二氧化氯(ClO2)簡介

認識二氧化氯ClO2

一、基本特性與介紹
人類利用化學方法殺菌消毒是從19世紀初開始的。1820年漂白粉問世後，人們將其用到飲用水消毒和感染創傷治療上，效果良好，開闢了化學殺菌消毒第一個里程碑。此後人們又發現了第二代消毒劑環氧乙烷，第三代消毒劑戊二醛。而ClO2則被稱作第四代殺菌消毒劑。

ClO2於1911年出現。早期並未用它作殺菌消毒，直到1940年次氯酸鈉工業化生產之後，才開始大規模使用。1940年美國的尼亞加拉大瀑布廠率先採用它處理飲用水，取得良好效果，之後迅速推廣到全世界，近年來風靡全球。

ClO2已被美國食品藥物管理局(FDA)和美國環境保護署(EPA)確認是醫療衛生、食品加工、環境保護、自來水、工業循環用水及污水處理等方面，殺菌、消毒、除臭及降解BOD、COD的理想氧化劑，同時具備藥效長、無毒性、不破壞環境等特點。它是目前使用的化學消毒劑中最理想的消毒劑，且被聯合國衛生組織（WHO）列為AⅠ級消毒劑，國際上已開發國家已廣泛應用，且應用範圍越來越廣。

ClO2之所以備受人們青睞，主因它是一種不產生致癌物的多用途環保型殺菌消毒劑。具有很強的殺菌能力，對人體及動物沒有危害及對環境不造成二次污染等特點。它具有很強的氧化作用，故在殺菌、食品保鮮、除臭等方面可表現出顯著的效果。

二氧化氯的物理性質:
ClO2是目前國際上公認的新一代廣效強力殺菌劑、高效氧化劑和優良漂白劑，無法在自然界自然生成及存在，其化學結構中雖含有氯原子，但因其特殊的化學結構，致使其特性與氯氣截然不同。
純二氧化氯（ClO2- Chlorine Dioxide）常溫（20℃）下是一種黃綠色的氣體，具有與次氯酸鈉、臭氧類似的刺激性氣味，分子量67.45，比重為1.642克／升(0℃)，比空氣重，熔點-59.5℃，沸點11℃。
ClO2極易溶於水而不與水反應，22℃時溶解度約為氯的5倍，達2.9 g/L。ClO2水中溶解度隨溫度升高而降低。同時ClO2分子的電子結構雖是不飽和狀態，在水中卻不以聚合狀態存在，這對ClO2在水中迅速擴散十分有利，唯ClO2水溶液易揮發，在較高溫度與光照下會生成ClO2與ClO3，故需避光低溫保存。
二氧化氯的化學性質:
ClO2的化學性質非常活潑，一般在酸性條件下具有很強的氧化性，僅次於臭氧。
ClO2屬強氧化劑，其有效氯是氯的2.6倍，可以與包括鐵、錳、硫化物、氰化物和含氮化物等無機物以及酚類，有機硫化物，多環芳烴、胺類、不飽和化物，醇醛和碳水化合物以及氨基酸和農藥等有機物化合物反應。
     水中ClO2以單體存在，不聚合生成ClO2氣體，在水中不與有機物結合，不生成三氯甲烷致癌物，因此被稱為不致癌的消毒劑。ClO2結構中有一個帶有孤對電子的氯－氧雙鍵結構，極不穩定，光反應會產生氧自由基，具有強的氧化性。如果以氯氣的氧化能力為100%的話，ClO2的理論氧化能力是氯氣的 2.6倍，次氯酸鈉的2.8倍，雙氧水的1.3倍。ClO2是一種有多方面用途又有選擇性的氧化劑，它可與各種有機和無機化合物反應，這些反應中大多能用於包括水溶液和氣態蒸汽在內的水處理和工業廢物處理上。

1. 滅菌原理和功效

根據國內外大量的實驗研究顯示，ClO2安全、無毒的消毒劑，更無“三致效應”（致 癌、致畸、致突變），同時在消毒過程中也不與有機物發生氯代反應生成有機氯化物 或其他有毒類物質。 因此、ClO2是國際上公認的含氯消毒劑中唯一的高效消毒劑（滅 菌劑），它可以殺滅一切微生物，包括細菌繁殖體、細菌芽孢、真菌、分枝桿菌和病 毒等。
ClO2殺菌或殺病毒最主要的方式是利其用氧化作用及強穿透力，穿透細胞膜氧化其蛋 白質、脂肪和核酸等以達到去活性之功能。因ClO2作用時會釋放出初生態氧原子；初 生態氧原子具有強烈的氧化作用，其通過氧化微生物、細菌細胞中可溶性部分而達到 快速抑制微生物蛋白質的合成，進而來破壞原菌、真菌和病毒等，以達到殺滅細菌、 病毒的目的。因此ClO2除了對一般細菌有殺滅作用外，對芽胞、病毒、藻類、異菌、 鐵細菌、及硫酸鹽等均有很好的殺滅作用，在氧化的同時不伴隨其作用產生氯仿等有 機致癌物。
ClO2對高等動物細胞結構幾乎無影響，其分解產物為水、氯化鈉、微量二氧化碳。加 之微生物對其也不產生抗藥性，同時，ClO2為強氧化劑，幾乎可以分解水中所有還原 性污染物質。
二氧化氯的五大性能:
經實驗證明，以ClO2作為高效消毒劑，其主要的消毒殺菌性能如下：
(1)高效、強力：在多種常用消毒劑中，在相同時間內達到同樣的殺菌率所需的ClO2濃 度是最低的。對殺滅異養菌所需濃度僅為Cl2的一半。ClO2對水中大腸 桿菌殺滅效果比Cl2高5倍以上。
(2)快速、持久：ClO2溶於水但不起化學反應，且在水中的擴散速度與滲透能力都比氯 快，特別在低濃度時更為突出。當細菌濃度在105～106個/mL時，0.5 ppm的ClO2作用5分鐘後即可殺滅99%以上的異氧菌，作用12小時殺 滅率保持不變，而同量的Cl2最高只能達到75%。

(3)廣效、滅菌：ClO2是一種廣效型消毒滅菌劑，對一切經水體傳播的病原微生物均有 很好的殺滅效果，且不易產生抗藥性，尤其對傷寒、甲肝、乙肝、脊 髓灰質炎及愛滋病等也有良好的殺滅和抑制效果。
(4)無毒、無刺激：經急性口毒性試驗表明，ClO2消毒滅菌劑屬實際無毒級產品，用其 消毒的水體不會對口腔粘膜、皮膚和頭髮產生損傷，其在急性毒性 和遺傳毒理學上都是絕對安全的。
(5)安全、多功能：ClO2不與水體中的有機物作用生成三鹵甲烷等致癌物質，對高等動 物細胞、精子及染色體無致癌、致畸、致突變作用，並且使用量很 低，因此用其消毒十分安全，無殘留毒性，其安全性被世界衛生組 織(WHO)定為AI級。

二氧化氯對常見致病菌的殺滅能力：

常見致病菌 濃度 時間 殺滅率 大腸桿菌 10ppm 5分鐘 100% 金黃色葡萄球菌 10ppm 5分鐘 100% 枯草桿菌黑色變種芽孢 50ppm 10分鐘 100% HbsAg肝炎病毒 50ppm 15分鐘 100% 淋病雙球菌 1.6ppm 2分鐘 99.999% 白色念珠菌 25ppm 2分鐘 99.999% 梅毒螺旋體 25ppm 15分鐘 99.999% 陰道毛滴蟲 25ppm 5分鐘 99.999% 肺炎菌 100ppm 1分鐘 99.999% 糞鏈球菌 100ppm 1分鐘 99.999% 軍團嗜肺球菌 25ppm 10秒 99.999% 綠濃桿菌 500ppm 10秒 99.999% 豬霍亂沙門氏菌 500ppm 10秒 99.999% 須髮癬菌 125ppm 5分鐘 100% 紅色毛癬菌 125ppm 5分鐘 100% F2噬菌體 0.15ppm 10分鐘 100% 水中脊髓灰質炎病毒 0.5ppm 2分鐘 99.999% 柯薩奇病毒 0.5ppm 3秒 99.999%

1. 二氧化氯與一般消毒劑之比較

二氧化氯 v.s. 氯氣：
ClO2的化學結構是一個氯原子與兩個氧子結合在一起，它和氯氣一樣均屬於具有強氧化能力。ClO2是氧化劑而不是氯化劑，在水中ClO2的溶解度較高，而且較穩定，因此不會和水體中的有機物質作反應致成三氯甲烷等致癌有毒的氯代副產物。因此ClO2已漸漸取代氯氣的用途。

反觀，氯氣殺菌能力較ClO2差，與ClO2相同用量下無法將隱孢子蟲（cryptosporidium）失活（inactivate）。氯氣在水中會立刻分解為次氯酸，在水中PH值中性偏鹼時轉化為次氯酸鹽溶液，其氧化能力及消毒能力會大幅下降。在高pH值下，氯氣的殺菌力差，另外也會造成口感和味覺的困擾，ClO2則無此情形。以氯氣滅殺原生動物（Protozoan） 相當不易，ClO2能夠氧化鐵錳錯化物，但氯氣則無法完全辦到。

根據實驗證明，水溶液ClO2含量在2~10 ppm，5~10分鐘內就可殺死大腸桿菌、枯草桿菌、沙門式桿菌和蘇利菌等，在病毒方面，ClO2水溶液可殺死小兒麻痹病毒、腸病毒和A型肝炎病毒等，其中在A型肝炎病毒研究中報導10 ppm二氧化氯溶液在1分鐘內就可殺死A型肝炎病毒。
二氧化氯 v.s. 臭氧：
臭氧相較ClO2是較強的殺菌劑，但兩者皆可將隱孢子蟲失活。然而水中含有溴化物時以臭氧消毒會產生溴酸鹽（bromates）是一種致癌物質。現今有些研究是在以臭氧消毒的自來水廠中，以ClO2來降低溴酸鹽的形成。美國EPA限定溴酸鹽最大容許值為10 ppb，未來有可能降至5 ppb以下。

ClO2可在不形成溴酸鹽的前提下將隱孢子蟲失活。臭氧設備的裝置、操作、維修皆比ClO2高。當原水中富含高量的有機物時，如果以臭氧消毒則必須先行預處理，因為臭氧對有機物極強的氧化力以及極短時間的殘留，使得消毒的操作控制較ClO2困難。
在高pH值時檢測臭氧殘留是困難的，有時使用臭氧比使用ClO2產生更多的總三鹵甲烷（TTHMs），而ClO2可預防TTHMs的生成，甚至足夠用量時可消除分解TTHMs。
二氧化氯 v.s. 紫外光UV：
紫外光UV 與ClO2皆不受水中氨的影響，且只需極短的時間即可將微生物失活。然而，UV對芽孢（spores）、孢囊（cysts）和病毒的滅殺能力較差。
以UV進行消毒需先行預處理,因為殺菌效果檢驗需培養細菌，此工作需要24小時以上，因為UV沒有殘留問題，所以在供水系統中無法取代氯氣或氯胺,而且在操作成本上也較昂貴，加上更換燈管（tube）維修費用也較高。

二氧化氯 v.s. 漂白水：
    目前廣泛使用的「漂白水消毒」效果不彰，其原因有三：一是漂白水之氧化能力較弱，二是漂白水殺菌和殺病毒能力較弱，三是漂白水僅能消毒物體表面但無法消毒空氣。此外、漂白水遇酸後會產生有害之氯氣。

使用漂白水消毒，除具有氯氣之臭味外，更有與腐植酸等產生三氯甲烷等致癌物質。如果同時考慮殺菌及殺病毒能力在水中之穩定性，ClO2是最佳的選擇；此外ClO2不會產生三氯甲烷等致癌物質，因此不會對環境造成二次傷害。
美國環境保護署 (EPA) 核淮ClO2在飲用水中之安全濃度為0.8 ppm，用於物體表現消毒則最高500 ppm，因此ClO2在低濃度時是一種安全的飲用水消毒劑，在高濃度時是一種強效的消毒劑。消毒是防堵SARS重要一環，使用正確之消毒方法更是重要課題。
與其他消毒劑比較具有五大優點：
1. ClO2不與腐殖酸等天然有機物反應形成三鹵甲烷等致癌物質。
   2.在水中不發生水解、始終以分子狀態存在，不與氨氮反應，其殺菌效果不受PH值影響。
   3.能有效去除水中藻類、酚類物質。
   4.能殺死其他氯系列消毒劑難以殺死的病毒和孢子等。
   5.水中持續殺菌能力強。
二氧化氯的應用領域：

1. 水產養殖
   降低亞硝酸根，預防魚體表層細菌性感染，水體底泥消毒，分解排泄有機質，消除臭土味，增加水中溶氧量，適度滅藻，去除鐵錳離子，無藥物殘及抗藥性。
2. 水處理
   飲用水、冷卻水塔循環水、廢水、游泳池、除臭。
3. 食品加工
   水產、肉品加工、蔬果保鮮、製程用水、飲料用水、瓶裝水、回收瓶、CIP管路、器具設備、空間環境消毒。
4. 畜牧業
   牧場內外環境、飲用水、器具設備、屠宰場、運輸車輛、除臭。
5. 環境衛生
   學校、機關、醫院、工廠、KTV、飯店、車站、居家等環境消毒，除臭，防霉。
6. 農業園藝 （蘭花）
   灌溉水、土壤、水草、植物病害預防、溫室空間環境、器具消毒。

二氧化氯(ClO2)與一般市面上常見的消毒劑之比較

消毒劑種類	二氧化氯	次氯酸鈉(漂白水) 次氯酸鈣(漂白粉)	臭氧	氯氣
滅菌效率	高	中等	高	中等
滅殺微生物種類	所有細菌、病毒、黴菌、真菌和水藻皆有效；包括芽孢菌。	大部份病毒、黴菌、真菌和芽孢菌有效。	所有的微生物種類皆有效；包括芽孢菌。	大部份病毒、黴菌、真菌和芽孢菌有效。
接觸時間	數秒～數分鐘。	依滅殺菌種而異，數分鐘～數小時。	數秒。	依滅殺菌種而異，數分鐘～數小時。
腐蝕性	使用濃度(500ppm) 以下腐蝕性可忽略。	對鐵、鋁有腐蝕性。	高濃度（數百ppm）對鐵、不銹鋼有腐蝕性。	對鐵、鋁有腐蝕性。
毒　性	使用濃度（500ppm）以下毒性可忽略。高濃度（數百ppm）會刺激皮膚及呼吸道。	對組織細胞有侵蝕性，形成三鹵甲烷。	一般消毒使用濃度下毒性可忽略。	會產生三氯甲烷（即氯仿）、溴仿、溴二氯甲烷、氯二溴甲烷等致癌物質，如氯氣外洩人體直接吸入多量氯氣有致命的危險
生物分解性	高－分解成無害的副產物	差	高	中
特性	不形成三鹵甲烷類(THMs)、氯酚等。可氧化鐵錳錯化物	儲存期限短、穩定性差。有氯的味道及具漂白性質。	強氧化劑和殺菌劑，活性固然是最好，但穩定性差。用於自來水殺菌仍須加氯以避免後段的污染。	水中的餘氯會影響水的口感和氣味。無法氧化鐵錳錯化物
優缺點	高效率、快速的殺菌效果，二氧化氯葯效持久，約為氯的10倍。安全、無味、無毒、穩定性強。	使用氯與漂白水等消毒；除具有氯氣之臭味外，更有與腐植酸等產生三氯甲烷等致癌物質	臭氧不穩定，水溶性較差，不能長效殺菌。	會產生三氯甲烷（即氯仿）、溴仿、溴二氯甲烷、氯二溴甲烷等致癌物質

四、國內外相關法規:
國外相關法規：
‧ 美國於1944年首先以二氧化氯處理飲用水。
‧ 美國環保部門EPA：核准二氧化氯進行醫院、實驗室的環境與設備消毒。
‧ 美國食品藥物管理部門FDA：核准以二氧化氯進行食物加工業蔬果、飼料消毒。

1. 美國農業部：核准以二氧化氯進行肉品、禽肉加工及器具消毒。
2. 日本食品衛生法明定將二氧化氯列入食品添加劑。
3. 澳大利亞衛生部核准將二氧化氯列入食品添加劑。
4. 美國農業部(EPV)和環保局(EPA)於1985年將二氧化氯確認為食品消毒劑和環

保型水處理劑。
國內相關法規：

1. 行政院環保署於中華民國95年3月2日預告訂定「二氧化氯為飲用水水質處理藥劑」草案。
2. 行政院衛生署食品相關法規歸類為第二類殺菌劑，公告日期：民國82年11月15日，編號：004，本品可使用於飲用水及食品用水；用量以殘留有效氯符合飲用水標準為度。
3. 行政院環保署於民國87年2月11日公告，字號：環署毒字第0007862號，屬環保用藥，不列管，其使用上對人體無害。
4. 環保署95年7月6日最新公告，二氧化氯為飲用水水質處理藥劑，ClO2最大添加劑量為1.4 mg/L、添加後之最高劑量殘餘濃度限值0.7 mg/L，及添加後亞氯酸根濃度限值1.0 mg/L。字號：環署毒字第0950052513號公告。
5. 環境檢驗雜誌第四十二期「三鹵甲烷環境暴露之探討」許多學者建議改採更安全的消毒方法；諸如臭氧、ClO2等。Chang等曾研究以ClO2行前氧化處理，不但可降低三鹵甲烷之形成，且可減少所需之加氯量。
6. 環境檢驗雜誌第四十八期「環境消毒劑－二氧化氯藥效試驗探討」結論得知ClO2的相關應用，在 SARS全球風暴的推波助瀾下，顯現其強效、環保、安全的消毒特質。自動噴霧機或是超音波氣霧機所產生的ClO2冷霧，均能有效控制密閉式空間中的懸浮菌落數，有效滅菌濃度約為0.10 mg/m3。
7. 本公司ClO2產品已獲行政院衛生署食品添加字號第001743號認證。

1. 國內外實際案例:

國外實際案例：

1. 北美都市約有600多座水廠使用ClO2進行預消毒和廢水處理。
2. 比利時、瑞士、德國、法國、英國、奧地利等歐洲大城市將ClO2用於飲用水預氧化和後消毒。
3. 義大利鋼/電廠，地中海島嶼石化廠等用水及冷卻水，使用ClO2控制生物污染藥劑。
4. 德國有超過70%的飲用水使用ClO2作為後消毒。
5. 中國於1996年制定性二氧化氯行業標準，2001年頒佈二氧化氯食品添加劑標準，2002年制定二氧化氯應用於飲用水消毒及工業水處理的標準及規範。
6. 北京、上海、成都、南京等大都市公共汽車，每月固定三次使用ClO2進行車廂消毒。
7. 美國參議院哈特辦公大樓以及華盛頓市布倫塢分信大樓進行的消滅炭疽菌試驗，在試驗區採集10個氣體和194個液體樣品，送到亞特蘭大疾病控制暨預防中心檢驗，結果全部呈現陰性反應，代表試驗區的炭疽菌芽苞全被ClO2殺滅且安全不殘留。
8. 至1977年時歐美就有超過 490 座自來水廠使用ClO2取代氯氣進行淨水消毒工作。
9. 根據1996年Hoehn在AWWA水質技術研討會的報告，至1992年全世界已有超過 700 個使用ClO2的自來水廠。

國內實際案例：

• 全世界正面臨SARS疫情肆虐，對剛從大陸返台的親友更是避之唯恐不及﹔高縣議員黃明河經人介紹，獲悉ClO2消毒效果遠超過一般漂白水，先進國家更有高達二千多家自來水廠使用ClO2，連高雄縣議會、警察局等單位也接受推薦而嘗試採用消毒。 
• 在SARS期間，國內和平醫院、陽明醫院等醫院就由國軍單位使用ClO2水溶液作為除污通道 (1000 ppm)、消毒人員除污 (500 ppm) 與人員消除站2000 公升水囊 (5 ppm) 的消毒劑，成功地完成任務。 
• 水產養殖業的水體消毒，如：水產試驗所、亞太種苗中心、屏東枋寮地區等水產養殖業者。  
• 冷凍食品保鮮殺菌，如：興農超市、味全食品、山之泉飲用水、啤酒廠、麥當勞速食連鎖店等。 
• 空間環境使用ClO2消毒除臭，包括：創世基金會、台中市環保局清潔隊、台北市健康國小附設幼稚園、南投集集國小、橫山消防隊、湖口消防隊、關西消防隊… 等等。  
• 廢水處理之環境空間除臭，如高雄醫學院。
• 溫泉業者之水質處理。 
• 為減少飲用水水質處理的副產物，環保署2005/9/15計畫公告增列「二氧化氯」為消毒處理藥劑，以減少對人體的危害；環保署並於2006/7/6正式公告二氧化氯為飲用水水質處理藥劑。