煤制气有机废水处理通常由“预处理+生化处理+深度处理”组成，该废水主要特征是:①高COD，含量为3500mg/L;②高氨氮，250mg/L左右;③有机污染物复杂，含有苯类烃、萘、多元酚、吡啶、噻吩等;④毒性大，含有酚、氰化物、硫化物等有毒有害物质;⑤可生化性低，BOD5/COD(5日生化需氧量与化学需氧量的比值，是污水可生化降解性的指标)在0.3以下。有机废水生化处理是“废水零排放”的基础，如果处理后残留有机物浓度过高，极易污染后续处理单元膜，导致膜通量降低，影响系统正常运行。
1预处理：预处理主要去除废水中的悬浮物、油、沉淀物等杂质，满足生化处理要求，保证生化处理稳定性，一般采用调节、沉淀、隔油、气浮等工艺。如果废水可生化性差，可采用化学氧化法、电解法或水解酸化等方法提高可生化性，以保证生化处理效果。杜松等提出了在酚氨回收后，生化处理前采用高级氧化提高废水可生化性的思路，并进行了试验研究。该方法对有毒难降解的煤化工废水处理具有可行性，不仅可以降低生化系统的建设及运行成本，还可以保护生化系统免于冲击，但成本是制约该技术推广的关键因素，有待根据具体废水水质优化工艺参数，提高技术经济性。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
2生化处理：废水生化处理技术主要有缺氧/好氧活性污泥法(A/O)、厌氧/缺氧/好氧活性污泥法(A/A/O)、序批式活性污泥法(SBR)、内循环(IC)厌氧工艺、外循环(EC)厌氧工艺、生物倍增法(BioDopp)，还有新发展的生物炭法(PACT)等。PACT法可大幅度提高难降解有机物的处理效果及硝化反应效率，并有效防止污泥膨胀，但同时也存在活性炭滤料与活性污泥混合浆液的脱水，需增加设备投资和能耗，粉状炭的再生成本高等问题。
对于鲁奇气化工艺所产废水建议采用厌氧/水解+二级A/O工艺，去除大部分酚、COD、氨氮、总氮等。对于粉煤炉或水煤浆炉气化所产废水建议采用二级A/O工艺，去除大部分氨氮、总氮。
3深度处理：废水经过预处理、生化处理后虽然去除了大部分污染物，但由于有多种难降解有机物的存在，有些出水指标(如COD、色度等)仍达不到排放或回用标准，还需深度处理。目前，深度处理技术主要包括吸附法、混凝沉淀法、高级氧化技术(Fenton氧化、O3氧化、催化湿式氧化等)、曝气生物滤池等。对于煤制天然气项目一般采用絮凝沉淀/气浮+高级氧化+深度生化+过滤、消毒等技术路线。伊犁新天20亿m3/a煤制天然气项目废水设计处理能力1200m3/h，酚氨回收后废水水质COD质量浓度为3506mg/L，氨氮质量浓度为124mg/L，总酚质量浓度620mg/L，总油质量浓度115mg/L，BOD5/COD为0.33。预处理工艺为“均质+调节+隔油+气浮+水解酸化”，除去废水中的油，然后对水质进行调节;生化处理采用两级A/O工艺;深度处理采用“臭氧氧化+生物滤池+活性焦吸附”组合，经过上述工艺处理后，废水中残留COD质量浓度降至60mg/L，油质量浓度降至5mg/L以下。