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臭氧在水处理方面具有氧化能力强，反应速度快，不产生污泥，无二次污染等优点。它对水中污染物的氧化与分解；脱色、除嗅、杀菌；除铁、除锰、除酚；去除合成洗涤剂以及降低水中的BOD、COD等方面，都具有特殊的处理效果。作为一种处理技术，它既可以对含有机物和无机物的废水进行预处理，也可以对其它工艺处理后的废水进行深度处理，以进一步降解废水中的污染物。处理的方法也由过去单一的直接氧化，发展成为碱催化、光催化及多相催化等不同的臭氧化工艺。
    某些化工有机废水难以进行生物降解，虽可使用二段水解生物氧化的方法，但在遇到高浓度和废水中难降解有机物质较多时，仍旧会对生化处理工艺系统产生高负荷冲击，从而使出水水质不稳定，难以满足设计要求。臭氧对难降解有机物质的氧化通常是使其环状分子的部分环或长链条分子部分断裂，从而使大分子物质变成小分子物质，生成了易于
生化降解的物质，提高了废水的可生化性。
    臭氧在对某高浓度废水的处理中，废水中污染物的氧化与废水的pH值有非常重要的关系，将废水pH调至9、臭氧氧化60 min时，增塑剂废水中COD的去除率较高，可达41.5%。pH值的适当提高可加快污染物的氧化速率，同时降低了臭氧投
加计量比值，从而增加了臭氧的利用率。
    试验表明，增塑剂等高浓度有机废水在低pH值的情况下，氧化机理主要是氧分子直接氧化，即以直接氧化反应为主。当提高pH值时，诱发产生一种氧化能力很强的OH自由基，氧化速率显著加快，此时，氧化以间接反应为主，故污水中COD等污染物的氧化降解宜在偏碱性条件下进行。