1897年英國初次使用氯氣對給水管網消毒以來，氯氣用于自來水消毒已經經歷了100多年的歷史。目前，我國大多數城市仍然采用氯氣消毒法。氯加到水中后生成次氯酸HOCl和次氯酸根，其中次氯酸是很小的中性分子，容易擴散到帶負電的細菌表面，并通過細菌壁到細菌內部，因氧化作用破壞了細菌的酶系統，從而使細菌死亡；次氯酸根也具有殺菌能力，但因帶有負電，不容易接近帶負電的細菌表面，殺菌能力比HOCl差得多。
　　氯消毒主要受到加氯量、氯與水的接觸時間、水的濁度、水的pH值、水溫、氨氮含量等因素的影響。
　　（1）液氯消毒
　　采用氯瓶貯存液氯進行消毒，在常溫下，當按規定打開氯閥時，液態氯變成氣態氯，氯氣是一種氧化能力很強的黃綠色有毒氣體，是一種具有特殊強烈刺鼻味的窒息性氣體。加氯氣消毒的原理：
　　氯氣易溶于水，與水結合生成次氯酸和鹽酸，在整個消毒過程中起主要作用的是次氯酸。對產生臭味的無機物來說，它能將其充分的氧化消毒，對于有生命的天然物質，如水藻、細菌等，它能穿透細胞壁，氧化其酶系統（酶為生物催化劑），使其失去活性，讓細菌的生命活動受到障礙而死亡。次氯酸本身呈電中性，容易接近細菌體而顯示出良好的滅菌效果，次氯酸根離子也具有一定的消毒作用，但它帶負電荷而難以接近細菌體（細菌體帶負電荷），因而較之次氯酸，其滅菌效果要差得多，所以氯氣消毒效果要比采用漂白粉消毒更佳。
　　當水中無氨氮存在時，起消毒作用的主要是次氯酸；當水中存在氨氮時，會生成氯胺，且隨著加氯量的不斷增加，氯胺的性質產生變化，分別生成一氯胺、二氯胺、三氯胺。氯胺的消毒作用比次氯酸要慢的多。
　　（2）次氯酸鈉消毒
　　次氯酸鈉內的有效氯，因容易受日光、溫度的影響而分解，所以采用次氯酸鈉發生器就地制造、應用。次氯酸鈉發生器利用鈦陽極電解食鹽水而產生次氯酸鈉，反應式為：NaCl+H2O→NaClO+H2
　　次氯酸鈉在水溶液中的反應式為：NaCIO+H2O→HOCl+Na++0H-
　　由發生器生產出的次氯酸鈉，是淡黃色透明液體，次氯酸鈉的滅菌原理主要是水解形成次氯酸進行消毒。
　　（3）氯胺消毒
　　當原水有機物較多，含氨量高，給水管網中藻類和細菌有再生長的可能，要達到出廠水全部都是游離氯確實有困難，或者需要減輕或避免自來水中的氯酚臭味時，可以考慮使用氯胺消毒。氯胺消毒是同時向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸銨或氯化銨溶液；一般重量比控制在氨：氯=1：3或1：6，在水溫高時可取1：3，在水溫低時取1：6；除了控制加氯量和加氨量外，還要注意投藥的順序，一般是“先氯后氨”。氯和氨作用后生成氯胺，如果天然水中含有氨氮，也可和氯反應生成氯胺。氯胺消毒的殺菌持續時間長，所以當給水管和給水管網很長時，可防止細菌在管網中再度生長，但氯胺是逐漸放出次氯酸，其殺菌能力遠比游離氯差，所以需要有2h以上的接觸時間。
　　（4）漂白粉消毒
　　漂白粉是氯氣和石灰加工而成，其組成復雜，含氯量為25％~30％，漂白精的分子式為Ca(OCl)2，含氯量為50％~60％，易受光、熱和潮氣作用而分解，含氯量隨之降低，貯藏在干燥和通風處。漂白粉與水作用的反應式為：
　　Ca(OCl)2+2H2O-2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2
　　消毒原理與氯相同。
　　（5）二氧化氯
　　近年來，自來水廠陸續采用了二氧化氯發生器，由發生器生產出的二氧化氯溶液對自來水進行消毒，二氧化氯是黃綠色氣體有一種辛辣的氣味，在水溶液中相當穩定，可作為消毒劑安全使用。它的水溶液顏色和濃度有關，低濃度時為黃綠色，高濃度時為桔紅色。是一種高效氧化劑，有強大的去色和漂白能力。
　　對經水傳播的病原微生物，包括病毒、牙孢及水路系統中的異養菌、硫酸鹽還原菌和真菌均有很好的消毒效果。它主要的作用是對細胞壁有較好的吸附和透過性，可有效地氧化細胞內含基的酶，并可快速地控制微生物蛋白質的合成。二氧化氯先同水發生反應產生亞氯酸HClO2，亞氯酸是一種相當弱的弱酸，具有氧化漂白作用。
　　二氧化氯被認為是氯消毒劑的理想替代品。二氧化氯的消毒機理主要是通過吸附、滲透作用，進入細胞體，氧化細胞內酶系統和生物大分子，較好地殺滅細菌、病毒，且不對動、植物產生損傷，殺菌作用持續時間長，受PH影響不敏感。二氧化氯與水中有機物的反應為氧化作用，而氯則以取代反應為主。
　　（6）臭氧
　　臭氧一種強氧化劑，可自動分解為氧氣，屬易燃易爆品。臭氧常用空氣作為原料制備，空氣須先經過凈化和干燥處理以提高臭氧生產率，防止設備積垢和降低能量消耗。臭氧在水中的溶解度有限，需要有臭氧和水的接觸室，以及尾氣回收利用和處置設備，才能提高使用效率。但由于臭氧制取設備復雜，投資大，運行費用高，一直沒有得到普遍推廣。
　　臭氧的消毒機理包括直接氧化和產生自由基的間接氧化，與氯和二氧化氯一樣，通過氧化來破壞微生物的結構，達到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關。由于臭氧分子不穩定，易自行分解，在水中保留時間很短，因此不能維持管網持續的消毒效率，而且臭氧消毒產生溴酸鹽、醛、酮等副產物，其中溴酸鹽在水質標準中有規定，醛、酮等副產物部分是有害健康的化合物，部分使管網水生物穩定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。對于大、中型管網系統，采用臭氧消毒時需要依靠氯來維持管網中持續的消毒效果。
　　（7）紫外線
　　氯、二氧化氯和臭氧消毒是化學法消毒，而紫外線則是物理消毒，紫外線是指電磁波波長處于200~380nm的光波，紫外線消毒機理與其它氧化劑不同，是利用波長254nm及其附近波長區域對微生物DNA的破壞，阻止蛋白質合成而使細菌不能繁殖。由于紫外線對隱孢子蟲的高效殺滅作用和不產生副產物，紫外線消毒在給水處理中顯示了很好的市場潛力。
　　因為氯消毒不能有效殺滅隱孢子蟲卵囊，而紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好殺滅效果。而且在常規消毒劑量范圍內紫外線消毒不產生有害副產物，但紫外線消毒不能維持管網內持續的消毒效果，在大型水廠的應用應該跟氯結合，其使用目前還受到一定限制。