Các chất gây ô nhiễm nước
Bất kỳ quy trình xử lý nước mặt nào cũng đều phụ thuộc vào các chất gây ô nhiễm có trong nước. Các chất gây ô nhiễm nước mặt được phân thành năm loại chính: khoáng chất, độ đục, vi khuẩn, mùi vị và mùi hôi, màu sắc.
Khoáng chất: Các khoáng chất gây ô nhiễm trong nước là do các chất ô nhiễm vô cơ, thường là kim loại hòa tan và khí hòa tan. Kim loại hòa tan gây ô nhiễm phổ biến là sắt và mangan, làm cho nước giếng khoan có màu vàng khi tiếp xúc nhiều với oxy, có mùi tanh. Khí cacbon dioxit gây ra các vấn đề ăn mòn, khí hydrogen sulfide gây ra mùi hôi, mùi trứng thối cho nước.
Độ đục
Bùn và đất sét chủ yếu làm cho nước bị đục. Một số hạt đất sét rất nhỏ không dễ dàng loại bỏ bằng lọc, các hạt lơ lửng trong nước được gọi là các hạt keo, hầu hết các hạt này mang điện tích âm nên chúng đẩy nhau. Vì vậy để có thể loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước gây ra độ đục trong nước phải vô hiệu hóa bằng các hạt mang điện tích và kết dính chúng lại với nhau cho đến khi hạt có kích thước lớn hơn được hình thành để có thể loại bỏ dễ dàng hơn
Ô nhiễm vi sinh vật
Do đặc điểm nguồn nước nên nước mặt thường bị ô nhiễm, sự hiện diện có thể của động vật nguyên sinh như giardia hoặc cryptosporidium có thể ảnh hưởng đến cả quá trình xử lý do nhu cầu chất khử trùng tăng lên và thời gian tiếp xúc kéo dài. Độ đục cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình khử trùng do vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh có thể ẩn náu dưới các hạt keo lơ lửng trong nước. Điều này làm giảm hiệu quả khử trùng.
Vị và mùi
Nguyên nhân chính của nước có vị và mùi trong nước mặt là do tảo, đây là hợp chất hữu cơ gây ra rêu hoặc mùi tanh, ngoài ra sự hiện diện của sắt trong nước cũng làm cho nước có mùi tanh. Phổ biến nhất nguồn gốc của hương vị và mùi hôi trong nước ngầm là hóa chất vô cơ. Khí hydro sunfua gây ra mùi hôi, mùi trứng thối trong nước.
Màu sắc
Nước có màu thường gặp ở nước mặt là do các hợp chất hữu cơ trong nước gây ra bởi thảm thực vật mục nát. Những hợp chất hữu cơ như thuốc nhuộm hòa tan trong nước và không thể được loại bỏ bằng lọc như độ đục, khi nước có lá rơi axit tannic được rửa trôi làm cho nước có màu hơi nâu. Sự phân hủy thực vật thủy sinh hoặc mùn có thể tạo ra màu xanh lá cây cho nước. Đối với nước ngầm màu sắc có thể gây ra bởi sắt hoặc mangan bị oxy hóa làm cho nước có màu đỏ hoặc đen tương ứng.