Основным источником загрязнения открытых водоемов и подземных вод являются бытовые сточные воды, сточные воды промышленных предприятий, коммунальных объектов и объектов сельского хозяйства. Вода открытых водоемов может загрязняться также в результате водопоя скота, использования водоема в транспортных, спортивных и других целях. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 ООО м воды (на все нужды), то он дает 500 000 м3 сточных вод.

Бытовые сточные воды представляют опасность в эпидемиологическом отношении, так как содержат в своем составе большое количество микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные. С промышленными стоками в водоем поступают самые разнообразные химические вещества и их соединения. Многие химические соединения обладают токсическими свойствами (соединения хрома, мышьяка, ртути, пестициды и др.). Наиболее часто в водоем со сточными водами поступает не одно, а несколько токсичных веществ.

Большую опасность представляет загрязнение воды искусственными радиоактивными веществами, которые могут накапливаться (кумулироваться) в водной флоре и фауне и поэтому длительно находиться в водоеме (особенно долгоживущие изотопы).

Промышленные стоки могут загрязнять воду канцерогенными веществами, среди которых наиболее опасны полициклические, ароматические углеводороды, нитрозамины, ароматические амины. Бластомогенные вещества (коканцерогены) и, в частности, синтетические поверхностно-активные вещества, которые усиливают действие канцерогенов, также поступают в водоемы с промышленными стоками и сточными водами коммунальных объектов. Весьма серьезные опасения вызывает поступление в природные воды пестицидов, широко используемых в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений.

В сточных водах нефтехимических предприятий содержатся такие вещества, как фенол, нефть, нефтепродукты, которые даже в самых незначительных концентрациях ухудшают органолептические свойства природных водоисточников.

Загрязнение водоемов происходит также за счет поверхностных стоков: дождевых, ливневых вод, таяния снегов. Эти загрязнения вносят в водоем большое количество взвешенных частиц и органических соединений, в результате чего повышается цветность и уменьшается прозрачность воды, возрастает количество азотсодержащих веществ, хлоридов, повышается окисляемость, понижается количество растворенного кислорода, увеличивается бактериальная обсемененность.

Загрязнение артезианских вод возможно за счет полей фильтрации и ассенизации, скотных дворов. Особую опасность представляют эти загрязнения в местах, где почва состоит из хорошо проницаемых трещиноватых пород. Загрязнение артезианских вод возможно при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, а также при протекании загрязненных грунтовых вод через коррозированные трубы и затрубное пространство заброшенных скважин.

Загрязнение подземных вод химическими веществами может происходить за счет поверхностных вод, питающих подземные водоисточники и содержащих эти вещества. Источником загрязнения подземных вод могут быть также атмосферные осадки, загрязняющиеся на территориях, занятых промышленными отходами, самоотвалами, на участках хранения нефтепродуктов, сырья и готовой продукции предприятий химической промышленности, складов ядохимикатов и удобрений.

Однако, как бы ни были велики эти естественные загрязнения, в водоемах обычно происходит освобождение воды от загрязнений естественным путем. Этот процесс называется самоочищением. Самоочищение открытых водоемов осуществляется под действием разнообразных факторов. К ним относятся:

а) гидравлические — разбавление и смешение попавших загрязнений с основной массой воды; б) механические — осаждение взвешенных частиц; в) физические — влияние солнечной радиации и температуры; г) биологические — сложные процессы взаимодействия водных растительных организмов с организмами поступающих стоков; д) химические — превращение одних веществ в другие, главным образом минерализация.

Самоочищение воды от патогенных микроорганизмов происходит благодаря их гибели в результате антагонистического влияния водных организмов, действия антибиотических веществ, бактериофагов и других факторов.

Наиболее интенсивно естественное самоочищение происходит в проточных водоемах. Самоочищение малопроточных водоемов (пруды, озера, водохранилища и др.) осуществляется не полностью, потому что вследствие замедленного тока воды в них степень разбавления взвешенных частиц невелика и взвесь падает на дно, в результате чего происходит заиливание водоема и ухудшается качество воды.

Самоочищение подземных вод происходит в основном благодаря фильтрации через почву и процессу минерализации, что обусловливает полное освобождение воды от органических примесей и микроорганизмов.

При загрязнении водоемов бытовыми и промышленными сточными водами процессы самоочищения могут быть заторможены или полностью подавлены.