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超純水製造装置は、水道水や地下水などの原水に含まれる不純物を段階的に取り除き、最終的に電気抵抗率が極めて高い（一般的には18.2 MΩ・cm程度）水を得るための装置です。製造工程は大きく「前処理」と「純水製造」の二つに分けられ、それぞれにおいて異なる技術を組み合わせて不純物を取り除きます。前処理の目的は、大きめの粒子や有機物などを先に除去し、その後に行う精密なろ過やイオン交換などの工程を保護することです。その上で逆浸透膜やイオン交換樹脂などを用いてイオン性の微量不純物を徹底的に排除し、高純度の水へ仕上げていきます。
前処理では、主に凝集沈殿やろ過、活性炭フィルターなどを駆使し、原水中の大きな浮遊物質や塩素、有機物を効果的に取り除きます。ここで十分な除去ができていないと、膜やイオン交換樹脂に負担がかかり、寿命が短くなったり最終的な水質に悪影響が出る恐れがあります。したがって、前処理は超純水を得るための大切な基盤と言えます。
凝集沈殿は、水中に存在する微小な粒子やコロイド状物質に凝集剤を加え、フロック（大きな塊）を形成させる工程です。微細粒子は通常、静置しても沈みづらいのですが、凝集させることで沈殿しやすい形状になります。次に、沈殿後の上澄みを砂ろ過などに通し、小さな粒子や残存する固形物質を取り除きます。こうして水の濁りが大幅に減り、後続の装置が詰まりにくくなるメリットがあります。
活性炭フィルターは、水道水に含まれる塩素や有機物、臭気物質などを吸着により除去する装置です。活性炭は非常に多孔質な構造を持ち、表面積が大きいため、色々な種類の溶解性不純物を効率よく捕捉できます。特に塩素が残っているとRO膜やイオン交換樹脂を傷めるリスクがあるため、この段階で確実に除去しておくことが重要です。
前処理を施した水は、イオンや微量の有機物などを徹底的に除去する工程へ進みます。代表的な手法として、逆浸透膜（RO膜）法とイオン交換樹脂法があります。用途や求める水質、コストなどによって、これらの方法が単独で使われたり、組み合わせて使われたりします。
逆浸透膜法では、半透膜を使って水分子だけを選択的に透過させます。原水側に高い圧力をかけることで、水中に含まれるイオン、細菌、ウイルス、重金属などを膜の外側に留め、透過水として純度の高い水を得るのです。RO膜は非常に精密な膜で、大部分の溶解性物質を除去できるのが利点です。一方で、高圧力を必要とするため動力エネルギーが大きく、濃縮された廃水が発生するデメリットもあります。
イオン交換樹脂法では、水中の陽イオンや陰イオンをそれぞれ専用の樹脂に置き換える形で除去します。陽イオン交換樹脂は、ナトリウムイオンやカルシウムイオンなどを吸着し、水素イオンを放出します。陰イオン交換樹脂は、塩化物イオンや硫酸イオンなどを取り込み、水酸化物イオンを放出します。結果として水素イオンと水酸化物イオンが結合して水になるため、不純物イオンを極限まで減らすことができます。
超純水の製造方法は一つではなく、様々な技術や装置が用途に合わせて開発されています。ここでは代表的な方式として、「再生型イオン交換純水装置」「蒸留水製造装置」「RO+EDI方式純水製造装置」の仕組みをそれぞれ紹介します。
イオン交換樹脂を用いたシステムの中でも、樹脂を洗浄・再生しながら繰り返し使用する方式です。半導体や医薬品などの製造ラインで利用されるケースが多く、高い純度を長期間維持しやすいのが特徴です。
水を蒸発させて純水を得る、古典的ながらも信頼性の高い方式です。研究室や医療分野での小規模な使用から、工業規模における連続蒸留システムまで、幅広い用途があります。
逆浸透膜（RO）と連続電気脱イオン（EDI）を組み合わせ、高い純度の水を連続的に供給できる方式です。医薬品や半導体の生産ラインなど、多量の超純水を安定して必要とする場合に特に重宝されています。
超純水製造装置は、原水の特性や求められる水質、運用コストなどによって適する方式が変わります。大規模な半導体工場ならRO+EDIを採用することが多いですし、研究室レベルでは蒸留水製造装置や小型イオン交換装置が活用される場合もあります。いずれの方式も、最終的には不純物を極限まで減らすことがゴールであり、そのために複数の工程とデリケートな運用管理が必要です。初心者の方でも、前処理の重要性や各方式の基本原理を理解しておけば、装置の選定やトラブル対処がスムーズに進むでしょう。高い水質を長期間維持するためには、定期的なメンテナンスが欠かせません。各種フィルターの交換や薬品の補充、スケールの除去など、計画的に管理することで高品質な超純水を安定供給できます。
ここでは編集チームが独自に調査した会社から、メルク社のMilli-Qに匹敵する優れた性能の超純水製造装置を扱うメーカーを、特におすすめできる機種とともにご紹介しています。
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選定条件：Google検索「超純水製造装置」で検索した結果から、ラボ向けの超純水製造装置を自社開発している、もしくは海外メーカーの公認輸入代理店であることが公式サイトに記載されている全8社を調査（2024年5月17日調査時点）
・アドバンテック東洋（RFU）の選定理由：8社の内、全国に網羅している営業所・サポートセンター・特約店の数が調査時最多で、施工や工事を請け負うグループ会社を有している（2024年5月17日調査時点）
・オルガノ（ピューリック）の選定理由：8社の内、公式サイトに掲載されたラインナップの超純水精製水量の幅がもっとも広い（2024年5月17日調査時点）
