2015年颁布的《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570-2015）对炼油废水提出了更高标准的处理要求。催化臭氧氧化（Catalytic Ozonation Processes,COPs）技术被认为是难降解炼油废水（Refractary Petroleum Refinery Wastewater,RPRW）最有效的深度处理手段之一。然而,高昂的催化剂成本制约了工程化应用。本研究以两类低浓度RPRW为处理对象,开发出一系列低成本复合金属负载氧化铝催化剂,协同臭氧实现了对RPRW高效处理。（1）制备了复合锰/铁/铈氧化物负载氧化铝（Mn-Fe-Ce/Al₂O₃）,用于炼油废水生化工艺排水（Effluent of Biological Process,EBP）的催化臭氧氧化深度处理。相对于单独臭氧和单/双金属负载Al₂O₃,Mn-Fe-Ce/Al₂O₃-COP对EBP中COD的去除能力分别提高30%和10%-20%不等,出水满足GB31570-2015标准。复合金属氧化物活性组分在催化剂表面高度分散,催化臭氧分解产生羟基自由基（·OH）的能力显著提升,对难降解有机污染物的降解性能大大改善。（2）制备了锰/铁/镁氧化物负载氧化铝（Mn-Fe-Mg/Al₂O₃）用于炼油废水反渗透浓水（Reverse Osmosis Concentrate,ROC）的催化臭氧氧化深度处理。相对于单独臭氧氧化,Mn-Fe-Mg/Al₂O₃-COP对ROC中COD的去除能力提高27%,出水满足GB31570-2015标准。而且Mn-Fe-Mg/Al₂O₃的催化活性优于单/双金属负载Al₂O₃。多价态Mn（Mn2+、Mn3+和Mn4+）、Fe（Fe2+和Fe3+）和Mg（Mg2+）氧化物以100nm-300nm粒径均匀分散在Al₂O₃载体,活性组分之间的复合作用促进更多·OH的产生。Mn-Fe-Mg/Al₂O₃表面的活性组分形态以MnOOH和FeOOH为主,MgO的加入则进一步提高了催化活性。