تصفیه آب به فرآیندهای فیزیکی و یا شیمیایی گفته می شود که هدف آن، حذف مواد شیمیایی نامطلوب، آلاینده‌های بیولوژیکی، جامدات معلق و گازها از آب آلوده است. به نحوی که آب تصفیه شده عاری از هر گونه آلودگی احتمالی جهت مصرف خاص تلقی شود.
فرایند تصفیه آب یک فرایند ساده اما در عین حال بسیار پیچیده می باشد. در این فرآیند روش های گوناگونی مانند لخته سازی، انعقاد، رسوب گیری، کلر زنی، ته نشینی، تقطیر، فیلتراسیون، ازن زنی، میکروب کشی با لامپ اشعه فرابنفش و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.
مرحله مهمی که در بسیاری از انواع دستگاه تصفیه آب خانگی نیز مورد استفاده قرار می گیرد استفاده از فیلتر ممبران اسمز معکوس است. اسمز یک فرآیند طبیعی است که طی آن آب از سمت خلوص زیاد به سمت آلوده با ناخالصی بالا جریان می یابد. در فرآیند اسمز معکوس با استفاده از اعمال فشار به آب سمت آلوده، و قرار دادن فیلتری با حفرات کوچک ذرات ناخالصی آب گرفته شده و آب خالص تولید می شود. این روش بهترین راهکار برای تصفیه آب خانگی به لحاظ می آید.
اسمز معکوس اساس کار اصلی در سیستم های تصفیه آب صنعتی نیز است. در این سیستم ها ابعاد طراحی سیستم بزرگتر بوده و تصفیه آب با استفاده از فیلترهای صنعتی و پمپ های فشار قوی با دبی بالا صورت می گیرد. با وجود فرآیند مشابه سیستم های تصفیه آب صنعتی با تصفیه آب خانگی، ممکن است مراحلی به سیستم افزوده شود. این مراحل برای حصول تصفیه دقیق تر و افزایش طول عمر تجهیزات دستگاه اضافه می شوند.
یکی از مهمترین این مراحل افزودن آنتی اسکالانت به آب شیرین کن دریایی است. آنتی اسکالانت یک ماده شیمیایی است که سبب می شود رسوبات کمتری بر روی سطح ممبران اسمز معکوس باقی بماند و در نتیجه عمر ممبران ها افزایش می یابد. روش های دیگر افزایش طول عمر ممبران عملیات کلر گیری از آب به وسیله فیلتر تصفیه آب کربنی یا سیستم SMBS و همچنین سیستم شستشوی ممبران CIP است.
تصفیه آب امروزه به بحثی جدی در رسیدن به اهداف توسعه پایدار کشورها تبدیل شده است و از این رو سرمایه گذاری بسیاری برای افزایش بهره وری این سیستم ها صورت گرفته است. از سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس برای تامین آب شرب بسیاری از نواحی که با کمبود آب دست به گریبان هستند استفاده می شود. در این بین کشورهای حوزه خلیج فارس به صورت گسترده از تصفیه آب دریا جهت تامین آب شرب شهروندانشان بهره می برند.
مصارف دیگر تصفیه آب در پروسه ها و همچنین نیازهای آزمایشگاهی است. در این مصارف معمولا دقت بالاتری از تصفیه آب مورد نیاز است. جهت رفع این مشکلات از انواع دیونایزر و تولید آب فوق خالص می توان بهره برد. دستگاه دیونایزر دستگاهی است که قادر است آب را تا مرتبه بسیار بالایی تصفیه نماید به گونه ای که تقریبا هیچ یون و گاز محلولی در آن باقی نماند. این آب از آنجا که حلال بسیار مطلوبی است در بسیاری از کاربردهای آزمایشگاهی به کار برده می شود.
روش های تولید آب دیونیزه به دو دسته کلی سیستم های رزینی و سیستم های الکترودیونایزر تقسیم می شود. به صورت معمول هزینه اولیه سیستم های رزینی پایین تر بوده و به این دلیل بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. اما از طرفی هزینه نگهداری یک سیستم رزینی به دلیل سخت بودن احیای آن توسط اسید، بالا است و در ابعاد وسیع استفاده از سیستم تصفیه آب به روش الکترودیونایزر توصیه می شود.
با پیشرفت روشهای تصفیه آب امید می رود در آینده هزینه تمام شده تولید هر لیتر آب تصفیه شده از منابع شور مانند دریا تا حد زیادی کاهش یابد. بحث اصلی در تولید آب آشامیدن از آب دریا هزینه بالای انرژی صرف شده برای این کار به دلیل استفاده از پمپ های فشار قوی است. تکنولوژی جدید به روش اسمز مستقیم این امید را ایجاد کرده است تا با استفاده از روش نوین نیازی به استفاده از پمپ های فشار قوی با مصرف انرژی زیاد نباشد.