Chemické složení v přirozených vodách
Možné chemické složení v přirozených vodách je možné rozdělit na anorganické (minerální) a organické.
Minerální látky
Hlavní příčinou obsahu minerálních nečistot v povrchových vodách jsou v první řadě splachy z povodí. Díky nim se do vody dostávají hlinitokřemičitany, především jílové minerály (illit, montmorillonit, kaolinit, aj.), zeolity a živce. Mezi další nežádoucí anorganické nečistoty řadíme hydratované oxidy kovů (železa a manganu). Vyjmenované látky (o velikosti částic cca 0,1 až 40,0 μm) jsou hlavním zdrojem zákalu v povrchových vodách.
Sloučeniny hliníku
V přírodních vodách se hliník vyskytuje například v podobě jílových minerálů albitu NaAlSi3O8 nebo anortitu CaAl2Si2O8. Dále se můžeme setkat s kamencovými břidlicemi (amonno-hlinitými nebo draselno-hlinitými) nebo bauxitem AlO(OH). Ve vodách se má hliník nejčastěji podobu koloidní disperze nebo se vyskytuje ve formě rozpuštěné (hexaaquahlinitý kation v kyselých vodách). Typickou vlastností hliníku je významná tvorba komplexů s huminovými látkami, která dosahuje maxima při pH = 6.
Sloučeniny železa
Železo se vyskytuje ve vodách v oxidačním stupni II nebo III ve formě rozpuštěné nebo nerozpuštěné, přičemž jeho forma výskytu závisí na hodnotě pH, oxidačně-redukčním potenciálu a přítomnosti komplexotvorných látek. Mezi železné rudy řadíme pyrit FeS2, krevel Fe2O3, magnetovec Fe3O4, limonit Fe2O3·H2O a siderit FeCO3. Ve stojatých povrchových vodách (nádrže a jezera) dochází k vertikální stratifikaci železa. Při letní a zimní stagnaci lze u dna zaznamenat koncentrace železa někdy až v hodnotě desítek mg·l−1, zatímco u hladiny mohou být naměřeny jen setiny mg·l−1. Na jaře a na podzim dochází k promíchávání obsahu nádrže, železo se dostává k hladině a při styku s rozpuštěným kyslíkem oxiduje na FeIII a následně hydrolyzuje. Vzniká hydratovaný oxid železitý, který sedimentuje. V případě anoxických podmínek u dna nádrže probíhá redukce FeIII na FeII a koloběh se opakuje.
Sloučeniny manganu
Mangan se vyskytuje v přírodě v podobě manganových rud – burel či pyroluzit MnO2, braunit Mn2O3, hausmanit Mn3O4, manganit MnO(OH) a dialogit (MnCO3). Ve vodách lze mangan pozorovat ve formě rozpuštěné i nerozpuštěné především v oxidačních stupních II, III a IV. Dvojmocný mangan je však ve vodách s obsahem kyslíku nestabilní, rychle se oxiduje a hydrolyzuje. Vzniká směs oxidů a hydroxidů označovaná symbolem MnOx. Mangan se stejně jako železo účastní vertikální stratifikace v nádržích a jezerech.
Sloučeniny křemíku
Křemík je druhým nejčastěji se vyskytujícím prvkem v přírodě. Je součástí minerálů (živce, slídy, pyroxeny, amfiboly, aj.) a do vody se dostává díky zvětrávání křemičitanů a hlinitokřemičitanů. Další příčinou původu křemíku ve vodách je rozpouštění amorfního a krystalického SiO2. V přírodních vodách (pH < 9) se křemík vyskytuje zejména rozpuštěný ve formě kyseliny tetrahydrogenkřemičité H4SiO4 a zčásti ve formě koloidní. Hygienický význam křemičitanů je malý, proto se ve vodách běžně nestanovují, ačkoli jsou vždy přítomny.
Sloučeniny vápníku a hořčíku
Vápník a hořčík se do vody dostávají především rozpouštěním vápence CaCO3, magnezitu MgCO3, dolomitu CaCO3·MgCO3, sádrovce CaSO4·2H2O a zvětráváním hlinitokřemičitanů (anortitu CaAl2Si2O8, chloritu Mg5Al2Si3O10(OH)8 atd.). Tyto procesy jsou podporovány obsahem CO2 rozpuštěného ve vodě. V přírodních vodách se hořčík vyskytuje v koncentracích od jednotek do několika desítek mg·l−1, vápník je zastoupen ve větším množství, a to v koncentracích od desítek do několika set mg·l−1.
Přírodní organické látky
Přírodní organické látky, jakožto podstatná složka povrchových vod, se označují zkratkou NOM (Natural Organic Matter). Dělí se dle velikosti částic na rozpuštěné organické látky (DOM – Dissolved Organic Matter) o velikosti do 0,45 μm a nerozpuštěné organické látky (POM/SOM – Particulate/Suspended Organic Matter), jejichž rozměry překračují uvedenou hranici. Pro úpravu vody jsou podstatné DOM, což je směs aromatických a alifatických uhlovodíkových struktur s mnoha různými typy funkčních skupin (hydroxylové, karboxylové, amidové atd.). Mohou se do vody dostávat z okolního prostředí nebo v ní mohou přímo vznikat. DOM mohou být tvořeny huminovými látkami (huminové kyseliny a fulvokyseliny), které ve vodách převládají, nebo látkami nehuminového charakteru (hlavně proteiny a sacharidy). Vyšší koncentrace nehuminových látek jsou ve vodě obsaženy ve vegetačním období a při rozvoji fytoplanktonu. Označují se jako AOM – Algal Organic Matter.
Huminové látky
Huminové látky jsou vysokomolekulární polycyklické sloučeniny s převážně aromatickým charakterem. V jejich struktuře se často vyskytují funkční skupiny karboxylové a hydroxylové, ale i methoxylové a karbonylové. V rámci obsahu jednotlivých prvků jsou přítomny uhlík, kyslík, vodík, dusík, ale i síra. Huminové látky jsou problémem ve vodních zdrojích z hlediska organoleptických vlastností – zapříčiňují hnědé zabarvení vody. Jejich přítomnost může být také zdrojem trihalogenmetanů (TMH), které vznikají při hygienickém zabezpečení vody pomocí chloru. Podle chemických a fyzikálně-chemických vlastností lze huminové látky rozdělit na humusové kyseliny (huminové kyseliny, fulvokyseliny a případně i hymatomelanové kyseliny), huminy a humusové uhlí. V přírodních vodách převažují fulvokyseliny z důvodu jejich vyšší rozpustnosti. Vody s vysokým obsahem huminových látek vykazují kyselý charakter, protože makromolekuly těchto sloučenin mají záporný náboj, který je způsoben přítomností funkčních skupin (především karboxylových a hydroxylových). Kyselost huminových látek se zvyšuje s rostoucí polaritou molekul. Významnou vlastností huminových látek je jejich schopnost tvořit komplexy zejména s vícemocnými kationty. Pro vody s přítomností huminových látek je typický nízký obsah vápníku, hořčíku a hydrogenuhličitanových iontů, dále nízká hodnota pH a KNK4,5, ale naopak zvýšený obsah hliníku. U těchto vod bývají často negativně ovlivněny barva, chuť a zápach. Při úpravě vody s obsahem huminových látek lze jejich destabilizaci provést dvěma způsoby. Buď se provede neutralizace jejich náboje pomocí hydroxopolymerů obsažených v destabilizačním činidle (kationtové polyelektrolyty, chitosan, tanin) nebo lze využít adsorpce huminových látek na sraženiny hydroxidů železa či hliníku (síran hlinitý, polyaluminium chlorid, polyaluminium sulfát).
AOM
AOM vznikají během životních pochodů organismů (řas a sinic) a tvoří významný podíl NOM v povrchových vodách. Dělíme je na extracelulární organické látky (EOM – Extracellular Organic Matter), které mají původ v metabolických pochodech organismů, a na celulární organické látky (COM – Cellular Organic Matter), které se do vody dostávají díky odumírání buněk řas a sinic. Součástí AOM mohou být sacharidy, dusíkaté látky (aminokyseliny, oligopeptidy, proteiny), organické kyseliny (kyselina glykolová), tuky a mastné kyseliny, fenolové sloučeniny, organické fosfáty, těkavé látky (aldehydy, ketony) a toxiny. Konvenční proces úpravy vody je značně ovlivněn přítomností těchto látek. AOM mají nepříznivé účinky na destabilizaci a agregaci ve vodě se vyskytujících znečišťujících příměsí (v závislosti na pH). Kromě toho dochází k tvorbě vedlejších produktů při chloraci vody – trihalogenmetanů (THM) a halogenderivátů kyseliny octové (HAA).