消毒杀菌
臭氧通过破坏微生物膜结构及遗传物质实现高效灭活，对细菌（如大肠杆菌）、病毒（包括包膜病毒）及抗氯性病原体（如隐孢子虫）的灭活率可达99.99% 。世界卫生组织（WHO）《饮用水水质准则》证实，臭氧在CT值（浓度×接触时间）为0.3 mg·min/L时即可实现4-log病毒灭活，较氯消毒效率提升3-5倍 。
中国疾病预防控制中心研究显示，臭氧对新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的灭活效率在接触30秒后达99.9% 。美国EPA建议医疗废水处理采用≥4 mg/L臭氧浓度，接触时间≥15分钟 。
降解有机物
臭氧与有机物反应生成羟基自由基（·OH），催化链式反应彻底分解难降解物质。臭氧及其催化产生的羟基自由基（·OH，氧化电位2.8V）可通过链式反应降解难分解有机物。如印染废水、含酚废水、液化石油气（LPG）泄漏污染水处理。
清华大学研究团队证实，臭氧/UV体系处理印染废水时，偶氮染料降解半衰期缩短至8分钟，脱色率较单独臭氧处理提升40% 。德国慕尼黑工业大学研究表明，臭氧催化氧化对苯酚的矿化率可达92%（pH=9，20℃）。中国石化应用臭氧-生物活性炭组合工艺处理炼油废水，COD去除率稳定在85%以上，较传统工艺降低污泥产量30%。
脱色与除异味
臭氧通过破坏发色基团共轭双键实现高效脱色，适用于染料、木质素等废水脱色。也分解水中硫化氢（H₂S）、氨（NH₃）等致臭物质。
纺织工业废水处理中联合活性炭吸附可使色度从500-1000倍降至5倍以下 。日本大阪市水道局采用预臭氧-混凝工艺处理富营养化原水，藻类代谢产物2-MIB的去除率从单独混凝的35%提升至82% 。中国环境科学研究院研发的臭氧-陶瓷膜耦合系统，对硫化氢的去除效率达99.5%，运行成本较传统化学氧化降低40%。
新型污染物去除
臭氧高级氧化（AOPs）技术（如臭氧/UV/H₂O₂）可显著提升对药物残留（PPCPs）、微塑料、全氟化合物（PFASs）等降解效率。
实验表明，臭氧/过硫酸盐体系对双氯芬酸的降解半衰期缩短至3分钟，TOC去除率提高至68% ；臭氧-紫外协同处理可使PFOS的C-F键断裂率达78%，显著高于单独臭氧处理（32%）；臭氧氧化使聚乙烯微塑料表面产生含氧官能团，促进后续生物降解效率提升2.3倍。
技术协同创新
采用组合工艺突破单一技术局限性，如：
O₃+BAC（生物活性炭）降低臭氧用量；北京第九水厂采用该工艺后，臭氧投加量降低25%，出水AOC（可生物降解有机物）浓度<10 μg/L 。
O₃+UV生成更多·OH自由基；荷兰PWN水厂应用紫外催化臭氧体系，羟基自由基产率提升5倍，EE/O（能耗效率）达0.8 kWh/m³ 。
预臭氧+混凝改善混凝效果；深圳笔架山水厂实践表明，该工艺减少混凝剂用量30%，沉后水浊度稳定在0.3 NTU以下 。
臭氧+膜过滤组合工艺；2023年启用的杭州亚运村水循环系统采用该工艺，实现池水72小时全循环处理，游离性余氯控制在0.3-0.5 mg/L的理想范围。
杀灭微生物
臭氧与细胞膜磷脂双分子层中的不饱和脂肪酸反应，生成脂质过氧化物，导致膜通透性增加（电导率上升300%），破坏微生物细胞膜结构 ；臭氧穿透细胞后氧化核酸碱基（如鸟嘌呤→8-羟基鸟嘌呤），引发DNA链断裂 ；氧化微生物关键酶（如ATP酶）的巯基（-SH），干扰能量代谢 ；降解病毒表面蛋白结构，丧失感染能力 。被用于医院手术室、病房的空气消毒，地铁车厢、机场候机厅的动态消杀，食品加工车间表面灭菌。
分解有机物
臭氧对气态污染物（如甲醛、苯系物等）具有选择性降解作用。臭氧（O₃）优先攻击含富电子基团的污染物，如不饱和碳链（C=C、C≡C）、芳香环（如苯系物）及含硫/氮官能团（-SH、-NH₂），通过环加成或亲电反应直接断裂化学键（如烯烃臭氧化生成羰基化合物），而对饱和烷烃等电子密度低的物质反应活性显著降低。例如，臭氧对苯乙烯（含C=C双键）的氧化速率常数（k=1.2×10⁵ M⁻¹s⁻¹）是对甲烷（k<0.1 M⁻¹s⁻¹）的百万倍以上 ，这种选择性在工业废气处理中可针对性降解丙烯酸酯（去除率>95%）而保留无害的CO₂和H₂O，但需结合催化剂（如NiFe₂O₄）或UV激发以增强对难氧化污染物（如甲醛）的处理效率 。常被用在如家庭装修后甲醛、TVOC的去除；印刷厂、汽车喷涂车间VOCs废气治理。
消除异味
臭氧通过化学转化与嗅觉受体遮蔽双重机制除臭。如与含硫化合物（如H₂S）反应生成SO₄²⁻，在垃圾中转站应用中，H₂S浓度从50 ppm降至<0.1 ppm ；
H₂S+4O₃→SO₄²⁻+4O₂+2H+
臭氧将NH₃氧化为硝酸铵气溶胶（氨气中和），畜禽舍内氨气去除率>85%；
NH₃+4O₃→ HNO₃+H₂O+4O₂
HNO3+NH3→ NH₄NO₃
臭氧与含巯基（-SH）的恶臭分子（如甲硫醇）结合，阻断其与嗅觉受体TRPA1的结合能力 （嗅觉干扰）。
典型应用案例
市政污水处理除臭（广州沥滘污水处理厂）
食品加工环境净化（双汇集团）
医疗场所空气消毒（北京协和医院手术室）
半导体洁净室AMC控制（台积电台南厂）
家用空气净化器（小米Pro H型）
环境消毒与感染控制
臭氧与细胞膜磷脂双分子层中的不饱和脂肪酸反应，生成脂质过氧化物，导致膜通透性增加，破坏微生物细胞膜结构 ；臭氧穿透细胞后氧化核酸碱基（如鸟嘌呤→8-羟基鸟嘌呤），引发DNA链断裂 ；氧化微生物关键酶（如ATP酶）的巯基（-SH），干扰能量代谢 ；降解病毒表面蛋白结构，丧失感染能力。
WHO指南指出，臭氧（30 ppm，30分钟）对艰难梭菌孢子的杀灭率比含氯消毒剂高3倍 。尤其适用于耐药菌（如MRSA）和包膜病毒，如新冠病毒（与病毒RNA/DNA的嘌呤碱基（如鸟嘌呤N7位点）结合，形成8-oxo-dG加合物，抑制复制（新冠病毒ORF1ab基因拷贝数下降Log4））。
创面治疗与慢性溃疡修复
臭氧通过抑制细菌生长，修复慢性溃疡；改善微循环与氧代谢、增强组织供氧，促进血管新生加速伤口愈合。
牙科感染与口腔疾病治疗
臭氧直接氧化牙周致病菌（如牙龈卟啉单胞菌），用于根管消毒和牙周炎辅助治疗；加速黏膜血管新生；促进牙本质基质分泌（牙本质再矿化）。联合机械清除可进一步提高效果。
血液净化与免疫调节
臭氧自体血疗法（O₃-AHT）通过脂质过氧化物（LOPs）介导的代谢重编程实现多重调控。其作用机理包括：内毒素清除、氧代谢优化、线粒体修复。
臭氧通过剂量依赖性机制精准调控免疫平衡：Th1应答增强（10–30 μg/mL）、Th17应答抑制（>40 μg/mL）。
多系统疾病临床应用
臭氧自体血疗法（O₃-AHT）通过代谢-免疫协同调控机制（见上文），在多种慢性疾病中展现广谱治疗潜力；基于10万例次治疗数据，严重不良事件发生率<1%，适用于肝肾功能不全患者如：
糖尿病周围神经病变（DPN）、慢性病毒性肝炎、慢性肾脏病（CKD）、自身免疫性疾病、慢性疲劳综合征（CFS）等。
妇科感染性疾病治疗
臭氧在妇科感染治疗中体现为“选择性抗菌-免疫激活-微生态修复（促进阴道内乳杆菌定植，治疗后乳杆菌比例从12.5%升至43.8%，p<0.01）”的作用如：
阴道炎治疗[细菌性阴道病（BV）][外阴阴道念珠菌病（VVC）]、盆腔炎性疾病（PID）治疗等。
手术器械灭菌（海德堡大学医院低温臭氧过氧化氢联合灭菌技术杀灭率符合ISO 14937标准）
糖尿病足溃疡（巴塞罗那大学医院试验臭氧油愈率78%）
烧伤创面处理（北京积水潭医院臭氧水冲洗愈合缩短30%）
根管消毒（东京医科齿科大学证实臭氧水冲洗有效清除粪肠球菌生物膜）
药物残留降解（柏林夏里特医学院臭氧活性炭联用技术）
广谱杀菌
臭氧通过破坏微生物细胞膜完整性、氧化酶系统及遗传物质（DNA/RNA）等机制实现杀菌。研究表明，0.5 ppm臭氧水处理5分钟可灭活99.9%的大肠杆菌（E. coli）和沙门氏菌（Salmonella），而对诺如病毒（NoV）的灭活效率达到氯的300倍，其机制为臭氧直接氧化病毒衣壳蛋白。对真菌孢子（如黄曲霉Aspergillus flavus）的抑制需更高浓度（10 ppm，30分钟），通过穿透孢子壁氧化内部脂质实现杀灭。
降解农药与化学残留
臭臭氧通过羟基自由基（·OH）链式反应分解有机污染物。例如，敌敌畏（C₄H₇Cl₂O₄P）在臭氧氧化下可转化为CO₂、H₂O及PO₄³⁻，降解率高达98%（pH 7.0，10 ppm，20分钟）。对四环素类抗生素（如土霉素），臭氧通过断裂四环母核的共轭双键实现降解，30分钟内降解率达90% 。
抑制酶活与延缓腐败
臭氧通过氧化酶活性中心的巯基（-SH）或金属辅因子抑制关键酶。如：
多酚氧化酶（PPO）：0.8 ppm臭氧处理苹果切片30分钟，PPO活性降低65%，褐变指数下降40%；
脂氧合酶（LOX）：臭氧处理大豆油（2 ppm，10分钟）可使LOX活性抑制率达70%，过氧化值（POV）增速减缓50%。
去除异味与毒素
臭氧对黄曲霉毒素B1（AFB1）的降解依赖于C8-C9双键的环氧化反应，生成低毒产物AFB1-8,9-环氧化物，降解率可达85%（5 ppm，30分钟）。对水产品中三甲胺（TMA）的氧化路径为：TMA → TMAO（三甲胺氧化物）→ NO₂⁻，去腥效率达95%
典型应用场景与实证数据
生鲜农产品保鲜
气调包装
粮食与坚果防霉
饮料与水质净化
设施农业应用
温室夜间通入0.5~1 ppm臭氧气体可抑制白粉病（Podosphaera xanthii）孢子萌发效率达92%，较传统农药处理减少30%化学制剂使用。草莓栽培中，0.3 ppm臭氧水滴灌系统通过降解微囊藻毒素MC-LR（降解率78%），使果实产量提升12% 。此效果与臭氧激活苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性，促进次生代谢物积累相关。
大田作物管理
2ppm臭氧水处理小麦种子10分钟，通过产生活性氧（ROS）破坏赤霉病菌（Fusarium graminearum）细胞膜完整性，孢子灭活率95%（SEM观察证实），发芽率提高8%。稻田臭氧灌溉（0.2 ppm）使纹枯病（Rhizoctonia solani）发生率降低40%，其机制与臭氧上调水稻OsPR1b抗病基因表达相关。
水产养殖优化
对虾（Litopenaeus vannamei）养殖中，循环水系统（0.3 ppm臭氧）通过降低水体弧菌密度（从10⁵ CFU/mL降至10² CFU/mL），使存活率提升至85%[226]。臭氧处理鱼卵（0.2 ppm，5分钟）可显著抑制水霉（Saprolegnia parasitica）孢子附着，作用机制涉及破坏其β-1,3-葡聚糖细胞壁结构。
畜禽健康管理
猪舍臭氧处理（1 ppm，2小时/天）通过降低空气细菌总数（从3.2×10⁴ CFU/m³降至6.5×10³ CFU/m³），使呼吸道疾病发病率降低50%。2 ppm臭氧水处理鸡蛋表面，通过破坏沙门氏菌（Salmonella enteritidis）鞭毛蛋白，使其检出率降至1%。
特种养殖创新
蜂箱臭氧熏蒸（0.1 ppm，每周1次）可使美洲幼虫腐臭病（Paenibacillus larvae）芽孢灭活率达99.3%，作用机制与臭氧穿透芽孢衣壳氧化DNA相关 。蚕室臭氧处理（0.5 ppm）通过抑制白僵菌（Beauveria bassiana）分生孢子萌发，使发病率从20%降至3%。
