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化工废水中的污染物成分复杂，往往不能用单一的处理技术去除废水中的各种污染物质。化工废水属于有机废水，一般仅用物化处理技术将化学工业废水处理到排放标准难度很大，而且运行成本较高，因此，采用生物处理仍然是主要方法。但是化工废水含有较多的难降解有机物，可生化性差，而且化工废水的水量水质变化大，所以直接用生物方法处理化工废水效果不是很理想，往往是采用物理处理法、化学法、生物法、物理化学处理法的有机组合来完成对废水的有效处理。
废水物理处理法是指通过物理作用分离和去除废水中呈悬浮状态的污染物(包括油膜、油珠)的方法。处理过程中，污染物的化学性质不发生变化。化工废水常用的物理处理法包括过滤法、重力沉淀法和气浮法等。这三种物理方法工艺简单，管理方便，但不能去除废水中的可溶性污染物质，具有很大的局限性。
废水化学处理法是指通过化学反应和传质作用，分离和去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物，或将其转化为无害物质的废水外理法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有混凝中和、氧化还原等。化学处理法有化学沉淀处理法、混凝处理法、废水氧化处理法、废水中和处理法等。化学处理法能较迅速地去除有机污染物，有效地去除废水中的多种剧毒和高毒污染物。可作为生物处理的预处理和后处理措施。
废水物理化学处理法系运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法，包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等。物理化学处理法的优点是:占地面积小;出水水质好，目比较稳定;对废水水量、水温和浓度变化适应性强;可去除有害的重金属离子;除磷、脱氨、脱色效果好;管理操作方便等。但是，处理系统费用和日常运行费较高。
难生物降解的有机物一般是人工合成物，具有毒性，对于这类物质的排放，必须严加控制。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。经济有效地去除难生物降解有机物和浓度较高的氨氮-直是困扰化工废水处理的难题。废水中的氨氮排入水体，会影响生活饮用水水源水质和渔业生产，业重时会产生水体富营养化。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氯。但某些化工废水中的氨氧浓度很高，当其浓度超过200mg/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(IMC)，亦称为固定化微生物技术，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降的特异性菌株进行固定化，使其保持活性并反复利用。IMC的优点是，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干一个多酶反应器，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，将使废水生物处理技术产生一次重大的技术革新。
化工废水处理关系到我国化工行业的持续、快速和健康地发展，也关系到人民基本生活环境的改变。有毒有机物污染调查表明:化工废水排放的有机有毒物已经开始影响到饮用水安全问题，使中国的化工产业面临着紧迫的环保危机。从环保工程技术成熟性来看，由于化工产品和生产过程的复杂多样，技术难点多，生产中排放的污染物种类多、数量大、毒性高，很多污染问题至今尚未很好地解决，需要长期攻关，进一步开发经济有效的处理技术。
