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利用臭氧对饮用水进行杀菌消毒的效果为理想；灭杀致病菌的效果；病毒其次；包囊和芽胞菌其后。而且臭氧在水中杀菌速度较目前普遍使用的氯化物类杀菌速度要快600～3000倍。氯的杀菌作用是进行性的；而臭氧是急速的，当臭氧的浓度一旦达到所需要的阈值后，杀灭作用瞬间发生。例如：
1.1对大肠杆菌：用0.1mg/L活性氯需要处理4分钟；而同样剂量的臭氧只需5秒钟。
1.2对脊髓灰质炎病毒：用0.5～1.0mg/L（余氯量）需要处理1.5～3.0小时；而用臭氧只需0.045～0.45mg/L（剩余臭氧量）作用2分钟。也有报道0.1～0.2mg/L的臭氧一秒钟就可灭杀水中99％的脊髓灰质炎病毒。
1.3用0.5～1.0mg/L浓度的臭氧作用1～3分钟可灭杀水中99％的阿米巴囊虫。
1.4用59～728mg/L浓度的臭氧作用30～90分钟，可灭杀水中的全部枯草杆菌芽胞。
1.5用50mg／L浓度的臭氧作用10分钟，可灭杀各类微生物率达99.99～100％。
利用臭氧对密闭的空间内的空气和内容物进行消毒，其效果也很好。由于是通过气体的对流和接触进行消毒工作的，所以消毒完全，无死角，且无残留余毒。应注意的是这种方法只能对物体的表面进行杀菌；对于物体的内部无能为力。在用臭氧熏蒸消毒时，相对湿度高则杀菌效果好；否则效果差，对于干燥菌体几乎无灭杀作用。
和紫外线消毒法相比，臭氧消毒法要好的多。由于紫外线消毒法是以辐射杀菌为消毒的主要手段，随着紫外线传播距离的增加其照射强度会逐渐减弱；另外紫外线灯所产生的臭氧很少；因此紫外线照射不到的地方其杀菌效果不理想，一般都达不到杀菌的要求。
臭氧对空气的杀菌效果：
1）对链球菌：1.0PPm浓度作用5分钟。
2）对葡萄球菌：1.0PPm浓度作用30分钟。
3）对病毒：10PPm浓度作用5分钟。
4）对污染表面熏蒸消毒：200～4000 PPm浓度作用20分钟以上。