廢水處理分為三級：一級處理是預處理，以機械方法為主，通過格柵、沉淀或氣浮，去除污水中的懸浮物和部分有機物；二級處理較常用的是生物處理法，它能大幅度地去除廢水中呈膠體和溶解狀態的有機物；三級處理又稱深度處理，能夠進一步去除二級處理未能去除的污染物，如磷、氮和生物難以降解的有機污染物、無機污染物、病原體等，實現二級處理無法實現的脫色、除臭目標，達到改善水質和有關排放標準要求，還可以實現廢水的回收和再利用。廢水的深度處理技術一般包括臭氧氧化、活性炭吸附、膜分離等技術 。

  因為臭氧的強氧化性、強殺菌消毒能力和難以替代的脫色除臭功能，很多情況下廢水深度處理需要采用臭氧技術實現更好的處理效果。廢水深度處理中，臭氧可用來去除 COD、 BOD，并破壞有害的化學物，臭氧及其產生的活潑•OH 自由基使污水中發色基團的不飽和鍵斷裂生成小分子的酸和醛，生成了低分子量的有機物，從而使水體色度顯著降低，可以將存在于廢水中的金屬離子氧化為不溶于水的化合物沉淀下來，有助于絮凝，改善沉淀效果，能有效地控制有機微生物，使循環水中的 COD 和 AOX（可吸收有機鹵化物）的數量都被控制在很低的水平，從而得到優良的水質。