Umkehrosmose, auch Umkehrosmose genannt, ist ein Membrantrennverfahren, bei dem der Druckunterschied als treibende Kraft zur Trennung des Lösungsmittels von der Lösung genutzt wird.
Auf einer Seite der Membran wird Druck auf die Zufuhrlösung ausgeübt. Wenn der Druck seinen osmotischen Druck überschreitet, dringt das Lösungsmittel in die entgegengesetzte Richtung der natürlichen Osmose ein. Somit wird das permeierte Lösungsmittel, also Permeat, auf der Niederdruckseite der Membran erhalten, während die konzentrierte Lösung, also das Konzentrat, auf der Hochdruckseite gewonnen wird. Wenn Umkehrosmose zur Aufbereitung von Meerwasser eingesetzt wird, wird auf der Niederdruckseite der Membran Frischwasser und auf der Hochdruckseite Salzlake gewonnen.
Während der Umkehrosmose beträgt die Lösungsmittelpermeationsrate, d. h. die Flüssigkeitsströmungsenergie N: N=Kh(Δp - Δπ), wobei Kh der hydraulische Permeabilitätskoeffizient ist, der mit steigender Temperatur leicht zunimmt; Δp ist die hydrostatische Druckdifferenz über der Membran; und Δπ ist die osmotische Druckdifferenz der Lösung über die Membran. Der osmotische Druck π einer verdünnten Lösung beträgt: π=iCRT, wobei i die Anzahl der Ionen ist, die durch die Ionisierung des gelösten Moleküls erzeugt werden; C ist die molare Konzentration des gelösten Stoffes; R ist die molare Gaskonstante; und T ist die absolute Temperatur. Bei der Umkehrosmose werden typischerweise asymmetrische Membranen und Verbundmembranen verwendet. Bei den für die Umkehrosmose verwendeten Geräten handelt es sich hauptsächlich um Hohlfaser- oder Spiralmembran-Trenngeräte.
Umkehrosmosemembranen können verschiedene anorganische Ionen, kolloidale Substanzen und große molekulare gelöste Stoffe im Wasser zurückhalten und so gereinigtes Wasser erhalten. Es kann auch zur Vorkonzentrierung von Lösungen verwendet werden, die großmolekulare organische Stoffe enthalten. Aufgrund ihrer Einfachheit und des geringen Energieverbrauchs hat sich die Umkehrosmose in den letzten 20 Jahren rasant entwickelt. Heutzutage wird es häufig zur Entsalzung von Meerwasser und Brackwasser (siehe Sole), zur Enthärtung von Kesselwasser und zur Abwasseraufbereitung eingesetzt. In Kombination mit dem Ionenaustausch wird es zur Herstellung von hochreinem Wasser verwendet, und sein Anwendungsbereich erweitert sich und umfasst nun auch die Konzentration von Milchprodukten und Fruchtsäften sowie die Trennung und Konzentration von biochemischen und biologischen Wirkstoffen.