純水製造装置とは？純水の用途や基準・精製方法を解説

純水とは、自然の水や水道水から不純物を取り除いた水のことです。水は本来、不純物を溶け込ませる力が強く、自然界や家庭で使われる水には多くの不純物が含まれています。不純物の少ない水は、産業、科学、日常生活など、幅広い用途で活用されています。

当記事では、純水の用途や精製方法、純水製造装置の仕組みについて解説します。純水製造装置の導入を検討している方は、ぜひ参考にしてください。

1.　純水とは？

水は「物を溶け込ませる力が強い」という性質をもっています。そのため、無色透明な自然の水や水道水なども、実際には不純物が溶けている状態です。純水とは、自然の水や水道水から不純物を取り除いた水のことを指しています。

どのような水を純水と呼ぶのか、明確な定義はありません。ただし、水質を判断する基準として、電気の通りにくさを示す電気抵抗率を用いる方法があります。電気が流れにくいほど不純物が少ないと言われており、電気抵抗率0.1～1.5MΩ・cmが純水として扱われる基準です。

1-1.　純水の用途

不純物が取り除かれている純水は、あらゆる産業や日常生活に欠かせない身近な範囲で活用されています。たとえば、純水の用途として挙げられるのは下記の4つです。

1‐2.　純水を精製するには？

精製の方法によって、純水は4つの種類に分けられます。

2.　純水製造装置の種類

純水製造装置は、精製方法によって装置の種類が異なります。目的に応じた装置を使用できるよう、それぞれの精製方法や原理などを知っておきましょう。

ここでは、3種類の純水製造装置を紹介します。

2-1.　再生型イオン交換純水装置

再生型イオン交換純水装置は、イオン交換を利用して純水を取り出す精製装置です。イオン交換することで不純物のイオンが取り除かれ、純水が得られる仕組みです。合成樹脂を利用しており、陽イオンを除去する性質があるものを「陽イオン交換樹脂」、陰イオンを除去する性質があるものを「陰イオン交換樹脂」と呼びます。

陽イオンとは、たとえばカルシウムやナトリウム、マグネシウムイオンなどが挙げられ、陰イオンは塩化物や硫酸が含まれます。再生型イオン交換純水装置では、これらの電解質の陽イオン・陰イオンに対して、それぞれの交換樹脂を反応させる工程が必要です。

イオン交換する際に用いる陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂は、結合すると水になります。そのため、イオン交換後の水にほかの物質を残したり新たに発生させたりせずに、純水の精製が可能です。

ただし、イオン交換樹脂の交換基に限りがある点には注意しなければなりません。イオン交換をするにつれて交換基が飽和状態となり、除去力が低下します。

2‐2.　蒸留水製造装置

蒸留水製造装置は、水と不純物の沸点の差と揮発性を利用して純水を精製します。不純物が含まれる水を熱して蒸発させた後、冷却によって純水を得る方法です。蒸留水製造装置で精製すると、無機物や有機物のほか、微粒子、微生物などの不純物を除去できます。

蒸留を利用して得た水は装置の名前の通り「蒸留水」と呼ばれます。簡単な原理を利用して純水を得る蒸留水製造装置は古くから日本国内で活用されており、多くの実績をもつ歴史ある装置です。

沸騰によって気化させる装置の性質上、水と沸点が近い物質や成分は分離しにくい点に注意してください。くわえて、精製速度が遅い点にも注意しなければなりません。精製が間に合わず、実験や分析に必要な純水の量が足りなくなる可能性が考えられます。水が足りない場合、実験の遅れを招くケースもあるため、蒸留水製造装置を使用する際は注意が必要です。

2‐3.　RO+EDI方式純水製造装置

RO+EDI方式純水製造装置は、逆浸透膜を利用して水をろ過するRO方式と、連続イオン交換でイオンを除去するEDI方式を組み合わせて純水を精製する装置です。

まず、RO方式では逆浸透膜を利用して水をろ過し、不純物を取り除きます。蒸発させて不純物を取り除く蒸留水製造装置の精製方法と異なり、水と沸点が近い物質も除去できる方法です。続いて、EDI方式ではイオン交換樹脂を充填させたEDIモジュールを使用します。逆浸透膜でろ過した水のイオンを、イオン交換樹脂によって除去する方法です。純水の精製に必要なイオン交換樹脂を、直流電流によって連続して再生させられるため、効率よく純水を精製できるメリットがあります。

RO+EDI方式純水製造装置は、純水をさらに精製し、より不純物を取り除いた「超純水」の前処理を施す装置としても利用される装置です。

3.　純水製造装置はどのように選べばよい？

純水は、精製方法によって水質に違いが現れます。精製方法ごとで、取り除ける不純物の種類が異なるのが理由です。また、純水として扱われていても水道水に近い水質や、反対に超純水に近い水質の水も存在します。純水製造装置を選ぶ際はそれぞれの精製方法を確認するのにくわえ、純水をどのような目的で使用するのか、事前に用途を洗い出すのが大切です。

たとえば、蒸留水製造装置の中でも、蒸留だけで精製する場合の電気抵抗率は0.5～0.8MΩ・cmと言われます。しかし、蒸留にくわえてイオン交換樹脂を用いて精製する装置の場合、電気抵抗率は1～10MΩ・cmになると言われています。蒸留だけの場合に比べて、イオン交換樹脂を用いてさらに精製する装置のほうが、不純物が少なくなるのが特徴です。

RO+EDI方式純水製造装置の場合は、抵抗率が15MΩ・cmほどになると言われており、さらに不純物が少ない結果になることが分かります。

水質の違いが、用途に影響を及ぼす可能性もあります。実験や食品・飲料の製造など、特に水質の影響を受けやすい対象への使用は、より注意してください。実験結果の信頼性の確保や品質の安定のために、最適な純水製造装置を選ぶのが重要です。用途ごとにどのような水質の水が必要か判断した上で、求める純水を精製できる純水製造装置を選びましょう。

まとめ

純水を精製するための装置や方法は多種多様で、蒸留法、逆浸透法（RO）、イオン交換法、これらの複合技術が用いられています。どの方法で純水を精製するかによって、純水の性質は異なります。使用目的に応じて、適した純水の精製方法を選びましょう。

精製方法を検討した上で純水製造装置を選ぶことで、製品の品質や実験の信頼性を確保し、安定した成果を得られます。