臭氧催化劑可以用于多個領域的廢水預處理使用，但是在不同的領域中使用時，由于廢水的情況都是不同的，所以它所發揮的作用等也都會有所區別，具體的應用如下。

臭氧氧化技術處理印染廢水由于印染廢水中多含有偶氮染料等成分，所以導致印染廢水色度高并且難以生化處理。目前較多的是采用絮凝、吸附等分離方法處理印染廢水，但是一方面這些方法費用較高，另一方面并沒有徹底降解去除廢水中的偶氮染料等污染物，可能存在二次污染問題。臭氧催化劑法由于其高效性，適用于處理高色度的廢水，目前以逐漸開始被應用于印染廢水的處理中。
處理垃圾滲濾液填埋場垃圾滲濾液往往隨著填埋場的“年齡”增長而生化性能不斷降低，往往老齡填埋場的滲濾液可生化性較低，不適宜直接生物處理，通常需要先進行物化處理提高其可生化性能再進行生物處理；另外隨著膜處理系統在滲濾液中的應用，所產生的膜截留濃縮滲濾液往往生化性能也非常低，也需要先進行物化處理之后才能進行進一步的生物處理。所以近些年來用臭氧催化劑氧化法處理垃圾滲濾液逐漸成為研究熱點。

處理煤化工廢水煤化工廢水中難降解有機物及色度經二級處理難以去除，進行臭氧深度處理后去除效果明顯，可以明顯降低CODcr，提高出水可生化性，降低色度，且反應迅速，對pH要求不嚴格，出水中臭氧能快速分解，對后續處理設施影響小，隨著臭氧制備成本的降低以及臭氧相關的高級氧化技術的開發，臭氧在煤化工廢水深度處理中有廣闊的應用前景。處理廢乳化液廢乳化液通過常規的物理、化學方法僅用于廢水的預處理,對廢水中的有機物降解不徹底,難以滿足其凈化要求,且出水可生化性低,不利于后續的生化處理,因此,在整個廢水處理工藝中考慮涉及高級氧化處理方法。高級氧化法的原理主要是利用產生的經基自由基與水中的難降解有機物發生反應,從而提高廢水的可生化性。是指氧化過程中有大量強氧化性能的輕基自由基參與的深度氧化技術,是目前國內外高效且具有創新性的污水處理技術。