廢水經一級或二級處理后，水質改善，細菌含量也大幅度減少，但其值仍很可觀，并有存在病原菌的可能。因此，廢水排入水體前應進行消毒處理。
用氯化法消毒能產生有害物質，影響人體健康，是因為氯與水中有機物作用，同時有氧化和取代作用，氧化作用可以促使去除有機物，而取代作用則是氯與有機物結合，形成了有致突變或致癌活性的鹵化物。因此我國1985年版《生活飲用水衛生標準》也規定了氯仿的上限為60μg/L。所以，廢水消毒一是要控制恰當的投劑量，二是采用其他消毒劑代替，如二氧化氯、臭氧、紫外線輻射等，以減少有害物質的生成。
常用的消毒劑有次氯酸類、二氧化氯、臭氧、紫外線輻射等。
次氯酸類消毒劑有液氯、漂白粉、漂粉精、氯片、次氯酸鈉等形態，主要是通過HOCl起消毒作用。次氯酸類消毒劑的弱點是容易和水中的有機物生成氯代烴，而氯代烴已被確認為是對人體健康極為不利的，同時處理過的水會有一些令人不快的氣味。次氯酸類消毒劑粉塵和放出的氯氣對人的呼吸道、眼睛及皮膚都有強烈的刺激作用，如果不慎濺入眼睛或觸及皮膚，要立即用大量清水沖洗。存放環境要陰涼、通風和干燥，遠離熱源和火種，不能與有機物、酸類及還原劑共儲混運，運輸過程中要防止雨淋和日光曝曬，裝卸時動作要輕，避免碰撞和滾動。次氯酸類消毒劑消毒時往往發生的是取代反應，這也是使用次氯酸類消毒劑會產生氯代烴的根本原因。
而臭氧和二氧化氯消毒時發生的是純氧化反應，因而可以破壞有機物的結構，在的同時還可以提高廢水的可生化性(BOD5/CODCr值)，去除水中的部分CODCr。
二氧化氯消毒與臭氧或紫外線消毒相比，二氧化氯消毒一次性投資低，運行費用高(大約0.1元/m3)；后者一次性投資高，運行費用低(大約0.02元/m3)。
臭氧消毒和紫外線消毒可以在很短的時間內達到消毒的效果，經過臭氧消毒和紫外線消毒的二沉池出水或回用水細菌總數和總大腸菌群等微生物指標可以達到要求，但他們的缺點是瞬時反應，無法保持效果，抵抗管道內微生物的滋生和繁殖，因此在回用水系統使用這兩種方法消毒時，往往需要在其出水中再投加0.05～0.1mg/L二氧化氯或0.3～0.5mg/L的氯，以保持管網末梢有足夠的余氯量。
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