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二氧化氯化學性質活潑，易溶于水，在20℃下溶解度為107.98g/L，是氯氣的溶解度的5倍。氧化能力為氯氣的2倍。CLO2是中性分子，在水中幾乎100%以分子狀態存在，所以極易穿透細胞膜，滲入細菌細胞內，將其核酸（DNA或RNA）氧化后，從而阻止細菌的合成代謝，并使細菌死亡。在飲用水中 CLO2滅菌反應如下式.(1)、(2)所示。

CLO2+ e→CLO2–…………………………………………(1)

CLO2+2H2O+4e→CL–+4OH–……………………………(2)

實驗測知，式(1)式的電極電位0.95V ，式(2) 式的電極電位0.78V。所以使用二氧化氯消毒還可以氧化水中的一些還原性金屬離子（如Fe2+ Mn2+等），即對水中的鐵、錳有著不錯的去處效果。CLO2的氧化能力與溶液的酸堿性有關，溶液酸性越強，CLO2的氧化能力越強。但在PH值6-10范圍內的殺菌效果幾乎不受PH值影響。

綜上，在凈水工藝條件下，用液氯消毒，起殺菌作用的主要是HOCL二氧化氯水中，其殺菌效果比OCL–高近80倍。在pH值越高情況下二氧化碳檢測儀，HOCL離解的越多，當pH值大于8時即達到75%的OCL–，消毒效果就愈發降低。經過眾多試驗結果得出煤氣檢測儀，CLO2可以在范圍內殺滅細菌，液氯只有在近中性條件下才能有效地殺滅細菌。

二氧化氯消毒劑是應用最普遍的消毒劑之一，國外大量的實驗研究顯示，二氧化氯是安全、無毒的消毒劑，無“三致”效應(致癌、致畸、致突變)。

二氧化氯主要是氧化作用，二氧化氯分子的電子結構呈不飽和狀態，外層共有19個電子二氧化氯水中，具有強烈的氧化作用力，主要是對富有電子(或供電子)的原子基團(如含巰基的酶和硫化物，氯化物)進行攻擊，強行掠奪電子，使之成為失去活性和改變性質的物質，從而達到其目的。

二氧化氯用于自來水消毒具有以下優勢：

(1)CLO2在失活病毒，隱孢子蟲和賈第蟲方面比CL2更有效;

(2)CLO2不形成氯仿等有機鹵代物;

(3)CLO2殺菌特性幾乎不受PH影響，且殺菌效果明顯好于CL2;

(4)CLO2可用于控制藻類、腐敗植物和酚類化合物產生的嗅和味問題;

(5)CLO2氧化鐵、錳、硫化物、氰化物和亞硝酸鹽以及許多有機物;

(6)CLO2在水中的剩余量，將延長或保證管網水中的消毒作用;

(7)CLO2不與氨反應二氧化氯水中，也不與溴化物反應形成溴或溴酸鹽;

(8)CLO2在減少殺滅斑貽貝方面是有效的;

(9)CLO2在實際運行中安全性比投加CL2更可靠，并可省去漏氯回收裝置。

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