Il principio di progettazione delle apparecchiature di desalinizzazione dell'acqua di mare si basa sulla permeabilità selettiva delle membrane semi-permeabili. Sotto alta pressione, l’acqua di mare viene forzata attraverso una membrana ad osmosi inversa. Le molecole d'acqua passano attraverso i pori della membrana per formare acqua dolce, mentre gli ioni di sale e altre impurità disciolte vengono trattenute e scaricate come salamoia concentrata. Pertanto, la chiave per la progettazione del sistema è stabilire una pressione operativa sufficientemente elevata (solitamente molto superiore alla pressione osmotica dell'acqua di mare) per superare la naturale tendenza all'osmosi e ottenere il processo di separazione inversa.
Le apparecchiature per la desalinizzazione dell'acqua di mare sono generalmente costituite da un'unità di pretrattamento, un'unità di pressurizzazione, un'unità di separazione a membrana e un'unità di post-trattamento. La sezione di pretrattamento rimuove i solidi sospesi e la materia organica mediante filtrazione a sabbia, ultrafiltrazione o dosaggio chimico per prevenire l'intasamento della membrana. L'unità di pressurizzazione è alimentata da una pompa ad alta-pressione. L'unità di separazione a membrana è il nucleo e utilizza più recipienti a pressione collegati in serie e parallelo per ottenere un'elaborazione su larga-scala. Il post-trattamento viene utilizzato per regolare il pH, mineralizzare o disinfettare, garantendo che l'acqua prodotta soddisfi gli standard dell'acqua potabile.
I sistemi di dissalazione dell'acqua di mare pongono particolare enfasi sul recupero energetico e sul miglioramento dell'efficienza. Ad esempio, un dispositivo di recupero energetico (ERD) viene utilizzato per recuperare l'energia di pressione dalla salamoia concentrata per ridurre il consumo energetico complessivo. Allo stesso tempo, ottimizzando la disposizione delle membrane, controllando i tassi di recupero e riducendo le incrostazioni della membrana, è possibile migliorare ulteriormente la stabilità operativa e l'efficienza economica del sistema. Nel complesso, il design dell'attrezzatura per la desalinizzazione dell'acqua di mare a osmosi inversa è essenzialmente un "sistema di separazione selettiva guidato dall'alta pressione", che tiene conto della qualità dell'acqua, del consumo di energia e della stabilità operativa a lungo termine.