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Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen sind in der Regel die Einrichtungen mit dem höchsten Chemikalienvolumen in einer Gemeinde. Diese Anlagen entnehmen das lokale Quellwasser – sei es Seen, Flüsse, Stauseen (Oberflächenwasser) oder Brunnen und Grundwasserleiter (Grundwasser) – und machen es trinkbar. Auf der anderen Seite kombinieren Kläranlagen Abwasser, Industrieabwässer und Regenwasser und bereiten es für die sichere Rückführung in Flüsse und Seen auf. In jedem Fall bestimmt der Zustand des einfließenden Wassers, welche Chemikalien benötigt werden, um es für den öffentlichen Gebrauch sicher zu machen oder es an nachgelagerte Nutzer zurückzugeben.
Die gebräuchlichste Sequenz zur Aufbereitung von Trinkwasser besteht darin, einfließendes Wasser mit Koagulanzien zu mischen, um Partikel in Sedimentationsbecken abzuscheiden. Anschließend wird das oberflächliche abgesetzte Wasser abgeschöpft und zur Filtration und Desinfektion weitergeleitet.
Abwasser durchläuft einen ähnlichen Prozess, wobei suspendierte Feststoffe abgeschieden und der klarste Teil desinfiziert und gefiltert wird, bevor er weitergeleitet wird. In jedem Fall ist der Prozess eine Mischung aus mechanischen (Abscheiden von Feststoffen) und chemischen Verfahren. Die eingesetzten Chemikalien hängen von den Kosten und dem Zustand des zu behandelnden Wassers ab.
In diesem Schritt haben im Wasser suspendierte Partikel ein Gleichgewicht zwischen ihrem Gewicht und ihrem Auftrieb gefunden. Koagulanzien machen diese suspendierten Partikel „klebrig“ und veranlassen sie, zu schwereren Klumpen zusammenzubleiben. Diese Massen haben dieses Gewichts-/Auftriebsgleichgewicht nicht mehr und neigen dazu, auf den Boden eines stillen Beckens zu sinken, wobei sie ähnliche Partikel mit sich reißen, während sie herabsinken.
Die zur Fällung eingesetzten Chemikalien sind auf die Wasserbeschaffenheit (pH-Wert, Temperatur und Partikelarten) sowie auf die Kosten abgestimmt. In den Vereinigten Staaten ist Alaun der gebräuchlichste Koagulans/Fällmittel. Aufgrund der pH-Empfindlichkeit von Alaun (Alkalinität) zwingen die Wasserbedingungen Behandlungsanlagen dazu, Kalk (Calciumcarbonat), Phosphate und Polymere einzusetzen – entweder einzeln oder in Kombination – um dieselben Ergebnisse zu erzielen.
Bei weitem ist Chlor das gebräuchlichste Desinfektionsmittel für die Wasseraufbereitung im Land. Es wird in pulverförmiger, flüssiger und gasförmiger Form verwendet. Wasserbedingungen wie Temperatur und pH-Wert sowie die Kosten bestimmen im Allgemeinen, in welcher Form das Chlor zugeführt wird.
Sehr beliebt in Europa und zunehmend in den USA im Einsatz ist Ozon als primäres Desinfektionsmittel. Ozon ist eine instabile gasförmige Substanz, die durch das Leiten von hochreinem Sauerstoff durch eine elektrische Korona erzeugt wird, um Sauerstoff aufzuteilen und Ozon neu zu bilden. Ozon hat eine Halbwertszeit von etwa 20 Minuten, sodass es in der Nähe des Ortes erzeugt werden muss, an dem es zur Behandlung ins Wasser eingeleitet wird. Es oxidiert wassergetragene Organika sowie viele kolloidale Metalle. Da der Oxidationsprozess ein chemischer Prozess ist, wird die Verwendung von Ozon zur Wasseraufbereitung am häufigsten und zu Recht als chemischer Behandlungsstufe betrachtet.
Chlor und Ozon machen den Großteil der Desinfektionsprozesse aus. Weitere Desinfektionsstufen umfassen Umkehrosmose und UV-Lichtsterilisation, wobei keines davon ein chemischer Prozess ist.
Die Wasseraufbereitung in den USA erfordert die Zugabe von Fluoridierungschemikalien zum Trinkwasser. Dies soll die Zahngesundheit der Verbraucher verbessern, insbesondere die von Kindern. Die dem Trinkwasserbehandlungsprozess zugesetzten Fluoridchemikalien hängen vom pH-Wert des Wassers und den Kosten ab.
Da die Wasseraufbereitung stark von den Bedingungen des Quellwassers abhängt, kann eine große Auswahl an Algenziden, Bakterienbehandlungen, Metallreinigungs- und gezielten Anti-Protozoen-Chemikalien zugesetzt werden, um spezifische Zustände zu behandeln. In den meisten Fällen muss der Behandlungsprozess eine anschließende Stufe umfassen, um das spezifische Chemikalien zu entfernen. Häufig in diesen Fällen ist die Verwendung von Kupfer(II)-sulfat zur Abtötung von Algen in Seen und Stauseen, gelöstem Sauerstoff zur Fällung kolloidaler Metalle und Fungiziden, um Rohrleitungen frei von Ablagerungen zu halten. Lokale Chemiehändler sind mit den örtlichen Wasserbedingungen und Behandlungen am vertrautesten.
Wenn Wasserbedingungen mit Spezialchemikalien schwierig oder teuer zu behandeln sind, ist die häufigste Alternative die Verwendung von Hochreinheits-Membranfiltration. Mikro- oder Ultrafiltration entfernt Bakterien, kolloidale Metalle und Viren aus dem Wasser. Extreme Bedingungen können die Umkehrosmose (RO)-Filtration zu einer kosteneffektiven Alternative zur chemischen Behandlung machen. Im Gegensatz zu chemischen Behandlungen sind diese weniger empfindlich gegenüber den Wasserbedingungen.
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