通常通過諸如湖泊，水庫或河流等地表水源進(jìn)行水處理的目的是通過生物，化學(xué)和物理過程的結(jié)合來去除污染物和生物，以確保飲用安全。其中一些發(fā)生在自然環(huán)境中，而其他一些發(fā)生在工程和建造的水處理廠中。工程化流程通常模仿或建立在自然流程之上。
水處理的歷史
當(dāng)今使用的水處理概念是在1700年代在歐洲開發(fā)的。1854年，倫敦爆發(fā)的霍亂與一口被污水污染的飲用水井有關(guān)。約翰·斯諾（John Snow）被認(rèn)為是這一發(fā)現(xiàn)。在美國開始使用氯消毒飲用水（1908年）的那一刻，歐洲也在使用氯，但是正在探索使用臭氧處理飲用水的可能性。美國公共衛(wèi)生服務(wù)局于1914年制定了美國第一條飲用水法規(guī)。美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）后來在1970年成立時承擔(dān)了這項(xiàng)任務(wù)?！栋踩嬘盟ā罚⊿DWA）成為法律在1974年進(jìn)行了修訂，并在1986年和1996年進(jìn)行了重大修訂。修訂反映了用于檢測較低水平污染物的分析方法的改進(jìn)以及用于評估處理廠性能的自動監(jiān)控的改進(jìn)。修訂還開始解決平衡即時（急性）風(fēng)險和長期（慢性）風(fēng)險的需求。這種風(fēng)險平衡的一個例子是，需要對水進(jìn)行消毒以殺死病原體，以保護(hù)他們免受急性疾病的侵害，以及形成消毒副產(chǎn)品及其對慢性健康的影響。
美國繼續(xù)研究歐洲的水處理方法，特別是世界衛(wèi)生組織（WHO）制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。盡管在分配制度及其運(yùn)作的處理方面，美國和歐洲之間在哲學(xué)上存在一些差異，但美國已從歐洲的經(jīng)驗(yàn)中受益。這種哲學(xué)上的差異是，歐洲水處理界并不認(rèn)為維持分配系統(tǒng)末端殘留的消毒劑是必要的公共衛(wèi)生保護(hù)措施。美國飲用水界認(rèn)為這是保護(hù)客戶和水系統(tǒng)免受細(xì)菌再生或再污染的重要一步。
美國水質(zhì)法規(guī)
EPA根據(jù)SDWA的要求，對美國的飲用水進(jìn)行監(jiān)管。EPA還對廢水進(jìn)行了監(jiān)管，但要遵守《清潔水法》（CWA）的要求。雨水和排入地表水中的水也受到CWA的監(jiān)管。
SDWA設(shè)置了飲用水必須滿足的最大污染物水平（MCL）和處理技術(shù)（TT），才被認(rèn)為可以安全使用
水循環(huán)
CWA和SDWA的要求不同，但相互關(guān)聯(lián)。考慮水循環(huán)和用水循環(huán)。水以降水的形式落到地球上。它自然地或通過人工雨水排水系統(tǒng)排入河流，湖泊和溪流。工業(yè)制造商和廢水處理廠排放 廢水 從它們的過程到湖泊和河流。根據(jù)CWA，這些設(shè)施的廢水必須滿足水質(zhì)限制。建立這些限制是為了保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)和下游用戶。供水者從湖泊和河流中取水，以供人類消費(fèi)和其他用途處理。水經(jīng)過處理后通過構(gòu)成配水系統(tǒng)的管道和存儲設(shè)施系統(tǒng)輸送到客戶的水龍頭。用水后，將其輸送到廢水處理廠，并作為廢水排回到接收水體。如果在室外使用水，則該水會滲入地下或排入雨水系統(tǒng)，雨水系統(tǒng)可能會流到處理廠或直接流到河流，湖泊，或其他水域。隨著流向海洋的水蒸發(fā)，循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行，
源水保護(hù)
源水保護(hù)，通常稱為“集水區(qū)保護(hù)”，是從源頭上減少或防止水污染，是污水處理廠建設(shè)與運(yùn)營成本之間的折衷方案。這種保護(hù)并非總是可行的，但已被多個供水系統(tǒng)非常有效地實(shí)施。可使用高質(zhì)量水源的水系統(tǒng)可能不需要像質(zhì)量較差水源的系統(tǒng)那樣龐大的污水處理廠。如果可以通過限制靠近該源頭的人類活動來保護(hù)高質(zhì)量的源頭（例如，隔離的自然區(qū)域中的水庫），則尤其如此。來自此類水源的水可能不需要沉降步驟，可能涉及的化學(xué)物質(zhì)較少或化學(xué)藥劑的劑量較小，
水處理過程
無論是在自然環(huán)境中還是在人工水處理廠中，水處理過程中都會發(fā)生幾個關(guān)鍵過程：稀釋，凝結(jié)和絮凝，沉降，過濾，消毒和其他化學(xué)處理。源水的質(zhì)量以及源水保護(hù)和管理的有效性直接關(guān)系到所需處理的復(fù)雜性。源水保護(hù)是水處理的第一步，其后是自然過程和工程過程。下圖顯示了水處理廠中的過程。
稀釋。 在工業(yè)化之前，河流和溪流的污染并不是一個嚴(yán)重的問題。廢物被釋放到水體中，但這種排放量不如今天的水平高。接收水足夠大，混合或滯留時間足夠長，以至于污染物被稀釋到一定程度，從而減少了污染物的排放。
混凝和絮凝。 有時，在水處理期間需要濾除的顆粒非常小。這使得它們不太可能穩(wěn)定下來，也不太可能被過濾掉。將稱為凝結(jié)劑和/或助濾劑的化學(xué)物質(zhì)添加到水中，并混入（絮凝），以使細(xì)顆粒粘在一起，形成更大的顆粒，可以更好地沉降或更有效地將其過濾掉。根據(jù)水的微生物和化學(xué)組成，可以使用不同的化學(xué)物質(zhì)作為凝結(jié)劑。這兩個步驟的目的是提高其余處理過程的性能。
解決。 對于處理包含大量固體的水的設(shè)備，沉降或沉淀是常見的處理步驟。此過程減慢了池塘或盆地中水的流動，因此較重的物品可能沉降到底部。如果水沒有充分減慢速度，這些項(xiàng)目將被帶到該過程的下一步，這是不希望的。對于處理污染非常嚴(yán)重的 原水的 工廠 ，沉降可以用作處理工廠的第一步（預(yù)先沉淀），也可以在凝結(jié)和絮凝步驟之后使用。
過濾。 在水處理中有幾種過濾方法。使用哪種類型的選擇通常取決于原水的質(zhì)量。正如過濾所暗示的那樣，水流經(jīng)去除顆粒，生物和/或污染物的材料。所使用的材料通常是粒狀介質(zhì)，例如沙子，碎無煙煤或活性炭。一些設(shè)施可對不同類型和大小的媒體進(jìn)行分層。隨著過濾介質(zhì)尺寸和類型的變化，設(shè)施也被設(shè)計為以不同的流速通過過濾介質(zhì)。傳統(tǒng)的過濾廠包括慢速砂過濾，高速率過濾和 硅藻土 過濾。
在1990年代末和2000年代初更廣泛使用的另一種過濾類型是膜過濾。它是通過迫使水通過膜屏障而發(fā)生的。膜就像高科技的咖啡過濾器。當(dāng)壓力下的水流過膜時，污染物和生物被捕獲在膜上，不允許通過。膜不適用于高度污染的源水，因?yàn)楣腆w物質(zhì)幾乎立即堵塞了膜。膜過濾在美國越來越多地用于特殊應(yīng)用，并且可以與其他類型的過濾結(jié)合使用。
消毒。 過濾和過濾前的步驟集中于物理去除水中的污染物。除了物理清除外，提供化學(xué)消毒仍然很重要。使用的消毒劑包括氯，氯胺（氯加氨水），臭氧，紫外線和二氧化氯。1908年，氯首次在美國的水處理廠中使用。
氯化的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)水通過管道流到水龍頭時，它可以繼續(xù)殺死細(xì)菌。其缺點(diǎn)是可能會產(chǎn)生副產(chǎn)品消毒的可能性。水中過量的氯會與水中的有機(jī)物質(zhì)結(jié)合形成諸如三鹵甲烷的物質(zhì)，這些物質(zhì)會引起肝臟，腎臟或中樞神經(jīng)系統(tǒng)問題，并且與一生中暴露于癌癥的風(fēng)險增加有關(guān)。
需要進(jìn)行消毒才能滅活（殺死）通過物理去除（過濾）步驟造成的細(xì)菌和病毒。病毒和 賈第鞭毛蟲 可被氯有效殺死。隨著時間的流逝，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些生物（例如 隱孢子蟲） 對氯具有抗性。 隱孢子蟲 在1993年引起了公眾的關(guān)注，當(dāng)時它在威斯康星州密爾沃基市使40萬人死亡，一百人喪生。很大程度上是由于這種恐慌，二十世紀(jì)初制定了新的或經(jīng)修訂的美國飲用水法規(guī)，該法規(guī)擴(kuò)大了水處理要求，專門用于解決 隱孢子蟲。 盡管氯對 隱孢子蟲無效 ，但 替代性消毒劑（如臭氧和紫外線）似乎確實(shí)能有效殺滅它。在歐洲，這兩種消毒劑通常未經(jīng)氯化即可用于殺死供水中的細(xì)菌。
SDWA的修正案要求對美國的所有飲用水源進(jìn)行過濾。在美國全國的某些地區(qū)，例如波士頓和西雅圖，水庫的水基本上不含有機(jī)物，而且市政當(dāng)局已經(jīng)制定了廣泛的流域保護(hù)和管理計劃，因此能夠避免過濾。
其他化學(xué)處理。 將化學(xué)藥品添加到飲用水中以調(diào)節(jié)其硬度或柔軟度， pH， 和堿度。酸性水會嚴(yán)重腐蝕與之接觸的管道和材料。添加氫氧化鈉可以降低腐蝕性，并延長管道，儲罐和建筑管道系統(tǒng)的使用壽命。管道上也可能涂有化學(xué)物質(zhì)，以防止銅之類的金屬溶解在水中。此外，還使用化學(xué)藥品來減少舊鉛管和鉛焊銅供應(yīng)管中鉛的浸出。在許多社區(qū)中，經(jīng)常向水中添加氟化物，以改善年輕居民的牙齒健康。
地下水保護(hù)與處理
井口保護(hù)對于防止污染地下水供應(yīng)至關(guān)重要。地下水是從含水層中抽出的，就像一個被巖石和土壤層包圍的小型地下湖。來自地表的水流過巖石和土壤，到達(dá)含水層。地球自然提供了微觀病原體的過濾。它并不總是能提供足夠的保護(hù)，以抵御掉落在地面上的病毒或化學(xué)物質(zhì)。地下水通常含有較高濃度的金屬，例如鐵和錳，因?yàn)檫@些金屬天然存在于地球中。地下水也可能比地表水硬得多。與上面概述的過程類似的過程也用于處理地下水，除了過濾步驟通常集中在去除化學(xué)物質(zhì)或金屬而不是病原體上。一些地下水供應(yīng)根本沒有得到處理，而其他的則可能被過濾和消毒。與地表水一樣，水源的質(zhì)量決定了需要進(jìn)行哪些處理步驟。
監(jiān)管報告和公眾教育
美國的供水系統(tǒng)每月向州或聯(lián)邦監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交報告，總結(jié)處理廠的性能和采樣結(jié)果。美國大多數(shù)中型和大型供水系統(tǒng)的員工每天工作二十四小時。如果工廠出了點(diǎn)問題，則工廠操作員應(yīng)遵循以下程序來關(guān)閉工廠，切換到備用設(shè)備，調(diào)整化學(xué)劑量或收集其他樣品。州和聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定了自來水廠運(yùn)營商何時必須通知州或聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，這些要求已納入自來水廠的程序中。法規(guī)還規(guī)定了何時必須通知公眾。發(fā)現(xiàn)問題后（通常很可能通過電話和無線電），國家衛(wèi)生機(jī)構(gòu)和飲用水系統(tǒng)通常會聯(lián)合下達(dá)命令，將水燒開。有關(guān)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果存在問題或未能收集所需樣品的公告通常會在報紙上或通過自來水公司的年度水質(zhì)報告（也稱為消費(fèi)者信心報告）發(fā)布。從1998年開始要求所有水系統(tǒng)匯編和分發(fā)用戶友好的報告。該報告概述了水系統(tǒng)的活動和對當(dāng)年法規(guī)的遵守情況，并確定了客戶參與或獲得更多收益的方式。信息。有關(guān)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果存在問題或未能收集所需樣品的公告通常會在報紙上或通過自來水公司的年度水質(zhì)報告（也稱為消費(fèi)者信心報告）發(fā)布。從1998年開始要求所有水系統(tǒng)匯編和分發(fā)用戶友好的報告。該報告概述了水系統(tǒng)的活動和對當(dāng)年法規(guī)的遵守情況，并確定了客戶參與或獲得更多收益的方式。信息。有關(guān)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果存在問題或未能收集所需樣品的公告通常會在報紙上或通過自來水公司的年度水質(zhì)報告（也稱為消費(fèi)者信心報告）發(fā)布。從1998年開始要求所有水系統(tǒng)匯編和分發(fā)用戶友好的報告。該報告概述了水系統(tǒng)的活動和對當(dāng)年法規(guī)的遵守情況，并確定了客戶參與或獲得更多收益的方式。信息。
