人類從本能上就會排斥飲用不潔凈的水。但在近代之前，人類對“不潔凈”的判斷基本上只能依賴于自身的視覺、嗅覺和味覺感官，因此認為渾濁不清或者有嗅或味的水是不潔凈的。這些原始認識也直接促成了過濾作為重要的水處理單元在近現代給水處理中的廣泛應用。

在工業革命之后由于城市人口的激增和世界貿易的發展，霍亂、傷寒和痢疾等多種傳染疾病在歐洲頻發和流行。過去人們認為這些傳染病是通過“瘴氣”在人群之間傳播的。直到1854年John Snow醫生通過觀察分析倫敦一社區的霍亂疾病才發現該疾病的傳播與飲用同一口受病人污染的井水有關，飲水不安全才首次與水中的病原微生物關聯了起來。而在接下來的30年左右時間里，借助于顯微鏡觀察和細菌培養法，科學家們也相繼發現了引發霍亂的霍亂弧菌和引發傷寒的傷寒桿菌等細菌類病原微生物。比細菌更小的病毒的發現則稍為晚一些。

過濾的推廣應用極大地降低了水中病原微生物的風險及水致傳染病的流行范圍和程度。這是因為過濾在去除水中濁度和顆粒物質的同時，也去除了水中大部分的病原微生物。但早在20世紀初科學家們就發現，由 “混凝→絮凝→沉淀→過濾”組成的水處理工藝流程盡管可將濁度降至很低（如<0.3 NTU）（見“水處理常規工藝”），但仍不足以完全消除水中病原微生物的風險。這就需要對過濾后的水進行消毒，即對殘余的微生物進行滅活，以及在管網水中維持一定濃度的消毒劑余量。換言之，過濾和消毒是地表水源飲用水處理工藝的雙核心，兩者缺一不可。

無論是采用氯、臭氧還是紫外消毒，消毒池/器的設計都至關重要，需要提升消毒劑在其中的有效接觸時間（即CT值中的T）。由于消毒池/器內一般存在短流、死區和彌散現象，不是理想的推流式反應器，消毒劑與水的有效接觸時間一定短于水力停留時間（HRT）。在消毒池/器內設置隔板墻（擋板）從而增加長寬比、在入口處設置花墻、在拐彎處設置導流墻等都可有效提升有效接觸時間，嚴格來說是提升有效接觸時間與水力停留時間的比值（至0.8或以上）。提升消毒劑的有效接觸時間對微生物的超高效滅活（如>99.99%，即4 log）尤為重要。

但在工程上，僅僅依賴消毒來消除病原微生物的風險并不經濟可行，也不具可靠性。由 “混凝→絮凝→沉淀→過濾→消毒”組成的水處理多級屏障工藝更科學和經濟：常規工藝降低濁度和微生物濃度，后序消毒單元對殘余微生物進行有效滅活，管網等輸配水系統維持一定濃度的余氯防止微生物生長繁殖。為了保障管網末梢水的微生物安全性，建議管網末梢水余氯盡量不低于0.2 mg/L。

余氯是指水經過加氯消毒并接觸一定時間后，水中所余留的有效氯。水廠中的水需要經過漫長的輸配水管網，才能運往千家萬戶，在輸送過程中，水質難免會被細菌等微生物污染。在長距離的管道輸送中，為了持續保證自來水的微生物安全，自來水在出廠時必須含有一定的余氯。