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Osmose ist ein natürlicher Prozess, bei dem zwei Flüssigkeiten durch eine semipermeable Membran miteinander vermischt werden. Eine semipermeable Membran lässt bestimmte Atome und Moleküle passieren (z.B. Wassermoleküle), nicht aber andere (z.B. Salzmoleküle). Bei der Osmose fließt das verunreinigte Wasser durch diese semipermeable Membran zur Flüssigkeit mit der geringeren Konzentration. 

Dies geschieht, bis ein Gleichgewicht im prozentualen Anteil der gelösten Substanzen auf beiden Seiten der Membran entsteht. Dieser Anteil wird nie ganz gleich sein, da das Wasservolumen auf der Seite der Membran, zu der das Wasser fließt, zunimmt. Dadurch steigt der Druck auf dieser Seite.  Wenn der Druck hoch genug ist, um zu verhindern, dass das Wasser durch die Membran fließt, kommt der Prozess zum Stillstand. Dieser Druck wird als osmotischer Druck bezeichnet. 

Das Funktionsprinzip der Umkehrosmose ist - wie der Name schon sagt - das Gegenteil von dem der Osmose. Die Membran wird als Feinstfilter eingesetzt, der gelöste Stoffe aus dem Wasser herausfiltert. Durch die Umkehrung des osmotischen Drucks und dem damit verbundenen Druck von Wasser durch die Membran können kleine Wassermoleküle die Membran passieren, größere Moleküle oder chemische Moleküle hingegen nicht. Diese bleiben zurück im Raum vor der Membran und werden hier als Abwasser abgeleitet. Damit eignet sich die Umkehrosmose hervorragend zur Entfernung von Pflanzenschutzmitteln und Düngemitteln aus dem Abwasser. 
Das reine Wasser auf der anderen Seite der Membran kann dann wieder als Bewässerungswasser verwendet werden. Dieses Wasser wird als Osmosewasser bezeichnet.

Die umgekehrte Osmose verwendet Kreuzströme. Diese Technik sorgt dafür, dass sich die Membran von selbst sauber spült, damit sie nicht verstopft. Die Flüssigkeit, die im Raum vor der Membran verbleibt, strömt entlang der Membran, so dass die in der Membran verbleibenden Partikel weggespült werden. 

Gereinigtes Osmosewasser enthält immer kleine Restwerte. Die meisten Membranen haben einen Mindestwert von 95 bis 97% gereinigtem Wasser (dies sind Mindestprüfwerte; in der Praxis sind diese Werte oft höher).

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