飲用水殺菌凈化是臭氧應用歷史最長、應用規模最大的一個領域。目前世界臭氧產業的主要市場仍是飲水處理，在歐美、日本等發達國家臭氧發生器化處理飲用水已占主導地位。原因在于臭氧處理可達到無微生物污染、無殘余化學污染的高水平。

礦泉水已是大量消費的瓶裝飲料，其保質期取決于微生物的徹底殺滅。常用的超濾加紫外消毒的方法難以達到質量標準，臭氧殺菌成為首選方法，即可以完全殺滅活微生物，達到雙零指標，又可去除水中鐵錳可溶性鹽類而保存有益的碳氧化合物。

礦泉水臭氧溶解度在0.4～0.5mg/L時即可滿足殺菌保質要求，合理的設計為臭氧投加量1.5-2.0g/m3。臭氧在水中的溶解度隨溫度降低、壓力提高而提高。在實際生產條件下，保證臭氧氣體濃度在10mg/L，臭氧與水接觸時間5～10分鐘，氣-水混合接觸良好的情況下即可達到要求。目前一些廠家用50g～100g/h臭氧發生器處理礦泉水(產水量10m3/h以下)是不負責任的。首先作為源水質量很好的礦泉水無需那么多臭氧，(只有污水由于嚴重的化學、生物污染才會吸收消耗大量臭氧)多余大量臭氧作為尾氣排放反而增加尾氣處理裝置的容量和負擔。其次，容易對礦泉水造成過氧化而產生有益微量元素成分損失。

礦泉水灌裝間安裝臭氧設備對空氣殺菌凈化，防止落下菌污染對于沒有空氣過濾凈化設備的廠家是非常有益的。采用臭氧化工藝的礦泉水廠經常利用臭氧對貯水灌(池)、管道、過濾器消毒也是非常有效的，在國外的資料里作為經驗推薦。