人类从本能上就会排斥饮用不洁净的水。但在近代之前，人类对“不洁净”的判断基本上只能依赖于自身的视觉、嗅觉和味觉感官，因此认为浑浊不清或者有嗅或味的水是不洁净的。这些原始认识也直接促成了过滤作为重要的水处理单元在近现代给水处理中的广泛应用。

在工业革命之后由于城市人口的激增和世界贸易的发展，霍乱、伤寒和痢疾等多种传染疾病在欧洲频发和流行。过去人们认为这些传染病是通过“瘴气”在人群之间传播的。直到1854年John Snow医生通过观察分析伦敦一社区的霍乱疾病才发现该疾病的传播与饮用同一口受病人污染的井水有关，饮水不安全才首次与水中的病原微生物关联了起来。而在接下来的30年左右时间里，借助于显微镜观察和细菌培养法，科学家们也相继发现了引发霍乱的霍乱弧菌和引发伤寒的伤寒杆菌等细菌类病原微生物。比细菌更小的病毒的发现则稍为晚一些。

过滤的推广应用极大地降低了水中病原微生物的风险及水致传染病的流行范围和程度。这是因为过滤在去除水中浊度和颗粒物质的同时，也去除了水中大部分的病原微生物。但早在20世纪初科学家们就发现，由 “混凝→絮凝→沉淀→过滤”组成的水处理工艺流程尽管可将浊度降至很低（如<0.3 NTU）（见“水处理常规工艺”），但仍不足以完全消除水中病原微生物的风险。这就需要对过滤后的水进行消毒，即对残余的微生物进行灭活，以及在管网水中维持一定浓度的消毒剂余量。换言之，过滤和消毒是地表水源饮用水处理工艺的双核心，两者缺一不可。

无论是采用氯、臭氧还是紫外消毒，消毒池/器的设计都至关重要，需要提升消毒剂在其中的有效接触时间（即CT值中的T）。由于消毒池/器内一般存在短流、死区和弥散现象，不是理想的推流式反应器，消毒剂与水的有效接触时间一定短于水力停留时间（HRT）。在消毒池/器内设置隔板墙（挡板）从而增加长宽比、在入口处设置花墙、在拐弯处设置导流墙等都可有效提升有效接触时间，严格来说是提升有效接触时间与水力停留时间的比值（至0.8或以上）。提升消毒剂的有效接触时间对微生物的超高效灭活（如>99.99%，即4 log）尤为重要。

但在工程上，仅仅依赖消毒来消除病原微生物的风险并不经济可行，也不具可靠性。由 “混凝→絮凝→沉淀→过滤→消毒”组成的水处理多级屏障工艺更科学和经济：常规工艺降低浊度和微生物浓度，后序消毒单元对残余微生物进行有效灭活，管网等输配水系统维持一定浓度的余氯防止微生物生长繁殖。为了保障管网末梢水的微生物安全性，建议管网末梢水余氯尽量不低于0.2 mg/L。

余氯是指水经过加氯消毒并接触一定时间后，水中所余留的有效氯。水厂中的水需要经过漫长的输配水管网，才能运往千家万户，在输送过程中，水质难免会被细菌等微生物污染。在长距离的管道输送中，为了持续保证自来水的微生物安全，自来水在出厂时必须含有一定的余氯。