Обратный осмос – это процесс удаления растворителя из раствора с помощью полупроницаемой мембраны.

Растворителем в нашем случае является вода (молекулы воды), а раствором – раствор других веществ в этой воде (как правило, растворенные вещества в воде представлены в виде ионов), от которых мы хотим избавиться в процессе водоочистки.

Представим себе такую мембрану, которая полностью прозрачна для растворителя (воды), и непрозрачна для ионов солей. Если по разные стороны мембраны создать разную концентрацию ионов, то вода начнет свободно переходить через мембрану в направлении той части, где концентрация ионов выше, пытаясь выровнять концентрацию раствора по обе стороны мембраны. Это является осмосом, и это термодинамически обусловленный натуральный процесс.

Осмос может быть остановлен или развернут в противоположном направлении, если со стороны раствора с высокой концентрацией ионов приложить гидростатическое давление. Величина гидростатического давления, необходимого для полной остановки процесса осмоса, называется осмотическим давлением.

Осмотическое давление зависит от разности концентраций ионов с разных сторон мембраны и параметров самой мембраны. Иногда осмотическое давление называют осмотическим сопротивлением мембраны. Осмотическое сопротивление возрастает с ростом разности концентраций ионов с двух сторон мембраны.

Для возникновения обратного осмоса со стороны раствора с высокой концентрацией ионов требуется приложить гидростатическое давление на мембрану, превышающее осмотическое сопротивление.

При возникновении обратного осмоса растворитель (вода) начнет перетекать сквозь мембрану из той части, где концентрация ионов выше, в ту часть, где концентрация ионов ниже. При этом по мере убыли воды из зоны высокой концентрации ионов их концентрация там возрастает еще больше, следовательн о возрастает и осмотическое сопротивление. Наконец, наступает такой момент, когда осмотическое сопротивление в системе вновь сравняется с внешним давлением на мембрану, и процесс обратного осмоса остановится. Чтобы продолжить процесс, требуется увеличить давление на мембрану. Поскольку до бесконечности такой процесс увеличения давления невозможен (мембрана либо разрушится, либо станет проницаемой для ионов), существует такое предельное количество воды, которое может быть при заданном давлении на мембрану удалено из данного раствора.

Таким образом, при обратном осмосе из раствора удаляется растворитель, который в терминах водоочистки и является очищенной от растворенных примесей водой.

Чистая вода, удаленная из раствора, называется пермеатом. Вода, оставшаяся по другую сторону мембраны и содержащая повышенную концентрацию растворенных примесей, сливается в процессе обратного осмоса в дренаж. Таким образом, подающийся на мембрану водный раствор разделяется мембраной на два потока: пермеат и концентрат (дренаж).

Отношение объема пермеата к объему всего поданного на мембрану раствора называется коэффициентом отбора пермеата, и существует предельное значение данного коэффициента, достижимое при заданных параметрах раствора и приложенного давления. Этот коэффициент в зависимости от условий может достигать 10–30% и даже теоретически не может приблизиться к 100%.