二氧化氯化学性质活泼，易溶于水，在20℃下溶解度为107.98g/L，是氯气的溶解度的5倍。氧化能力为氯气的2倍。CLO2是中性分子，在水中几乎100%以分子状态存在，所以极易穿透细胞膜，渗入细菌细胞内，将其核酸（DNA或RNA）氧化后，从而阻止细菌的合成代谢，并使细菌死亡。在饮用水中 CLO2灭菌反应如下式.(1)、(2)所示。

CLO2+ e→CLO2–…………………………………………(1)

CLO2+2H2O+4e→CL–+4OH–……………………………(2)

实验测知，式(1)式的电极电位0.95V ，式(2) 式的电极电位0.78V。所以使用二氧化氯消毒还可以氧化水中的一些还原性金属离子（如Fe2+ Mn2+等），即对水中的铁、锰有着不错的去处效果。CLO2的氧化能力与溶液的酸碱性有关，溶液酸性越强，CLO2的氧化能力越强。但在PH值6-10范围内的杀菌效果几乎不受PH值影响。

综上，在净水工艺条件下，用液氯消毒，起杀菌作用的主要是HOCL二氧化氯水中，其杀菌效果比OCL–高近80倍。在pH值越高情况下二氧化碳检测仪，HOCL离解的越多，当pH值大于8时即达到75%的OCL–，消毒效果就愈发降低。经过众多试验结果得出煤气检测仪，CLO2可以在范围内杀灭细菌，液氯只有在近中性条件下才能有效地杀灭细菌。

二氧化氯消毒剂是应用最普遍的消毒剂之一，国外大量的实验研究显示，二氧化氯是安全、无毒的消毒剂，无“三致”效应(致癌、致畸、致突变)。

二氧化氯主要是氧化作用，二氧化氯分子的电子结构呈不饱和状态，外层共有19个电子二氧化氯水中，具有强烈的氧化作用力，主要是对富有电子(或供电子)的原子基团(如含巯基的酶和硫化物，氯化物)进行攻击，强行掠夺电子，使之成为失去活性和改变性质的物质，从而达到其目的。

二氧化氯用于自来水消毒具有以下优势：

(1)CLO2在失活病毒，隐孢子虫和贾第虫方面比CL2更有效;

(2)CLO2不形成氯仿等有机卤代物;

(3)CLO2杀菌特性几乎不受PH影响，且杀菌效果明显好于CL2;

(4)CLO2可用于控制藻类、腐败植物和酚类化合物产生的嗅和味问题;

(5)CLO2氧化铁、锰、硫化物、氰化物和亚硝酸盐以及许多有机物;

(6)CLO2在水中的剩余量，将延长或保证管网水中的消毒作用;

(7)CLO2不与氨反应二氧化氯水中，也不与溴化物反应形成溴或溴酸盐;

(8)CLO2在减少杀灭斑贻贝方面是有效的;

(9)CLO2在实际运行中安全性比投加CL2更可靠，并可省去漏氯回收装置。

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