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臭氧杀菌类属于生物化学氧化反应。臭氧氧化分解了细菌内部葡萄糖所必须的酶；也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞壁和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，可以渗透到胞膜组织，进入细胞膜内的内部脂多糖于外膜脂蛋白发生反应，使细菌的物质发生通透性畸变，导致细胞的溶解死亡，并且将死亡菌体内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原（细菌病毒代谢产物、内毒素）等溶解变性死亡。利用“臭氧”氧化之天然特性将阿摩尼亚味及有机性污染物质在腐败分解中产生的臭味彻底分解去除，它破坏了产生臭味物质的分子结构，生成无毒、无臭的物质。泳池国际比赛游泳池几乎都是采用臭氧技术处理，不但可去除水中的余氯，分解氯消毒产生的氯仿、溴二氯甲烷、四氧化碳等具有致癌性的氯化有机物。而且可杀菌；更为经济的是延长池水的使用时间，成本降低。
臭氧在工业废水处理中应用也十分普遍，常见的有对含酚、含氰及印染废水处理等。臭氧能使氰络盐中的氰迅速分解，其反应为两步，先将剧毒的CN-氧化为CNO-，以后再进一步氧化为CO2和N2，能使有毒废水的毒性降低100倍左右。臭氧对含酚废水处理，其对酚的降解速度与臭氧投加量与时间有关，且反应中PH值越高反应越快，臭氧消耗越小。臭氧对除分散染料以外的所有染料废水都有脱色能力，他可以破坏染料中的发色或助色基因，达到脱色效果。国内一项试验表明，在色度高达1800-2500倍， COD为1100-1800mg/L时，在特定条件下，臭氧可在15min内脱色率达99%，COD去除率接近90%。因工业废水程度不一，计算臭氧投加量时，一般通过试验得出数据。
