Vanduo teka per membraną esant slėgiui, tačiau druskos ir organinės medžiagos negali praeiti ir yra įstrigusios ant membranos paviršiaus. Membranos paviršiuje esančios tirpios medžiagos „akumuliacijos“ koncentracija yra daug didesnė nei tūrinio vandens srauto; tai koncentracijos poliarizacija. Šio ribinio sluoksnio susidarymas turi visapusišką poveikį sistemai.
Atvirkštinio osmoso sistemose tirpių medžiagų koncentracijos membranos paviršiuje ir koncentracijos vandens sraute santykis apibrėžiamas kaip koncentracijos poliarizacijos koeficientas. Inžinerinėje praktikoje paprastai kontroliuojamas žemiau 1.2. Tačiau užblokavus tiekimo kanalą arba sumažėjus srautui, jis gali lengvai pakilti iki 1,4 ar net 1,5. Tai reiškia, kad druskos koncentracija membranos paviršiuje yra 40–50% didesnė nei mūsų išmatuoto koncentrato druskos koncentracija.
Pavyzdžiui, tipiškame sūriame vandenyje, kai koncentrato druskos koncentracija yra 5000 mg/l, vietinė koncentracija membranos paviršiuje gali siekti 7000-7500 mg/l. Osmosinis slėgis yra tiesiogiai proporcingas druskingumui – kiekvienu 1000 mg/l druskingumo padidėjimu osmosinis slėgis padidėja maždaug 0,07 MPa (0,7 baro).
Padidėjus paviršiaus koncentracijai 2500 mg/l, osmosinis slėgis papildomai padidėja beveik 0,18 MPa (1,8 baro). Sūrio vandens membranų sistemose, veikiančiose esant 1,0–1,2 MPa, tai reiškia, kad koncentracijos poliarizacija sugeria 15–18 % grynojo važiavimo slėgio.
Permeato srauto ir gėlinimo greičio kiekybinis įvertinimas:
Pagal membranos gamintojo techninius vadovus (pavyzdžiui, naudojant DuPont FilmTec seriją), 15 % sumažėjus tiekimo srautui ir padidėjus nuo 1,2 iki 1,4, pastovaus slėgio režimu sistemos prasiskverbimo srautas sumažės 12-18 %. Taip yra ne dėl membranos užsiteršimo, o dėl veiksmingos varomosios jėgos kompensavimo.
Kalbant apie gėlinimo greitį, kiekvieną kartą padidinus 0,1, NaCl pralaidumas padidėja maždaug 20–30%. Kai įprastos sūroko vandens membranos gėlinimo greitis yra 99,5%, prasiskverbimo laidumas yra maždaug 10-15 µS/cm.
Kai koncentracijos poliarizacija yra stipri, permeato laidumas gali padidėti iki 30-50 µS/cm. Vienpakopėje atvirkštinio osmoso sistemoje su mišriu sluoksniu tai gali reikšti, kad mišraus sluoksnio regeneravimo ciklas sutrumpėja nuo 72 valandų iki mažiau nei 24 valandų, todėl rūgšties ir šarmų suvartojimas padvigubėja.
Rizikos masto:
Kalcio karbonato Langerilo prisotinimo indeksas (LSI) paprastai yra mažesnis nei 1,8 (su masto inhibitoriais). Koncentracijos poliarizacija padidina koncentraciją membranos paviršiuje, todėl tikroji LSI vertė yra 0,5–1,0 didesnė nei tūrinis vandens srautas.
Nuotekų pakartotinio naudojimo projekte birių koncentratų LSI buvo 1,6. Apnašų inhibitorių pridėjimas pagal konstrukciją turėjo būti saugus, tačiau eksploatacijos metu slėgio skirtumas terminalo membranos elemente per tris mėnesius padidėjo nuo 10 psi iki 25 psi. Išpjaustymas atskleidė kalcio karbonato kristalus membranos paviršiuje, o išmatuotas paviršiaus LSI yra net 2,4–2,7, o tai yra tiesioginė ribinio sluoksnio koncentracijos padidėjimo pasekmė.
Sulfatų nuosėdos yra dar jautresnės. Kalcio sulfato tirpumo produktas (Ksp) yra maždaug 2,4 × 10⁻⁵ (25 laipsniai). Kai koncentracijos poliarizacijos koeficientas yra 1,4, paviršiaus jonų produktas gali lengvai viršyti Ksp 1,2–1,5 karto, todėl susidaro kristalai. Kai kristalai nusėda, cheminiam valymui dažnai reikia cirkuliuoti 6–8 valandas ar ilgiau, o vienas valymas gali visam laikui sumažinti gėlinimo greitį 0,5–1%.
Veikimo parametrų valdymo standartai:
Membraninių elementų projektavimo gairėse galutinis koncentrato srautas yra pagrindinis valdymo indikatorius. 8 colių membraninių elementų koncentrato srautas vienam vienetui paprastai yra ne mažesnis kaip 3,6 m³/h.
Kai srautas nukrenta žemiau 3,0 m³/h, membranos paviršiaus šlyties jėga sumažėja nuo maždaug 250–300 s⁻¹ iki maždaug 150 s⁻¹, todėl labai padidėja ribinio sluoksnio storis.
Faktiniai matavimo duomenys rodo, kad šiuo metu vertė gali šoktelėti nuo įprastos 1,15–1,2 iki daugiau nei 1,35, o sistemos gėlinimo greitis pastebimai sumažės per 1–2 savaites.
Atkūrimo greitis ir koncentracijos poliarizacija:
Vienpakopėje atvirkštinio osmoso sistemoje padidinus atkūrimo greitį nuo 50 % iki 75 %, galutinio membranos elemento vertė padidėja maždaug 0,1–0,15. Štai kodėl sistemos paprastai yra suprojektuotos su dviem ar net trimis etapais, kurių kiekvienos pakopos atkūrimo greitis kontroliuojamas 40–50%. Bendras atkūrimo greitis padidinamas pridedant daugiau etapų, o ne sumažinant vieno etapo atkūrimo greitį.
Daugelis eksploatacinių nelaimingų atsitikimų įvyksta dėl to, kad pagal idėją „pagaminti daugiau vandens“ regeneravimo greitis padidinamas nuo 75% iki 80%, todėl galutinė vertė viršija 1,5, o tai lemia mastelio pavojaus signalus per mėnesį.