化学破乳法是应用比较广泛的一种破乳方法，主要利用破乳剂改变油水界面性质或膜强度。由于药剂与油水面上存在天然乳化剂作用，发生物理化学反应，吸附在油水界面上，降低水中油滴的表面张力和界面膜强度，使乳状液滴絮凝、聚并，最终破乳，提高油水分离的效率。常用的无机乳化剂有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合氯化铝、聚合氯化铝等，常用的有机乳化剂有聚醚型、聚酰胺型、聚丙烯酸型等，不同破乳剂的pH值使用范围不同。为增强絮凝效果，往往2种或几种破乳剂复合使用。
采用化学破乳法要充分考虑其化学破乳剂对后续蒸氨、萃取脱酚等工序的影响，以及破乳剂的使用成本。例如，废水经物理除油后(含油量<300mg/L，主要是乳化油、溶解油、油-固体物及细分散油)，进入破乳加药混合器中，以破乳剂∶水=1∶3000(体积比)的比例加入某种反向破乳剂，破乳后的废水通过沉淀分离槽，废水中的油或胶体颗粒失去稳定的排斥力及吸引力，最终失去稳定性形成絮体，进一步通过化学桥联形成大量矾花，矾花逐渐沉降至沉淀分离槽的底部形成沉渣，并通过排渣口排出，从而完成废水中残留油及有害杂质的分离。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
油类污染物是煤化工废水预处理的难点和重点。所以针对煤化工含油废水，需一方面提高传统技术的处理能力，另一方面增强新技术的经济可行性，将各种技术集成，形成在技术和经济上具有优势的组合处理技术。所以，有优势的煤化工含油废水处理技术是既能降低废水中的焦油含量，又能回收废水中的焦油资源，从而实现煤化工含油废水的资源化和无害化。