煤化工廢水經生化處理后，出水的COD、氨氮等濃度雖有極大的下降，但由于難降解有機物的存在使得出水的COD、色度等指標仍未達到排放標準。因此，生化處理后的出水仍需進一步的處理。深度處理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技術、吸附法催化氧化法及反滲透等膜處理技術。

1.混凝沉淀

混凝沉淀法是在生產中通常加入混凝劑如鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵和聚丙烯酰胺等來強化沉淀效果調節好適當的pH 值，使廢水中的懸浮物質在混凝劑的作用下聚集進而在重力作用下下沉，以達到固液分離的過程。其目的是除去懸浮的有機物。該方法可有效降低廢水中的濁度。

2.吸附法

由于固體表面有吸附水中溶質及膠質的能力，當廢水通過比表面積很大的固體顆粒時，水中的污染物被吸附到固體顆粒（吸附劑）上，從而去除污染物質。該方法可取得較好的效果，但存在吸附劑用量大，費用高產生二次污染等問題，一般應用于出水處。有煤化工廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。

3.高級氧化技術

由于煤化工廢水中的有機物復雜多樣，其中酚類、多環芳烴、含氮有機物等難降解的有機物占多數，這些難降解有機物的存在嚴重影響了后續生化處理的效果。

高級氧化技術是在廢水中產生大量的自由基HO，自由基能夠無選擇性地將廢水中的有機污染物降解為二氧化碳和水。高級氧化技術可以分為均相催化氧化法、光催化氧化法、多相濕式催化氧化法以及其他催化氧化法。