Die Wassermikrobiologie befasst sich mit den Mikroorganismen, die im Wasser leben oder durch das Wasser von einem Lebensraum zum anderen transportiert werden können.

Wasser kann das Wachstum vieler Arten von Mikroorganismen unterstützen. Dies kann vorteilhaft sein. Zum Beispiel liefern uns die chemischen Aktivitäten bestimmter Hefestämme Bier und Brot. Auch das Wachstum einiger Bakterien in verunreinigtem Wasser kann helfen, die Gifte aus dem Wasser zu verdauen.

Das Vorhandensein anderer krankheitserregender Mikroben im Wasser ist jedoch ungesund und sogar lebensbedrohlich. So können beispielsweise Bakterien, die im Darm von Menschen und anderen Warmblütern leben, wie Escherichia coli, Salmonellen, Shigellen und Vibrio, das Wasser verunreinigen, wenn Fäkalien ins Wasser gelangen. Eine Verunreinigung des Trinkwassers mit einer Art von Escherichia coli, bekannt als O157:H7, kann tödlich sein. Bei der Verunreinigung der städtischen Wasserversorgung von Walkerton, Ontario, Kanada, im Sommer 2000 durch den Stamm O157:H7 erkrankten 2.000 Menschen und sieben Menschen starben.

Der Darmtrakt von Warmblütern enthält auch Viren, die das Wasser verunreinigen und Krankheiten verursachen können. Beispiele sind Rotaviren, Enteroviren und Coxsackieviren.

Eine weitere Gruppe von Mikroben, die in der Wassermikrobiologie von Bedeutung sind, sind Protozoen. Die beiden bedenklichsten Protozoen sind Giardia und Cryptosporidium. Sie leben normalerweise im Verdauungstrakt von Tieren wie Bibern und Hirschen. Giardia und Cryptosporidium bilden während ihres Lebenszyklus schlafende und widerstandsfähige Formen, die Zysten genannt werden. Die Zystenformen sind resistent gegen Chlor, die gängigste Form der Trinkwasserdesinfektion, und können die in vielen Wasseraufbereitungsanlagen verwendeten Filter passieren. Wenn sie über das Trinkwasser aufgenommen werden, können sie beim Menschen schwächende und lang anhaltende Durchfälle verursachen und für Menschen mit geschwächtem Immunsystem lebensbedrohlich sein. Durch die Verunreinigung des Trinkwassers in Milwaukee, Wisconsin, mit Cryptosporidium erkrankten 1993 mehr als 400.000 Menschen und 47 Menschen starben.

Viele Mikroorganismen kommen natürlich in Süß- und Salzwasser vor. Dazu gehören Bakterien, Cyanobakterien, Protozoen, Algen und winzige Tiere wie Rädertierchen. Sie können eine wichtige Rolle in der Nahrungskette spielen, die die Grundlage des Lebens im Wasser bildet. Die Mikroben, die Cyanobakterien genannt werden, können zum Beispiel die Energie der Sonne in die Energie umwandeln, die sie zum Leben brauchen. Die große Anzahl dieser Organismen dient wiederum als Nahrung für andere Lebewesen. Die Algen, die im Wasser gedeihen, sind auch eine wichtige Nahrungsquelle für andere Lebensformen.

Im Süßwasser lebt eine Vielzahl von Mikroorganismen. Der küstennahe Bereich eines Gewässers (Litoralzone) ist gut beleuchtet, flach und wärmer als andere Wasserregionen. In dieser Zone gedeihen photosynthetische Algen und Bakterien, die Licht als Energiequelle nutzen. Weiter vom Ufer entfernt befindet sich die limnitische Zone. Auch hier leben photosynthetische Mikroben. Mit zunehmender Wassertiefe werden die Temperaturen kälter und die Sauerstoffkonzentration und das Licht im Wasser nehmen ab. Jetzt gedeihen Mikroben, die Sauerstoff benötigen, nicht mehr. Stattdessen dominieren violette und grüne Schwefelbakterien, die ohne Sauerstoff wachsen können. Auf dem Grund von Süßgewässern (der benthischen Zone) schließlich überleben nur wenige Mikroben. Bakterien, die in Abwesenheit von Sauerstoff und Sonnenlicht überleben können, wie z. B. Methan produzierende Bakterien, gedeihen gut.

Salzwasser bietet Mikroorganismen ein anderes Umfeld. Die höhere Salzkonzentration, der höhere pH-Wert und der geringere Nährstoffgehalt im Vergleich zu Süßwasser sind für viele Mikroorganismen tödlich. Aber salzliebende (halophile) Bakterien sind in Oberflächennähe reichlich vorhanden, und einige Bakterien, die auch in Süßwasser leben, sind zahlreich (z. B. Pseudomonas und Vibrio). Im Jahr 2001 wiesen Forscher außerdem nach, dass die als Archaebakterien bekannte uralte Form mikrobiellen Lebens eine der vorherrschenden Lebensformen im Ozean ist. Die Rolle der Archaebakterien in der Nahrungskette des Ozeans ist noch nicht bekannt, muss aber von entscheidender Bedeutung sein.

Ein weiterer Mikroorganismus, der im Salzwasser vorkommt, ist eine Art von Algen, die als Dinoflagellaten bekannt sind. Das schnelle Wachstum und die Vermehrung von Dinoflagellaten können das Wasser rot färben. Diese „rote Flut“ entzieht dem Wasser Nährstoffe und Sauerstoff, was zum Tod vieler Fische führen kann. Auch Menschen können durch den Verzehr von verunreinigtem Fisch krank werden.

Wasser kann auch ein ideales Mittel sein, um Mikroorganismen von einem Ort zum anderen zu transportieren. So ist zum Beispiel das Wasser, das in den Schiffsrümpfen mitgeführt wird, um die Schiffe auf ihren Seereisen zu stabilisieren, inzwischen als Mittel zum Transport von Mikroorganismen rund um den Globus bekannt. Einer dieser Organismen, ein Bakterium namens Vibrio cholerae, verursacht beim Menschen lebensbedrohlichen Durchfall.

Trinkwasser wird in der Regel aufbereitet, um das Risiko einer mikrobiellen Verunreinigung zu minimieren. Die Bedeutung der Trinkwasseraufbereitung ist schon seit Jahrhunderten bekannt. So wurde beispielsweise in vorchristlicher Zeit die Aufbewahrung von Trinkwasser in Krügen aus Metall praktiziert. Heute ist die antibakterielle Wirkung einiger Metalle bekannt. Auch das Abkochen von Trinkwasser als Mittel zum Schutz des Wassers ist seit langem bekannt.

Chemikalien wie Chlor oder Chlorderivate sind seit den ersten Jahrzehnten des zwanzigsten Jahrhunderts ein beliebtes Mittel, um Bakterien wie Escherichia coli im Wasser abzutöten. Zu den anderen bakterientötenden Behandlungen, die immer beliebter werden, gehören der Einsatz des Gases Ozon und die Deaktivierung des genetischen Materials der Mikroben durch ultraviolettes Licht. Mikroben können auch physisch aus dem Wasser entfernt werden, indem das Wasser durch einen Filter geleitet wird. Moderne Filter haben so winzige Löcher, dass selbst so winzige Partikel wie Viren zurückgehalten werden können.

Ein wichtiger Aspekt der Wassermikrobiologie, insbesondere bei Trinkwasser, ist die Prüfung des Wassers, um sicherzustellen, dass es sicher zu trinken ist. Die Prüfung der Wasserqualität kann auf verschiedene Weise erfolgen. Ein beliebter Test misst die Trübung des Wassers. Die Trübung gibt Aufschluss über die Menge der Schwebstoffe im Wasser. Befindet sich Material wie Erde im Wasser, sind in der Regel auch Mikroorganismen vorhanden. Selbst so kleine Partikel wie Bakterien und Viren können die Klarheit des Wassers beeinträchtigen. Anhand der Trübung lässt sich schnell feststellen, ob sich die Wasserqualität verschlechtert und ob Maßnahmen zur Behebung des Wasserproblems ergriffen werden sollten.

In vielen Ländern ist die Wassermikrobiologie auch Gegenstand von Rechtsvorschriften. Die Vorschriften legen fest, wie oft Wasserquellen beprobt werden, wie die Probenahme erfolgt, wie die Analyse durchgeführt wird, welche Mikroben nachgewiesen werden und welche Grenzwerte für die Zielmikroorganismen in der Wasserprobe zulässig sind. Die Untersuchung auf krankheitsverursachende Mikroben (z. B. Salmonella typhymurium und Vibrio cholerae) kann teuer sein, und wenn die Bakterien in geringer Zahl vorhanden sind, können sie dem Nachweis entgehen. Stattdessen liefern andere, zahlreichere Bakterien einen Hinweis auf die fäkale Verschmutzung des Wassers. Escherichia coli wird seit Jahrzehnten als Indikator für fäkale Verschmutzung verwendet. Das Bakterium kommt im Darmtrakt in großer Zahl vor und ist zahlreicher als die krankheitsverursachenden Bakterien und Viren. Die Chancen, Escherichia coli nachzuweisen, sind größer als die der eigentlichen krankmachenden Mikroorganismen. Escherichia coli hat auch den Vorteil, dass es nicht in der Lage ist, im Wasser zu wachsen und sich zu vermehren (außer in den warmen und nahrungsreichen Gewässern der tropischen Länder). Daher ist das Vorhandensein des Bakteriums im Wasser ein Hinweis auf eine kürzlich erfolgte fäkale Verschmutzung. Schließlich kann Escherichia coli leicht und kostengünstig nachgewiesen werden.