化学氧化法是指利用强氧化剂的氧化性，在一定条件下与中段水中的有机污染物发生反应，从而达到消除污染的目的。常见的强氧化剂有Fenton试剂、氯、二氧化氯、臭氧、双氧水、高氯酸和次氯酸盐等。
有大量自由基参加的化学氧化处理工艺称为高级化学氧化法，此处理工艺可使废水中有机污染物彻底分解，是近年来备受重视的水污染治理新技术，如废水处理采用的Fenton试剂，臭氧和紫外线(UV)、超声波、催化剂等联合使用，大大提高了氧化脱色性能。这些辅助手段所提供的能量不仅催化产生具有极强氧化性的氢氧自由基，而且能激发水中的物质，使其成为激发态，加速氧化反应的速率。
广西大学的陈楠等人采用Fenton法深度处理造纸中段废水，中段废水流经有持续加料的Fenton氧化塔处理后，进入中和池，经用碱液中和成中性后，流入脱气池，曝气搅拌去除残余的过氧化氢，之后进入混凝池，加入PAM絮凝后，在沉淀池中固液分离，沉淀池流出的水经过检测后即可排放，其排放水质标准达到了要求。
Shaw等人用超声波处理硫酸盐浆废水，超声波波频357kHz，结果表明，漂白废水可以吸收250nm段的波长，这说明一些芳香族发色基团发生了部分降解，表观看，废水浊度明显改善，而COD的去除并不明显，原因可能是因为有重碳酸盐和硫酸根离子的存在，实验结果表明，超声波单独处理对废液的浊度有一定改善，而对COD等作用不大。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
Eskelinen等人研究用Fenton法与紫外线结合对制浆造纸废水的处理，研究结果表明紫外线可以在一定程度上提高Fenton法的处理效果，采 用转速为200rmp，Fe3+浓度1g/L，H2O2浓度3g/L，pH值6～9的工艺参数处理60min后，对比紫外线照射与不照射的情况，结果表明COD的去除率在没有紫外线照射的基础上提高了30%。他们在研究Fenton法结合紫外线处理的同时，也比较了O3与紫外线结合，O3与紫外线、TiO2结合等对COD去除率的影响。
Pirkanniemi等人研究了Fenton法处理含有EDTA的造纸工业废水，在60℃，pH值为4的环境，摩尔比H2O2∶Fe2+∶EDTA=70∶2∶1时，3min内可以降解废水中90%的可络合物，并指出，Fenton法可作为漂白废水生物处理前的预处理方法。
Kreetachat等人研究了O3对造纸工业废水中木素衍生物的作用，研究了废水处理过程中，废水中木素衍生物和脂肪族化合物变化，结果表明，以4L/min的O3流量通入废水45min后，废水中O3含量可达20mg/L，废水色度可降低90%，废水BOD/COD可从0.1升高为0.3左右，而对废水中TOC的去除没有什么明显的作用。
Fontanier等人研究了造纸废水的催化O3氧化的高级氧化处理，文中指出传统的臭氧氧化主要作用是氧化和化学沉淀，而该研究的催化O3氧化的高级氧化处理可以将有机碳氧化成CO2，处理前后废水中可溶性分子的分子量以及分子量分布有较大变化，处理后废液的分子量以及分子量分布基本是处理前相应的一半，其做法是在通入臭氧之前加入催化剂TOCCATA，它的粒径220μm，表面积为250m2/g，与传统的臭氧处理法相比，在同样COD去除率的情况下所需的臭氧用量少，COD的去除率为53%～72%。