Різні за хімічною і фізичною характеристикою домішки у воді підрозділяються на чотири групи. Основою водопідготовки для кожної групи є процеси, які найактивніше впливають на цю групу домішок.
До першої групи забруднень води відносяться зважені домішки в межах від тонкої суспензії до великих часток (розмір часток більше 10-3 см). До цієї групи відносяться також бактерійні суспензії і інші мікробіологічні забруднення. Видалення цих домішок можна досягти шляхом спеціального освітлення, використовуючи безреагентні і реагентні способи.
Освітлення і часткове знебарвлення води безреагентним способом здійснюється тривалим її відстоюванням, яке займає від 1-2 діб до 1-2 і більше місяців. Такий спосіб використовується відносно рідко і в основному для попереднього очищення води, яка містить велику кількість грубодисперсних домішок. На сьогодні в харчовій промисловості для безреагентного видалення грубодисперсних домішок частіше використовують фільтрування або центрифугування.
Реагентный метод освітлення і знебарвлення води ґрунтується на використанні коагулянтів і флокулянтів. Така обробка води називається коагуляцією, в результаті якої у воді утворюються пластівці із зважених і колоїдних часток.
Після осадження основної маси суспензій подальші процеси освітлення і знебарвлення води завершують фільтруванням, при якому воду пропускають через шар зернистого матеріалу (пісок, антрацит або діоксид кремнію) з гранулами різної величини.
Процес освітлення і знебарвлення води є одним з найбільш поширених при водопідготовці в харчовій промисловості. При цьому вода одночасно звільняється від значної кількості мікроорганізмів (при фільтруванні затримуються 98-99% усіх бактерій), тобто частково знезаражується.
Повне знезараження розглядають як самостійний процес обробки води. При цьому використовують два основні способи – реагентний і безреагентний.
При реагентному способі знезараження води використовують хімічні речовини, які викликають загибель мікроорганізмів (дезінфеканти). Такими реагентами є окисники (хлор, озон та ін.), а також солі деяких металів (в основному срібла).
До безреагентних способів знезараження води відносяться ультрафіолетове випромінювання, ультразвукова, магнітна і надвисокочастотна (НВЧ) обробки, а також дія високої температури, гамма-променів, інші фізичні чинники.
Друга група домішок води включає колоїдні речовини, високомолекулярні сполуки природного походження, мікроорганізми. До неї відносяться різні типи гідрофільних і гідрофобних систем з розміром часток від 10-5 до 10-7 см. Для видалення їх з води використовують обробку хлором, озоном і іншими окисниками з наступною коагуляцією. В результаті зменшується колірність води, руйнуються гідрофільні колоїди, виникають необхідні умови для коагуляції гідрофобних домішок, знищуються шкідливі мікроорганізми.
Видалення колоїдних домішок і знебварвлення води відбувається за допомогою коагулянтів. Ступінь і швидкість гідролізу коагулянтів у воді залежить від її рН, сольового складу і температури. Особливо чутливий до цих чинників алюмінієвий коагулянт, найменш чутливий – залізний коагулянт. Використання змішаного коагулянта дає можливість видаляти ширший спектр забруднень; при цьому коагулянт має переваги кожного з компонентів і дає можливість проводити коагуляцію води в ширшому інтервалі рН і температури. Використання разом з коагулянтами невеликих добавок флокулянтів (активна кремнієва кислота, поліакриламід та ін.) сприяє підвищенню ефекту коагуляції, а саме, прискорює утворення пластівців, покращує їх структуру, призводить до швидкого і ефективного освітлення води.
До третьої групи домішок води відносяться розчини молекулярної міри дисперсності. Це розчинні у воді гази, органічні речовини біологічного походження. В основному до них відносяться неелектроліти або слабкі електроліти з розміром часток 10-7-10-8 см. Для їх видалення найбільш ефективною є аерація, окислення і адсорбція.
Розчинені у воді гази, леткі органічні речовини (легкі нафтопродукти, деякі органічні сірчисті сполуки тощо) досить легко вилучаються шляхом аерації, а також обробкою води відповідними хімічними реагентами. Для видалення сірководню воду в основному обробляють хлором, для зв’язування надлишку вугільної кислоти - розчином вапняку, крейдою або фільтрацією крізь мармурову крихту. При надлишку кисню його видаляють фільтруванням крізь залізну стружку, обробкою сульфітом натрію і іншими реагентами. Розчинені у воді одноатомні і багатоатомні феноли, гумінові речовини і фульво-кислоти розкладаються під впливом різних сильних окисників.
Значну кількість домішок, які відносяться до третьої групи, видаляють з води за допомогою активованого вугілля і діоксиду кремнію. Цей спосіб очищення ґрунтується на тому, що домішки води вступають в молекулярну взаємодію з поверхнею вугілля, де відбуваються окислювально-відновні реакції. На активованому вугіллі добре сорбуються гідрофобні сполуки, до яких відносяться вуглеводні нафти, ароматичні вуглеводні і їх похідні, хлоровані вуглеводні і інші малорозчинні у воді сполуки.
Для звільнення води від низькомолекулярних сполук використовують дрібнопористе вугілля, для видалення речовин з більшими молекулами (сульфокислоти і гумінові речовини) використовують великопористе вугілля.
Видалення запахів і присмаків здійснюють фізичними способами, залежно від їх походження. Неприємні запахи і присмаки природного походження (продукти життєдіяльності мікроорганізмів і їх відмирання) видаляють обробкою води мідним купоросом. Аналогічні результати можна отримати дією сильних окисників (озон, хлор) або різних адсорбентів.
До четвертої групи домішок води відносяться електроліти (менше 10-8 см), видалення яких ґрунтується на зв’язуванні іонів в малорозчинні і слабодисоційовані сполуки. Для видалення домішок четвертої групи широко використовують іонообмінні реакції на поверхні іонообмінних смол. Ці процеси використовуються у випадках, коли іони, які видаляють, необхідно утримати на нерозчинному матеріалі, замінюючи їх іонами, які не небезпечні для подальшого використання технологічної води.
Воду можна звільнити від небажаних іонів і шляхом її випарювання в спеціальних теплообмінниках, переведенням в тверду фазу (виморожування, отримання газогідратів) або додаванням розчинника, який не змішується з водою для утворення двох фаз, використовуючи нерівномірність розподілу іонів між цими фазами, тобто екстракцію.
Пом’якшення води, тобто видалення з неї катіонів кальцію і магнію, які зумовлюють загальну жорсткість води, відбувається термічними, реагент нимиі іонообміннимиспособами.
Термічні методи пом’якшення води ґрунтуються на переведенні гідрокарбонатів кальцію і магнію в малорозчинні карбонати, які повністю осідають при кип’ятінні. Реагентними методамипом’якшення води розчинні солі кальцію і магнію за допомогою хімічних реактивів переводяться в нерозчинні сполуки утворюючи суспензії, які розділяють відстоюванням і фільтруванням. Найбільш поширений спосіб такого пом’якшення води – вапняково-содовий.
Пом’якшення води іонообмінним способом здійснюють фільтруванням через Na+- або Н+-катіоніт, при цьому іони Са2+ і Mg2+, які знаходяться у воді, обмінюються на іони Nа+ або Н+.
За наявності у воді заліза у вигляді гідрокарбонату його видаляють за допомогою аерації з наступним відстоюванням і фільтруванням. Колоїдні органічні сполуки заліза вилучаються хлоруванням з наступною обробкою коагулянтами. Якщо вода містить залізо у вигляді некарбонатних солей, здійснюють її фільтрування через Н+, Na+, Са2+-катіоніти.
Сполуки марганцю (II) окислюють киснем, переводячи його в марганець (III). Марганець (II) також вилучається фільтруванням крізь пісок або піролюзит з попередньою обробкою води вапном для підвищення основності, обробкою залізними коагулянтами або фільтруванням крізь Мn3+-катіоніт.
Для видалення важких металів (свинцю, міді тощо), а також отруйних речовин, які мають високу токсичну дію, використовують підібрані комбіновані способи очищення, які ґрунтуються на процесах дистиляції, фільтрування, коагуляції, окислення, осадження, адсорбції, іонного обміну, а також на процесах метаболізму спеціальних імобілізованих мікроорганізмів.