Das Konstruktionsprinzip von Meerwasserentsalzungsanlagen basiert auf der selektiven Permeabilität semi{0}}permeabler Membranen. Unter hohem Druck wird Meerwasser durch eine Umkehrosmosemembran gepresst. Wassermoleküle passieren die Membranporen und bilden Frischwasser, während Salzionen und andere gelöste Verunreinigungen zurückgehalten und als konzentrierte Sole abgeführt werden. Der Schlüssel zum Systemdesign liegt daher darin, einen ausreichend hohen Betriebsdruck (normalerweise viel höher als der osmotische Druck von Meerwasser) zu schaffen, um die natürliche Osmoseneigung zu überwinden und den umgekehrten Trennprozess zu erreichen.
Meerwasserentsalzungsanlagen bestehen typischerweise aus einer Vorbehandlungseinheit, einer Druckeinheit, einer Membrantrenneinheit und einer Nachbehandlungseinheit. Der Vorbehandlungsabschnitt entfernt suspendierte Feststoffe und organische Stoffe durch Sandfiltration, Ultrafiltration oder Chemikaliendosierung, um Membranverschmutzung zu verhindern. Die Druckeinheit wird von einer Hochdruckpumpe angetrieben. Die Membrantrenneinheit ist das Herzstück und verwendet mehrere in Reihe und parallel geschaltete Druckbehälter, um eine großtechnische Verarbeitung zu ermöglichen. Die Nachbehandlung dient dazu, den pH-Wert anzupassen, zu mineralisieren oder zu desinfizieren, um sicherzustellen, dass das produzierte Wasser den Trinkwasserstandards entspricht.
Bei Meerwasserentsalzungsanlagen wird besonderer Wert auf Energierückgewinnung und Effizienzsteigerung gelegt. Beispielsweise wird ein Energierückgewinnungsgerät (ERD) verwendet, um die Druckenergie aus der konzentrierten Sole zurückzugewinnen und so den Gesamtenergieverbrauch zu senken. Gleichzeitig können durch die Optimierung der Membrananordnung, die Steuerung der Rückgewinnungsraten und die Reduzierung der Membranverschmutzung die Betriebsstabilität und Wirtschaftlichkeit des Systems weiter verbessert werden. Insgesamt handelt es sich bei der Konstruktion der Umkehrosmose-Meerwasserentsalzungsanlage im Wesentlichen um ein „selektives, durch Hochdruck angetriebenes Trennsystem“, das Wasserqualität, Energieverbrauch und langfristige Betriebsstabilität berücksichtigt.