高级氧化工艺（AOPs）作为炼油废水深度处理的核心技术，通过羟基自由基（·OH）的强氧化作用实现难降解有机污染物的高效矿化。在炼油废水处理体系中，该工艺主要应用于催化裂化（FCC）废水、延迟焦化废水等高浓度有机废水的末端处理环节，其氧化效率可达传统生物法的3-8倍。典型工艺组合包括臭氧/过氧化氢（O3/H2O2）、光催化氧化（UV/TiO2）及电化学氧化等，其中Fenton试剂对苯系物和酚类化合物的去除率可达95%以上，反应速率常数k值维持在0.15-0.35 min-1范围。

效能分析表明，在pH值2.5-4.0、反应温度30-50℃的优化条件下，高级氧化工艺对COD的去除负荷可达8-12 kg/(m³·d)，且能有效分解硫化物、氰化物等特征污染物。对比实验数据显示，采用UV/O3组合工艺处理含油废水时，TOC降解率较单独臭氧氧化提升40%，能量利用效率提高25%。但需注意氯离子（>500 mg/L）会显著抑制自由基链式反应，此时需采用电催化氧化等抗干扰工艺。最新研究表明，负载型非均相催化剂如Fe2O3/γ-Al2O3可将反应活化能降低18.7%，使处理成本控制在0.8-1.2元/吨水。