Matthews等曾对水中34种有机污染物的光催化降解进行研究，结果表明该方法可将水中的烃类、卤代物、轻酸盐表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等污染物转化成C02和H2O等无害物质。而利用纳米二氧化钛光催化剂降解有机废水是其最重要的用途之一。
比如，纳米二氧化钛玻璃薄膜光催化剂UG-TG01，可将玫瑰红B催化降解为 C02,H20及一些其它的简单无机物。用溶胶一箭胶法制备的8层粒径为21.2nm的锐钛型纳米二氧化钛UG-TG04(存在于玻璃薄膜中)，在(28-0.5)℃和振摇条件下，可使初始浓度为9.87 x 10“一10.46‘10 6的玫瑰红B在150min内的降解率达到80%多(以高压汞灯为光源)，反应速率对时间和浓度均为一级反应。用纳米二氧化钛UG-TG04催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液，在多云的条件下，光照12h,浓度为0.5mg/L的苯酚已降解为零，浓度为lmg的十二烷基苯磺酸钠也基本降解137。采用纳米二氧化钛催化降解技术来处理纺织工业污水，省钱、高效、节能，最终能使有害有机物完全矿化，且不存在二次污染。
大量研究表明纳米二氧化钛作为光催化剂，在阳光下催化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米二氧化钛能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快催化氧化成水和CO等无害物质。苏州优锆的UG-TG01纳米二氧化钛作为催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。
污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力。如纳米二氧化钛能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。
另外，苏州优锆的纳米二氧化钛UG-TG04还可用于净化自来水。新型纳米级净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒，从而得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。