生活污水和某些工业废水中存在大量细菌，并常含有病毒、阿米巴包囊等。一般的废污水处理过程不能灭绝细菌、病毒。城市污水处理系统中普通生物滤池只能去除80%～90%的大肠杆菌，活性污泥法去除率稍高，也只能去除90%～95%。为了防止疾病的传播，污水（废水）一般经机械、生化二级处理后，仍需要进行消毒处理。

污水消毒处理方法大致可分为物理法、化学法、光化学法和电化学法。物理法包括辐照法、紫外线法、超声波法、加热法和冰冻法等；化学法包括氯化法、二氧化氯法、臭氧法以及阳离子表面活性剂法等；其中氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒等是中国城市污水最常用消毒方法。其他的消毒方法或成本太高、或技术不成熟，应用相对较少。

自20世纪40年代起，氯化消毒成为使用最为广泛的污水消毒方法，往水中投加氯或次氯酸盐（如NaClO等），一般会生成次氯酸(HClO)和盐酸(HCl)。在反应产物中，HClO、ClO^-是杀菌消毒的有效成分，两者之和称作有效自由氯，其中以HClO消毒效果最好。HClO是体积很小的中性分子，能扩散到带有负电荷的细菌表面，具有较强的渗透力，能穿透细胞壁进入细菌内部。氯对细菌的作用是破坏其酶系统，导致细菌死亡。而氯对病毒的作用，主要是对核酸破坏的致死性作用。

二氧化氯是国际公认的含氯消毒剂中唯一的高效消毒剂，大量研究表明，二氧化氯能够有效地杀灭细菌繁殖体、细菌芽孢、真菌、病毒、原生动物、藻类和浮游生物等有害微生物，并在实际应用中表现出了比氯更为理想的效果。同时，二氧化氯可以去除还原性无机物和部分致色、致臭和致突变的有机物。其杀菌消毒机理是，二氧化氯对细胞壁有较强的穿透能力，可有效地氧化细胞内的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质合成，最终达到破坏微生物的目的。

臭氧是一种强氧化剂，臭氧消毒机理是通过其氧化作用首先作用于细胞膜，使膜成分受损伤而导致新陈代谢障碍，而后继续渗透，穿透细胞膜，破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。而臭氧灭活病毒，则认为是氧化作用直接破坏其核糖核酸RNA或脱氧核糖核酸DNA物质而完成的。国内的臭氧技术逐渐地成熟，由于它的消毒能力极强从而代替了常规消毒，被应用于胶片、石油化工、印染等废水处理及传染病院的污水消毒。

紫外线消毒是一种物理消毒方法，它运用有着合适波长的紫外线，对微生物细胞中遗传物质的分子结构造成损坏，导致生物细胞发生死亡，进而杀菌。紫外线能高效地灭杀隐孢子虫，且不出现毒副产物，所以紫外线消毒不仅经济、高效，还是环保及安全的技术；可以明显灭活致病菌、原生动物与病毒，没有任何毒副产物出现，水体的温度以及pH值还不对其产生影响。于是紫外线消毒技术逐渐发展成为一种最有效的、市场潜力和价值非常好的消毒技术。

由于化学消毒方法需要向水中投加消毒剂，会产生或多或少的消毒副产物，主要种类有三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤代酮类（HKs）、卤乙腈（HANs）和卤乙醛类（CH）等，应加强消毒工艺改进与消毒副产物控制。

将氯、二氧化氯、臭氧等常规消毒剂或紫外线用于污水消毒，经济有效，但是也有各自的缺点。液氯杀菌能力强，持续时间长，但效率受有机物质和pH影响较大，且容易产生致癌、致畸、致突变的“三致”物质。二氧化氯杀菌效果好，受温度和pH值影响较小，不产生致突变物质，消毒作用持续时间长，但成本较高，效率较低。臭氧消毒效率高，脱色除味效果优异，受温度和pH值影响较小，但有酮和醛等副产物，消毒作用持续时间短，由于在生产、操作、维护等方面的问题，在城市污水消毒中的应用较少。紫外线消毒杀菌效果好而快，受浊度和色度影响较大，无有害的残余物质，但设备费用高，受水质水量影响大，无持续杀菌作用。采用何种消毒方法，都要考虑到具体的水质情况、水的用途、水处理工艺、环境效应及经济因素。