رادیکال‌ها اتم‌ها یا مولکول‌هایی هستند که حداقل یک جفت الکترون آزاد دارند و از جمله خواص آنها ماهیت غیرانتخابی، واکنش‌پذیری و قدرت اکسیدکنندگی بالای آن است. اكسیداسیون پیشرفته حاوی تولید و كاربرد انوع رادیکال‌ها مانند رادیکال هیدروکسیل، رادیکال آنیون سوپراکسید، رادیکال هیدروپراکسیل یا رادیکال آلکوکسیل است که در بین آنها رادیکال هیدروکسیل جذابیت بیشتری دارد. این ماده از نظر قدرت اکسیدکنندگی بعد از فلورین قرار دارد و قادر است طیف وسیعی از آلودگی‌های آلی را با مرتبه M-1s-1 106-109 از بین ببرد.
این ماده از نظر قدرت اکسیدکنندگی بعد از فلورین قرار دارد و قادر است طیف وسیعی از آلودگی‌های آلی را با مرتبه M-1s-1 106-109 از بین ببرد. این ترکیبات به عنوان یك اكسید كننده قوی برای تجزیه کردن آلاینده‌هایی به کار میروند که با اكسید كننده های رایج مانند اكسیژن، ازن و كلر تماما اكسید نمی شوند. روش AOP برای فاضلاب‌های قوی با بار آلودگی بالا به‌عنوان یکی از مکمل‌های فرایند تصفیه بشمار می‌رود. انواع AOP شامل، O3/ H2O2، O3/ UV، H2O2/ UV و H2O2/Fe2+ و اوزون‌زنی است. هدف از ترکیب روش‌های اکسیداسیون مختلف تولید رادیکال هیدروکسیل با بیشترین پتانسیل اکسیدکنندگی است.
اوزون‌زنی:
استفاده از اوزون به اوایل دهه 1970 میلادی باز می‌گردد و این ماده در مقایسه با کلرین، H2O2 و سایر عوامل اکسیدکننده به دلیل ناپایداری بالا عامل اکسیدکننده بسیار خوبی است. اکسیداسیون با اوزون قادر به تخریب هیدروکربن‌های کلرینه شده، فنول‌ها، حشره‌کش‌ها و هیدروکربن‌های آرروماتیک است. از جمله معایب این روش نیمه عمر پایین (20 دقیقه) و هزینه بالای انرژی آن و تولید مواد واسطه‌ای سمّی و خطرناک است. بنابراین طی چند سال اخیر، از فرایندهای ترکیبی مانند استفاده‌ی توأمان از O3 و H2O2، با عنوان پروکسن استفاده شده است.
O3/ H2O2:
نام دیگر فرایند O3/ H2O2 پروکسون است و در این فرایند H2O2 سبب تجزیه O3 به رادیکال‌های هیدروکسیل میشود. از مزایای این روش حذف آلاینده‌های مقاوم به تجزیه توسط ازن است. در این فرایند نسبت غلظت O3 و H2O2 تاثیر زیادی بر راندمان فرایند اکسیداسیون دارد و بهترین نسبت مولی O3 به H2O2 در محدوده 5/0 تا ۱ است و وابسته به حضور تسریع کننده های واکنش و بدام اندازهای رادیکال دارد. H2O2 هم می تواند به عنوان آغازگر واکنش و هم به عنوان بدام انداز رادیکال عمل کند. بنابراین یافتن نسبت مناسب O3 به H2O2 ضروری است. H2O2 با از دست دادن پروتون به HO2– تبدیل شده و واکنش این باز با ازن سبب تجزیه O3 و تولید رادیکال هیدروکسیل می‌گردد.
UV/H2O2:
استفاده از اشعه فرابنفش به همراه یک ماده اکسیدکننده مناسب مانندH2O2 روش مناسبی برای حذف آلاینده‌های آلی مقاوم در مانند برابر تجزیه بیولوژیکی مانند علفکش‌ها است. جذب فوتون توسط H2O2 آن را به دو رادیکال هیدروکسیل تفکیک میکند. این رادیکال‌ها از طریق گرفتن هیدروژن قادر هستند به مولکول‌های آلی حمله کنند و تحت شرایط عملیاتی مناسب، محصولات نهایی آب، دی‌اکسید کربن و اکسیدهای معدنی را تولید نمایند.
H2O2/Fe2+:
در روش فنتون تولید رادیکال‌های هیدروکسیل از طریق واکنش بین H2O2 و نمک‌های آهن دوظرفیتی به عنوان کاتالیزور صورت می‌گیرد. H2O2به علت وضعیت ناپایدار و اینکه به راحتی اکسیژن اضافی اتمی خود را از دست می دهد، به عنوان یک ماده اکسید کننده عالی شناخته شده است که برای اکسید کردن آمین‌ها، آلدئیدها و سیانیدها، بدون استفاده از کاتالیست، مورد استفاده قرار گرفته است. یون‌های آهن (Fe+2 ) عمده‌ترین کاتالیست استفاده شده برای اکسید کردن آلاینده‌های سخت تجزیه به همراه H2O2 هستند.
به علت فراوانی و غیر سمی بودن یون های آهن فرایند فنتون مقرون بصرفه و سازگار با محیط زیست است. زمان واکنش در این فرایند پایین بوده و می تواند برای فاضلاب‌های با COD تا مقدار mg/L 5000 استفاده شود. از معایب فریاند فنتون این می باشد که فقط در pH های پایین انجام می شود و حرارت تولید شده می تواند منجر به خروج ماده آلی فرار از سیستم گردد. محدودیت دیگر این روش، علاوه بر بهره برداری در pH پایین، احياء بسیار کند کاتالیست است، بنابراین برای انجام واکنش افزودن مستمر کاتالیست ضروری است.
O3/ UV:
سیستم O3/UV اولین بار در سال ۱۹۷۵ به صورت تجاری در صنعت تصفيه آب به کار برده شد و سپس برای تصفیه آلاینده‌هایی مانند سیانیدها، حلال‌های کلرینه و حشره‌کش‌ها مورد استفاده قرار گرفت. در این سیستم اکسیداسیون آلاينده با فرایندهای اکسیداسیون مستقیم توسط ازن، تجزیه نوری و رادیکال های هیدروکسیل انجام می شود، که همه این فرایندها تحت تاثیر شرایط واکنش، کیفیت آب، مقدار پرتو UV جذب شده توسط آلاینده و واکنش پذیری آلاینده با پرتوهای UV است. سیستم O3/UV سبب حذف سریع‌تر ترکیبات هالوژنه آروماتیک، نسبت به ازن زنی تنها، می‌گردد. نسبت بهینه ازن به UV بستگی به آب و پارامترهای آن دارد. فتولیز ازن محلول در آب توسط پرتوهای UV سبب تولید پراکسید هیدروژن و در نتیجه تجزیه بیشتر ازن می شود که مکانیزم آن مشابه سیستم H2O2/ O3 است.