1. Thành phần hóa học :

   Các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nước tự nhiên có thể tồn tại ở các dạng: Ion hòa tan, khí hòa tan, dạng rắn, lỏng. Do sự phân bố các hợp chất này đã quyết định bản chất của nước tự nhiên: Nước ngọt, nước lợ, hoặc nước mặn, nước giàu dinh dưỡng, nước nghèo dinh dưỡng, nước cứng, nước mềm, nước bị ô nhiễm hay không…

  Các ion hòa tan: Nước tự nhiên là dung môi tốt hòa tan các axit, bazơ và muồi vô cơ .Sự hòa tan các chất(ion) trong nước là yếu tố quyết định đến độ mặn của nước.

  Các khí hòa tan: Hầu hết các chất khí có thể hòa tan hoặc phản ứng vớinước (trừCH₄). Các khí hòa tan trong nước là do sự hấp thụ của không khí và nước, hoặc docác quá trình sinh hóa tạo ra.

  Oxi hòa tan có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của nước(oxi hóa chất hữu cơ trong điều kiện tự nhiên), và đảm bảo sự sống cho sinh vật trong nước.Trong nước oxi ở dạng hòa tan rất ít, khoảng 8 – 10 ppm. Mức độ bảo hòa oxi hòa tan (hay DO) vào khoảng 14 – 15 ppm trong nước sạch ở0⁰C.Nhiệt độ càng tăng, lượngoxi hòa tan càng giảm và bằng 0 ppm ở100⁰C. Thường nước ít khi bảo hòa oxi, mà chỉkhoảng 70 -80% so với mức bảo hòa.

  Khí cacbonic mặc dù chỉ chiếm 0,03% trong khí quyển nhưng đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong nước. Khi CO­₂ hoà tan trong nước tạo ra các ionhiđrocacbonat và cacbonat :HCO₃^-,CO₃²-.Nồng độ CO₂ trong nước phụ thuộc vào pH. pH thấp,CO₂  ở dạng khí, ở pH từ 8 -9 dạng hiđrocacbonat, pH>10 ở dạng cacbonat

                          CO₂  +  H₂O  ↔ H₂CO₃

                          H₂CO₃  ↔HCO₃^- + H⁺         (pH=4,5)

                          HCO₃^-  ↔ CO₃^2-  + H⁺        (pH=8,3)

Sự tồn tại trong nướcCO₂, CO₃^2-, HCO₃^- theo một tỷ lệ nhất định gọi là trạng thái cânbằng.Nó quyết định sự ổn định của nước, tránh hiện tượng xâm thực củaCO₂ và cáchiện tượng lắng cặn của muối cacbonat.

          Các chất rắn : Bao gồm các thành phần vô cơ, hữu cơ và sinh vật đượcphânthành 2 loại dựa vào kích thước:

+ Chất rắn có thể lọc được loại có đường kính <= 10-6m

+ Chất rắn không thể lọc: loại có đường kính >= 10-6m

          Các chất hữu cơ : dựa vào khả năng bị phân hủy do vi sinh vật trong nứơc, ta có thể phân làm 2 nhóm:

+các chất dễ bị phân hủy sinh học(hoặc các chất tiêu thụ ô xi) như các chất đường,chất béo, protein, dầu mỡ động thực vật. trong môi trường nước các chất này dễ bị vi sinh vật phân hủy thành muối và nước .

+ các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học như các chất clo hữu cơ, ĐT, linden, anđrin, PCB(policlorobiphenyl) ,các hợp chất đa vòng ngưng tụ như piren,naphtalen, anthraxen,đioxin…. Đây là những chất có độc tính cao, lại bền trong môi trường nước , có khả năng gây tác hại lâu dài cho đời sống sinh vật và sức khỏe con người.

2. thành phần sinh học của nước:

  Thành phần và mật độ các loài cơ thể sống trong nguồn nước phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm, thành phần hóa học nguồn

nước, chế độ thủy văn và địa hình nơi cư trú. Một số loại sinh vật có ý nghĩa về chỉ thị ô nhiễm nguồn nước được giới thiệu sơ lược như sau:

 - vi khuẩn (bacteria): là các loại thực vật đơn bào, không màu, có kích thước từ 0,5 – 5 μm, chỉ có thể quan sát được bằng kính hiển vi. Chúng có dạng hình que, hình cầu hoặc hình xoắn. tồn tại ở dạng đơn lẻ, dạng cặp hay liên kết thành mạch dài. Chúng sinh sản bằng cách tự phân đôi với chu kì 15 – 30 phút trong điều kiện thích hợp về dinh dưỡng, oxi và nhiệt độ.

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ, hỗ trợ quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, do vậy nó có ý nghĩa về mặt sinh thái. Phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm 2 nhóm chính:

+ vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic) là vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện quá trình sinh tổng hợp.Có 3 loại vi khuẩn dị dưỡng:

Vi khuẩn hiếu khí (acrobes) cần oxi hòa tan khi phân  hủy chất hữu cơ để sinh sản và phát triển.

CH₂O  +  O₂  →  CO₂  +  H₂O  +  E

• Vi khuẩn kị khí (anaerobes) là loại vi khuẩn xúc tác oxi hóa chất hữu cơ không cần oxi, vì chúng có khả năng sử dụng oxi liên kết các hợp chất nitơrat, sunphat.

CH₂O  +  NO₃^-  →  CO₂   +  N₂  +  E

CH₂O  +  SO₄^2-  →  CO₂  +  H₂S  + E

• Vi khuẩn tùy nghi (facultative) có thể phát triển trong điều kiện có oxi hoặc không có oxi tự do.Loại này luôn có mặt và hoạt động trong hệ thống xử lý nước thải kị khí và hiếu khí.

+ Vi khuẩn tự dưỡng (autotrophic) là loại vi khuẩn có khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng khí CO₂ làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp.

Trong chu trình nitơ, có quá trình phải nhờ vi khuẩn cố định đạm chuyển nitơ tự do thành nitơ liên kết:

  3CH₂O  +  2N₂  +  3 H₂O  +  4H⁺ →3 CO₂  + 4NH₄⁺

Cũng có loại vi khuẩn đóng vai trò xúc tác cho sự oxi hóa Fe(II) thành Fe(III).

                  4Fe²⁺  + 4H⁺  + O₂  →  4Fe³⁺ +2H₂O

Các vi khuẩn lưu huỳnh có khả năng chịu được pH thấp và có thể oxi hóaH₂Strongnước thành axit sunphuric gây ăn mòn các vật liệu xây dựng.

+ Siêu vi trùng (virus) loại này có kích thước nhỏ (20 -100 nm) là loại ký sinh nội bào.khi xâm nhập vào tế bào vật chủ thực

hiện chuyển hóa tế bào để tổng hợp protein và axit nucleic của siêu vi trùng mới.

+ Tảo là loại thực vật đơn giản nhất có khả năng quang hợp.Chúng là loại sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng cacbonic hoặc cacbonat làm nguồn cacbon sử dụng các chất dinh dưỡng vô cơ như photphat và nitơ để phát triển. Người ta có thể dùng tảo làm chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng nước tự nhiên.

3. Các phức chất trong nước:

        Trong thành phần của nước có mặt hầu hết các nguyên tố của đất dưới các muối hoặc các phức chất.Ví dụ :CdCl₂⁺; CdCl₄²⁺. Ngoài ra còn có các phức chất tựnhiên như là các hợp chất của axit.Ví dụ: Axit humic (bùn). Các phản ứng sinh tổng hợp,các chất thải hóa học từ các khu công nghiệp, các cơ sở sản xuất hóa học, khi vào nước có khả năng liên kết với các ion kim loại để tạo ra các phản ứng của hợp chất humic là thành phần không suy giảm, suy biến được tạo nên do quá trình phân hủy thực vật tạo thành những chất lắng trên đầm lầy, các lớp trầm tích của nước và có ở bất kỳ nơi nào có thực vật bị phân hủy. Đây là những hợp chất cao phân tử có trọng lượng lớn chúng không tồn tại riêng lẻ mà liên kết với nhiều phân tử hình thành một bộ khung và chỉ bị hiđrat hóa thành các hợp chất bùn. Nhìn chung thành phần của các hợp chất humic là:

          Cacbon từ          45 – 50%

          Oxi từ                35 – 45%

          Hiđro từ             3 – 6%

          Lưu huỳnh từ       0 – 1%

          Nitơ từ                1 -5%