Вода протиче кроз мембрану под притиском, али соли и органске материје не могу да прођу и заробљене су на површини мембране. "Акумулација" растворене супстанце на површини мембране има много већу концентрацију од протока воде; ово је поларизација концентрације. Формирање овог граничног слоја има свеобухватан утицај на систем.
У системима реверзне осмозе, однос концентрације раствора на површини мембране и концентрације у протоку воде у маси је дефинисан као фактор поларизације концентрације. У инжењерској пракси се обично контролише испод 1,2. Међутим, када је канал за напајање блокиран или се брзина протока смањи, може лако порасти на 1,4 или чак 1,5. То значи да је концентрација соли на површини мембране 40%-50% већа од концентрације соли у концентрату који меримо.
На пример, са типичном бочатом водом, када је концентрација соли концентрата у расутом стању 5000 мг/Л, локална концентрација на површини мембране може да достигне 7000-7500 мг/Л. Осмотски притисак је директно пропорционалан салинитету – за сваких 1000 мг/Л повећања салинитета, осмотски притисак се повећава за приближно 0,07 МПа (0,7 бара).
Повећање површинске концентрације од 2500 мг/Л доводи до додатних скоро 0,18 МПа (1,8 бара) осмотског притиска. За мембранске системе са боћатом водом који раде на 1,0-1,2 МПа, то значи да се 15%-18% нето притиска покретања апсорбује концентрацијском поларизацијом.
Квантификација брзине протока пермеата и брзине десалинизације:
Према техничким приручницима произвођача мембрана (користећи ДуПонт ФилмТец серију као пример), са смањењем протока од 15% и повећањем са 1,2 на 1,4, брзина протока пермеата система ће се смањити за 12%-18% у режиму константног притиска. Ово није због онечишћења мембране, већ због надокнађивања ефективне покретачке силе.
Што се тиче стопе десалинације, за сваких 0,1 пораста, пермеабилност НаЦл се повећава за приближно 20%-30%. Када је стопа десалинизације нормалне мембране бочате воде 99,5%, проводљивост пермеата је приближно 10-15 µС/цм.
Када је поларизација концентрације озбиљна, проводљивост пермеата може порасти до 30-50 µС/цм. За једностепени систем реверзне осмозе са мешовитим слојем, то би могло значити да се циклус регенерације мешовитог слоја компримује са 72 сата на мање од 24 сата, што удвостручује потрошњу киселина и алкалија.
Скала ризика:
Индекс засићености Лангериле (ЛСИ) калцијум карбоната је типично дизајниран да буде испод 1,8 (са инхибиторима каменца). Концентрациона поларизација повећава концентрацију на површини мембране, што резултира стварном вредношћу ЛСИ 0,5-1,0 вишом од протока воде.
У пројекту поновне употребе отпадних вода, ЛСИ у расутом стању је био 1,6. Додавање инхибитора каменца требало је да буде безбедно према пројекту, али током рада, разлика притиска на елементу терминалне мембране се повећала са 10 пси на 25 пси у року од три месеца. Дисекцијом су откривени кристали калцијум карбоната на површини мембране, са измереном површином ЛСИ чак 2,4-2,7, што је директна последица повећања концентрације граничног слоја.
Сулфатни каменац је још осетљивији. Производ растворљивости (Ксп) калцијум сулфата је приближно 2,4 × 10⁻⁵ (25 степени). Када је фактор поларизације концентрације 1,4, површински јонски производ може лако премашити Ксп за 1,2-1,5 пута, што доводи до формирања кристала. Једном када се кристали таложе, хемијско чишћење често захтева циркулацију од 6-8 сати или више, а једно чишћење може трајно смањити стопу десалинизације за 0,5%-1%.
Стандарди контроле радних параметара:
У смерницама за дизајн мембранских елемената, коначна брзина протока концентрата је контролни индикатор језгра. За мембранске елементе од 8 инча, брзина протока концентрата по јединици обично није мања од 3,6 м³/х.
Када брзина протока падне испод 3,0 м³/х, сила смицања површине мембране се смањује са приближно 250-300 с⁻¹ на око 150 с⁻¹, што доводи до значајног повећања дебљине граничног слоја.
Стварни подаци мерења показују да у овом тренутку вредност може скочити са нормалних 1,15-1,2 на преко 1,35, а стопа десалинизације система ће показати видљиво смањење у року од 1-2 недеље.
Стопа опоравка и поларизација концентрације:
За једностепени-систем реверзне осмозе, повећање стопе опоравка са 50% на 75% повећава вредност коначног елемента мембране за приближно 0,1-0,15. Због тога су системи обично дизајнирани са два или чак три степена, са стопом опоравка сваке фазе контролисаном на 40%-50%. Укупна стопа опоравка се повећава додавањем више фаза, а не истискивањем стопе опоравка једне фазе.
Многе оперативне несреће се дешавају зато што се, под идејом „производње више воде“, стопа опоравка повећава са 75% на 80%, што доводи до крајње вредности која прелази 1,5, што доводи до аларма скалирања у року од месец дана.