純水
平均イオン除去率は99%程度。多段化することで、いわゆる理論的に可能な高除去率の純水製造装置を作ることができる。しかしイオン交換樹脂はいつまでも使用し続けられるわけではなく、塩酸や水酸化ナトリウムといった薬品を使ってイオン交換樹脂を再生(イオンの置換)することが必要であり、またイオン以外の不純物を取り除く能力が低い。浮遊物質や有機物、残留塩素が存在すると、総合的な性能低下が著しくなるので、後述する前処理が必要となる場合がある。
EDI(電気再生式イオン交換装置)を用いた方法は、薬品が不要であり、長時間の連続運転も容易なので運転コストが最も安い。しかし常に直流電源を必要とする上に、イオンが濃縮された排水が出るし、イオン以外の不純物を取り除く能力が低い。イオン交換法同様、十分な前処理が必要である。
逆浸透膜を用いた方法は、イオンだけでなく、水に不溶の微粒子や有機物も除去できる。しかし、一部のイオン(特にホウ素などイオンの半径の小さいもの)の除去が苦手で、50%前後の除去率である。また、溶存ガスの除去も困難である。更に、これらの物質は事前に活性炭処理やイオン交換処理、脱気処理などを行うことで処理することができる。水温に関しては、水の粘度の影響で、1K低下で2~3%処理水量が減少するので、水温変化の大きい原水の場合は加熱装置が必要となる。
上述の通り水は良溶媒であるが、高純度の水を得ようとする時にはこの性質が妨げとなる。実際の純水では使用目的にとって障害とならない程度の不純物が残留することを容認し、設備費と運営費が低く信頼性の高い方法(または複数の方式を組み合わせて)が選択される。
純水を造るには錬金術の時代から長らく複式蒸留が唯一の手段だったが、イオン交換樹脂や逆浸透膜の普及により、安価に大量の純水を得られるようになった。例えば実験室でよく使われる純水製造装置では、
フィルター - 活性炭 - イオン交換樹脂 - 石英ガラス蒸留器(蒸留器を中段に置くものもある)
のフローが主流であったが、最近ではイオン交換樹脂や蒸留器の代わりに、EDI(電気再生式イオン交換装置、イオン交換膜とイオン交換樹脂を組み合わせて外から電位差を与え、イオンを濃縮させて分離する方式)や逆浸透膜が普及してきている。
各構成要素の特徴を以下にまとめる。
蒸留器を用いて蒸留する方法は、最も古くから存在する製造法であり、性能も良い。しかし水を沸騰させるには多大なエネルギーが必要で、さらに連続運転が難しいために製造コストが高い。また供給した水の一部を不純物が濃縮された排水として捨てる必要がある。現在では、医療用や研究施設の小規模装置に採用されるに過ぎない。
イオン交換樹脂を用いてイオン交換する方法は、供給した水のほぼ全量を純水として採水できる。