过氧化氢处理废水，主要依靠过氧化氢分解产生氧化能力很强的游离羟基。常用的H2O2-Fenton体系（成为Fenton试剂）已经用为处理剂，同时过氧化氢还常与其他方法（如臭氧氧化、紫外线照射等）联合使用以强化处理效果，处理那些难易分解的污染物。硫化物、物和酚类常用过氧化氢处理。用H2O2处理含SO2、H2S的废气时可生成硫酸，变废为宝。过氧化氢处理苯酚、甲酚、氯代酚等多种酚类的效果极好。在室温、pH值为3~6和FeSO4催化剂存在下，过氧化氢可快速破坏酚的结构，氧化过程中先将苯环分裂为二无酸，比较好生成CO2和H2O。过氧化氢还可用于印染厂和染料生产厂排出的废水的脱色。

过氧化氢对微生物的杀灭主要是依靠其强大的氧化作用，因此不会产生抗药性，而且它对细菌、和病毒同样有效。常见的浓度3%的双氧水能够轻松杀灭金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、丙肝病毒等致病微生物。即使是生命力极为顽强的细菌芽孢，用10-30%浓度的双氧水也能杀灭。在医疗领域，它主要用于医疗器械表面消毒，也可用于口腔消毒或清洗伤口。由于它无色无味且杀菌后几乎无残留，因此在食品工业应用也很多。例如对乳品、果汁、啤酒、饮用水的包装、容器具和生产管线消毒，以及对水产、肉类、果蔬等食品的表面消毒。它也可以用于奶牛奶头的冲洗、涂抹消毒，低浓度过氧化氢喷雾可以给厂房的空气和地面消毒。

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