Хлорния диоксид е окислител, който е предпочитан от много регулиращи и контролни органи при третиране на отпадъчни води, поради окончателно освобождаване от отговорност за последиците от дезинфекцията. Хлорния диоксид контролира бактерии като Е-коли и Коли-форми. Не се акумулира в околната среда и може да бъде използван за намаляване на ръста на проблемния биофилм, железни бактерии, алги и други микро-организми, за които е известно, че причиняват проблеми в отпадъчните води. CLO2 може също да помогне за намаляване на биологична потребност от кислород (BOD) и редукция на неприятните миризми в отпадъчните води, без производство на хлорирани вторични продукти като THM и HAA
Хлорният диоксид е ефективен срещу много замърсители, открити в отпадъчните води, цианиди, нитрити и сулфиди, потенциални канцерогенни вещества, като например 3,4-бензопирин, желязо и манган във водата, миризми, произведени от алги, хлорофила от растенията и пестициди.
Хлорният диоксид е много ефективен при контролирането на всички водни патогени.
Хлорният диоксид е широкоспектърен микро биоцид – толкова ефективен колкото хлора срещу вируси, бактерии, гъбички и по-ефективен от хлора за инактивиране на кистови паразити като Giardia и Cryptosporidium.
Хлорният диоксид е също една ефективна стратегия за контрол за вкус, мирис, цвят на водата, окисление на желязо и манган.