Los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) o Procesos Avanzados de Oxidación se caracterizan por aprovechar la alta reactividad del radical hidroxilo (OH·) como agente oxidante (no confundir el radical con el ion hidroxilo, OH-) para oxidar la materia orgánica disuelta en el agua hasta su mineralización. En otras palabras, los POA son procesos de oxidación de la materia orgánica a través de los radicales hidroxilos hasta convertirla en dióxido de carbono y agua o al menos en compuestos menos peligrosos.
En los tratamientos convencionales de aguas residuales tenemos a los tratamientos primarios que sirven para remover los sólidos y materia orgánica en suspensión, a los tratamientos secundarios que sirven para la remoción de materia orgánica biodegradable en solución o suspensión y a los tratamientos ternarios que se emplean para eliminar los sólidos remanentes que quedan del tratamiento anterior; en los tratamientos secundarios y ternarios también se pueden incluir los procesos de desinfección. Los Tratamientos avanzados no hacen parte de los procesos convencionales, en estos tratamientos podemos incluir los POAs. Los Procesos de Oxidación Avanzada son aprovechados para el tratamiento de aguas residuales domésticas e Industriales cuando no son efectivos los tratamientos convencionales o como complemento de estos para tratar a contaminantes orgánicos más complejos que no han podido ser removidos; como son por ejemplo los contaminantes emergentes recalcitrantes como fármacos, aditivos de la industria textil, cosmética, los plastificantes, etc. Entre los Tratamientos de Oxidación Avanzada podemos incluir a la ozonización (O3), la ozonización en combinación con peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (O3/H2O2), la irradiación ultravioleta (UV), la irradiación ultravioleta con ozono (UV/O3), la irradiación ultravioleta con agua oxigenada (UV/H2O2), la irradiación ultravioleta con ozono y agua oxigenada (O3/UV/H2O2), la cavitación hidrodinámica y acústica, los procesos Fenton (Fe2+/H2O2), el foto-Fenton, la oxidación electroquímica, la fotocatálisis, etc.
Los Procesos de Oxidación Avanzada tienen como ventajas la transformación química de los contaminantes, en la mayoría de los casos, sin la generación de lodos; la efectividad en la eliminación de contaminantes orgánicos complejos refractarios que no son removidos con los tratamientos convencionales; la mejora de las características organolépticas del agua tratada; la posibilidad de tratar contaminantes que se encuentran en muy baja concentración; el aumento de la biodegradabilidad de los contaminantes que quedan en las aguas pudiendo ser tratadas con procesos biológicos convencionales; algunos de los procesos aportan en la desinfección microbiológica del agua. Dada la mejora de la calidad de las aguas tratadas en cuanto sus características organolépticas e inocuidad éstas son aptas para su reutilización tras un post-tratamiento. Como desventajas tenemos su alto costo y consumo energético.