氯氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應用歷史，但近年來由于源水水質的惡化，氯消毒所引發的環境健康問題越來越引起人們的重視，二氧化氯由于其高效、易得且具有持續的殺菌效果而成為首選的替代物之一。

二氧化氯化學分子式ClO₂，外觀和味道酷似氯氣，為橙黃色、黃綠色氣體，比空氣重，分子外層有19個電子^【1】，外層鍵域存在著一個未成對的活潑性自由電子。與氯氣作用機理不同，二氧化氯在水中不水解，pH6～9范圍內，二氧化氯在水中以溶解氣體形式存在，持久穩定；它使水體中微生物蛋白質中氨基酸氧化分解，導致氨基酸鏈斷裂，蛋白質失去功能，從而使微生物死亡，所以它的作用即不是蛋白變性的作用，也不是氯化作用，而是強大氧化作用！二氧化氯消除廢水中的大腸桿菌和氯同樣有效，在殺滅二次污染水體中常見病毒方面效果則優于氯。可見，二氧化氯消毒劑比氯滅活，特別是對病原微生物中病毒和原生動物，有明顯優勢。

1.二氧化氯用于控制三鹵甲烷

三鹵甲烷（THMs），1974年被首先觀察到，之后確定其為致癌物。1983年EPA提出二氧化氯可以作為控制THMs有效的手段。二氧化氯不同于氯，與THMs的先驅物反應不同，二氧化氯在預防或大大降低THMs方面占有很大優勢，可見，二氧化氯與THM先驅物反應，使它們失去反應能力或無法形成THM。這就意味著用二氧化氯進行預處理，隨后再使用氯氣處理時能有效防止THM的生成。這一發現，可作為使THM產物最少化的水處理實踐的基礎。

2. 二氧化氯用于對味及嗅的控制

二氧化氯在破壞苯酚、藻類、硫化物、鐵及錳雜質方面遠優于氯氣。為此，它一直用于市政供水中控制味道和氣味。二氧化氯工業上開始使用，是1944年在美國尼亞加拉水廠，用于控制苯酚帶來異臭異味的。

3. 二氧化氯用于對藻類的控制

研究表明，在近似處理費用下，二氧化氯比硫酸銅滅藻效果更有效。二氧化氯可以攻擊葉綠素中的吡咯環，使環開裂，促使葉綠素失活。對于藻類控制，在晚上實施效果非常好（防止陽光分解二氧化氯）。據報道，1mg/L 的劑量即可控制藻類生長。

4. 二氧化氯用于對錳、鐵的控制

鐵、錳超標會使水有顏色、渾濁、著色以及口感不佳。

水中存在錳離子，使水變黑，雖氯氣能用來解決這個問題，但反應很慢，以至于加入24h（小時）后，錳離子仍舊存在于水中，并且去除率僅為25%。

二氧化氯能夠把二價錳氧化成四價錳，使之形成不溶于水的二氧化錳，即：

2ClO₂＋5Mn²⁺＋6H₂O→5MnO₂＋12H⁺＋2 Cl^－

二氧化錳可過濾除掉。二氧化氯對錳的去除率達69～81%。

水中鐵會促進鐵細菌生長。二氧化氯可迅速將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，形成Fe(OH)₃沉淀濾除，去除率達79～95%。二氧化氯還可氧化有機結合的鐵而氯不能。