水处理的方式包括物理处理和化学处理及生物处理。
人类进行水处理的方式已经有相当多年历史，物理方法包括利用各种孔径大小不同的滤材，利用吸附或阻隔方式，将水中的杂质排除在外，吸附方式中较重要者为以活性炭进行吸附，阻隔方法则是将水通过滤材，让体积较大的杂质无法通过，进而获得较为干净的水。另外，物理方法也包括沉淀法，就是让比重较小的杂质浮于水面捞出，或是比重较大的杂质沉淀于下，进而取得。化学方法则是利用各种化学药品将水中杂质转化为对人体伤害较小的物质，或是将杂质集中，历史最久的化学处理方法应该可以算是用明矾加入水中，水中杂质集合后，体积变大，便可用过滤法，将杂质去除。
1. 沉淀过滤法
这是一种最原始的过滤方法，它是依靠水中微粒杂质的自身重量下沉来达到分离的目的。常用于水中杂质颗粒较大的场所，如江河湖水的初步自然澄清过滤。
2. 蒸馏法
蒸馏法是把水加热，变成气体，分出混入气相中的低沸点成分或飞沫成分，低沸点气体放于大气中。不挥发性不纯物残留于液相中，成为浓缩液排出。如此把水精制成高纯度的水。
此法耗电耗水量很大，且使用时需有人看守，使用不方便，现已较少使用。
3. 薄膜微孔过滤(MF)法
薄膜微孔过滤法包括三种形式：深层过滤、筛网过滤、表面过滤。
深层过滤是以编织纤维或压缩材料制成的基质，利用隋性吸附或是捕捉方式来留住颗粒，如常用的多介质过滤或砂滤;深层过滤是一种较为经济的方式，可去除98%以上的悬浮固体，同时保护下游的纯化单元不会被堵塞，因此通常做为预处理。
表面过滤则是多层结构，当溶液通过滤膜时，较滤膜内部孔隙大的颗粒将被留下来，并主要堆积在滤膜表面上，如常用的PP纤维过滤。表面过滤可去除99.9%以上的悬浮固体，所以也可作为预处理或澄清用。
筛网滤膜基本上是具有一致性的结构，就象筛子一般，将大于孔径的颗粒，都留在表面上(这种滤膜的孔量度是非常精准的)，如超纯水机终端使用的用点保安过滤器;筛网过滤微孔过滤一般被置于纯化系统中的最终使用点，以去除最后的残留微量树脂片、碳屑、胶体和微生物。
4、活性炭吸附法
活性炭依靠吸附和过滤作用主要去除水中的异色、异味、余氯、残留消毒物等有机物杂质。
5. 电渗析
渗析是一种物理现象。如将两种不同浓度的盐水，用一张渗透膜隔开，浓度高的盐水中的溶质如无机盐离子通过膜向浓度低的盐水中渗透，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。因为是以浓度差作为推动力，扩散速度始终是比较慢的。如果要加快这个速度，就可以在膜的两边加一直流电极。电解质在电场的作用下，会加快迁移的速度，这就称为电渗析。
电渗析耗电量大，且渗析膜片易坏，在反渗透技术出现后已很少使用。
6. 离子交换(IX)法
离子交换法的原理是将原水*中的无机盐阴阳离子如钙离子Ca2+、镁离子Mg2+、硫酸盐SO42-、硝酸盐NO3-等，通过与离子交换树脂交换，使水中的阴、阳离子与树脂中的阴阳离子相交换，从而使水得到软化或纯化。
注1：原水是指相对于每一个过滤单元而言，其进水就称为原水。
离子交换树脂*分为阴离子树脂(R-OH)和阳离子树脂(H-R和Na-R)两种，其中阳离子树脂根据其活性基团的不同而分为钠型树脂(Na-R)和氢型树脂(H-R)。钠型树脂常用于水质软化，氢型树脂常和阴离子树脂R-OH一起配合使用，以去除水中的无机盐阴阳离子，使水质纯化为超纯水。
注2：离子交换树脂指离子交换树脂的高分子基团通常以R表示。
纯化过程：
如以H-R代表氢型阳树脂，其纯化水质的交换过程如下：
2H-R+Ca2+ = R2Ca + 2H+
2R-OH+ SO42- = R2SO4 + 2OH-
以上过程中生成的H+ 和OH- 再反应：
H+ + OH- =H2O
即水质通过离子交换器后，水中的无机盐阴阳离子被置换成H2O，达到纯化的目的。
软化过程：
如以Na-R代表钠型树脂，其交换过程如下：
2Na-R+Ca2+=R2Ca+2Na+
2Na-R+Mg2+=R2Mg+2Na+
即水质通过钠离子交换器后，水中的Ca2+、Mg2+被置换成Na+，达到软化的目的。
再生过程：
离子交换树脂使用一段时间后，树脂中的离子被交换完全后，达到饱和程度，失去离子交换能力，此时就需要对树脂进行再生。
软化树脂需要用Nacl即食盐溶液进行再生，再生过程的化学反应与上述软化过程的离子交换反应正好相反。
纯化水用阳树脂需要用酸进行再生，阴树脂需要用碱进行再生。再生过程的化学反应与上述纯化过程的离子交换反应正好相反。
7. 超过滤(UF)法
微孔薄膜是依其过滤孔径的大小来去除微粒，而超滤(UF)薄膜则像一个分子筛，它以尺寸为基准，让溶液通过极微细的孔，以达到分离溶液中不同大小分子之目的。
超滤膜是一种强韧、薄、具有选择性的通透膜，通常认为其过滤孔径约为0.01μm，可截留某种特定大小以上的分子，包括：胶质、微生物和热源。较小的分子，例如：水和离子，都可通过滤膜。
超滤法常用于果汁浓缩、中草药提取、反渗透的预处理、超纯水的终端保安过滤等。
8.反渗透(RO)法
一种高新膜分离技术。它是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透水而不能透过溶质的选择性，从含有各种无机物、有机物、微生物的水体中，提取纯水的物质分离过程。反渗透膜的孔径小于10埃(1埃等于10-10米)，具有极强的筛分作用，其脱盐率高达99%，除菌率大于99.5%。可去除水中的无机盐、糖类、氨基酸、细菌、病毒等杂质。现已广泛应用于海水的淡化处理、纯净水的生产，超纯水的制备、及其它以细菌、热原、胶体、微粒和有机物为去除目的的先进工艺。
如果以原水水质及产水水质为基准，经过适当设计后，RO是将自来水纯化的最经济的有效方法，同时也是超纯水系统最好的前处理方法。
9.紫外线(UV)、臭氧灭菌法
紫外灯所放射出来的254nm的紫外线是一种有效的杀菌方法，因为细菌中的DNA及蛋白质会有吸收紫外线导致死亡。
紫外线灭菌法
臭氧灭菌法：采用臭氧发生器产生臭氧，加入纯水中，灭菌效果极好。
10、EDI法
一种新的去离子水处理方法。又称连续电除盐技术，EDI装置将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元。这种方法不需再用酸碱对树脂进行再生，环保性好。
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