化学氧化法脱色是利用氯、ClO2、O3、H2O2等的强氧化性使废水中的发色基团发生断裂或改变化学结构，从而达到废水脱色目的。
臭氧氧化法
臭氧作为强氧化剂，已用于工业污水处理[16]。臭氧在水处理中可用于除臭、脱色、杀菌、除铁、除氰化物、除有机物等。与传统的氯气氧化、吸附、絮凝等脱色方法相比，臭氧有脱色程度高、无二次污染、易制造等优点。因此可把臭氧氧化用在絮凝-生物法工艺处理废水后，进行深度脱色，这样既可解决传统方法脱色效率不高的缺点，又能减少臭氧消耗量。周涛等对生化出水进行了臭氧辅助絮凝实验研究，结果表明，随着臭氧氧化反应时间的延长，废水的色度一直降低，在反应时间达到3h时，废水的颜色由最初的深褐色变为浅绿色。但这种方法投资高，电耗大，处理成本高。若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。
TiO2光催化氧化主要是利用半导体的性质在光照射下激发产生电子和空穴，利用空穴夺取污染物分子中的电子，使污染物被分解和降解。在合适的反应条件下，有机物经光催化氧化的最终产物是CO2和水等无机物。曹曼等向焦化废水中加入催化剂粉末，在UV照射下，鼓入空气，可将包括多环芳烃(PAH)在内的所有有机毒物和颜色全部去除。黄永兰等以锐钛矿型TiO2为光催化剂，高压汞灯为光源，对焦化废水进行光催化降解研究。结果表明，TiO2光催化氧化对焦化废水COD和色度具有显著的去除效果，最佳实验条件：TiO2用量0.8g/L，鼓入空气量0.25m3/h，紫外灯光照1.5h，溶液pH为10，氧化剂H2O2与焦化废水体积比为0.3。TiO2光催化氧化法工艺结构简单，初期投资低，操作条件容易控制，运行可靠，氧化能力强，无二次污染。TiO2化学性质稳定、无毒、成本低，故TiO2做催化剂的光催化氧化技术具有广阔的应用前景。但该技术存在光源浪费严重、效率相对较低，反应后从水中除去TiO2费用较高的缺点，该技术应重点解决这些问题。Fenton试剂氧化法是采用过氧化氢为氧化剂，以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法。Fenton试剂及改进系统在废水处理中的应用可分为2个方面：一是单独氧化有机废水;二是与其他方法配合，如与UASB法、光催化法、活性炭法等联用。单用Fenton试剂处理有机废水成本较高，一般都联用其他处理方法，以降低处理成本或提高氧化效率，并拓宽Fenton试剂的应用范围。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
彭贤玉等采用Fenton混凝沉淀法处理焦化废水，色度去除率达到83.5%，COD去除率达到92.5%，NH3-N去除率达到96.1%。左晨燕等对Fenton氧化-混凝协同处理焦化废水的方法进行了研究，COD去除率可达44.5%，色度可降为35倍，出水符合国家污水排放二级标准。
焦化废水经Fenton催化氧化后，呈黄绿色浑浊状，其中含有亚铁离子、胶态氢氧化铁和未氧化的有机物，如不进行混凝沉降，则胶态氢氧化铁所吸附的有机物会造成出水的COD增大，胶态氢氧化铁自身也会使出水的色度和悬浮物含量增高，因此，氧化后需进行混凝沉降。催化湿式氧化是在高温、高压条件和催化剂作用下，利用空气将废水中的氨氮和有机污染物氧化，最终转化成无害物质N2和CO2排放，专门用于高浓度工业废水处理。
孙珮石等采用CWO技术及装置对高浓度焦化废水进行实验研究，结果表明，经一次处理后，废水中COD和NH3-N的去除率可达到99%以上，低于国家排放标准而且脱色、除臭效果良好，可以实现达标排放。
CWO技术设备紧凑、体积小、占地面积小，处理效果显著。但以多种贵金属为主要活性成分的固体催化剂价格昂贵，高温高压操作，对反应器、加热器等设备的材质也有较高的防腐及耐压要求。