Сначала немного о том, что такое обратный осмос.
Сущность явления осмоса заключается в том, что если по разные стороны полупроницаемой мембраны, способной пропускать только молекулы воды, находятся водные растворы солей с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный. При этом если оба раствора находятся под внешним, одинаковым давлением (например, атмосферном), то из-за явления осмоса, т.е. в результате процесса проникновения воды через мембрану, наблюдается повышение уровня жидкости в более концентрированном растворе. Эта разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется «осмотическим давлением».
Если же на раствор с большей концентрацией начать воздействовать внешним давлением, которое будет превышать осмотическое, то молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Этот процесс называется «обратным осмосом».
Если же приложить внешнее давление равное бесконечности, то, чисто теоретически, можно «передавить почти всю воду» из более концентрированного раствора, и, таким образом, разделить исходный раствор на «чистую воду и сухую грязь».
Поэтому чем больше солесодержание исходной воды, тем больше осмотическое давление, необходимое для того, чтобы продавить чистую воду через полупроницаемую мембрану. Например, для морской воды осмотическое давление составляет около 25 бар. То есть, если в установке обратного осмоса давление будет 24 бара, то ни одна капля воды не просочится через мембрану. Кстати, именно это явление лежит в основе того, что человек не может пить морскую воду. То есть пить-то он её может, но она, вместо того, чтобы давать организму воду, будет её забирать. Так как предельная концентрация солей, которую могут создать в моче почки, ниже солёности морской воды.
Отсюда важный вывод - чем больше солесодержание, тем больше необходимо давление для начала процесса обратного осмоса.
При постоянном давлении исходной воды рост концентрации солей в ней приводит к снижению удельного потока пермеата, проходящего через ОО-мембрану.
Т.е. повышение осмотического давления из-за роста концентрации солей должно компенсироваться рабочим давлением исходной воды. Для нас также важно, что солезадержание (то есть степень очистки) ОО-мембраны снижается при повышении концентрации солей в исходной воде, т.е. качество пермеата ухудшается.
Эта зависимость имеет интересную форму:
Этот график хорошо показывает, почему для получения хорошего качества очистки воды нужно значительное превышение давления исходной воды над осмотическим. Чем больше давление, тем ближе мы будем к левой стороне, то есть тем выше будет поток очищенной воды и выше степень очистки. Именно поэтому для опреснения морской воды принято использовать давление 40-60 бар.
Теперь мы дошли до самого интересного!
Если процент извлечения пермеата увеличивается (а давление питающей воды остается постоянным), концентрация солей в исходной воде, оставшейся на ОО-мембране растет, а вместе с ней растет и естественное осмотическое давление. Этот рост будет продолжаться до тех пор, пока оно не сравняется с подаваемым давлением исходной воды.
Получается, что чем больше солесодержание, тем надо выше давление исходной воды, иначе всё будет печально - мы уйдём в правую часть графика, то есть добыча пермеата будет низкой, как и его степень очистки. Что же делать? Ставить на установки ОО насосы, которые обеспечивают давление в 10-20 бар, чтобы решить эту задачу? К счастью, всё гораздо проще! Потому что мы легко можем значительно уменьшить солесодержание исходной воды 
Дело в том, что в установках двухстадийного осмоса промывная вода мембраны второй стадии, которая почти такая же чистая, как пермеат первой стадии, возвращается на вход установки. То есть, по сути мы разбавляем дистиллятом входную воду. При этом наблюдается интересный и важный процесс - чем дольше работает установка, тем все более и более чистой вода на входе становится!
И вот теперь о главном.
Когда с мембраной используется тугой рестриктор, то есть тот, который позволяет мембране сливать только небольшое количество промывной воды, то и количество исходной воды для этой мембраны будет небольшим. Если же поставить на эту мембрану более просторный рестриктор, то мембрана будет сливать гораздо больше промывной воды, и исходной воды ей понадобится значительно больше.
В случае двухстадийной установки ОО получается интересная картина - чем туже рестриктор на входе мембраны первой стадии, тем больше на её вход поступает уже очищенной воды. Причем с каждым циклом работы установки эта вода становится всё чище и чище. Именно поэтому наша установка TWO-2 так долго сливает хвосты. Теоретически это бесконечный процесс. То есть чем дольше работает установка, тем чище будет вода на входе, тем чище будет вода на выходе. Но реально равновесие наступает довольно быстро. Даже для солесодержания в 1500 TDS этот процесс занимает примерно 10 минут. Поэтому мы полагаем 7 минут время слива хвостов достаточным для переходных процессов в большинстве случаев.
Получается занятная картинка.
1. С тугим рестриктором на мембране первой стадии вода на входе в установку получается гораздо чище, чем с просторным.
Из этого есть важное следствие.
Максимальный процент степени извлечения пермеата, возможный в любой системе обратного осмоса, обычно зависит не от ограничивающего осмотического давления, а от концентрации солей, присутствующих в исходной воде, и от их склонности к осаждению на поверхности мембраны в виде минеральных отложений.
2. С тугим рестриктором мембрана первой стадии загрязняется существенно меньше, чем с просторным.
То есть - с тугим рестриктором двухстадийные установки обратного осмоса, даже на воде с высоким солесодержанием, работают лучше, чем с просторным!
Именно поэтому в будущем наши установки будут идти только с одним типом рестриктора - 300 СС на мембране первой стадии. Это наилучший вариант, особенно приятный тем, что никому теперь не надо думать - хорошо это или стоило бы поставить более просторный рестриктор для данной воды
Хочу подчеркнуть - это не теоретизирование, это подведение итогов длительного положительного опыта работы установок TWO у наших клиентов.
На всякий случай хочу предостеречь тех, кто хотел бы собрать установку двухстадийного обратного осмоса самостоятельно, он точного копирования этого подхода. Дело в том, что каждый ансамбль из помпы, мембраны первой стадии и мембраны второй стадии имеет свою специфику. Поэтому - какой именно рестриктор будет оптимален именно для вашей установки, я заранее сказать не берусь. Но - направление, в котором "надо копать", я показал.
