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污水脫色臭氧發生器的脫色機理是臭氧與其產生的活性自由基OH斷裂，染料發色基中的不飽和鍵（芳香基或共同鍵）斷裂，產生小分子酸和醛，產生低分子有機物，水色明顯下降。對于親水染料，臭氧脫色速度快，效果好的疏水染料脫色速度慢，效果差，臭氧需要大量氧氣。難溶性臭氧氧化鐵、錳等無機色離子對臭氧的微凝聚也有助于有機膠體和顆粒的凝聚，過濾去污點。
在水溶液中，臭氧的強氧化作用并非因為O3本身，而是因為臭氧分解的中間產物-OH基和HOz基。很多有機物都容易與臭氧發生反應。舉例來說，臭氧對于水溶性染料，蛋白質，氨基酸，有機氨和不飽和化合物，酚芳衍生物和其它有害化合物、木素、腐殖質等有機物都有很強的氧化分解能力，有很強的滅菌消毒作用。
臭氧對水體的脫色，隨著人們對自來水水源環境和下水道二次處理水再利用的重視，經過臭氧處理后，顏色可以降低到l度以下，一般水著色的原因是鐵、錳含量過高，這些金屬在游離狀態下，一般的方法都能*去除。若原水中含有腐殖質，有時會形成鉻鹽，通常難以處理。除色也是臭氧處理的重要組成部分。
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