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稳定性二氧化氯通过活化释放出游离态二氧化氯，游离态二氧化氯不稳定释放出新生态氧原子；新生态氧原子具有强烈的氧化作用，其通过氧化微生物、细菌细胞中可溶性部分(包括酶系统)而达到快速抑制微生物蛋白质的合成，杀灭细菌、病毒的目的。 作为强氧化剂，ClO 2 在酸性条件下具有很强的氧化性： ClO 2 + 4H + + 5e = Cl - + 2H 2 O 在水厂pH≈7的中性条件下， ClO 2 + e = ClO 2- ClO 2- + 2H 2 O + 4e = Cl ‑- + 4OH - ClO 2 能将水中少量的S 2- 、SO 32- 、NO 2- 等还原性酸根氧化去除，还可去除水中的Fe 2+ 、Mn 2+ 及重金属离子等。另外，对水中有机物的氧化，Cl 2 以亲电取代为主，而ClO 2 以氧化还原为主，能将腐殖酸、富里酸等降解，且降解产物不以三氯甲烷形式存在。 ClO 2 是一种光谱、高效的杀菌消毒剂，实验证实，它对细菌、芽孢、藻类、真菌、病毒等均有良好的杀灭效果。关于ClO 2 的消毒机理，由多种解释，一般认为ClO 2 对微生物细胞壁有较好的吸附和穿透作用，能渗透到细胞内部与含巯基（-SH）的酶反应，使之迅速失活，抑制细胞内蛋白质的合成，从而达到将微生物灭活的目的。 由于细菌、病毒、真菌都是单细胞的低级微生物，其酶系分布于细胞膜表面，易于受到ClO 2 攻击而失活。而人和动物细胞中，酶系位于细胞质之中受到系统的保护，ClO 2 难以和酶直接接触，故其对人和动物的危害较小。