Polaryzacja stężeniowa na membranie osmotycznej
Zjawisko polaryzacji stężeniowej powoduje tworzenie się, w bezpośrednim sąsiedztwie membrany, warstwy granicznej roztworu o stężeniu przewyższającym średnie stężenie roztworu poddawanego filtracji. Wywołuje to niekorzystne obnizenie szybkości procesu oraz zmianę własności separacyjnych membrany.
Zjawisko polaryzacji stężeniowej opisuje się matematycznie przy zastosowaniu tzw. modelu „filmu powierzchniowego”, który zakłada, że warstwa polaryzacyjna przy powierzchni membrany istnieje w warunkach przepływu laminarnego i burzliwego. W trakcie przebiegu filtracji membranowej substancja ulegająca oddzieleniu jest przenoszona do powierzchni membrany na zasadzie unoszenia konwekcyjnego, gromadzi się na niej, a następnie dyfunduje z powrotem do roztworu pod wpływem gradientu stężenia.
Początkowo szybkość transportu konwekcyjnego przewyższa szybkość dyfuzji w kierunku przeciwnym, co wywołuje wzrost stężenia w warstwie powierzchniowej. Ostatecznie ustala się równowaga między szybkością transportu w kierunku membrany a szybkością dyfuzji wstecznej powiększona o strumień permeatu.
W tych warunkach stężenie substancji rozpuszczonej w warstwie polaryzacyjnej osiąga wartość stałą, zawsze jednak wyższą niż stężenie w głębi roztworu.
Efekt polaryzacji stężeniowej jest najbardziej znaczący w procesach mikrofiltracji i ultrafiltracji, ponieważ membrany stosowane w tych procesach charakteryzuje wysoki strumień permeatu, a współczynniki wnikania masy są niskie dzięki niskim wartościom współczynników dyfuzji związków wielkocząsteczkowych, koloidów i emulsji. W procesie odwróconej osmozy ma ona mniejsze znaczenie.