تنقية المياه

تهدف معالجة المياه إلى إزالة المكونات غير المرغوب فيها وجعلها صالحة للشرب أو مناسبة لأغراض محددة في الصناعة أو التطبيقات الطبية. تتوفر تقنيات متنوعة لإزالة الملوثات مثل المواد الصلبة الدقيقة، والكائنات الدقيقة، وبعض المواد العضوية وغير العضوية الذائبة، أو الملوثات الصيدلانية البيئية المستمرة . يعتمد اختيار الطريقة على جودة المياه المراد معالجتها، وتكلفة عملية المعالجة، ومعايير الجودة المطلوبة للمياه المعالجة.

العمليات المذكورة أدناه هي العمليات الشائعة الاستخدام في محطات تنقية المياه. قد لا تُستخدم بعضها أو معظمها حسب حجم المحطة وجودة المياه الخام (المصدر).

الضخ والاحتواء

يجب ضخ معظم المياه من مصدرها أو توجيهها إلى أنابيب أو خزانات. ولتجنب إضافة ملوثات إلى المياه، يجب أن تُصنع هذه البنية التحتية من مواد مناسبة وأن تُبنى بطريقة تمنع حدوث التلوث العرضي.

الفحص

تتمثل الخطوة الأولى في تنقية المياه السطحية في إزالة المخلفات الكبيرة كالأغصان والأوراق والنفايات وغيرها من الجزيئات الكبيرة التي قد تعيق خطوات التنقية اللاحقة. وقد يتطلب ذلك استخدام مرشح شبكي . أما معظم المياه الجوفية العميقة فلا تحتاج إلى ترشيح قبل خطوات التنقية الأخرى.

تخزين

يمكن أيضًا تخزين مياه الأنهار في خزانات على ضفافها لفترات تتراوح بين بضعة أيام وعدة أشهر للسماح بعملية التنقية البيولوجية الطبيعية. وهذا أمر بالغ الأهمية، خاصةً إذا كانت المعالجة تتم باستخدام مرشحات رملية بطيئة . كما توفر خزانات التخزين حمايةً ضد فترات الجفاف القصيرة، أو لضمان استمرار إمدادات المياه خلال حالات التلوث العابرة في النهر المصدر.

المعالجة المسبقة بالكلور

في العديد من المحطات، كان يتم معالجة المياه الداخلة بالكلور للحد من نمو الكائنات الحية المسببة للتلوث على الأنابيب والخزانات. ونظرًا للآثار السلبية المحتملة على جودة المياه (انظر الكلور أدناه)، فقد تم التوقف عن هذه العملية إلى حد كبير. ^{[ 2 ]}

تُعدّ إضافة المواد الكيميائية إحدى الخطوات الأولى في معظم عمليات تنقية المياه التقليدية، وذلك للمساعدة في إزالة الجزيئات العالقة في الماء. قد تكون هذه الجزيئات غير عضوية، مثل الطين والطمي ، أو عضوية ، مثل الطحالب والبكتيريا والفيروسات والبروتوزوا والمواد العضوية الطبيعية . وتساهم الجزيئات العضوية وغير العضوية في عكارة الماء ولونه.

تؤدي إضافة مواد تخثير غير عضوية، مثل كبريتات الألومنيوم (أو الشب )، أو أملاح الحديد (III)، مثل كلوريد الحديد (III) ، إلى تفاعلات كيميائية وفيزيائية متزامنة متعددة على سطح الجسيمات وفيما بينها. في غضون ثوانٍ، تُعادل الشحنات السالبة على الجسيمات بواسطة مواد التخثير غير العضوية. وفي غضون ثوانٍ أيضًا، تبدأ رواسب هيدروكسيدات أيونات الحديد والألومنيوم بالتكوّن. تتحد هذه الرواسب لتكوين جسيمات أكبر حجمًا بفعل عمليات طبيعية، مثل الحركة البراونية، ومن خلال الخلط المُستحث، والذي يُشار إليه أحيانًا بالتلبد . تُعرف هيدروكسيدات المعادن غير المتبلورة باسم "الندف". تمتص هيدروكسيدات الألومنيوم والحديد (III) الكبيرة غير المتبلورة الجسيمات العالقة وتُحيط بها ، مما يُسهل إزالة الجسيمات من خلال عمليات الترسيب والترشيح اللاحقة . ^{[ 5 ] : 8.2-8.3}

تتشكل هيدروكسيدات الألومنيوم ضمن نطاق ضيق نسبيًا من الرقم الهيدروجيني، عادةً من 5.5 إلى 7.7 تقريبًا. أما هيدروكسيدات الحديد (III) فتتشكل ضمن نطاق أوسع من الرقم الهيدروجيني، بما في ذلك مستويات أقل من تلك الفعالة للشبة، عادةً من 5.0 إلى 8.5. ^{[ 6 ] : 679}

في الأدبيات العلمية، ثمة جدل واسع والتباس كبير حول استخدام مصطلحي التخثر والتلبد: فأين ينتهي التخثر وأين يبدأ التلبد؟ في محطات تنقية المياه، توجد عادةً وحدة خلط سريعة وعالية الطاقة (زمن الاحتجاز بالثواني) تُضاف فيها المواد الكيميائية المُخثِّرة، تليها أحواض التلبد (تتراوح أزمنة الاحتجاز فيها من 15 إلى 45 دقيقة) حيث تُدار مجاديف كبيرة أو أجهزة خلط لطيفة أخرى باستخدام مدخلات طاقة منخفضة لتعزيز تكوين الندف. في الواقع، تستمر عمليتا التخثر والتلبد بمجرد إضافة أملاح المعادن المُخثِّرة. ^{[ 7 ] : 74-5}

طُوِّرت البوليمرات العضوية في ستينيات القرن الماضي كمساعدات للمخثرات، وفي بعض الحالات، كبديل للمخثرات غير العضوية من أملاح المعادن. البوليمرات العضوية الاصطناعية هي مركبات ذات وزن جزيئي عالٍ تحمل شحنات سالبة أو موجبة أو متعادلة. عند إضافة البوليمرات العضوية إلى الماء المحتوي على جسيمات، تمتص هذه المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي على أسطح الجسيمات، ومن خلال التجسير بين الجسيمات، تتحد مع جسيمات أخرى لتشكيل الندف. يُعد بولي داي أليل ثنائي ميثيل أمينو ميثيل أسيتات (PolyDADMAC ) بوليمرًا عضويًا كاتيونياً (موجب الشحنة) شائع الاستخدام في محطات تنقية المياه. ^{[ 6 ] : 667-668}

قد تدخل المياه الخارجة من حوض التلبيد إلى حوض الترسيب ، والذي يُسمى أيضًا حوض التصفية أو حوض الترسيب. وهو عبارة عن خزان كبير ذي سرعة تدفق مياه منخفضة، مما يسمح للندف بالترسب في القاع. يُفضل وضع حوض الترسيب بالقرب من حوض التلبيد حتى لا يسمح الانتقال بين العمليتين بالترسب أو تفتت الندف. قد تكون أحواض الترسيب مستطيلة، حيث يتدفق الماء من طرف إلى آخر، أو دائرية حيث يكون التدفق من المركز إلى الخارج. عادةً ما يكون مخرج حوض الترسيب فوق سد، بحيث تخرج طبقة رقيقة فقط من الماء - وهي الأبعد عن الحمأة.

في عام ١٩٠٤، أثبت ألين هازن أن كفاءة عملية الترسيب تعتمد على سرعة ترسب الجسيمات، ومعدل التدفق عبر الخزان، ومساحة سطحه. تُصمم خزانات الترسيب عادةً ضمن نطاق معدلات تدفق فائض يتراوح بين ٠.٥ و ١.٠ جالون في الدقيقة لكل قدم مربع (أو ١٢٥٠ إلى ٢٥٠٠ لتر لكل متر مربع في الساعة). وبشكل عام، لا تعتمد كفاءة حوض الترسيب على زمن الاحتجاز أو عمق الحوض. مع ذلك، يجب أن يكون عمق الحوض كافيًا لضمان عدم اضطراب الحمأة بفعل تيارات المياه، ولتعزيز تفاعلات الجسيمات المترسبة. ومع ازدياد تركيز الجسيمات في الماء المترسب بالقرب من سطح الحمأة في قاع الخزان، قد تزداد سرعات الترسيب نتيجةً للتصادمات وتكتل الجسيمات. تتراوح أزمنة الاحتجاز النموذجية للترسيب بين ١.٥ و ٤ ساعات، بينما تتراوح أعماق الأحواض بين ١٠ و ١٥ قدمًا (٣ إلى ٤.٥ متر). ^{[ 5 ] : 9.39–9.40 [ 6 ] : 790–1 [ 7 ] : 140–2، 171}

يمكن إضافة صفائح أو أنابيب مسطحة مائلة إلى أحواض الترسيب التقليدية لتحسين كفاءة إزالة الجسيمات. تعمل هذه الصفائح والأنابيب المائلة على زيادة مساحة السطح المتاحة لإزالة الجسيمات بشكل كبير، بما يتوافق مع نظرية هازن الأصلية. ويمكن أن تكون مساحة سطح الأرض التي يشغلها حوض الترسيب المزود بصفائح أو أنابيب مائلة أصغر بكثير من مساحة حوض الترسيب التقليدي.

عندما لا تترسب الجزيئات المراد إزالتها بسهولة من المحلول، يُستخدم غالبًا التعويم بالهواء المذاب (DAF). بعد عمليتي التخثير والتلبد، يتدفق الماء إلى خزانات DAF حيث تُكوّن موزعات الهواء الموجودة في قاع الخزان فقاعات دقيقة تلتصق بالندفات، مما ينتج عنه كتلة عائمة من الندف المركز. تُزال طبقة الندف العائمة من السطح، ويُسحب الماء الصافي من قاع خزان DAF. غالبًا ما تُستخدم تقنية DAF في مصادر المياه المعرضة بشكل خاص لتكاثر الطحالب وحيدة الخلية، وفي مصادر المياه ذات العكارة المنخفضة واللون العالي. ^{[ 5 ] : 9.46}

بعد فصل معظم الندف، يتم ترشيح الماء كخطوة أخيرة لإزالة الجزيئات العالقة المتبقية والندف غير المستقر.

مرشحات الرمل السريعة

أكثر أنواع المرشحات شيوعًا هو مرشح الرمل السريع . يتحرك الماء عموديًا إلى أسفل عبر الرمل، الذي غالبًا ما تعلوه طبقة من الكربون المنشط أو فحم الأنثراسيت . تزيل الطبقة العلوية المركبات العضوية التي تُساهم في الطعم والرائحة. نظرًا لأن المسافة بين جزيئات الرمل أكبر من أصغر الجزيئات العالقة، فإن الترشيح البسيط لا يكفي. تمر معظم الجزيئات عبر الطبقات السطحية، لكنها تُحجز في المسامات أو تلتصق بجزيئات الرمل. يمتد الترشيح الفعال إلى عمق المرشح. هذه الخاصية أساسية لعمل المرشح: فلو سدت الطبقة العلوية من الرمل جميع الجزيئات، لانسد المرشح بسرعة. ^{[ 8 ]}

لتنظيف المرشح، يُمرر الماء بسرعة إلى أعلى عبره، عكس الاتجاه المعتاد (وتُسمى هذه العملية بالغسل العكسي ) لإزالة الجزيئات العالقة أو غير المرغوب فيها. قبل هذه الخطوة، يُمكن نفخ هواء مضغوط من أسفل المرشح لتفتيت وسائط الترشيح المتراصة، مما يُساعد في عملية الغسل العكسي؛ وتُعرف هذه العملية بالتنظيف الهوائي . يُمكن التخلص من هذا الماء الملوث، مع الحمأة من حوض الترسيب، أو يُمكن إعادة تدويره بخلطه مع المياه الخام الداخلة إلى المحطة، على الرغم من أن هذه الطريقة تُعتبر غير مُجدية لأنها تُعيد إدخال تركيز عالٍ من البكتيريا إلى المياه الخام.

تستخدم بعض محطات معالجة المياه مرشحات الضغط. تعمل هذه المرشحات على نفس مبدأ مرشحات الجاذبية السريعة، مع اختلاف يتمثل في أن وسط الترشيح يكون محصوراً في وعاء فولاذي ويتم دفع الماء من خلاله تحت ضغط.

المزايا:

• يقوم بتصفية جزيئات أصغر بكثير مما تستطيع مرشحات الورق والرمل القيام به.
• يقوم بتصفية جميع الجسيمات الأكبر من أحجام المسام المحددة لها تقريبًا.
• إنها رقيقة للغاية، لذا تتدفق السوائل من خلالها بسرعة كبيرة.
• إنها قوية إلى حد معقول، وبالتالي يمكنها تحمل فروق الضغط عبرها والتي تتراوح عادةً بين 2 و5 ضغط جوي.
• يمكن تنظيفها (عن طريق الشطف العكسي) وإعادة استخدامها.

رمال بطيئة

يمكن استخدام مرشحات الرمل البطيئة في الأماكن التي تتوفر فيها مساحة كافية من الأرض، حيث يتدفق الماء ببطء شديد عبرها. تعتمد هذه المرشحات على عمليات المعالجة البيولوجية بدلاً من الترشيح الفيزيائي. تُصنع هذه المرشحات بعناية باستخدام طبقات متدرجة من الرمل، حيث يكون الرمل الخشن، مع بعض الحصى، في الأسفل، والرمل الناعم في الأعلى. وتُصرف المياه المعالجة عبر مصارف في القاعدة لتطهيرها. يعتمد الترشيح على تكوّن طبقة بيولوجية رقيقة، تُسمى الطبقة العضوية أو طبقة التطهير ، على سطح المرشح. يمكن أن يبقى مرشح الرمل البطيء الفعال قيد الاستخدام لأسابيع أو حتى أشهر، إذا صُممت المعالجة الأولية بشكل جيد، وينتج مياهًا ذات مستوى منخفض جدًا من العناصر الغذائية المتاحة، وهو ما نادراً ما تحققه طرق المعالجة الفيزيائية. تسمح المستويات المنخفضة جدًا من العناصر الغذائية بتمرير المياه بأمان عبر شبكات التوزيع مع مستويات منخفضة جدًا من المطهرات، مما يقلل من استياء المستهلكين من المستويات المرتفعة للكلور ومشتقاته. لا تُغسل مرشحات الرمل البطيئة عكسيًا؛ بل تُصان عن طريق كشط الطبقة العلوية من الرمل عندما يعيق النمو البيولوجي تدفق المياه. ^{[ 9 ]}

تستخدم أغشية الترشيح الفائق أغشية بوليمرية ذات مسام مجهرية مُشكّلة كيميائيًا، تُستخدم لترشيح المواد الذائبة دون الحاجة إلى استخدام مواد مُخثّرة. ويُحدد نوع وسط الغشاء مقدار الضغط اللازم لدفع الماء عبره، وأحجام الكائنات الدقيقة التي يُمكن ترشيحها.

التبادل الأيوني : ^{[ 10 ]} تستخدم أنظمة التبادل الأيوني أعمدة معبأة براتنج التبادل الأيوني - أو الزيوليت - لاستبدال الأيونات غير المرغوب فيها. وأكثر الأمثلة شيوعًا هو تليين المياه ، والذي يتضمن إزالة أيونات الكالسيوم ^(Ca²⁺) والمغنيسيوم ⁽ Mg²⁺ ) واستبدالها بأيونات الصوديوم (Na⁺ ⁾ أو البوتاسيوم ( K⁺ ⁾ غير الضارة (المناسبة لصنع الصابون) . كما تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني لإزالة الأيونات السامة مثل النتريت والرصاص والزئبق والزرنيخ وغيرها الكثير.

التليين بالترسيب : ^{[ 5 ] : 13.12–13.58} يتم معالجة المياه الغنية بالصلابة ( أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ) بالجير ( أكسيد الكالسيوم ) و/أو رماد الصودا ( كربونات الصوديوم ) لترسيب كربونات الكالسيوم من المحلول باستخدام تأثير الأيون المشترك .

إزالة الأيونات بالكهرباء : ^{[ 10 ]} يمر الماء بين قطب موجب وقطب سالب. تسمح أغشية التبادل الأيوني بانتقال الأيونات الموجبة فقط من الماء المعالج نحو القطب السالب، والأيونات السالبة فقط نحو القطب الموجب. يتم إنتاج ماء منزوع الأيونات عالي النقاء بشكل مستمر، على غرار معالجة التبادل الأيوني. يمكن إزالة الأيونات من الماء تمامًا عند توفر الظروف المناسبة. عادةً ما يُعالج الماء مسبقًا بوحدة التناضح العكسي لإزالة الملوثات العضوية غير الأيونية ، وبأغشية نقل الغاز لإزالة ثاني أكسيد الكربون . يمكن استعادة 99% من الماء إذا تم تغذية تيار الماء المركز إلى مدخل وحدة التناضح العكسي.

تتم عملية التطهير عن طريق ترشيح الكائنات الدقيقة الضارة وإضافة مواد كيميائية مطهرة. يُطهّر الماء لقتل أي مسببات أمراض قد تمر عبر المرشحات ، ولتوفير جرعة متبقية من المطهر لقتل أو تعطيل الكائنات الدقيقة الضارة المحتملة في أنظمة التخزين والتوزيع. تشمل مسببات الأمراض المحتملة الفيروسات والبكتيريا ، بما في ذلك السالمونيلا والكوليرا والعطيفة والشيغيلا ، والأوليات ، بما في ذلك الجيارديا اللمبلية وغيرها من الكريبتوسبوريديوم . بعد إضافة أي عامل تطهير كيميائي، يُخزّن الماء عادةً في خزان مؤقت - يُسمى غالبًا خزان التلامس أو البئر الصافي - للسماح بإتمام عملية التطهير.

التطهير بالأشعة فوق البنفسجية

يُعدّ الضوء فوق البنفسجي فعالاً للغاية في تعطيل الأكياس في المياه منخفضة العكارة. تقلّ فعالية التطهير بالأشعة فوق البنفسجية مع ازدياد العكارة، نتيجةً للامتصاص والتشتت والتظليل الناتج عن المواد الصلبة العالقة. يتمثل العيب الرئيسي لاستخدام الأشعة فوق البنفسجية في أنها، مثل معالجة الأوزون، لا تترك أي مطهر متبقٍ في الماء؛ لذا، قد يكون من الضروري أحيانًا إضافة مطهر متبقٍ بعد عملية التطهير الأولية. يتم ذلك غالبًا بإضافة الكلورامينات، التي سبق ذكرها كمطهر أولي. عند استخدامها بهذه الطريقة، توفر الكلورامينات مطهرًا متبقٍ فعالًا مع آثار جانبية قليلة جدًا للكلورة.

تتوفر أجهزة وأساليب محمولة لتنقية المياه لأغراض التطهير والمعالجة في حالات الطوارئ أو في المناطق النائية. ويُعدّ التطهير الهدف الأساسي، إذ لا تؤثر الاعتبارات الجمالية، كالطعم والرائحة والمظهر والتلوث الكيميائي الضئيل، على سلامة مياه الشرب على المدى القصير.

فلورة المياه

في العديد من المناطق، يُضاف الفلورايد إلى الماء بهدف الوقاية من تسوس الأسنان . ^{[ 16 ]} وعادةً ما يُضاف الفلورايد بعد عملية التطهير. في الولايات المتحدة، تتم عملية الفلورة عادةً بإضافة حمض الهيكسافلوروسيليسيك ، ^{[ 17 ]} الذي يتحلل في الماء، مُنتجًا أيونات الفلورايد. ^{[ 18 ]}

تكييف المياه

هذه إحدى طرق الحد من آثار عسر الماء. في أنظمة المياه التي تتعرض للتسخين، تترسب أملاح العسر نتيجة تحلل أيونات البيكربونات، مما يؤدي إلى تكوين أيونات الكربونات التي تترسب من المحلول. يمكن معالجة المياه ذات التركيزات العالية من أملاح العسر باستخدام رماد الصودا (كربونات الصوديوم) الذي يرسب الأملاح الزائدة، من خلال تأثير الأيون المشترك ، منتجًا كربونات الكالسيوم عالية النقاء. تُباع كربونات الكالسيوم المترسبة عادةً لمصنعي معجون الأسنان . يُزعم أن العديد من طرق معالجة المياه الصناعية والسكنية الأخرى (دون قبول علمي عام) تتضمن استخدام المجالات المغناطيسية و/أو الكهربائية للحد من آثار عسر الماء. ^{[ 19 ]}

تخفيض ذوبان الرصاص

في المناطق ذات المياه الحمضية الطبيعية ذات الموصلية المنخفضة (مثل مياه الأمطار السطحية في الجبال المرتفعة ذات الصخور النارية )، قد تكون المياه قادرة على إذابة الرصاص من أي أنابيب رصاص يتم نقلها فيها. وتساعد إضافة كميات صغيرة من أيون الفوسفات وزيادة الرقم الهيدروجيني قليلاً في تقليل ذوبان الرصاص بشكل كبير عن طريق تكوين أملاح رصاص غير قابلة للذوبان على الأسطح الداخلية للأنابيب.

إزالة الراديوم

تحتوي بعض مصادر المياه الجوفية على الراديوم ، وهو عنصر كيميائي مشع. ومن المصادر الشائعة العديد من مصادر المياه الجوفية شمال نهر إلينوي في ولاية إلينوي بالولايات المتحدة الأمريكية. يمكن إزالة الراديوم عن طريق التبادل الأيوني أو معالجة المياه. إلا أن الرواسب الناتجة عن عملية التنظيف العكسي تُعدّ نفايات مشعة منخفضة المستوى .

إزالة الفلورايد

على الرغم من إضافة الفلورايد إلى المياه في العديد من المناطق، إلا أن بعض مناطق العالم تعاني من مستويات مرتفعة من الفلورايد الطبيعي في مصادر المياه. قد تكون هذه المستويات المرتفعة سامة أو تسبب آثارًا تجميلية غير مرغوب فيها، مثل تلون الأسنان. ومن طرق خفض مستويات الفلورايد معالجة المياه باستخدام الألومينا المنشطة وفحم العظام كوسط ترشيح.

يُعدّ تسخين الماء إلى درجة الغليان (حوالي 100 درجة مئوية أو 212 درجة فهرنهايت عند مستوى سطح البحر) أقدم الطرق وأكثرها فعالية لتعقيم الماء، إذ يقضي على معظم الميكروبات المسببة لأمراض الأمعاء ، ^{[ 20 ]} ولكنه لا يُزيل السموم الكيميائية أو الشوائب. ^{[ 21 ]} ولصحة الإنسان، لا يُشترط التعقيم الكامل للماء، لأن الميكروبات المقاومة للحرارة لا تُؤثر على الأمعاء. ^{[ 20 ]} والنصيحة التقليدية بغلي الماء لمدة عشر دقائق هي في الأساس إجراء احترازي إضافي، لأن الميكروبات تبدأ بالموت عند درجات حرارة أعلى من 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت) . ورغم أن درجة الغليان تنخفض مع ازدياد الارتفاع، إلا أن ذلك لا يكفي لتحقيق التعقيم. ^{[ 20 ]} في المناطق التي يكون فيها الماء "عسرًا" (أي يحتوي على نسبة عالية من أملاح الكالسيوم الذائبة)، يُؤدي الغليان إلى تحلل أيونات البيكربونات ، مما ينتج عنه ترسب جزئي على شكل كربونات الكالسيوم . وهذا هو "الطبقة" التي تتراكم على عناصر الغلايات، وما إلى ذلك، في المناطق ذات الماء العسر. باستثناء الكالسيوم، لا يزيل الغليان المواد المذابة ذات درجة غليان أعلى من الماء، بل يزيد تركيزها (نتيجة تبخر جزء من الماء). ولا يترك الغليان أي مطهر متبقٍ في الماء. لذا، فإن الماء المغلي والمخزن لفترة من الزمن قد يكتسب مسببات أمراض جديدة.    

الكربون المنشط الحبيبي هو نوع من الكربون المنشط ذو مساحة سطحية عالية، يمتص العديد من المركبات، بما فيها المركبات السامة. يُستخدم الماء المُمرر عبر الكربون المنشط بشكل شائع في المناطق الحضرية التي تعاني من التلوث العضوي أو الطعم أو الرائحة غير المرغوب فيها. تستخدم العديد من فلاتر المياه المنزلية وأحواض الأسماك فلاتر الكربون المنشط لتنقية المياه. تحتوي فلاتر مياه الشرب المنزلية أحيانًا على الفضة على شكل جسيمات نانوية معدنية . إذا بقيت المياه في كتلة الكربون لفترات طويلة، فقد تنمو الكائنات الدقيقة بداخلها، مما يؤدي إلى التلوث. تُعد الجسيمات النانوية الفضية مادة ممتازة مضادة للبكتيريا، حيث يمكنها تحليل المركبات العضوية الهالوجينية السامة، مثل المبيدات الحشرية، إلى منتجات عضوية غير سامة. ^{[ 22 ]} يجب استخدام الماء المُرشح فور ترشيحه، لأن الكمية القليلة المتبقية من الميكروبات قد تتكاثر مع مرور الوقت. بشكل عام، تزيل هذه الفلاتر المنزلية أكثر من 90% من الكلور الموجود في كوب من الماء المُعالج. يجب استبدال هذه الفلاتر بشكل دوري، وإلا فقد يزداد محتوى البكتيريا في الماء نتيجة لنمو البكتيريا داخل وحدة الترشيح. ^{[ 12 ]}

تتضمن عملية التقطير غلي الماء لإنتاج بخار الماء . يلامس البخار سطحًا باردًا فيتكثف ليصبح سائلًا. ولأن المواد المذابة لا تتبخر عادةً، فإنها تبقى في المحلول المغلي. مع ذلك، لا تُنقي عملية التقطير الماء تمامًا، نظرًا لوجود شوائب ذات درجات غليان متقاربة وقطرات من السائل غير المتبخر تحملها البخار. ومع ذلك، يمكن الحصول على ماء نقي بنسبة 99.9% عن طريق التقطير.

تعتمد عملية التقطير الغشائي بالتلامس المباشر (DCMD) على تمرير مياه البحر الساخنة على سطح غشاء بوليمر كاره للماء . يمر الماء المتبخر من الجانب الساخن عبر مسام الغشاء، مكونًا تيارًا من الماء النقي البارد على الجانب الآخر. ويساعد فرق ضغط البخار بين الجانبين الساخن والبارد على دفع جزيئات الماء عبر الغشاء.

تعتمد عملية التناضح العكسي على تطبيق ضغط ميكانيكي لدفع الماء عبر غشاء شبه منفذ ، حيث تبقى الملوثات على الجانب الآخر من الغشاء. يُعدّ التناضح العكسي نظرياً الطريقة الأكثر فعالية لتنقية المياه على نطاق واسع، على الرغم من صعوبة تصنيع أغشية شبه منفذة مثالية. وإذا لم تتم صيانة الأغشية بشكل جيد، فقد تستعمرها الطحالب والكائنات الحية الأخرى.

يمكن مزج ثاني أكسيد الكربون أو غاز آخر ذي وزن جزيئي منخفض مع الماء الملوث تحت ضغط عالٍ ودرجة حرارة منخفضة لتكوين بلورات هيدرات الغاز بشكل طارد للحرارة. ويمكن فصل الهيدرات بالطرد المركزي أو الترسيب. ويمكن استخلاص الماء من بلورات الهيدرات بالتسخين. ^{[ 23 ]}

الأكسدة الكيميائية في الموقع (ISCO) هي عملية أكسدة متطورة. تُستخدم لمعالجة التربة و/أو المياه الجوفية لتقليل تركيزات الملوثات المستهدفة. تتم عملية الأكسدة الكيميائية في الموقع عن طريق حقن أو إدخال المؤكسدات في الوسط الملوث (التربة أو المياه الجوفية) لتدمير الملوثات. يمكن استخدامها لمعالجة مجموعة متنوعة من المركبات العضوية، بما في ذلك بعض المركبات المقاومة للتحلل الطبيعي.

تستخدم المعالجة الحيوية الكائنات الدقيقة لإزالة النفايات من المناطق الملوثة. ومنذ عام ١٩٩١، تُعدّ المعالجة الحيوية أسلوبًا مُقترحًا لإزالة الشوائب مثل الألكانات والبيركلورات والمعادن. ^{[ ٢٤ ]} وقد حققت المعالجة الحيوية نجاحًا ملحوظًا نظرًا لذوبان البيركلورات العالي، مما يجعل إزالتها صعبة. ^{[ ٢٥ ]} ومن الأمثلة على تطبيقات سلالة Dechloromonas agitata CKB دراسات ميدانية أُجريت في ولاية ماريلاند وجنوب غرب الولايات المتحدة. ^{[ ٢٥ ] [ ٢٦ ] [ ٢٧ ]}

بيروكسيد الهيدروجين ( H₂ O₂ ) هو مطهر شائع يمكنه تنقية المياه. يُنتج عادةً في المصانع الكيميائية ويُنقل إلى المياه الملوثة. وهناك نهج بديل يستخدم محفزًا من الذهب والبلاديوم لتخليقالهيدروجين₂ O₂ من ذرات الهيدروجين والأكسجين المحيطة في موقع الاستخدام. وقد أفيد بأن الأخير أسرع وأكثر¹⁰⁷مرات في قتلبكتيريا الإشريكية القولونيةالهيدروجينالتجاري₂ O₂ ، وأكثر فعالية من الكلور بأكثر من¹⁰⁸مرات. ينتج عن التفاعل التحفيزي أيضًاأنواع الأكسجين التفاعلية(ROS) التي ترتبط بالمركبات الأخرى وتحللها. ^{[ 28 ]}

تزيل عملية التقطير جميع المعادن من الماء، بينما تزيل طرق الأغشية، كالتناضح العكسي والترشيح النانوي، معظم المعادن إن لم يكن جميعها. ينتج عن ذلك ماء منزوع المعادن، وهو غير مناسب للشرب . وقد أجرت منظمة الصحة العالمية دراسات حول الآثار الصحية للماء منزوع المعادن منذ عام ١٩٨٠. ^{[ ٣١ ]} أظهرت التجارب التي أُجريت على البشر أن الماء منزوع المعادن يزيد من إدرار البول وإخراج الإلكتروليتات ، مع انخفاض تركيز البوتاسيوم في مصل الدم . يُمكن أن يُساعد المغنيسيوم والكالسيوم ومعادن أخرى في الماء على الحماية من نقص التغذية. كما قد يزيد الماء منزوع المعادن من خطر التسمم بالمعادن السامة، لأنه يُسرّب موادًا من الأنابيب، كالرصاص والكادميوم، بسهولة أكبر، وهو ما تمنعه ​​المعادن الذائبة، كالكالسيوم والمغنيسيوم. وقد ارتبط انخفاض نسبة المعادن في الماء بحالات تسمم بالرصاص لدى الرضع، حيث تسرب الرصاص من الأنابيب بمعدلات عالية جدًا إلى الماء. وقد وُضعت توصيات بشأن المغنيسيوم بحد أدنى ١٠ ملغم /لتر، مع مستوى مثالي يتراوح بين ٢٠ و٣٠ ملغم/لتر. بالنسبة للكالسيوم، يُنصح بحد أدنى 20 ملغم/لتر وحد أمثل يتراوح بين 40 و80 ملغم/لتر، وعسر كلي للماء (بإضافة المغنيسيوم والكالسيوم) يتراوح بين 2 و4 ملي مول /لتر. عند عسر ماء يزيد عن 5 ملي مول/لتر، لوحظ ارتفاع في معدل الإصابة بحصى المرارة، وحصى الكلى، وحصى المسالك البولية، والتهاب المفاصل، واعتلالات المفاصل. ^{[ 32 ]} بالإضافة إلى ذلك، قد تزيد عمليات تحلية المياه من خطر التلوث البكتيري. ^{[ 32 ]}      

يدّعي مصنّعو أجهزة تقطير المياه المنزلية عكس ذلك، إذ يرون أن المعادن الموجودة في الماء هي سبب العديد من الأمراض، وأن معظم المعادن المفيدة تأتي من الطعام وليس من الماء. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

يعود أول استخدام موثق لمرشحات الرمل لتنقية إمدادات المياه إلى عام 1804، عندما قام جون جيب، صاحب مصنع تبييض في بيزلي، اسكتلندا ، بتركيب مرشح تجريبي، وباع فائضه غير المرغوب فيه للعامة. ^{[ 36 ]} تم تطوير هذه الطريقة خلال العقدين التاليين على يد مهندسين يعملون لدى شركات مياه خاصة، وبلغت ذروتها في أول شبكة مياه عامة معالجة في العالم، والتي أنشأها المهندس جيمس سيمبسون لشركة تشيلسي للمياه في لندن عام 1829. ^{[ 37 ]} وفر هذا المشروع مياهًا مُفلترة لكل سكان المنطقة، وتم نسخ تصميم الشبكة على نطاق واسع في جميع أنحاء المملكة المتحدة في العقود اللاحقة.

سرعان ما أصبحت معالجة المياه ممارسة شائعة ومتداولة، وتجلّت مزايا هذا النظام بوضوح بعد تحقيقات الطبيب جون سنو خلال تفشي وباء الكوليرا في شارع برود عام ١٨٥٤. كان سنو متشككًا في نظرية المياسما السائدة آنذاك ، والتي تنص على أن الأمراض تنجم عن "هواء فاسد". ورغم أن نظرية جرثومة المرض لم تكن قد طُوّرت بعد، إلا أن ملاحظات سنو دفعته إلى دحض النظرية السائدة. وقد أثبتت مقالته المنشورة عام ١٨٥٥ بعنوان " حول طريقة انتقال الكوليرا" بشكل قاطع دور إمدادات المياه في انتشار وباء الكوليرا في سوهو ، ^{[ ٣٨ ] [ ٣٩ ]} وذلك باستخدام خريطة توزيع النقاط ودليل إحصائي لتوضيح العلاقة بين جودة مصدر المياه وحالات الكوليرا. وقد أقنعت بياناته المجلس المحلي بتعطيل مضخة المياه، مما أدى إلى إنهاء تفشي المرض على الفور.

أدخل قانون مياه العاصمة تنظيم شركات إمداد المياه في لندن، بما في ذلك وضع معايير دنيا لجودة المياه لأول مرة. نص القانون على "ضمان إمداد العاصمة بمياه نقية وصحية"، واشترط "ترشيح جميع المياه بشكل فعال" اعتبارًا من 31 ديسمبر 1855. ^{[ 40 ]} تبع ذلك تشريعٌ للتفتيش الإلزامي على جودة المياه، بما في ذلك التحليلات الكيميائية الشاملة، في عام 1858. وقد أرست هذه التشريعات سابقة عالمية لتدخلات مماثلة في مجال الصحة العامة على مستوى الدولة في جميع أنحاء أوروبا. وفي الوقت نفسه، شُكّلت لجنة الصرف الصحي في العاصمة ، واعتُمدت تقنية ترشيح المياه في جميع أنحاء البلاد، وأُنشئت مآخذ مياه جديدة على نهر التايمز أعلى قفل تيدينغتون . وفي عام 1899، طُوّرت مرشحات الضغط الأوتوماتيكية، حيث تُدفع المياه تحت ضغط عالٍ عبر نظام الترشيح، في إنجلترا. ^{[ 36 ]}

بحلول عشرينيات القرن العشرين، قامت أنظمة المياه البلدية الكبيرة بتركيب مرشحات رملية سريعة، والتي تتطلب مساحات أرضية أصغر مقارنة بالمرشحات الرملية البطيئة. ^{[ 41 ]}

كان جون سنو أول من استخدم الكلور بنجاح لتطهير إمدادات المياه في سوهو التي ساهمت في انتشار وباء الكوليرا. كما استخدم ويليام سوبر الجير المكلور لمعالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن مرضى التيفوئيد عام 1879.

في ورقة بحثية نُشرت عام ١٨٩٤، اقترح موريتز تراوب رسميًا إضافة كلوريد الكالسيوم ( هيبوكلوريت الكالسيوم ) إلى الماء لجعله "خاليًا من الجراثيم". وقد أكد باحثان آخران نتائج تراوب ونشرا أوراقهما البحثية عام ١٨٩٥. ^{[ ٤٢ ]} بدأت المحاولات الأولى لتطبيق الكلورة في محطات معالجة المياه عام ١٨٩٣ في هامبورغ ، ألمانيا، وفي عام ١٨٩٧ كانت مدينة ميدستون ، إنجلترا، أول مدينة تُعالج مياهها بالكامل بالكلور. ^{[ ٤٣ ]}

بدأ استخدام الكلورة الدائمة للمياه عام ١٩٠٥، عندما تسبب مرشح رملي بطيء معيب وتلوث إمدادات المياه في تفشي وباء خطير لحمى التيفوئيد في مدينة لينكولن بإنجلترا . ^{[ ٤٤ ]} استخدم ألكسندر كروكشانك هيوستن الكلورة للحد من الوباء. وقد زودت منشأته المياه بمحلول مركز من كلوريد الجير. ساعدت الكلورة في وقف الوباء، وكإجراء احترازي، استمرت عملية الكلورة حتى عام ١٩١١ عندما تم إنشاء مصدر جديد لإمدادات المياه. ^{[ ٤٥ ]}

بدأ الاستخدام المستمر للكلور في الولايات المتحدة الأمريكية لأغراض التطهير عام ١٩٠٨ في خزان بونتون (على نهر روكاواي )، الذي كان يزود مدينة جيرسي سيتي بولاية نيوجيرسي بالمياه . ^{[ ٤٦ ]} تمت عملية الكلورة بإضافة محاليل مخففة من كلوريد الجير ( هيبوكلوريت الكالسيوم ) بجرعات تتراوح بين ٠.٢ و٠.٣٥ جزء في المليون، مع التحكم في هذه الإضافات. ابتكر جون ل. ليال عملية المعالجة، وصمم جورج وارن فولر محطة الكلورة. ^{[ ٤٧ ]} خلال السنوات القليلة التالية، انتشر استخدام الكلور في تطهير مياه الشرب في جميع أنحاء العالم بسرعة. ^{[ ٤٨ ]}

طُوِّرت تقنية تنقية مياه الشرب باستخدام غاز الكلور المسال المضغوط على يد ضابط بريطاني في الخدمة الطبية الهندية ، وهو فينسنت ب. نيسفيلد، في عام 1903. وفقًا لروايته الخاصة:

خطر لي أن غاز الكلور قد يكون حلاً مُرضياً... إذا وُجدت وسائل مناسبة لاستخدامه... وكان السؤال المهم التالي هو كيفية جعل الغاز قابلاً للنقل. ويمكن تحقيق ذلك بطريقتين: الأولى، عن طريق تسييله وتخزينه في أوعية حديدية مُبطنة بالرصاص، مزودة بفوهة ذات قناة شعرية دقيقة للغاية، ومُجهزة بصنبور أو غطاء لولبي. يُفتح الصنبور، وتُوضع الأسطوانة في كمية الماء المطلوبة. يتصاعد الكلور على شكل فقاعات، وفي غضون عشر إلى خمس عشرة دقيقة يصبح الماء آمناً تماماً. ستكون هذه الطريقة مفيدة على نطاق واسع، كما هو الحال في عربات نقل المياه. ^{[ 49 ]}

قدّم الرائد كارل روجرز دارنال ، أستاذ الكيمياء في كلية الطب بالجيش الأمريكي ، أول عرض عملي لهذه الطريقة عام ١٩١٠. وبعد ذلك بوقت قصير، استخدم الرائد ويليام جيه إل ليستر، من قسم الطب بالجيش، محلول هيبوكلوريت الكالسيوم في كيس من الكتان لمعالجة المياه. ولعقود طويلة، ظلت طريقة ليستر هي المعيار المعتمد للقوات البرية الأمريكية في الميدان والمعسكرات، حيث طُبّقت في شكل كيس ليستر المعروف (أو كيس ليستر). كان الكيس مصنوعًا من القماش ويتسع لـ ٣٦ جالونًا من الماء. وكان مساميًا ومثبتًا بحبال، ويعمل على تنقية المياه بمساعدة محلول هيبوكلوريت الكالسيوم. وكان كل كيس مزودًا بصنبور يُستخدم لضخ المياه للاختبار، بالإضافة إلى توزيعها للاستخدام. وقد شكّل هذا أساس أنظمة تنقية المياه البلدية الحالية . ^{[ ٥٠ ]}