臭氧氧化污水處理方法是以臭氧氧化劑為基料，對染料污水進行凈化、消毒滅菌處理，在處理過程中，臭氧與污水之間產生的反應異常復雜，具體涉及如下反應過程，首先臭氧氣體分子從氣相中擴散至相間界面處，而后兩相中的反應物質濃度在界面達到近似水平時，就會呈現出物理平衡狀態；隨后，臭氧會從相見界面上擴散至液相之中進行化學反應，基于濃度梯度引發反應產物的擴散。在各類生化、物化的作用下，臭氧可將污水中高分子的有機物轉化為低分子，將非及性物質轉化為及性物質，為此，臭氧并非顯著降低污水的有機物，但可利用其強氧化性改變有機污染物的結構和性質，將難降解或降解時間過長的有機物轉變為易于氧化講解的小分子物質。

結合以往研究，臭氧氧化主要利用臭氧分子及其水相中分解的羥基自由基，而實現對苯酚、甲苯及苯酚等芳香族化合物具有降解作用，可見，其處理工藝存在兩種路徑。

一是直接氧化，因為臭氧分析自身呈現出親核、親電性等特質，容易與污水中有機物產生相應反應，進而攻破苯酚、苯胺類污染物官能團的鄰位，進而產生可生物降解的酸類物質。

二是，O3分子受到催化作用下產生羥基自由基，進而形成鏈式反應，通過羥基自由基來間接實現氧化作用，達到對各類有機污染物的降解作用，實現工業污水處理。