臭氧直接氧化有两种方式，一种是由O3分子或单个O原子直接参与反应引起；另一种是由O3分解产生的·OH自由基作为强氧化剂参与完成的。O3是一种极强的氧化剂，其氧化还原电位为2.07eV，能有效去除色、浊、嗅味，去除废水中酚、氰、硫化物、农药、石油类等污染物。水处理过程中以羟基自由基作为主要氧化剂的氧化过程称为AOPs过程即称为高级氧化技术。
·OH的E°为2.8eV，仅次于F(3.05eV)，是自然界中存在的最强氧化剂，几乎无选择性地和废水中所有的污染物发生反应，将常规氧化剂、臭氧和氯不能氧化分解的有机物，彻底氧化为CO2和H2O。O3在催化剂作用下产生了·OH，使污染物的降解变得快速而充分，同时该技术不产生二次污染；单一的O3直接氧化反应具有选择性，无法彻底降解废水中所有的有机污染物，降解不完全，出水效果不稳定。臭氧催化高级氧化技术特色主要体现在两方面：一是臭氧曝气系统；二是臭氧高效催化剂：臭氧在催化剂表面的化学吸附导致生成活性物质，该活性物质可以与非化学吸附的有机物分子发生反应；有机物在催化剂表面的化学吸附及其与气相或液相臭氧的进一步反应；有机物和臭氧均化学吸附在催化剂表面上，然后进行化学吸附位间的相互反应。
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臭氧催化氧化塔装置设备在污水处理中的应用