地球表面上水的覆盖面积约占3/4。水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。水是一切生命机体的组成物质，是生命发生、发育和繁衍的源泉。水是生物体新陈代谢的一种介质，生物从外界环境中吸收养分，通过水将各种养分物质输送到机体的各个部分，又通过水将代谢产物排出机体之外，因此水是联系生物体的营养过程和代谢过程的纽带，水参与了一系列的生理生化反应，维持着生命的活力。水还对生物体起着散发热量、调节体温的作用。水是人体（以及各种生物体）中含量最多的一种物质，约占体重的2/3。每人每天约需5升水，没有水就没有生命。
生产和生活用水，基本上都是淡水。地球上全部地面和地下的淡水量总和仅占总水量的0.63％。随着社会发展和人们生活水平的提高，生产和生活用水量在不断上升。人类年用水量已近4万亿立方米，全球有60％的陆地面积淡水供应不足，近20亿人饮用水短缺。联合国早在1977年就向全世界发出警告：水源不久将成为继石油危机之后的另一个更为严重的全球性危机。近年来多种渠道的报导都在告诫我们人类面临水源危机。据估计，全球对水的需求，每20年将增加一倍，但水的供应却不会以这种速度增加。目前拥有世界人口40％的约80个国家正面临水源不足，并使其农业、工业和人民的健康受到威胁。人类不但需水量大，且随着工农业的迅速发展和人口增长，排放的废污水量也急剧增加，使许多江、河、湖、水库，甚至地下水等都遭受不同程度的污染，使水质下降。而水质的优劣直接关系到工农业生产能否正常进行，关系到水生生物的生长，更关系到人体的健康，因此，水质的优劣极为重要。
天然水可分为降水、地表水和地下水三大类。天然水体又是江、河、湖、海等水体的总称。所有的天然水体总是要和外界环境密切接触，它在运动过程中，会将接触到的大气、土壤、岩石等所含多种物质挟持或溶入，使自身成为极其复杂的体系。大多数天然水体的pH值为3～9，其中河水pH值为4～7，海水pH值为7.7～8.3。天然水体中通常含有三大类物质，即悬浮物质、胶体物质和溶解物质，如表1－2所列。
分类主要物质
悬浮物质细菌，病毒，藻类及原生动物，泥沙，粘土等颗粒物胶体物质硅，铝，铁的水合氧化物胶体物质，粘土矿物胶体物质，腐殖质等有机高分子化合物溶解物质氧，二氧化碳，硫化氢，氮等溶解气体，钙，镁，钠，铁，锰等离子的卤化物，碳酸盐，硫酸盐等盐类，其他可溶性有机物水的化学式为H2O。纯水是一种无味无色的液体。天然水多呈浅蓝绿色。水是氧的氢化物，与同周期的同族的一些元素的氢化物（如H2S，CH4等）相比，水的许多物理常数均表现出“异常”。如水的生成热很高，所以其热稳定性很大，在2000K的高温下离解度不足1%。
水的冰点为0℃（273.15K），沸点为100℃（373.15K），所以在常温下，水为液态。
温度改变时，水的体积变化也不寻常，它在0℃～4℃范围内，一反“热胀冷缩”的普遍规律，而是在4℃时密度最大，高于或低于此温度时，密度都较小，因此当水结冰时，体积反而胀大而变轻，所以冰浮在水面上。水的这一特性，对自然界水下生命的保护有着十分重要的意义，当冬季河流、湖泊冰封水面时，反而保护了水下生物的生存。
在一般液体物质中，除汞以外，水具有的表面张力最大。植物通过水的毛细管作用获得水分及养分，土壤也是通过毛细管作用来保持水分的。
水的特殊的理化性质，是与水分子的极性分不开的。在H2O分子中，两个O－H键间的键角为104.5°，因此H2O分子是一个极性分子。由于氢键的存在，冰和水具有很多不寻常的性质。H2O分子中每个氢原子都参与形成氢键，使H2O分子之间构成一个四面体向的骨架结构。每一个氧原子周围有4个氢原子，其中2个H是与O共价结合，另外2个H离得稍远，通过氢键与O键合，由此形成一个有很多“空洞”的结构，从而使冰的密度小于水，所以冰浮于水面。当冰在冰点溶化时，部分氢键被破坏，冰的骨架结构总体崩溃而变成水，但这时液态水中仍有大量氢键存在。
温度升高，上述平衡向吸热方向移动，即向左移动，缔合程度减少，在到达水的沸点时只有少数的缔合水分子。温度降低，平衡右移，水的缔合作用增大。水在4℃时的缔合作用最大，即此温度下，这些H2O分子堆积最紧密，此时水的摩尔体积最小（1.0008mol？cm-3），故窟度最大。破坏水分子的缔合结构时，要消耗较多的能量，故冰的熔化热、熔点、水的比热、沸点及冷化热等性质和其他元素的氢化物相比，都高得多。
水体污染主要指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值。水体污染会严重危害人体健康，据世界卫生组织报导，全世界75％左右的疾病与水有关。常见的伤寒、霍乱、胃炎、痢疾和传染性肝炎等疾病的发生与传播都和直接饮用污染水有关。
水体污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染，而后者是主要的。自然污染主要是自然因素所造成，如特殊地质条件使某些地区有某些或某种化学元素的大量富集，天然植物在腐烂过程中产生某种毒物，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体，都会影响该地区的水质。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废污水对水体的污染，包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水等。此外，废渣和垃圾倾倒在水中或岸边，或堆积在土地上，经降雨淋洗流入水体，都能造成污染。
排入水体的污染物种类繁多，分类方法各异。一般可按污染物组成分为无机污染物、有机污染物和农药污染物等，见表1－3。
无机污染物含氟，氮，磷，砷，硒，硼，汞，镉，铬，锌，铅等化合物有机污染物酚，氰，多氯联苯（PCB）、稠环芳烃（PAH），取代苯类化物农药污染物DDT，六六六，敌百虫，敌敌畏等酸性或碱性物质进入水体使水的pH值发生变化，酸、碱在水体中可彼此中和，也可分别和地表物质发生反应生成无机盐类，由此引起水体中酸、碱、盐浓度超过正常量使水质变坏的现象称水体的酸碱盐污染。
水体中的酸主要来源于冶金、金属加工的酸性工序、制酸厂、农药厂、人造纤维等工厂的废酸水以及进入水体的酸雨等，碱主要来源于印染、制药、炼油、碱法造纸等工业污水。
我国渔业用水的标准，对淡水域规定pH值为6.5～8.5，海水为7.0～8.5；农田灌溉用水标准为pH值为5.1～8.5。当水体长期受酸碱污染，就会使水体不能维持正常的pH范围，既影响水生生物的正常活动，造成水生生物的种群发生变化，导致鱼类减少，又会破坏土壤的性质，影响农作物的生长，还会腐蚀船舶、水上建筑等。
有毒无机污染物主要是指汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）等重金属和砷（As）的化合物以及氰根离子（CN-）、亚硝酸根离子（NO-2）等。它们对人类及生态系统可产生直接的损害或长期积累性损害。
重金属化合物污染的特点是因其某些化合物的生产与应用的广泛，在局部地区可能出现高浓度污染。另外，重金属污染物一般具有潜在危害性。它们与有机污染物不同，水中的微生物难于使之分解消除（可称为降解作用），经过“虾吃浮游生物，小鱼吃虾，大鱼吃小鱼”的水中食物链被富集，浓度逐级加大。而人正处于食物链的终端，通过食物或饮水，将有毒物摄入人体。若这些有毒物不易排泄，将会在人体内积蓄，引起慢性中毒。
在生物体内的某些重金属又可被微生物转化为毒性更大的有机化合物（如无机汞可转化为有机汞）。例如众所周知的水俣病就是由所食鱼中含有氯化甲基汞引起的，骨痛病则由镉污染引起的。这些震惊世界的公害事件都是工厂排放的污水中含有这些重金属所致。重金属污染物的毒害不仅与其摄入机体内的数量有关，而且与其存在形态有密切关系，不同形态的同种重金属化合物其毒性可以有很大差异。如烷基汞的毒性明显大于二价汞离子的无机盐；砷的化合物中三氧化二砷（AS2O3，砒霜）毒性最大；钡盐中的硫酸钡（BaSO4）因其溶解度小而无毒性；BaCO4虽难溶于水，但能溶于胃酸（HCl），所以和氯化钡（BaCl2）一样有毒。
无机污染物中的氰化物的毒性是很强的，氰化物以各种形式存在水中，人中毒后，会造成呼吸困难，全身细胞缺氧，导致窒息死亡。氰化物主要来自各种含氰化物的工业废水，如电镀废水、煤气厂废水，炼焦炼油厂和有色金属冶炼厂等的废水。
有毒有机污染物主要包括有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、高分子聚合物（塑料、人造纤维、合成橡胶）、染料等类有机化合物。它们的共同特点是大多数为难降解有机物，或持久性有机物。它们在水中的含量虽不高，但因在水体中残留时间长，有蓄积性，可造成人体慢性中毒、致癌、致畸等生理危害。
随着现代化石油化学工业的高速发展，产生了很多原来自然界没有的、难分解的、有剧毒的有机化合物，这些化合物有合成洗涤剂、有机氯农药等。例如对环境危害极大的有机氯农药，其特点是毒性大，化学性质稳定，残留时间长，且易溶于脂肪、蓄积性强而在水生生物体内富集，其浓度可达水中的数十万倍，不仅影响水生生物的繁衍，且通过食物链危害人体健康。这类农药国外早已禁用，我国从1983年开始也已停止生产和限制使用。
多氯联苯（PCB）是联苯分子中一部分或全部氢被氯取代后所形成的各种异构体混合物的总称。PCB有剧毒，脂溶性强，易被生物吸收，且具有化学性质很稳定，不易燃烧，强酸、强碱、氧化剂都难以将其分解，耐热性高，绝缘性好，蒸气压低，难挥发等特性。所以PCB作为绝缘油、润滑油、添加剂等，被广泛用于变压器、电容器，以及各种塑料、树脂、橡胶等工业，因此PCB也存在于这些工业的废水中而被排入水体。PCB在天然水和生物体内都很难降解，是一种很稳定的环境污染物。
