废水经化学氧化处理，可使废水中所含有机物质和无机还原性物质进行氧化分解，不仅达到净化目的，还可达到去臭、去味、去色的效果。
1、臭氧氧化法
自从20世纪初法国巴黎最先使用臭氧处理城市自来水以来，臭氧氧化法呈现良好的发展势头。最近相继建成的一些臭氧处理废水的工业装置效果很好，便其用电量大，成本较高。目前国内很少采用此法。
臭氧的性质：臭氧（O3）在常温常压下是一种淡紫色气体，有特殊气味，其沸点为-111.9℃，在20℃及0.1013MPa 下的密度为2.141g/L，为氧的1.5倍。它在水中溶解度比氧大10倍。
2、空气氧化法
空气氧化能力比较弱，主要用于含还原性较强物质的废水处理，如炼油厂含硫废水即空气氧化脱硫。
最近，采用向废水中加入氯化铜和氯化钴或在活性炭上沉积氯化钾作催化剂的方法，收到很好的氧化效果，氧化速度有明显提高。
此法的缺点是废水中的硫化物被空气氧化后一部分转变为硫酸外，主要转变为硫代硫酸盐。硫代硫酸盐很不稳定，因此用此法对废水进行预处理时，对后面的处理方法带来不良影响。目前，空气氧化法有逐步被其他方法所取代的趋势。
3、氯氧化法
氯氧化法主要是利用氯、次氯酸盐，二氧化氯等物质对含许多有机化合物和无机物的废水进行处理，主要用于含酸、含氰、含硫化物的废水治理。
氰酸盐的毒性比氰化物低很多，约为氰化物毒性的1%左右，为了使水质更好地净化，还需进一步使氰酸盐为分解为CO2和N2。
4、湿式氧化法
此法是用空气将溶解于水中或悬浮于水中的有机物质完全氧化的方法（可看成是没有炎焰的燃烧）。此反应必须在加压和一定温度下才能进行。一般压力为0.98~7.8MPa ，温度为230~300℃。
此方法最初应用于纸浆黑液的处理，近来用于含氰化物废水的处理，氰化物的去除率几乎达100%，此外，也用于处理己内酰胺产生的废液，收到很好的效果。
此法缺点是需要高压设备，基建投资大。
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