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臭氧的應用主要是滅菌消毒。這主要是因為臭氧有的氧化能力，臭氧在一定濃度下能與細菌、病毒、病原體等微生物產生生化反應。臭氧具有很高的能量，在常溫、常壓下很快自行分解為氧（O2）和單個氧原子（O），單個氧原子具有很強的活性，對細菌、病毒、病原體等微生物具有較強的氧化作用。
臭氧殺菌機理以氧化作用破壞微生物膜的結構實現殺菌作用。臭氧作用于細胞膜，使膜構成成份受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續滲透穿透膜而破壞膜內脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡。而臭氧滅活病毒則認為氧化作用直接破壞其核糖核酸RNA或脫氧核糖核酸DNA物質而完成的。
臭氧能氧化分解細菌、病毒內部氧化葡萄糖所的葡萄糖氧化酶，并直接與細菌、病毒發生作用，氧化并穿透其細胞壁，破壞其細胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物，使細菌、病毒的新陳代謝和繁殖過程遭到破壞，而奪取細菌病毒的生命。同時還可以滲透細胞膜組織、侵入細胞膜內作用于外膜脂蛋白和內部的脂多糖，使細胞發生通透性畸變，導致細胞溶解性死亡，并將死亡菌體內的遺傳基因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、支原體及熱源（內毒素）等溶解死亡。綜觀無菌技術對微生物作用的原理可分為型、殺菌和溶菌型三種。臭氧滅菌消毒屬于溶菌型劑體，可以達到“、地消滅物體內部所有微生物的目的”，不僅這樣而且它的作用是瞬間完成的。
從世界的臭氧技術產業來看，以水處理的殺菌凈化為主要市場，而水凈化臭氧裝置包括臭氧源與氣水混合裝置兩部分。臭氧發生器應提供足夠濃度與產量的臭氧，混合裝置以率使臭氧溶解在水中，即達到一定的臭氧溶解度。因此，一臺好的臭氧發生器要有優良的氣水混合裝置，使臭氧能地和水混合，使水中的臭氧溶解度能滿足完全殺菌。
臭氧與消毒劑比較： 臭氧作為廣譜無殘余污染的氣體消毒劑比食品行業常用的消毒劑（如過氧乙酸、高錳酸鉀、甲醛、二氧化硫）等具有特殊的性臭氧會自行分解為氧氣，不產生殘余污染，消毒后不需通風換氣。常規消毒均需通風換氣或化學中和，麻煩而又降低消毒效果。
按臭氧產生部件的結構劃分，有密閉式和開放式兩種。密閉式發生器的結構特點是密封體本身就是電極，臭氧能夠集中使用，如用于水處理。開放式發生器的電極是裸露在空氣中的，所產生的臭氧無法集中使用，通常只用于較小空間的空氣凈化或某些小型物品表面消毒。密閉式發生器可代替開放式發生器使用。密閉式發生器的成本遠開放式發生器。值得注意的是，有些人把開放式發生器硬性封裝起來，冒充密閉式發生器。這樣做的結果是由于大量的熱量無法及時散發，臭氧衰減嚴重，發生器也很快燒損。
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