Air mengalir melalui membran di bawah tekanan, tetapi garam dan bahan organik tidak dapat melaluinya dan terperangkap pada permukaan membran. "Pengumpulan" bahan larut pada permukaan membran mempunyai kepekatan yang jauh lebih tinggi daripada aliran air pukal; ini adalah polarisasi kepekatan. Pembentukan lapisan sempadan ini mempunyai kesan menyeluruh terhadap sistem.
Dalam sistem osmosis songsang, nisbah kepekatan zat terlarut pada permukaan membran kepada kepekatan dalam aliran air pukal ditakrifkan sebagai faktor polarisasi kepekatan . Dalam amalan kejuruteraan, biasanya dikawal di bawah 1.2. Walau bagaimanapun, apabila saluran suapan disekat atau kadar alir berkurangan, boleh melonjak ke 1.4 atau 1.5 dengan mudah. Ini bermakna kepekatan garam pada permukaan membran adalah 40%-50% lebih tinggi daripada kepekatan garam pekat yang kita ukur.
Sebagai contoh, dengan air payau biasa, apabila kepekatan garam pekat pukal ialah 5000 mg/L, kepekatan tempatan pada permukaan membran boleh mencapai 7000-7500 mg/L. Tekanan osmotik adalah berkadar terus dengan kemasinan – untuk setiap 1000 mg/L peningkatan kemasinan, tekanan osmotik meningkat kira-kira 0.07 MPa (0.7 bar).
Peningkatan 2500 mg/L dalam kepekatan permukaan menghasilkan tambahan hampir 0.18 MPa (1.8 bar) dalam tekanan osmotik. Bagi sistem membran air payau yang beroperasi pada 1.0-1.2 MPa, ini bermakna 15%-18% daripada tekanan pemanduan bersih diserap oleh polarisasi kepekatan.
Kuantifikasi kadar aliran meresap dan kadar penyahgaraman:
Menurut manual teknikal pengeluar membran (menggunakan siri DuPont FilmTec sebagai contoh), dengan penurunan 15% dalam kadar aliran suapan dan peningkatan dari 1.2 kepada 1.4, kadar aliran meresap sistem akan berkurangan sebanyak 12%-18% dalam mod tekanan malar. Ini bukan disebabkan oleh kekotoran membran, sebaliknya daya penggerak yang berkesan diimbangi.
Mengenai kadar penyahgaraman, bagi setiap peningkatan 0.1 dalam , kebolehtelapan NaCl meningkat kira-kira 20%-30%. Apabila kadar penyahgaraman membran air payau biasa ialah 99.5%, kekonduksian meresap adalah lebih kurang 10-15 µS/cm.
Apabila polarisasi kepekatan teruk, kekonduksian meresap boleh meningkat kepada 30-50 µS/cm. Untuk sistem osmosis songsang satu peringkat dengan katil bercampur, ini boleh bermakna kitaran penjanaan semula katil bercampur dimampatkan daripada 72 jam kepada kurang daripada 24 jam, menggandakan penggunaan asid dan alkali.
Skala Risiko:
Indeks Ketepuan Langeri (LSI) kalsium karbonat biasanya direka untuk berada di bawah 1.8 (dengan perencat skala). Polarisasi kepekatan meningkatkan kepekatan pada permukaan membran, menghasilkan nilai LSI sebenar 0.5-1.0 lebih tinggi daripada aliran air pukal.
Dalam projek guna semula air sisa, LSI pekat pukal ialah 1.6. Menambah perencat skala sepatutnya selamat mengikut reka bentuk, tetapi semasa operasi, perbezaan tekanan pada elemen membran terminal meningkat daripada 10 psi kepada 25 psi dalam masa tiga bulan. Pembedahan mendedahkan hablur kalsium karbonat pada permukaan membran, dengan permukaan yang diukur LSI setinggi 2.4-2.7, akibat langsung daripada pembentukan kepekatan lapisan sempadan.
Skala sulfat adalah lebih sensitif. Hasil keterlarutan (Ksp) kalsium sulfat adalah lebih kurang 2.4 × 10⁻⁵ (25 darjah ). Apabila faktor polarisasi kepekatan ialah 1.4, produk ion permukaan dengan mudah boleh melebihi Ksp sebanyak 1.2-1.5 kali, yang membawa kepada pembentukan kristal. Sebaik sahaja kristal mengendap, pembersihan kimia selalunya memerlukan peredaran selama 6-8 jam atau lebih, dan pembersihan tunggal boleh mengurangkan kadar penyahgaraman secara kekal sebanyak 0.5%-1%.
Piawaian kawalan untuk parameter operasi:
Dalam garis panduan reka bentuk elemen membran, kadar alir pekat terakhir ialah penunjuk kawalan teras. Untuk elemen membran 8 inci, kadar aliran pekat seunit biasanya tidak kurang daripada 3.6 m³/j.
Apabila kadar aliran turun di bawah 3.0 m³/j, daya ricih permukaan membran berkurangan daripada kira-kira 250-300 s⁻¹ kepada sekitar 150 s⁻¹, mengakibatkan peningkatan ketara dalam ketebalan lapisan sempadan.
Data pengukuran sebenar menunjukkan bahawa pada ketika ini, nilai mungkin melonjak daripada 1.15-1.2 biasa kepada lebih 1.35, dan kadar penyahgaraman sistem akan menunjukkan penurunan yang boleh diperhatikan dalam masa 1-2 minggu.
Kadar Pemulihan dan Polarisasi Kepekatan:
Untuk sistem osmosis songsang-peringkat tunggal, meningkatkan kadar pemulihan daripada 50% kepada 75% meningkatkan nilai unsur membran akhir lebih kurang 0.1-0.15. Inilah sebabnya mengapa sistem biasanya direka dengan dua atau tiga peringkat, dengan kadar pemulihan setiap peringkat dikawal pada 40%-50%. Kadar pemulihan keseluruhan ditingkatkan dengan menambah lebih banyak peringkat, bukannya dengan memerah keluar kadar pemulihan satu peringkat.
Banyak kemalangan operasi berlaku kerana, di bawah idea "menghasilkan lebih banyak air," kadar pemulihan dinaikkan daripada 75% kepada 80%, mengakibatkan nilai akhir melebihi 1.5, yang membawa kepada penskalaan penggera dalam masa sebulan.