Leitungswasser enthält häufig gelöste Salze wie Natrium, Kalzium, Magnesium, Chlorid, Nitrate und Silizium. Diese Salze bestehen aus negativ geladenen Ionen (ACs) und positiv geladenen Ionen (Cs). Durch Umkehrosmose können mehr als 99 % dieser Ionen entfernt werden. Leitungswasser enthält außerdem Spurenmetalle, gelöste Gase (wie CO2) und andere schwach ionisierte Verbindungen (wie Silizium und Bor), die bei der industriellen Aufbereitung entfernt werden müssen.
Die Leitfähigkeit des RO-Umkehrosmose-Abwassers (EDI-Speisewasser) beträgt typischerweise 10⁻² μS/cm, mit einem optimalen Wert unter 6 μS/cm. Abhängig von den spezifischen Anforderungen kann der spezifische Widerstand von durch EDI erzeugtem Reinstwasser 15–18 MΩ·cm erreichen. Eine unzureichende Wasserqualität kann zu unnötigen Schäden am EDI führen und seine Lebensdauer verkürzen.
Die Austauschreaktion findet in der Entsalzungskammer des Moduls statt, wo Anionenaustauscherharze ihre Hydroxidionen (OH⁻) zum Austausch gegen Anionen (wie Chloridionen, Cl⁻) in den gelösten Salzen nutzen. Dementsprechend nutzen Kationenaustauscherharze ihre Wasserstoffionen (H⁺), um Kationen (wie Na⁺) in den gelösten Salzen auszutauschen.
Ein typischer EDI-Membranstapel besteht aus mehreren Einheiten, die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind. Jede Einheit enthält eine Entsalzungskammer und eine Konzentratkammer. Die Entsalzungskammer ist mit einer Mischung aus Anionen- und Kationenaustauscherharzen gefüllt, die zwischen der Kationenaustauschermembran und der Anionenaustauschermembran positioniert sind.
An beiden Enden des Moduls wird zwischen der Anode (+) und der Kathode (-) ein elektrisches Gleichfeld angelegt. Dieses Potenzial bewirkt, dass die am Harz ausgetauschten Ionen entlang der Oberfläche der Harzpartikel wandern und durch die Membran in die Konzentratkammer gelangen. Die Anode zieht Anionen (wie OH-, Cl-) an, die durch die Anionenaustauschmembran in die angrenzende Konzentratkammer gelangen, aber von der Kationenaustauschmembran blockiert werden und somit in der Konzentratkammer verbleiben. Die Kathode zieht Kationen (wie H+, Na+) an, die durch die Kationenaustauschmembran in die angrenzende Konzentratkammer gelangen, aber von der Anionenaustauschmembran blockiert werden und somit in der Konzentratkammer verbleiben. Während das Wasser durch diese beiden parallelen Kammern fließt, werden Ionen aus der Entsalzungskammer entfernt und sammeln sich in der angrenzenden Konzentratkammer an, wo sie dann durch den Wasserfluss aus dem Modul weggetragen werden. Die an den Membranstapel angelegte Gleichspannung treibt nicht nur die Ionenwanderung voran, sondern dissoziiert auch Wassermoleküle und erzeugt große Mengen an H+ und OH-. Diese H+- und OH--Ionen wandern unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes und regenerieren deaktivierte Kationenaustauscher- bzw. Anionenaustauscherharze, wodurch eine kontinuierliche elektrochemische Regeneration der Harze erreicht wird, ohne dass externe Chemikalien erforderlich sind. In einem typischen EDI-System gelangen etwa 5–10 % des Speisewassers in die Konzentratkammer. Das Konzentrat wird von einer Pumpe mit hoher Durchflussrate umgewälzt, was zur Verbesserung der Entsalzungseffizienz beiträgt, die Wasservermischung fördert und das Risiko von Ablagerungen verringert. Konzentrierte Ionen werden aus dem System ausgetragen, indem ein Teil des Konzentrats ausgetragen wird.
Für einen stabilen und effizienten Betrieb des EDI-Systems ist eine geeignete Vorbehandlung des Speisewassers (z. B. Umkehrosmose) erforderlich, um dessen Leitfähigkeit, Härte, organische Stoffe und Schwebstoffgehalt zu kontrollieren. Verunreinigungen im Speisewasser haben erhebliche Auswirkungen auf das Entionisierungsmodul und können dessen Lebensdauer verkürzen.