在距离地球表面15～25公里的高空，因受太阳紫外线照射的缘故，形成了包围在地球外围空间的臭氧层，这厚厚的臭氧层正是人类赖以生存的保护伞。
臭氧分子式为O3，是氧的同素异构体，又名三原子氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名，雷电后的腥臭味即是电击产生臭氧而使空气具有的气味。在常温常压下，较低浓度的臭氧是无色气体，当浓度达到15%时，呈现出淡蓝色。臭氧的沸点是-112，密度是2.144g/m3，是氧的1.65倍。
可燃物在臭氧中燃烧比在氧气中燃烧更加猛烈，可获得更高的温度。臭氧在水中的溶解度较高，在同样条件下是纯氧的10倍。臭氧分子结构极不稳定，容易分解成氧气，而且臭氧在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧在空气中的半衰期一般为20～50分钟，一般随温度与湿度的增高而加快。臭氧在水中半衰期约为35分钟，随水质与水温的不同而有所变化。臭氧在水溶液中的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧气。
臭氧和氯的氧化还原电位分别是2.07V和1.36V，因此，臭氧的氧化性仅次于羟基自由基•OH和氟，是一种比氯性质更强烈的氧化剂和杀生剂，在水处理中的可以作为氧化剂或消毒剂。
作为消毒剂消毒时，其和除效果较好，而且接触时间较短。比如臭氧达到某种消毒效果要求投加量与接触时间的乘积是5的话，要达到同样效果，氯的投加量与接触时间的乘积是1440。臭氧消毒的大特点是当水中含有有机物时，不会产生氯消毒时容易生成的有机氯化物一类有毒物质。而且由于臭氧的氧化力非常强，不但可以，还可以除去水中的色味等有机物，即同时具有、除臭、去色、除酚等多种作用。
由于其分解快而没有残留物质存在，因此特别适用于对微污染地表水为水源的饮用水消毒和污水深度处理出水的消毒。利用臭氧的强氧化性，可以将污水中的Fe2+、Mn2+等金属离子氧化到较高或高氧化态，再加碱形成更难溶的氢氧化物沉淀从水中除去。
当废水中含有氰基化合物物、硫化物、亚硝酸盐等有毒还原性无机物时，可以使用臭氧氧化的方法，将其氧化为CO2、N2O、SO42-、NO3-等无毒或毒性较小的物质。与有机物反应时，臭氧的氧化作用可导致不饱和的有机分子的破裂而发生臭氧分解。即臭氧分子在极性有机分子原来的双键位置上发生反应，把其分子分裂为两个羧酸类分子。
臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基团的两性离子，后者是不稳定的，可分解成酸和醛。因此，在废水处理领域，已开始广泛利用臭氧的这一性质对一些难以生物降解的有机废水进行处理，作为二级生物处理的预处理。紫外/臭氧光化学系统能促进臭氧分解产生氧化能力更强的•OH自由基，从而提高臭氧的氧化速率和效率，实现对有机物*的矿化处理。比如这样的系统对含二甲苯废水进行处理时，可以将二甲苯*氧化成无毒的水及二氧化碳。
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