臭氧长期以来一直用于水处理，至少可以追溯到19世纪后期，主要用于饮用水的消毒和抛光。在欧洲，臭氧处理水是一种常见的过程。其环境可持续性和相对安全性与化学系统相比，使其成为当前和未来很受欢迎的技术。受控使用臭氧作为处理方法不会产生可能污染或破坏环境或生态的有害副产品。通常，其反应的副产物是O₂和惰性氧化物。
近年来，人们对其用于处理废水的兴趣导致了新的可持续（绿色）技术的发展，用于废水收集系统中的气味和腐蚀控制。
臭氧是大气中氧气的一种特殊的、天然存在的形式。它不是两个氧原子，而是三个，由其化学式O表示3.这第三个氧原子使其成为具有非常高氧化电位的高反应性分子。事实上，它具有任何市售分子中很高的氧化电位，并且总体氧化电位为2.07伏（V）的第四高。就其氧化电位而言，在其上方是原子氟（F•，2.87 V），羟基自由基（•OH，2.86 V）和原子氧（O•，2.42 V）。
臭氧可以通过激发具有足够电能或光能的氧气流来产生。这将导致一定量的氧原子分裂并与附近的其他O₂分子重新结合。
在典型的处理条件下，使用相对纯净的氧气流和使用高压电弧的电晕放电室，该反应可以产生高达9至12重量%（wt%）的臭氧，尽管通常输出为1至9 wt%的臭氧。流的其余部分作为氧气留下。
当臭氧浓度上升到该浓度以上时，破坏反应变得更加频繁，使更多的臭氧恢复到O₂并保持这种平衡。这种不稳定性也是臭氧无法储存的原因，必须在施用前立即产生。
由于其极端的不稳定性和高氧化电位，臭氧在与其他化学物质的反应性方面是强大和不分青红皂白的。臭氧已被证明是破坏挥发性有机化合物，去除金属，总悬浮固体和有机碳以及显着降低化学需氧量的有效治疗方法。
在淡水中，臭氧的半衰期通常为10至20分钟，但在废水中，臭氧已被记录为在8.6秒内完全消耗。这是因为废水中存在极多的潜在反应物，包括H₂S。
H₂S的简单结构使其成为臭氧氧化的容易靶标。除了其高氧化电位外，臭氧的独特结构还倾向于产生自由基，这种化学物质具有未连接的电子，使其具有高度反应性，特别是在水中。
不仅实现了臭氧与不同化学物质直接反应的好处，而且作为这些反应的一部分，还可以形成额外的自由基，其反应性甚至比臭氧更具反应性。此外，自由基在反应时往往会产生额外的自由基，即所谓的自由基链式反应。
这些额外的反应是臭氧的间接影响。由于臭氧产生的来源是环境空气，因此它是可持续和绿色化学处理的终极选择。目前的臭氧生产技术得益于超过45年的持续发展，从而实现了具有成本效益和稳健的运营。使用氧气分离器，电晕放电室和一些压缩机等电气元件，现场产生臭氧相对简单和安全。这与目前市售的其他治疗方法形成鲜明对比。
由于臭氧的产生方式，氧气在使用臭氧时必然会成为处理气体混合物的一部分。这是有益的，因为氧气也是一种氧化剂。氧的氧化电位为1.23 V，其反应速度比臭氧慢，但却是一种极好的补充。
除了能够协助氧化之外，其主要优点是增加废水的溶解氧浓度，促进好氧细菌的生长，这些细菌不会产生有气味，腐蚀性或对收集系统有害的化合物。它还消除了SRB产生硫化物的能力，无论是通过完全去除SRB，还是促进好氧物质的生长，这些物质在它们能够进入废水流之前会氧化任何硫化物。
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