殺死水中致病微生物，防止用水或廢水傳佈疾病的水處理方法。通過水傳播的致病微生物（包括細菌、病毒和原生動物）在水處理的其他方法中（如給水處理的混凝、沉澱和過濾、廢水的生物處理），雖然有所去除，但水質仍不能滿足用水或廢水排放的細菌指標，因而需要消毒。水的消毒的效率與下列因素有關：消毒方法；微生物的類型和濃度；水的成分（包括懸浮固體）和pH值。
物理消毒方法 ①將水加熱煮沸155～20分鐘。雖然是一個徹底的滅菌方法，但不能作為水廠或污水廠的消毒方法。②紫外線（波長200～300納米）照射。以波長約250納米時殺菌能力最強。紫外線光源為高壓石英水銀燈。紫外線消毒的優點有：效率高，不影響水的物理和化學性質，操作管理方便。缺點是：耗電量較大，限於小規模水廠使用。③其他。如超聲波振動和γ射線照射。
化學消毒方法 向水中投加藥劑殺死致病微生物。
主要的消毒藥劑有：①鹵族元素及其化合物，其中氯用得最廣泛；溴常用於遊泳池的水消毒；碘可用於少量飲水的緊急消毒。70年代試驗研究的新消毒劑──氯化溴已在給水和廢水的處理中應用。②臭氧消毒雖然問世很早，但並不普及；近年來特別受到重視。③銀離子可用作微型飲用水裝置的消毒劑，使用的濃度甚低（約15微克/升），但需要較長的接觸時間，而且較貴。
氯消毒 常用的消毒劑是由液氯蒸發而產生的氯氣，劑量用加氯機控制。向水中加氯也稱氯化，氯有氧化作用，但氯化的主要目的是消毒。氯在水中產生下列化合物：①次氯酸（HOCl）和它離解產生的次氯酸根(OCIl)。HOCl離解產生OCIl的百分數與水的pH值和水溫有關；②當水中有氨或人為地加入氨時，氯和氨起反應生成氯胺，有一氯胺(NH2Cl)、二氯胺(NHCI2)和三氯化氮(NCI3)三種形式，各種成分所占的比例與氯的投加量、水中氨的含量、反應時間、水的pH值和水溫有關。人為地加氨和氯的方法稱為氯氨消毒。在上述氯的化合物中，氯胺稱為化合性氯，次氯酸和次氯酸根總稱為自由性(遊離性)氯。次氯酸是最強的消毒劑；一氯胺的殺菌能力緩慢，但比較穩定，持續殺菌能力強；三氯化氮沒有消毒作用。含氨的水氯化時，首先出現的剩餘氯是化合性氯，稱化合性餘氯。繼續加氯時，餘氯不斷上升，隨後回落；加到一定數量時，餘氯又開始上升，而且上升量等於增加的加氯量，這時的餘氯基本上是自由性氯，稱自由性餘氯。如果把加氯量和餘氯量描繪成曲線，將出現一個峰點和一個谷點，後者稱“折點”。按折點所示加氯量加氯稱折點氯化或折點消毒，常用於污染比較嚴重的原水。
由於70年代發現在氯消毒的水中，普遍地存在致癌物質三鹵甲烷，因此引起瞭對氯消毒的重新評價和其他消毒劑的研究，首先受到重視的是臭氧和二氧化氯。
臭氧消毒 臭氧用於水的消毒已有一個世紀，荷蘭奧茨霍恩和法國尼斯的邦瓦亞日水廠是最早采用臭氧消毒的一批工廠。臭氧消毒與氯消毒相比的優點：①能迅速殺死細菌和病毒；②兼有去除色、臭和味的作用；③排除瞭產生三鹵甲烷的可能性。缺點是：①要現場生產，設備較復雜，基建投資較大；②能耗高；③不穩定，易消失，水在配水系統中再受污染時不能得到消毒作用。
二氧化氯消毒 二氧化氯是不穩定的氣體，一般用鹽酸或氯和亞氯酸鈉在現場制造。它是良好的殺菌劑，並有較強的殺芽孢能力。二氧化氯消毒的優點是能防止水中加氯所產生的三鹵甲烷以及臭和味，並且pH值在6～10的范圍內殺菌效率不受pH值變化的影響。缺點是成本太貴，設備較復雜，並且安全性差（在空氣中的體積濃度超過10％時有爆炸性）。同時會產生有潛在毒性的氯酸鹽和亞氯酸鹽，加上亞硝酸鹽有可能引起溶血性貧血癥。