通常通过诸如湖泊，水库或河流等地表水源进行水处理的目的是通过生物，化学和物理过程的结合来去除污染物和生物，以确保饮用安全。其中一些发生在自然环境中，而其他一些发生在工程和建造的水处理厂中。工程化流程通常模仿或建立在自然流程之上。
水处理的历史
当今使用的水处理概念是在1700年代在欧洲开发的。1854年，伦敦爆发的霍乱与一口被污水污染的饮用水井有关。约翰·斯诺（John Snow）被认为是这一发现。在美国开始使用氯消毒饮用水（1908年）的那一刻，欧洲也在使用氯，但是正在探索使用臭氧处理饮用水的可能性。美国公共卫生服务局于1914年制定了美国第一条饮用水法规。美国环境保护局（EPA）后来在1970年成立时承担了这项任务。《安全饮用水法》（SDWA）成为法律在1974年进行了修订，并在1986年和1996年进行了重大修订。修订反映了用于检测较低水平污染物的分析方法的改进以及用于评估处理厂性能的自动监控的改进。修订还开始解决平衡即时（急性）风险和长期（慢性）风险的需求。这种风险平衡的一个例子是，需要对水进行消毒以杀死病原体，以保护他们免受急性疾病的侵害，以及形成消毒副产品及其对慢性健康的影响。
美国继续研究欧洲的水处理方法，特别是世界卫生组织（WHO）制定的水质标准。尽管在分配制度及其运作的处理方面，美国和欧洲之间在哲学上存在一些差异，但美国已从欧洲的经验中受益。这种哲学上的差异是，欧洲水处理界并不认为维持分配系统末端残留的消毒剂是必要的公共卫生保护措施。美国饮用水界认为这是保护客户和水系统免受细菌再生或再污染的重要一步。
美国水质法规
EPA根据SDWA的要求，对美国的饮用水进行监管。EPA还对废水进行了监管，但要遵守《清洁水法》（CWA）的要求。雨水和排入地表水中的水也受到CWA的监管。
SDWA设置了饮用水必须满足的最大污染物水平（MCL）和处理技术（TT），才被认为可以安全使用
水循环
CWA和SDWA的要求不同，但相互关联。考虑水循环和用水循环。水以降水的形式落到地球上。它自然地或通过人工雨水排水系统排入河流，湖泊和溪流。工业制造商和废水处理厂排放 废水 从它们的过程到湖泊和河流。根据CWA，这些设施的废水必须满足水质限制。建立这些限制是为了保护水生态系统和下游用户。供水者从湖泊和河流中取水，以供人类消费和其他用途处理。水经过处理后通过构成配水系统的管道和存储设施系统输送到客户的水龙头。用水后，将其输送到废水处理厂，并作为废水排回到接收水体。如果在室外使用水，则该水会渗入地下或排入雨水系统，雨水系统可能会流到处理厂或直接流到河流，湖泊，或其他水域。随着流向海洋的水蒸发，循环继续进行，
源水保护
源水保护，通常称为“集水区保护”，是从源头上减少或防止水污染，是污水处理厂建设与运营成本之间的折衷方案。这种保护并非总是可行的，但已被多个供水系统非常有效地实施。可使用高质量水源的水系统可能不需要像质量较差水源的系统那样庞大的污水处理厂。如果可以通过限制靠近该源头的人类活动来保护高质量的源头（例如，隔离的自然区域中的水库），则尤其如此。来自此类水源的水可能不需要沉降步骤，可能涉及的化学物质较少或化学药剂的剂量较小，
水处理过程
无论是在自然环境中还是在人工水处理厂中，水处理过程中都会发生几个关键过程：稀释，凝结和絮凝，沉降，过滤，消毒和其他化学处理。源水的质量以及源水保护和管理的有效性直接关系到所需处理的复杂性。源水保护是水处理的第一步，其后是自然过程和工程过程。下图显示了水处理厂中的过程。
稀释。 在工业化之前，河流和溪流的污染并不是一个严重的问题。废物被释放到水体中，但这种排放量不如今天的水平高。接收水足够大，混合或滞留时间足够长，以至于污染物被稀释到一定程度，从而减少了污染物的排放。
混凝和絮凝。 有时，在水处理期间需要滤除的颗粒非常小。这使得它们不太可能稳定下来，也不太可能被过滤掉。将称为凝结剂和/或助滤剂的化学物质添加到水中，并混入（絮凝），以使细颗粒粘在一起，形成更大的颗粒，可以更好地沉降或更有效地将其过滤掉。根据水的微生物和化学组成，可以使用不同的化学物质作为凝结剂。这两个步骤的目的是提高其余处理过程的性能。
解决。 对于处理包含大量固体的水的设备，沉降或沉淀是常见的处理步骤。此过程减慢了池塘或盆地中水的流动，因此较重的物品可能沉降到底部。如果水没有充分减慢速度，这些项目将被带到该过程的下一步，这是不希望的。对于处理污染非常严重的 原水的 工厂 ，沉降可以用作处理工厂的第一步（预先沉淀），也可以在凝结和絮凝步骤之后使用。
过滤。 在水处理中有几种过滤方法。使用哪种类型的选择通常取决于原水的质量。正如过滤所暗示的那样，水流经去除颗粒，生物和/或污染物的材料。所使用的材料通常是粒状介质，例如沙子，碎无烟煤或活性炭。一些设施可对不同类型和大小的媒体进行分层。随着过滤介质尺寸和类型的变化，设施也被设计为以不同的流速通过过滤介质。传统的过滤厂包括慢速砂过滤，高速率过滤和 硅藻土 过滤。
在1990年代末和2000年代初更广泛使用的另一种过滤类型是膜过滤。它是通过迫使水通过膜屏障而发生的。膜就像高科技的咖啡过滤器。当压力下的水流过膜时，污染物和生物被捕获在膜上，不允许通过。膜不适用于高度污染的源水，因为固体物质几乎立即堵塞了膜。膜过滤在美国越来越多地用于特殊应用，并且可以与其他类型的过滤结合使用。
消毒。 过滤和过滤前的步骤集中于物理去除水中的污染物。除了物理清除外，提供化学消毒仍然很重要。使用的消毒剂包括氯，氯胺（氯加氨水），臭氧，紫外线和二氧化氯。1908年，氯首次在美国的水处理厂中使用。
氯化的优点是，当水通过管道流到水龙头时，它可以继续杀死细菌。其缺点是可能会产生副产品消毒的可能性。水中过量的氯会与水中的有机物质结合形成诸如三卤甲烷的物质，这些物质会引起肝脏，肾脏或中枢神经系统问题，并且与一生中暴露于癌症的风险增加有关。
需要进行消毒才能灭活（杀死）通过物理去除（过滤）步骤造成的细菌和病毒。病毒和 贾第鞭毛虫 可被氯有效杀死。随着时间的流逝，科学家发现某些生物（例如 隐孢子虫） 对氯具有抗性。 隐孢子虫 在1993年引起了公众的关注，当时它在威斯康星州密尔沃基市使40万人死亡，一百人丧生。很大程度上是由于这种恐慌，二十世纪初制定了新的或经修订的美国饮用水法规，该法规扩大了水处理要求，专门用于解决 隐孢子虫。 尽管氯对 隐孢子虫无效 ，但 替代性消毒剂（如臭氧和紫外线）似乎确实能有效杀灭它。在欧洲，这两种消毒剂通常未经氯化即可用于杀死供水中的细菌。
SDWA的修正案要求对美国的所有饮用水源进行过滤。在美国全国的某些地区，例如波士顿和西雅图，水库的水基本上不含有机物，而且市政当局已经制定了广泛的流域保护和管理计划，因此能够避免过滤。
其他化学处理。 将化学药品添加到饮用水中以调节其硬度或柔软度， pH， 和碱度。酸性水会严重腐蚀与之接触的管道和材料。添加氢氧化钠可以降低腐蚀性，并延长管道，储罐和建筑管道系统的使用寿命。管道上也可能涂有化学物质，以防止铜之类的金属溶解在水中。此外，还使用化学药品来减少旧铅管和铅焊铜供应管中铅的浸出。在许多社区中，经常向水中添加氟化物，以改善年轻居民的牙齿健康。
地下水保护与处理
井口保护对于防止污染地下水供应至关重要。地下水是从含水层中抽出的，就像一个被岩石和土壤层包围的小型地下湖。来自地表的水流过岩石和土壤，到达含水层。地球自然提供了微观病原体的过滤。它并不总是能提供足够的保护，以抵御掉落在地面上的病毒或化学物质。地下水通常含有较高浓度的金属，例如铁和锰，因为这些金属天然存在于地球中。地下水也可能比地表水硬得多。与上面概述的过程类似的过程也用于处理地下水，除了过滤步骤通常集中在去除化学物质或金属而不是病原体上。一些地下水供应根本没有得到处理，而其他的则可能被过滤和消毒。与地表水一样，水源的质量决定了需要进行哪些处理步骤。
监管报告和公众教育
美国的供水系统每月向州或联邦监管机构提交报告，总结处理厂的性能和采样结果。美国大多数中型和大型供水系统的员工每天工作二十四小时。如果工厂出了点问题，则工厂操作员应遵循以下程序来关闭工厂，切换到备用设备，调整化学剂量或收集其他样品。州和联邦法规规定了自来水厂运营商何时必须通知州或联邦机构，这些要求已纳入自来水厂的程序中。法规还规定了何时必须通知公众。发现问题后（通常很可能通过电话和无线电），国家卫生机构和饮用水系统通常会联合下达命令，将水烧开。有关常规监测结果存在问题或未能收集所需样品的公告通常会在报纸上或通过自来水公司的年度水质报告（也称为消费者信心报告）发布。从1998年开始要求所有水系统汇编和分发用户友好的报告。该报告概述了水系统的活动和对当年法规的遵守情况，并确定了客户参与或获得更多收益的方式。信息。有关常规监测结果存在问题或未能收集所需样品的公告通常会在报纸上或通过自来水公司的年度水质报告（也称为消费者信心报告）发布。从1998年开始要求所有水系统汇编和分发用户友好的报告。该报告概述了水系统的活动和对当年法规的遵守情况，并确定了客户参与或获得更多收益的方式。信息。有关常规监测结果存在问题或未能收集所需样品的公告通常会在报纸上或通过自来水公司的年度水质报告（也称为消费者信心报告）发布。从1998年开始要求所有水系统汇编和分发用户友好的报告。该报告概述了水系统的活动和对当年法规的遵守情况，并确定了客户参与或获得更多收益的方式。信息。
