在工業污水處理中臭氧已被成功應用于印染廢水的脫色。該過程需要的臭氧劑量較大，并基于廢水中化學成分而有所變化。

　　采用臭氧協助其他過程對造紙廢水的漂白與脫色，結果非常成功。臭氧為該類廢水的有效處理提供了可供選擇的解決方法。臭氧成功用于減少活性污泥法處理的污泥。臭氧化方法的加入，使過量污泥的量接近為零，臭氧推動了污泥的降解。污泥中合適的臭氧劑量有利于污泥的液化。

　　臭氧已成功應用于家庭、海洋、城市各類污水的處理，它的典型應用就是廢水的終段處理，可有效地去除微生物。臭氧滅菌還可用于三級處理可達到世界衛生組織農業回用水的標準要求(1000cfu/100mL大腸桿菌)。

　　臭氧能去除水中的有機物，降低出水中的COD、色度和紫外線吸收有機物(一般情況下，毒害有機物對紫外線有吸收，紫外線吸收度可表征毒害物的濃度)。臭氧的滅菌過程非常快，一般可在5min內完成。在有充足臭氧劑量提供下，2min的水力停留時間可使糞便排放細菌失活。

　　臭氧不僅能氧化水中的無饑物.如CN、NH3等，而且能氧化難以生物降解的有機物，如芳烴化合物等。臭氧化反應的途徑有兩條：其一是臭氧通過親核或親電作用直接參與反應;其二是臭氧在堿等因素作用下，通過活潑的自由基，主要有·OH與污染物反應。臭氧能與許多有機物或官能團發生反應：C=C、C≡C、芳香化合物、雜環化合物、碳環化合物、-N-N、=S、C≡N、C-N、C-Si、-OH、-SH、-NH2、CHO、-N-N-等。臭氧破壞和去除廢水中污染物的作用已被廣泛研究，對有機物臭氧化的產物也進行了一些研究。研究表明，臭氧化產物主要是一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸類有機小分子。