化工废水的基本特征是：
(1) 水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；
(2) 废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的；
(3) 有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等；
(4) 生物难降解物质多，B/C比低，可生化性差；(5) 废水色度高。
2.1 物理处理技术的进展
(1) 磁分离法，是通过向化工废水中投加磁种和混凝剂，利用磁种的剩磁，在混凝剂同时作用下，使颗粒相互吸引而聚结长大，加速悬浮物的分离，然后用磁分离器除去有机污染物，国外高梯度磁分离技术已从实验室走向应用。
(2) 声波技术，是通过控制超声波的频率和饱和气体，降解分离有机物质。
(3) 非平衡等离子体技术，是用高压脉冲放电，辉光放电产生的等离子体对水中的有机污染物可进行氧化降解。
2.2 化学处理技术的进展
(1) 紫外光催化氧化处理技术，是利用TiO2等半导体催化剂在300~400 nm的紫外光照射下，产生光电子空穴和形成羟基自由基等强氧化剂的能力，将废水中的有机物氧化分解，并最终氧化为CO2和H2O。在各种有机废水处理方面有大量的实验室研究报道，在印染废水脱色方面该技术与其它技术联用，已有工业化成功应用的实例。化工、医药等难降解工业废水处理是该技术目前研究的活跃领域。研究重点在光源、反应器设计、高效催化剂及催化剂回收等方面。有废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。
(2) 湿法氧化(WO)和超临界水氧化法(SCWO) ，湿法氧化是在高温高压下，在水溶液中有机物发生氧化反应的处理技术。利用催化剂，用空气中的氧气和纯氧为氧化剂，可以在较低的温度和压力下，使有机物氧化。湿法氧化作为高浓度难降解有机废水的处理技术在国外已有应用，国内有湿法氧化法处理染料和有机磷废水的实验室研究，但是还没有到实际工业应用阶段。但是随着催化湿法氧化水处理技术研究的发展和日益严峻的难降解有机废水处理的需求，该技术的应用研究已经受到人们的重视，并被认为是处理化工难降解废水中应优先考虑发展的技术领域。目前湿法氧化技术的研究重点应是温和反应条件下(温度106℃以下，压力0.6 MPa以下)，作为高浓度(5 000 mg/L以上)难降解有机废水的预处理。研究适合于湿法氧化的非贵金属催化剂、选择优化的反应条件和反应器材料的腐蚀问题等。
超临界氧化废水处理技术是在湿法氧化基础上发展的一种有毒有机固废物和工业废水的氧化技术。SCWO在水临界点(22.1 MPa，374 ℃)以上，在极短时间内将各种有机物完全氧化为二氧化碳和水，不产生二次污染，被称为生态水处理技术。当废水中的有机物浓度在2%以上时，利用有机物氧化反应产生的热量维持系统的反应温度，基本不需要外界供热。美国国家关键技术六大领域之一“能源与环境”中指出，超临界水氧化是最有前途的难降解有机废水处理技术。目前美国、等国家已经进入中试或工业化试验阶段，我国近年来开始实验室研究。在国外超临界水氧化法已经成功地用于各类有机废水的处理，但对反应器材料要求也高，目前还未能找到一种理想的能长期耐腐蚀、耐高温和耐高压的反应器材料。
(3) 微电解技术，又称为内电解、铁还原、铁碳法、零价铁法等技术，是被广泛研究与应用的一项废水处理技术。生物难降解废水，如染料、印染、农药、制药等工业废水的处理可以用微电解为预处理手段，从而实现大分子有机污染物的断链、发色与助色基团的脱色，提高废水的可生化性，便于后续生化反应的进行。目前，微电解处理技术的研究与应用主要针对某一种或某一类工业废水，尚未形成系统的理论与技术。
微电解反应器内的填料主要有两种：一种为单纯的铁刨花；另一种为铸铁屑与惰性碳颗粒(如石墨、活性碳、焦炭等)的混合填充体。两种填料均具有微电解反应所需的基本元素：Fe和C。低电位的Fe与高电位的C在废水中产生电位差，具有一定导电性的废水充当电解质，形成无数的原电池，产生电极反应和由此所引起的一系列作用，改变废水中污染物的性质，从而达到废水处理的目的。
(4) 辐照法、脉冲电晕技术，是利用高能电子发生装置或脉冲发生装置产生的电能电子束与水分子碰撞，形成激发态从而发生氧化降解作用。该技术有去除率高、设备占地小，操作简单，但对各种发生装置技术要求高，且价格昂贵，有的还需要特殊的防护措施，若要真正投入运行还需进行大量研究。
2.3 生物处理技术的发展
(1) 好氧活性污泥法的发展，用筛选、驯化、诱导、诱变和基因育种等手段培制能分解难生物降解有机物的工程菌是改进当前活性污泥工艺重要途径之一。在厌氧工艺中除了改良菌株以外，还改进生物处理的主要流程，如A/O，A2/O流程，对除去难降解有机物是极为经济和有效的。生物膜法是一种耐毒性基质较强的接触生物氧化工艺，但处理的水质不如活性污泥好，将二者结合作用即可显著提高生化降解功能。
(2) 高效微生物优势菌种选育国内现有二级处理设施中，生物处理占70%~80%，生活污水生物处理占。目前废水的生物处理的新技术、新工艺研究活跃，对难降解污染物的高效降解菌的选育与应用研究是当前生物处理中重要方向。国外已经工业化生产用于多种难降解工业废水处理的微生物制剂。如以色列被200t油污染的海滩，采用选育的石油降解菌三个月内降解石油类污染物80%。国内在有机磷农药废水优势菌种选育方面也有许多工作，如成都生物所等选育出有机磷优势降解菌种。水处理中的固定化微生物技术具有微生物负载量高、处理效率高。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
(3) 固定化细胞技术(简称IMC)，也叫固定化微生物技术，是指通过化学或物理手段，将筛选分离出的适宜于降解特定废水的高效菌株，或通过基因工程技术克隆的特异性菌株进行固定化，使其保持活性并反复利用。
经济有效地去除难生物降解有机物和浓度较高的氨氮一直是困绕化工废水处理的难题。由于自然界存在的一般微生物对其降解的能力很差，采用传统的生物处理法，难于奏效。而采用其他的物理化学方法，处理费用往往十分昂贵。废水中的氨氮排入水体，会影响作为生活饮用水水源的水体水质和渔业生产，严重时会产生水体的富营养化。采用传统生物处理法中的硝化-反硝化工艺，可经济有效地去除废水中低浓度的氨氮，并已成功地应用在城市污水和生活污水处理中。但某些化工废水中的氨氮浓度很高，当其浓度超过200 mg/L时，一般的微生物将会受到抑制，使生物硝化脱氮过程失效，而采用物理化学方法，同样存在技术和经济上的问题。
在固定化酶技术上发展起来的固定化细胞技术，由于其诸多的优点：生物处理构筑物中微生物浓度高，反应速度快；固定对某种特定污染物有较强降解能力的酶或微生物，使有毒难降解物质的降解成为可能；固定化技术为生理特性不同的硝化菌、反硝化菌的生长繁殖提供了良好的微环境，使得硝化、反硝化过程可以同时进行，从而提高了生物脱氮的速度和效率；固定化微生物特别是混合菌相当于一个多酶反应器，对成分复杂的有机废水适应能力强，因而成为近年来废水生物处理领域的研究热点。而为降解废水中不同类型的难降解有机污染物所选育的可与之相抗衡的优势高效菌以及利用基因工程技术所构建的基因工程菌，为固定化细胞技术处理废水提供了极大的潜力，使废水生物处理技术将产生一次重大的技术革新。