科学技术的发展带来了人类文明，社会进步和经济腾飞，但也给人类带来一些忧虑。例如：饮用水氯消毒已有近百年历史，它在杀灭肠道传染病等方面发挥了重要作用，但自上世纪70年代中期以来，发现氯消毒产生了对人类有潜在危害的氯仿(CHCl3)等有机卤代物，已引起世界各国强烈关注和无限忧虑。自那时起，各国学者积极探求和研究其它替代消毒剂，包括O3、氯胺、UV和ClO2等，其中二氧化氯(ClO2)已被USEPA列为水消毒的首选消毒剂，是世界卫生组织(WHO)和世界粮农组织(FAO)向全世界推荐的A1级广谱、安全和高效消毒剂。
1. 水消毒剂
当选择消毒方法时，必须考虑被处理水的水质和靶子微生物两方面。其他的重要因素是温度、pH、浊度、色度、有机和无机物以及接触时间。还必须考虑有毒副产物的发生、试剂安全性以及易操作等。目前，作为饮用水的消毒剂主要有液氯(Cl2)、臭氧(O3)、氯胺(NH2Cl和NHCl2等)和二氧化氯(ClO2)等，其中液氯消毒在全球仍很普遍，但是液氯消毒产生三卤甲烷等有机卤代物的潜在危险已成为共识。
1.1 氯消毒
饮用水氯消毒产生卤仿已引起国内外学者的强烈关注，美国国会已通过了安全饮用水条例1996年修正案，其中1998年9月生效的第一阶段饮用水规定中三卤甲烷THMS为80μg/L，我国规定氯仿小于60μg/L。多年来，我们对全国24个大中城市自来水厂的卤仿进行了全面调查和研究，同时进行了游离性和化合性有效氯对氯仿形成的影响，腐殖质等THMS前驱物质对氯仿形成的影响，氯化黄腐酸形成氯仿的反应历程，饮用水氯消毒中氯仿形成的预测模型和三卤甲烷形成潜力THMFP的预测模型以及反应动力学等多项研究。这些研究对减少和控制饮用水氯消毒中氯仿的形成具有重要理论意义和实用价值。但是，欲彻底控制饮用水消毒中氯仿等有机卤代物的形成，则必须使用新型消毒剂。
含氯制剂，包括氯（液氯(Cl2)、NaClO和Ca(OCl)2"3H2O等）、二氯异氰尿酸钠和三氰异氰尿酸及二氧化氯ClO2。前3种含氯制剂分别称为第一、第二和第三代消毒剂，而ClO2称为第四代消毒剂。前3种含氯制剂溶于水后均产生HOCl，例如：
产生的HOCl与液氯消毒中一样，均会与水中THMS前驱物质发生氯取代反应而产生对人体有害的三卤甲烷等有机卤代物。而ClO2与前3种氯制剂的性质截然不同，与水中有机物反应几乎不产生氯仿CHCl3等有机卤代物。
1.2 臭氧O3消毒
O3是一种优良的消毒剂和强氧化剂，不仅能杀灭水中的许多微生物，而且还能将水中的大分子有机物转化为易生物降解和易被活性炭吸附的小分子有机物。自O3出现以来，相续有臭氧/活性炭(GAC)、臭氧/生物活性炭(O3/BAC)、臭氧/固定化生物活性炭等联合工艺用于饮用水深度处理，使臭氧在消毒和净水中的应用更有广泛前景。应该指出，O3在自来水中的半衰期约为20min (20℃)，因此在这些工艺的最后仍然需要采用其他消毒剂消毒，以维持管网中的持续消毒作用。
1.3 紫外线消毒
紫外线消毒是医院中常用的空间消毒方式，也开始用于水消毒。紫外线消毒的优点是消毒后水中不增加化学添加物，也不产生任何新的化学合成物，更不能去除水中有益的矿物质。但是，紫外线消毒不能实现管网中的持续消毒作用，还会引起微生物的繁殖。因此，采用其他化学消毒剂仍是十分必要的。
1.4 氯胺消毒
氯胺又称化合性有效氯(CAC)，它实际上是一种复杂的无机氯胺NHXClY和有机氯胺(RNClZ)的混合物：
CAC＝NHXClY + RNClZ
式中，x,y, z为0-3的数值。
其中无机氯胺，当pH为7~10时，氯和氨的稀溶液很快化合成氯胺。按其结构氯胺是氨分子中的氢原子被氯原子取代的产物，这些产物有一氯胺NH2Cl、二氯胺NHCl2和三氯胺NCl3。
NH3 + HOCl ＝ NH2Cl + H2O
NH2Cl + HOCl ＝ NHCl 2+ H2O
NHCl2 + HOCl ＝ NCl 3+ H2O
氯胺是废水和低质量冷却水的较好消毒剂。研究表明：氯胺消毒饮用水可达到比较满意的消毒效果，且与游离性有效氯(Cl2)较之，可降低三卤甲烷的生成量，一般可减少50%~70%，但仍然没有从根本上解决不产氯仿等有机卤代物问题。
1.5 ClO2消毒
二氧化氯ClO2是自然界中完全或几乎完全以单体游离原子团型体存在的少数化合物之一，常温下是黄绿色或橘红色气体，ClO2蒸气在外观和味道上酷似氯气，有窒息性臭味；ClO2的电子分布虽然呈不饱和状态（有顺磁性），但没有明显的二聚或多聚的倾向，ClO2易溶于水，溶解中形成黄绿色的溶液，在水溶液中以ClO2分子型体存在，有利于在水中扩散。ClO2的浓蒸气超过大气压强41kPa时爆炸，即在40kPa压强时爆炸；当溶液中ClO2浓度高于10%(Wt/V)或空气中大于10%(V/V)时，易发生低水平爆炸，在有机蒸气存在下，这种爆炸可能变得强烈。压缩或贮存二氧化氯的一切尝试，无论是单独或同其他气体结合，在商业上均未成功。因为它的爆炸危险，二氧化氯必须在使用地点制造。应该指出，气体ClO2用空气冲稀到10%(V/V)以下的浓度时较为安全，ClO2水溶液的浓度低于大约8~10g/L，将不产生足够引起爆炸危险的高压蒸气。在水处理的实践中，ClO2浓度很少超过4g/L，处理水平一般在0.1到5.0mg/L这样的范围内。ClO2水溶液如果保存在阴凉处、严格密封而且避光，水溶液是非常稳定的。二氧化氯溶液稍微酸化(pH=6)，即由于抑制了它的歧化而加强了稳定性。ClO2水溶液的紫外吸收光谱有宽阔的谱带，在360nm处有一吸收峰，摩尔吸收系数ε为1230L/(mol"cm)。紫外吸收光谱法已被用于分析单独存在或同其他氯氧化物的混合物中的二氧化氯。连续碘量法和电流滴定法等也被用于测量单独存在或同其他氯氧化物混合存在情况下的二氧化氯。二氧化氯消毒具有优良性能。
2 二氧化氯的优良性能
2.1 ClO2消毒几乎不产生CHCl3等有机卤代物
ClO2与水中黄腐酸FA以及模拟化合物包括间苯二酚、间苯三酚、3,5-甲苯二酚、间羟基苯甲酸(2,4-和3,5-二羟基苯甲酸)、对羟基苯甲、邻苯二酚、对苯二酚、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、邻硝基酚、2,4-二氯苯酚和对氯苯酚以及4-羟基-3,5-甲氧基苯甲酸（丁香酸）、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、对羟基肉桂酸、3,4,5和2,4,6-三羟基苯甲酸等的反应，几乎只检出很低的CHCl3量(1.5~7.0μg/L) (见表1)。
ClO2与水中FA及其模拟化合物的反应是以氧化还原反应为主，将有机物氧化成以含氧基团为主的产物，ClO2被还原为亚氯酸盐ClO2－。当ClO2过量时，反应中没有氯代物的生成。
表1 ClO2对模拟化合物形成CHCl3的影响 (μg / L)
模拟化合物
消毒剂①
模拟化合物浓度 (mg / L)
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
3,5-甲苯二酚
ClO2
3.2
5.0
5.0
4.0
4.6
Cl2
189.0
410.0
500.0
1150.0
1850.0
间羟基苯甲酸
ClO2
2.9
0.8
4.6
0.2
4.1
Cl2
85.0
87.0
95.0
105.0
1120.0
间苯三酚
ClO2
0.0②
0.0
0.0
0.0
0.0
Cl2
280.0
520.0
700.0
1650.0
2800.0
邻苯二酚
ClO2
1.4
1.6
0.9
2.2
2.5
Cl2
22.0
26.5
31.6
37.3
51.0
对苯二酚
ClO2
10.3
6.2
1.6
1.3
5.3
Cl2
10.5
38.0
46.0
46.0
60.0
间苯二酚
ClO2
3.0
0.6
4.3
4.3
5.0
Cl2
500.0
1070.0
1920.0
2360.0
2900.0
间甲酚
ClO2
0.9
1.6
1.4
0.5
4.0
Cl2
10.4
22.4
32.0
35.0
47.1
对甲酚
ClO2
0.0
0.0
0.2
1.4
1.9
Cl2
9.8
15.0
21.0
19.8
54.0
邻甲酚
ClO2
2.5
4.0
4.0
1.9
2.5
Cl2
31.6
56.5
185.0
210.0
310.0
邻硝基酚
ClO2
0.0
0.3
0.0
2.2
1.5
Cl2
110.0
115.0
122.0
201.0
331.0
2,4-二氯苯酚
ClO2
3.0
3.5
4.7
7.6
7.3
Cl2
100.0
109.0
140.0
152.0
310.0
对氯苯酚
ClO2
8.0
9.0
9.0
7.6
7.3
Cl2
21.6
26.2
39.5
48.5
75.0
①ClO2和Cl2均为20.0mg / L，pH＝7，25℃，反应4h。
②0.0均指生成CHCl3量＜0.1μg / L。
2.2 ClO2具有良好的杀菌效果
(1) ClO2消毒剂鉴定：
我们按国家消毒剂规范（国家卫生部，消毒技术规范，1991.12公布）中规定选用葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌等纯菌种进行鉴定，ClO2对鉴定菌种的灭菌效果是显著和高效的（见表2），明显优于Cl2。例如：消毒剂投量为1.0mg/L时，ClO2对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的致死率均已达100%，而Cl2分别为99.16%（还有1960CFU/ml细菌存活）和99.98% （残留大肠杆菌数40CFU/L）。消毒剂投量为6.0mg/L时，ClO2对枯草芽孢杆菌的致死率为100%，而Cl2只有99,82%（尚有480CFU/ml未被杀死）。