertvolle Inhaltsstoffe wie Mineralien und Salze aus dem Trinkwasser zu entfernen, so dass der natürliche Wassergeschmack und die gesundheitlichen Vorteile erhalten bleiben; gleichzeitig ist sie umweltfreundlich und benötigt nur einen Bruchteil des Stroms und des Abwassers (nur 10 bis 15 Liter pro Tag für die Spülung), das eine Umkehrosmoseanlage erfordern würde. Darüber hinaus können Ultrafiltrationssysteme am Wassereintrittspunkt (PoE) des Hauses installiert werden und bieten so Schutz für das gesamte Haus und nicht nur für einen Wasserhahn, ohne dass eine komplizierte Installation erforderlich ist.

Reverse osmosis as “overkill” in home drinking water treatment?

There are water resources that are of such poor quality that even ultrafiltration cannot improve them satisfactorily. This is not usually the case in Germany, but it is in many (coastal) regions around the world. The water then contains a high proportion of dissolved solids, e.g. substances such as minerals, salts or metals. This is referred to as a high TDS value (TDS = Total Dissolved Solids). According to the very strict US EPA’s water quality recommendation, drinking water is safe to drink up to a TDS concentration of 500 mg/L. In contrast, water with higher dissolved solids concentrations can taste bitter or salty (seawater), is actually undrinkable and could potentially cause health effects like electrolyte disorders.

Reverse osmosis is a treatment process originally developed to desalinate seawater. It removes not only solids but also dissolved organic matter, salts (ions) and metals from drinking water. Under pressure, tap water is forced through a semipermeable membrane through which only the water molecules themselves pass. Reverse osmosis removes all pathogens and pollutants such as heavy metals, nitrates or pesticides from the water. It thus offers a very high degree of purification and is superior to other treatment processes.

However, the technology also has some disadvantages:

  • All valuable ingredients such as minerals and salts are also removed, leaving only the water molecules (pure H2O, “osmosis water”). The osmosis water is somewhat similar to distilled water and must be remineralized again, i.e. artificially enriched with minerals, because otherwise it not only tastes bland but is also harmful to health (electrolyte disorders) if only pure osmosis water is drunk.
  • Producing one liter of osmosis water usually takes much longer (5 to 10 minutes) than with ultrafiltration, for example.
  • RO systems are able to filter only a fraction of the input water as purified while rejecting the rest as it contains all dissolved solid removed from the purified parts due to the operating mode (crossflow). Residencial RO  requires to reject about 1 to 3 times the amount of purified water produced.
  • Due to a lowered pH value, not remineralized osmosis water is acidic and thus aggressive/corrosive.
  • For residential use RO can only be installed efficiently in one tap at a reasonable price. Centralized house RO system are expensive and demand a considerable amount of space to operate.

Tap water makes a relevant contribution to the mineral supply, especially with calcium and magnesium. These minerals are present in water as free ions and can therefore be absorbed by the body more easily than from food. There are now numerous studies confirming the negative health consequences of demineralized water, including a higher risk of cardiovascular disease, cancers, certain neurodegenerative diseases, and pregnancy complications.

Reverse osmosis as “overkill”

The high consumption of energy, tap water, and the time required, as well as the need for remineralization, really justify the use of reverse osmosis only when there is no alternative for treating local water for the reasons described above. For all other cases,  reverse osmosis makes  sense only for technical applications and under controlled conditions, for example in medical technology and industry where pure water (distilled or RO water) is needed, as it is  an overkill as a filtration method for drinking water at home. It involves an unnecessarily high technical effort and cost – takes a sledgehammer to crack nuts”.

Ultrafiltration is perfectly adequate for drinking water treatment in most cases. As a purely mechanical filtration process using a hollow fiber membrane, ultrafiltration reliably retains all suspended solid constituents and turbidity from the drinking water that are too large to pass through the particularly fine pores of the filter medium (ultrafiltration with a defined pore size of approx. 0.02 μm). More than 99.99999% of all bacteria, Legionella and parasites and 99.99% of all viruses are  removed, as are suspended solids, particles such as microplastics and turbidity. Substances dissolved in the water, such as pharmaceutical residues, pesticides and heavy metals, cannot be filtered out directly by ultrafiltration, but can be removed by in a prefiltration stage by a dedicated media filter (Seccua Biofilter).

In the most cases, but the ones were the water suffers from dissolved solid contamination, Ultrafiltration is a superior choice over reverse osmosis, offering  a similarly high degree of purification , but without removing valuable ingredients such as minerals, salts from the drinking water preserving the natural water taste and health benefits while being environmentally friendly requiring a fraction of the electricity and waste water (only 10 to 15 liters a day for flushing) an RO would require. Additionally, Ultrafiltration systems can be installed in a PoE of the house offering protection to the entire house and not only one tap without requiring complicated installation.