行饮用水处理，以销毁产生味道和气味的酚。 1956年，比利时的布鲁塞尔-首都大区从氯气改为二氧化氯，将二氧化氯作为饮用水消毒剂大规模使用。 它在水处理中最常见的用途是作为饮用水氯化之前的氧化剂，以破坏天然水的有机杂质，否则这些杂质会在接触游离氯气时产生三卤甲烷。 三卤甲烷是致癌的消毒副产物 ，它的产生与水中自然含有的有机物的氯化反应有关。 在pH 7以上操作时，二氧化氯优于氯气， 它也可以在氨和胺的存在下用于控制供水系统中的生物膜。 二氧化氯在许多工业水处理应用中用作杀菌剂，包括冷却塔，工艺用水和食品加工。