水热氧化(HydrothermalOxidation-HTO)是一种非常有效的化学氧化技术，特别适用于有毒害的和高浓度的有机废水的处理。水热氧化法是在高温高压下，以空气或其它氧化剂，将废水(液)中溶解的和悬浮的有机物或还原性无机物在水相氧化分解，大幅度去除COD、BOD、SS等的方法。反应在热水相中进行是这类方法的特征。
水热氧化机理：当反应温度和压力在低于水的临界点(Te=374．3℃，Pc=22．05MPa)时，称为湿式氧化法。当反应的温度和压力超过水的临界点时，称为超临界水氧化法，其最典型的操作条件是温度t：400—600℃，压力：25—40MPa，反应时间为几分钟甚至数秒钟。
1湿式氧化法
湿式氧化法最早来源于湿式空气氧化法，湿式空气氧化法(WAO)是在高温和高压下，以空气或纯氧为氧化剂将有机污染物按湿式燃烧原理氧化分解为无机物或小分子的有机物的化学过程。对于湿式氧化原理，目前大多数学者偏向于湿式氧化反应属于自由基反应学说，湿式氧化反应属于自由基反应，经历诱导期、增殖期、退化期及结束期4个阶段。在诱导期，分子氧与有机物反应形成烃基自由基(R•)；在增殖期，烃基自由基继续与分子氧反应，产生的酯基自由基(ROO•)还可以与有机物作用生成低分子酸和羟基自由基(•OH)；在退化期，低分子酸分解形成醚基自由基(RO•)、羟基自由基(•OH)以及烃基自由基(R•)，羟基自由基有强氧化性，再去氧化有机污染物；在结束期，自由基之间结合能量湮灭反应停止。
2超临界水氧化
超临界水氧化的主要原理是利用超临界水作为反应介质来氧化分解有机物，其过程类似于湿式氧化，超临界水氧化与湿式氧化最大的不同是：前者氧化分解有机物是在超过水的临界点的更高温度和更高压力下进行的。超临界水的特性使有机物、氧化剂、水形成均一的相，克服了相间的物质传输阻力，使原本发生在液相或固相有机物和气相氧气之间的多相反应转化在单相进行。由于高温高压大大提高了有机物的氧化速率，因此在数秒内就能达到对有机成分极高的破坏率，并且反应彻底完全，碳氢化合物氧化产物为CO2和H2O，杂核原子转化为无机化合物，通常成为酸盐或高氧化状态的氧化物，而这些物质可与其它存在于进料中的不希望得到的无机物一道沉积下来。磷转化为磷酸盐，硫转化为硫酸盐，氮转化为N2或N2O。由于相对较低的反应温度(比较焚烧而言)，所以不会有NOX或SO2形成。另外，超临界水氧化在某种程度上类似于有机燃料的简单燃烧，属放热反应。在进料具有适宜的有机含量的前提下，只要启动所需的外界能量输入，整个反应就可由自身维持进行。 。
工业废水中的主要污染物是高浓度难降解的有机物，它们都是一些有毒物质，传统的处理方法是将有机物处理掉，将其转化成二氧化碳和水，或是矿化、过滤掉。但这种有机物也是一种资源。从水热氧化机理上说，我们可以通过控制反应，使这些高浓度难降解的有机物转化成我们需要的资源，转化成工业原料或煤炭等矿物能源。
