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一般認為污水中的致病微生物有細菌、病毒、立克次氏體、原生動物和真菌等五種，立克次氏體介于細菌和病毒之間，一些微生物學家把以致梅毒體為代表的致病螺旋體歸納為第六種致病微生物，而螺旋體介于細菌和原生動物之間。有些高于原生動物的微生物，如線蟲也能致病。生活污水及屠宰、生物制品、醫院、制革、洗毛等工業污水中常含有這些能傳染各種疾病的致病微生物。

對致病病原體較為集中和含量較大的污水最好進行單獨消毒處理，然后再和其他污水一起進行二級生化處理，這樣可以減少消毒劑的消耗量。因為病原體在水中的存活時間較長，有的病毒和寄生蟲卵用一般的消毒方法難以殺死。

消毒殺菌的方法有氯、二氧化氯、臭氧等氧化法、石灰處理、紫外線照射、加熱處理、超聲波等，另外超濾處理也可以除去水中大部分的細菌。就細菌、病毒的去除而言，臭氧氧化、紫外線照射等方法效果很好，但處理后的水中沒有類似余氯的剩余消毒劑，無法防止微生物的再繁殖，通常需要在處理后再補充加氯處理。