Поверхностными водами называют воду, которая содержится в водоемах и водотоках, расположенных на поверхности земли. Объектами поверхностных вод являются: океаны, моря, реки, ручьи, каналы, озёра, водохранилища, пруды, обводненные карьеры, болота, ледники и снежники.

Вода из поверхностных источников имеет меньшую минерализацию, жесткость, содержание железа и марганца и тяжелых металлов, более высокие концентрации которых характерны для подземных вод, вымывающих их из горных пород. В то же время вода из водотоков обладает более высоким содержанием взвешенных веществ (мутностью) особенно при паводке, органическими веществами (окисляемость), в частности гуминовыми кислотами (цветность) и микробиологической зараженностью. Вода из водоемов может иметь разную минерализацию, меньшую по сравнению с водотоками мутность, но значительно более высокую окисляемость, цветность и микробиологическую зараженность.

Также воду из поверхностных источников характеризует значительное сезонное изменение температуры и состава. Особенно высокое содержание загрязнителей в периоды половодья из-за притока загрязненных паводковых вод, вызванного таянием снегов и межени, когда приток очень мал. Как правило это происходит в весенний и осенний сезоны и значительно осложняет очистку такой воды. В теплое время года может наблюдаться значительный рост одноклеточных водорослей, так называемое «цветение воды», вызванное попаданием в воду фосфора и в меньшей степени азота вместе с поверхностным стоком удобрений, применяемых в сельском хозяйстве, либо сточных вод, не прошедших очистку. Бурное развитие водорослей приводит не только к росту мутности воды из-за наличия в ней микроскопических организмов, но и к снижению содержания кислорода что создает условия для развития ряда патогенных микроорганизмов, росту концентрации токсичных аммиака и сероводорода, помимо этого некоторые виды способны синтезировать яды, в том числе и нейротоксичного действия. Еще одной проблемой поверхностных водозаборов является их уязвимость перед техногенным воздействием, они открыты для попадания хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, стоков с сельскохозяйственных угодий, отходов судоходства.

Среди загрязнителей поверхностных вод встречаются неорганические вещества такие как ионы тяжелых металлов, органические соединения такие как нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, хлорорганические соединения, фенолы, сельскохозяйственные ядохимикаты, продукты разложения животного происхождения такие как алифатические амины, пирогены являющиеся продуктами жизнедеятельности микроорганизмов неорганические ионы тяжелых металлов, патогенные микроорганизмы включая вирусы, бактерии, простейшие, гельминты.

Сложность системы подготовки воды до качества питьевой зависит от содержания в ней загрязнителей, так ГОСТ 2761 разбивает воду на три класса.

1 класс – требуется обеззараживание, фильтрование с коагуляцией или без нее;

2 класс – требуется коагулирование, отстаивание, фильтрование, обеззараживание, а при при наличии фитопланктона - микрофильтрация;

3 класс – требует использовать методы обработки, предусмотренные для 2-го класса, и дополнительно применения второй ступени осветления, окислительных и сорбционных методов, а также более эффективных методов обеззараживания.

Особенности водоподготовки для поверхностных водоисточников определяется характером высоких концентраций таких загрязнителей как взвешенные вещества, органические вещества и микроорганизмы. Для решения таких задач используются физические методы гравитационного отстаивания и фильтрования через слой зернистой загрузки, а также более современный метод ультрафильтрации совмещенные с физико-химическим методом коагуляции – что позволяет удалять взвешенные вещества, значительную часть микроорганизмов, а также снизить содержание органических веществ. Для дезинфекции может применятся физический метод облучением ультрафиолетом, а также химическая обработка окислительными реагентами, которые вызывают гибель микроорганизмов, а также разрушают органические соединения.

Эффективность гравитационного отстаивания и фильтрации зависит от размера механических нерастворимых частиц, которые при достаточно малых размерах способны образовывать коллоидные взвеси, не подверженные оседанию и плохо удерживаемые скорыми фильтрами с зернистой загрузкой. В то время как ультрафильтрация ограничена скоростью засорения фильтроэлементов требующей обратной промывки и периодической химической мойки элементов, из-за чего рост концентрации взвешенных веществ увеличивает расход воды на собственные нужды. Для удаления коллоидных взвесей в воду добавляют реагент – коагулянт представляющий собой гидролизуемые соли железа или алюминия. После попадания в воду коагулянты дестабилизирует коллоиды, что приводит к их слипанию в более крупные частицы, а также образуют хлопья гидроксидов, имеющих развитую поверхность и способные захватывать некоторые ионные примеси, органические вещества и микроорганизмы. Комбинация этих методов позволяет в значительной степени снизить мутность и цветность воды, а также удалить яйца гельминтов, устойчивые к дезинфекции и уменьшить количество бактерий и простейших.

Для водоподготовки питьевой воды методами окисления используют такие реагенты как активный хлор, диоксид хлора и озон. Окислительная обработка позволяет обезвредить патогенные микроорганизмы, удалить присутствующие в воде ионы железа, марганца, аммония и сульфиды, разрушить органические соединения, влияющие на органолептические показатели такие как запах, привкус и цвет.

Благодаря низкой стоимости и простоте требуемого оборудования наиболее широкое использование получил гипохлорит натрия содержащий активный хлор. К его преимуществам относятся: бактериостатическое действие, препятствующее развитию микроорганизмов при концентрациях активного хлора 0,3÷0,5 мг/л, способность разрушать серо - и фосфорсодержащие ядохимикаты, очень высокая эффективность против бактерий, также достаточная для вирусов. В то же время есть и ряд недостатков, таких как: возможно образование хлорфенолов и альдегидов придающих резкий запах и неприятный привкус, а также хлорорганических соединений (тригалогенметаны, диоксины) обладающих высокой токсичностью, мутагенными и канцерогенными свойствами, отсутствие эффективности против яиц гельминтов, недостаточная эффективность против цист протистов (лямблии) и простейших (дизентерийная амеба), спор бактерий (клостридии). Часто для водоподготовки поверхностных вод используется в двух отдельных стадиях. Прехлорирование это добавление активного хлора непосредственно в точке водозабора что позволяет избежать биообрастания труб и последующего оборудования, окислить примеси железа, марганца, мышьяка и органические вещества такие как гуминовые кислоты, что позволяет интенсифицировать процессы коагуляции и осаждения. В настоящее время для этой стадии больше предпочтения отдают озону, так как он является более сильным окислителем и не образует опасных соединений при окислении органических веществ.

Постхлорирование предназначено для дезинфекционной обработки и в зависимости от качества обрабатываемой воды разделяется на нормальное хлорирование и перехлорирование. Для воды с хорошими показателями по наличию примесей и надежной в санитарно эпидемическом отношении активный хлор дозируется в таком количестве, чтобы после 30 минут контакта концентрация оставалась на пределах 0,3 ÷ 0,5мг/л. При перехлорировании концентрация остаточного хлора составляет 1 ÷ 10 мг/л, что требует последующего дехлорирования на сорбционных фильтрах с активированным углем. Перехлорирование требуется, чтобы обеспечить полное разложение органических соединений таких как фенолы, которые в противном случае образуют вещества ухудшающие органолептические показатели воды, а также для обеспечения надежности дезинфекционной обработки. Более современные решения для дезинфекционной обработки включают использование связанного активного хлора в виде хлораминов или диоксида хлора. Эти препараты обладают большим бактерицидным действием и постдействием обеспечивая консервацию полученной воды и в то же время не окисляют органические вещества что позволяет избежать образования токсичных и обладающих резким запахом и привкусов хлорорганических соединений.

Метод обеззараживание ультрафиолетовым облучением связан с поглощением энергии фотонов пиримидиновыми основаниями (урацил, тимин, цитозин) входящими в состав ДНК и РНК. Поглощенная энергия необратимо связывает между собой два пиримидиновых основания инактивируя возможность считывания и репликации, находящейся в ДНК или РНК информации, тем самым лишая организм возможности размножения и продуцирования белков необходимых для поддержания жизни. Необходимая доза излучения должна быть не менее 16 мДж/см², этого достаточно для инактивации 99,9% содержащихся в воде микроорганизмов. Поглощение энергии происходит на световое излучение с длиной волны 200-300нм, максимум поглощения составляет 260нм. В качестве источника облучения используется ртутные газоразрядные лампы низкого и среднего давления с пиком излучения на длине волны 254нм.

Преимущество данного метода состоит в отсутствии реагентов что уменьшает затраты на их получение и хранение и исключает изменение состава воды, УФ облучение не ухудшает органолептических показателей и не создает токсичных соединений, эффективно в отношении бактериальных спор, цист простейших, ротавирусов, полиовирусов, протист вида Cryptosporidium и Giardia устойчивых к воздействию активного хлора. К недостаткам относится неэффективность в отношении гельминтов, падение эффективности из-за мутности и цветности обрабатываемой воды.