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在工业污水、生活污水及医院污水上的应用工业上几乎都用电晕放电法来制取臭氧，这样生产出来的臭氧适用于初步处理含烷基苯磺酸钠、焦油、COD、BOD、污泥、氨氮等污染物的污水，还适用于处理含Fe2+、Mn2+、氰、酚、亲水性染料、细菌等污水。 由于水资源愈来愈紧张，工业及城市生活污水处理后经常回用，这就需要提高污水的处理标准。利用臭氧对水进行深度处理，可除掉水中各种杂质，从而达到回用标准。臭氧处理医院污水可消毒灭菌。若采用臭氧处理医院污水，可截断传染源，免除后顾之忧。并且臭氧在几分钟之内可以将病毒全部杀死，比当量氯气快200～3000倍。城市污水处理系统工程也已经开始使用大型臭氧发生器进行消毒除味脱色处理。在循环冷却水和锅炉给水中的应用在循环冷却水中，需对水进行深度处理，臭氧可以除去形成污垢的杂质，防止阻塞管道。
当然，要达到此目的必须先将氨除尽，否则其还原性会分解残余臭氧，不利于保持臭氧的氧化效率，通常残余臭氧保持在0.5mg/L左右为宜。目前只有美国将臭氧应用在循环冷却水的处理，其他包括均尚处于试验阶段。臭氧在饮用水上的应用采用臭氧消毒灭菌不存在任何对人体有害的残留物（如用氯消毒有致癌的卤化有机物产生），对提高饮用水的消毒质量问题非常有效。地表水中含有各种有机、无机以及各种细菌、病毒。地表水用臭氧进行深度处理后，基本上可以达到优质饮用水标准。有实验表明水中臭氧浓度在0.4ppm时， 只需一分钟就可以将细菌和病毒全部杀死，它杀病毒比的速度更快。 经过臭氧深度处理的饮用水的质量很高，可以防止微生物在管道内生长，保护了人体的健康。若是只用紫外消毒，只能透过一定厚度的水层，消毒不*，而用臭氧就能*解决问题。
臭氧若是结合紫外对饮用水消毒，效果比单独用任何一种方法更好，还能节省能耗。利用臭氧对自来水直接消毒则要简单得多，所需臭氧浓度也小得多。不过，臭氧极易分解，在它们的终端都还需要加少许余氯，以防止细菌在配水管网内的再度滋生。其他水处理应用臭氧消毒游泳池水在国外十分普遍。经臭氧消毒后，游泳池池水清澈透明，*解决了氯消毒刺激眼睛、皮肤的问题。我国有部分经济发达地区也采用臭氧消毒游泳池水，效果较好。给小区分质供水，必须使用臭氧消毒灭菌，只有这样才能保证饮用水时刻处于无菌富氧状态。臭氧分解后能产生氧气，既可改善食用水生生物的生存质量，又能对其生存场所消毒。不过臭氧浓度应避免高于0.1mg/L，因为它有害于水生生物。
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