废水经过预处理、生化处理后虽然去除了大部分污染物，但由于有多种难降解有机物的存在，有些出水指标(如COD、色度等)仍达不到排放或回用标准，还需深度处理。目前，深度处理技术主要包括吸附法、混凝沉淀法、高级氧化技术(Fenton氧化、O，氧化、催化湿式氧化等)、曝气生物滤池等。对于煤制天然气项目一般采用絮凝沉淀／气浮+高级氧化+深度生化+过滤、消毒等技术路线。

伊犁新天20亿m3／a煤制天然气项目废水设计处理能力1 200 m3／h，酚氨回收后废水水质COD质量浓度为3 506 mg／L，氨氮质量浓度为124 mg／L，总酚质量浓度620 mg／L，总油质量浓度115 mg／L，BOD；／COD为0．33。预处理工艺为“均质+调节+隔油+气浮+水解酸化”，除去废水中的油，然后对水质进行调节；生化处理采用两级A／O工艺；深度处理采用“臭氧氧化+生物滤池+活性焦吸附”组合，经过上述工艺处理后，废水中残留COD质量浓度降至60 mg／L，油质量浓度降至5 mg／L以下。