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可以杀灭水中的细菌，不产生永久性残余物质、不产生致癌物质，水无异味等优点。
臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速度快，对有机化合物等污质去除彻底而又不产生二次污染，因此饮用水杀菌消毒是当前臭氧应用的最主要部门，自来水行业是臭氧的最大市场。
氯消毒在自来水厂应用是很普遍的。但臭氧对细菌的杀灭率更高，杀灭速度更快。氯消毒对水质PH值改变特别敏感，PH值由7.5变到8.0，氯的投加量要加大2.5倍，而臭氧投加量改变不大。使用臭氧代替氯消毒最主要的因素，也是传统使用氯消毒的美国、日本等国家都在快速发展采用臭氧处理自来水的主要原因，在于随着水源受有机化学工业产物污染，氯消毒后会产生氯仿、溴二氯甲烷、四氯化碳等氯化有机物（THM），这些物质具有致癌性，而臭氧处理中氧化作用不产生二次污染化合物。
自1902年在德国帕德博恩建立了第一个大规模水厂以来，世界上已有数千个臭氧水厂，在欧洲已达到普及的程度，美国、加拿大、日本等国家都在大力发展臭氧处理饮水工程。1980年加拿大蒙特利尔建成当时世界最大的臭氧水处理厂，日供水量230万吨，臭氧用量每小时300千克。最新资料介绍，臭氧发生器单机产量已达300kgO3/H，足够一个中等城市饮用水厂消毒使用。我国由于经济发展水平限制，自来水厂应用臭氧消毒工艺比较少，北京、上海、抚顺等地八十年代建立了几个水厂，以北京田村水厂规模最大，臭氧装机总量15kgO3/H，1997年昆明建成我国最大的臭氧水厂，臭氧装机总量33kg O3/H，对提高供水质量发挥重要作用。我国一些大型企业自供水厂采用臭氧消毒工艺比较积极，如大庆、胜利油田、燕山石化等臭氧水厂都在运行。
