臭氧(O3)污水处理技术于1905年应用于水处理，随着相关技术的进步，臭氧化法成本的降低，被普遍认为是很有发展前景的水处理方法。臭氧具有极强的氧化性，其氧化作用机理目前尚无肯定的研究结论，通常认为主要来自臭氧离解的OH自由基，它是发生在水中的已知氧化剂中最活泼的氧化剂，它很容易通过基型反应将各种类型的有机物氧化。OH自由基还可与其他物质如苯衍生物等形成二次氧化基，它还能将碳酸盐或重碳酸盐离子氧化成可起三次氧化剂作用的碳酸根或重碳酸根，臭氧分子可离解成过氧化物高子的过羟基。
臭氧化法的主要工艺
臭氧(O3)水处理工艺类型很多，主要有以下几种类型：①臭氧(O3)+生物活性炭法，②臭氧(O3)+混凝法，③臭氧(O3)+活性炭吸附法，④臭氧(O3)+活性污泥法，⑤臭氧(O3)+膜处理法，⑥臭氧(O3)+超声波法。
臭氧(O3)+生物活性炭法主要过程是：先往水中投加臭氧，其强氧化性使复杂有机物分子断链成小分子，从而易于生物降解，同时提高了水中溶解氧浓度。然后再进入生物活性炭装置，易降解有机物被活性炭富集，经好氧微生物氧化分解为CO2和H2O等。该工艺的特点是臭氧预处理提高了废水的可生化性，有机物的富集和富氧提高了生化反应速度;活性炭上的有机物生物降解又可恢复活性炭吸附性能。
臭氧(O3)+混凝法基于臭氧(O3)对亲水性物质强烈的破坏力，当亲水性物质转变成疏水性时，混凝沉淀效果将大大改善。
臭氧(O3)+活性炭吸附法是指：由于活性炭微孔孔隙小，限制了对大分子物质的吸附，臭氧(O3)可破坏物质分子结构，形成小分子，增大活性炭吸附容量。
臭氧(O3)+活性污泥法的作用如同生物活性炭法，目的在于提高废水的可生化性。
臭氧(O3)+膜处理法，臭氧(O3)常用在超滤(UF)的后处理上。
臭氧(O3)+超声波处理法，超声功率的增大可增加反应速度，臭氧(O3)通入量增大可加深生物反应程度，提高复杂有机物去除率。
臭氧单元处理主要是催化氧化法，如碱催化氧化、光催化氧化和多相催化氧化等，具体处理方法有：①臭氧(O3)/H2O2，②臭氧(O3)/UV(紫外光)，③臭氧(O3)/固体催化剂(金属及其氧化物，活性炭等)。从反应机理看：①属于碱催化臭氧化，②属于光催化臭氧化，③属于多相催化臭氧化。
碱催化臭氧化反应的途径是：通过OH-催化，生成-OH自由基，再氧化分解有机物，-OH基产生过程如下：
O3+OH→O2+HO2，O3+O2→O3+O2，O3+H+→HO3→OH+O2
光催化氧化是以紫外线为能源，以臭氧为氧化剂，利用臭氧在紫外线照射下生成的活泼次生氧化剂来氧化有机物，Gary，-Peyton等认为臭氧光解先产生H2O2，H2O2在紫外光的照射下又产生-OH基，进入OH自由基循环：O2-+O3→O3+O2，O3+H+→HO3→OH+O2
利用光催化臭氧化法处理难降解有机物废水时，部分难降解有机物在紫外光照射下，提高了能级，处于激发状态，与OH基发生羟基化反应，生成易于生物降解的新物质。
多相催化臭氧化是近几年发展起来的新技术，其金属催化的目的是促进臭氧(O3)的分解，以产生活泼的-OH自由基强化其氧化作用，常用的催化剂有CuO、Fe2O3、NiO、TiO2、Mn等。
