臭氧發生器產生出來的臭氧具有良好的消毒和氧化性能，被廣泛應用于飲用水處理。自1906年在法國尼斯開始，它已連續用于飲用水處理約100年。從那時起，臭氧就一直在尼斯中使用，尼斯也因此被稱為臭氧化飲用水處理的誕生地。臭氧在世界各地的水處理廠用于處理消毒、消毒副產物、臭味、顏色、微凝結和其它水處理需求。臭氧比任何其它消毒劑更能有效地消滅細菌和非活性病毒。當臭氧作為一種用于飲用水處理的氣體時，主要是由于它的氧化強度。臭氧能氧化許多無機化合物，包括鐵、錳、硫化物、亞硝酸鹽、砷、溴離子和碘離子。通過臭氧氧化，水供應中的鐵和錳可以降低到非常低的安全水平。同樣的過程也被用于釋放有機結合的重金屬，否則很難去除。

所有的臭氧應用都涉及氧化反應，無論是用于消毒還是特定污染物的氧化。難氧化的有機化合物包括許多溶劑、大多數殺蟲劑和引起臭味的化合物（2-甲基異龍腦和土臭素），它們是藻類生長和分解的副產品。這種飽和的有機物僅靠臭氧是不能迅速氧化的。然而，它們可以被羥基自由基（OH•）氧化。當自然產生的羥基自由基濃度不足時（臭氧分子分解形成羥基自由基，羥基自由基對有機和無機化合物的氧化反應很快），或者當令人討厭的臭味化合物濃度過高時，可以加入過氧化氫，同時增加臭氧劑量，可以產生更多的羥基自由基（OH•）氧化。

被臭氧或羥基自由基OH•氧化的有機化合物形成更短的有機分子鏈。幸運的是，許多這些短鏈有機物很容易被生物降解，可以在生物處理中去除。

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