臭氧是氧气的同素异形体，含有 3 个氧原子。臭氧在常温常压下为淡蓝色气体，水中的溶解度为 9.2mlO3/L，高于氧气（42.87mg/L），水中溶解浓度高于 20mg/L 时呈紫蓝色。臭氧有很强的氧化性，氧化还原电位为 2.07V，单质中仅低于 F2(3.06V)。臭氧可将废水中残留的大分子、长链、难以生物降解的有机物部分直接矿化成二氧化碳与水，部分分解为小分子易生物降解物质，破坏不可生物降解有机物的结构，降低毒性，提高B/C比，从而保证后续生化法的处理效果。

臭氧在工业废水处理中应用十分普遍，水溶液中臭氧与有机物的作用主要有两种途径：一种是臭氧分子的直接氧化作用；另一种是臭氧被分解后产生·OH羟基自由基强氧化作用。

传统的臭氧氧化技术以直接氧化为主，传质效果差、高的选择性、臭氧利用率低、投资与运行成本高昂。

臭氧催化氧化技术是在氧化体系内加入过渡金属离子，能够对臭氧氧化产生明显的催化效果，可以催化臭氧在水中的自分解，增加水中产生的·OH 浓度，从而提高臭氧氧化效果。

目前，催化臭氧工艺分为两种类型：均相臭氧氧化和非均相臭氧氧化。均相臭氧氧化是指在水中加入一些溶解性的过渡金属离子以达到催化臭氧氧化的效果。非均相臭氧催化的催化剂以固态形式存在，易于分离，流程简单，既避免了催化剂的流失，也降低了水的处理成本。

非均相催化臭氧工程中常用的催化剂主要有：金属氧化物和复合金属氧化物;负载在载体上的金属氧化物；负载在载体上的金属；活性炭或以活性炭为载体的催化剂；多孔材料等。

其中过度金属系列氧化物由于价格相对便宜，原料易得，催化活性高而应用广泛。如钛氧化物、铁氧化物、锰氧化物、铝氧化物、锌氧化物、铜氧化物、镍氧化物等。