煤化工废水属于高浓度难降解有机废水，目前普遍采用A2/O工艺处理，但出水色度高，COD_cr、NH₃-N常超标，难以达标排放，水中仍有许多难降解有害的有机物。因此，近年来，针对该类型废水的深度处理研究成为热点，通过深度处理满足出水达标排放要求的同时，可以减少水中有害物质，提高水回用率，具有广泛的生态和经济意义。臭氧在工业废水处理中应用广泛，可有效去除水中的色度，将难降解有机物转化成易于生物代谢的有机物，提高可生化性。本文围绕提高臭氧利用率，从反应器、催化剂、实验条件三个方面对臭氧深度处理煤化工废水工艺进行了研究和设计。将内循环反应器用于臭氧催化氧化，反应器分为上升区和下降区，液体在气体推动下能够在两区中循环，通过微孔曝气方式使得混合气与反应液体在上升区充分接触溶解，气液带动固体轻质催化剂在两区间循环，大大提高催化剂表面气液的更新速率，有效促进了非均相臭氧氧化。连续运行实验中加设预反应器有效提高了臭氧利用率，增加了有机物与臭氧的接触时间，提高了深度处理效能。对影响臭氧氧化处理煤化工废水的主要因素进行考察发现pH、臭氧投加量对臭氧氧化深度处理煤化工废水的效能影响明显。臭氧氧化出水COD_cr、TOC、UV₂₅₄得到有效去除，出水B/C提高，有机物类别明显减少。对比MnO_X/γ-Al₂O₃、MnO_X/浮石、MnO_X/AC三种非均相催化剂对催化效能的影响，确定以MnO_X/AC作为非均相催化剂催化臭氧氧化，考察了其效果的稳定性以及对臭氧利用率的影响。设计了一整套煤化工废水深度处理工艺，以臭氧催化氧化为核心，前置的pH调节和混凝沉淀单元，确定了各单元的工艺参数，着重考察了pH对混凝、臭氧氧化效果和臭氧利用率的影响，并进行了臭氧氧化深度处理煤化工废水连续运行实验。该工艺对煤化工废水处理效果好，运行稳定，出水达到GB18918-2002一级B排放标准和GB50050-2007回用水要求，对于煤化工废水的深度处理具有较大的指导意义。