二氧化氯是一種含氯的中性化合物，由於其在化學反應中的單電子轉移能力，二氧化氯通常在水消毒的過程中被用作高效率的氧化劑，氧化還原反應後的產物為亞氯酸根離子(ClO2-)。亞氯酸鹽與亞氯酸根離子之間的電離平衡常數相對較小，這也與次氯酸(HOCl)與其共軛鹼對之間的電離平衡關係有著很大的不同，次氯酸的電離平衡反應多發生在中性的PH範圍內，這就決定了在飲用水的應用範圍內，水中的主要成分還是次氯酸根離子(ClO-)。根據Werdehoff和Singer的研究，在使用二氧化氯進行給水消毒的過程中，大約有50%到70%的二氧化氯被轉化成亞氯酸根離子(ClO2-)，還有30%左右的ClO2被轉化成氯酸根離子(ClO3-)或氯離子(Cl-)。
由於其超強的氧化能力，二氧化氯通常被用作初級或是二級消毒劑，並在對水中的氣、味控制；含氯消毒副產品的消除；鐵、錳離子的氧化，顏色調節以及硫化物和酚類物質的去處方面有著廣泛的應用。作為一種應用水處理中的替代消毒劑，二氧化氯對於病毒，細菌等微生物的抑制能力要超出氯氣和氯氨類消毒劑。
工具/原料
二氧化氯的製取
通過氧化反應去除水中的鐵、錳離子
水中天然有機物的去除
周圍環境的影響以及消毒效率
二氧化氯的消毒副產物
二氧化氯消毒的優缺點
步驟/方法
因為二氧化氯具有較強的膨脹性並且在壓力下容易發生爆炸，因此二氧化氯不可以被壓縮或是簡單的以氣態的形式儲存。通常的情況下，二氧化氯多數是在現場製取。在給水消毒的應用過程中，二氧化氯可以通過利用亞氯酸鹽(如NaClO2)分別與氯氣(Cl2)、次氯酸(HOCl)或是鹽酸(HCl)直接反應而生成二氧化氯。具體的反應過程如下所列：
(1)直接與鹽酸的反應：反應一般發生在較低的PH值範圍內，並且反應速率較低。
(2)亞氯酸鹽與氯氣的反應：這是在水處理應用中最為常見的製取二氧化氯的方式。反應包括了兩個階段：第一，通過向水中通入過量的氯氣來生成次氯酸(HOCl)和鹽酸(HCl)；第二，次氯酸與亞氯酸鈉反應生成二氧化氯。為了提高亞氯酸鹽的使用率，通常需要向水中同入過量的氯氣，以生成足夠反應的次氯酸。在反應中，由於次氯酸的生成，從而降低了水的PH值，這將更加有利於反應的正常進行。通過這種方式來製取二氧化氯的反應速率要比前一種方式來的快，但比較下面所介紹的第三種方法來說就相對較慢了。
(3)氯氣直接與亞氯酸鹽反應：此類反應多發生在中性的PH值環境下，而且反應速率相對較快。
鐵離子(Fe2+)和錳離子(Mn2+)是水中最為常見的兩種金屬離子，因此在飲用水處理的過程中，通常要採用一些特殊的方法來對水中的鐵、錳離子加以去除。其中最常見的方法就是通過加入強氧化劑來與鐵、錳離子反應，從而生成沉澱物，再通過後續處理，例如沉澱和過濾加以去除。而由於二氧化氯具有很強的氧化性，因此在給水處理中被用來作為氧化劑來去除水中過量的鐵、錳離子。
為了能夠生成氫氧化鐵沉澱(Fe(OH)3)，通常控制反應發生在鹼性環境下，與1.0mg/l的鐵離子反應需要1.2mg/L的二氧化氯。
在實際的給水消毒應用過程中，特別是在高濃度的鐵、錳離子原水處理中，二氧化氯的用量還要考慮到消毒副產物的生成、氯酸根離子(ClO3-)和亞氯酸根離子(ClO2-)的濃度等因素，因此在實際應用中，二氧化氯的用量應控制在0.07~2.0mg/L的範圍內，一般不超過1.0mg/L。
從在水中的濃度以及活性的角度來說，天然有機物是地表水和地下水中的一種重要成分。存在於水中的天然有機物，影響微量金屬和親水有機化合物的流動性以及在一定範圍內的膠狀顆粒的聚合速度。同時，對於微生物和依靠本身特性例如分子重量，分子組成和官能團進行反應的物質來說，天然有機物也是有機碳的來源。
通過進一步對天然有機化合物成分的研究，它們被分成以下幾部分：腐殖質酸(HA)；非水溶性酸性物質(HOA)；非水溶性鹼性物質(HOB)；非水溶性中性物質(HON)；水溶性酸性物質(HIA)；水溶性鹼性物質(HIB)；水溶性中性物質(HIN)。在大多數的情況下，飲用水中的天然有機物的主要成分是非水溶性酸性物質，約佔54%，腐殖質酸和非水溶性中性物質分別佔19%和12%。通常情況下，天然水體中非水溶性鹼性物質的含量微乎其微，另外水溶性物質的比例也相對較小，大約佔總的有機物的15%左右。
根據以往的試驗資料，經過二氧化氯的氧化作用，HA，HON和HIB在水中所佔的比例明顯減少，而對於HOA來說，去除量不會超過9%。HIA的成分會少許增加，而HIN的成分會有明顯的增加。二氧化氯打碎大分子量的有機物質使其變成小分子量的物質，從而使非生物降解的有機物轉變成可生物降解的有機物。可生物降解的有機物成分會在後續的水處理過程中增加水中微生物的增長。
研究表明周圍的環境因素，例如溫度，水質，PH值也會對二氧化氯的消毒效率產生影響。PH對於消毒效率的影響取決於受抑制的物件。與加氯消毒相比較，二氧化氯對於病原體的抑制能力要相對較弱。同加氯消毒一樣，二氧化氯的消毒能力隨著溫度的降低而減弱。某些研究表明當水溫從20°C下降到10°C時，二氧化氯對於似隱孢菌的抑制能力會下降40%左右。原水的水質，例如水裡的懸浮顆粒和病原體的聚集體的數量對於消毒能力都有著重要的影響。實驗表明，通過向水中加入斑脫土來調節原水的濁度，當濁度從5NTUs上升到17NTUs時，原水中的病原體的抗抑制能力從11%升高到25%。早在1944年二氧化氯就已經被用作飲用水處理的消毒劑，多年來大量的研究工作以及試驗資料顯示二氧化氯對於水中大腸桿菌具有很強的抑制能力，在5分鐘的接觸時間內要強於同等濃度下的氯氣，而當接觸時間延長到30分鐘時，二氧化氯對於細菌的殺滅能力就要稍低於氯氣。在較高的PH範圍內，二氧化氯的消毒能力要明顯優於氯氣。
在原水中大量存在的無機生物物質將與二氧化氯發生反應。在配水管網中氯離子和亞氯酸根離子是二氧化氯降解後的主要產物。如上所述，在正常的水處理過程中大約有50%~70%的二氧化氯通過氧化還原反應被轉化成亞氯酸根離子，30%被轉換成氯酸根離子和氯離子。
另外亞氯酸根離子和氯酸根離子的分配比例受PH值和日照的影響。在較高的PH值範圍內，二氧化氯被分解成亞氯酸根離子和氯酸根離子。
通常來說，含有二氧化氯的原水在日光的照射下，水中氯酸鹽的濃度增加。研究表明，當二氧化氯作為消毒劑在水處理的過程中並不產生三滷甲烷(THMs)等有害的副產品，但會產生少量的有機消毒副產品，關於這些有機副產品的成因和種類並沒有得到足夠的研究，但是大多數的研究表明水中天然有機物質的存在並與二氧化氯反應是導致大量醛類和羧酸類有機副產品生成的主要原因。因此當用二氧化氯做消毒劑時，對於水中天然有機物的去除就顯得額外重要。
優點：
(1)二氧化氯對於水中病毒，隱孢菌等微生物的抑制作用要強於氯氣。
(2)二氧化氯可以氧化掉水中的鐵離子(Fe2+)，錳離子(Mn2+)和硫化物。
(3)二氧化氯可以增強水的淨化過程。
(4)二氧化氯可以有效控制水中的酚類化合以及由於藻類和腐敗的植物所產生的氣味。
(5)不會生成鹵化副產物。
(6)二氧化氯易於製取。
(7)生物特性不受水中PH值的影響。
(8)二氧化氯可以保持一定的殘留量。
缺點：
(1)二氧化氯在消毒過程中會生成亞氯酸鹽和氯酸鹽副產物。
(2)過多的加藥量將會產生鹵化副產物。
(3)較高的裝置以及操作費用。
(4)二氧化氯氣體是易燃氣體，因此必須在現場製取。
(5)二氧化氯不穩定，在日照下會分解。
作為很有前途的替代消毒劑，ClO2逐漸受到人們的重視，隨著人們對其特性和在水中的反應機制的進一步的研究，我相信它將在水處理工業中得到更廣泛的應用。