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双级反渗透水处理设备即二级水处理设备，对原水进行两次处理。一些原水水质低，或者对产水要求高的选择使用双级反渗透水处理设备。
双级反渗透水处理设备处理工艺流程：石英砂过滤器 →精密过滤器→活性炭过滤器 → 阳离子软化器 → 一级高压泵 → 一级反渗透装置→二一级高压泵 → 二级反渗透装置→ 纯水箱 → 产品水
石英砂过滤器主要去除原水中含有的泥沙、铁锈、悬浮物等颗粒的物质。活性炭主要去除水中的色度、异味，降低水的余氯值及农药污染和其它对人体有害的物质污染物。阳离子软化器，主要去除水中的水垢，降低水的硬度。也可以选用电子除垢仪，二者的作用相同。经过这些步骤处理之后，原水达到进入反渗透主机的进水标准。
反渗透主机的核心部分是反渗透膜。反渗透膜的膜孔径非常小，其原理是在高于溶液渗透压的作用下，将其他物质和水分离开来，因此反渗透设备能够有效的去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等 ，产出达到需求标准的水。