物理化学工艺广泛应用于综合化工废水的预处理和深度处理中。典型的物理方法如混凝沉淀、气浮、吸附等常用于综合化工废水的预处理单元。此外，高级化学氧化、微电解技术、膜技术在综合化工废水的预处理和深度处理中也都有很好的应用。
高级化学氧化
化学氧化主要是通过氧化剂，将难降解的复杂有机物全部或部分氧化为较易降解的简单物质，从而达到处理的目的。然而在处理综合化工废水时，常用的氧化剂表现出氧化能力不足，同时存在选择性氧化的缺点。Glaze等在1987年提出了高级氧化法(AOPs)，即通过光化学氧化、电化学氧化、声化学氧化等高级氧化过程，产生比普通化学氧化剂氧化性能更强的羟基自由基(·OH)。Shang等利用O3和O3/UV工艺分别处理含甲基丙烯酸甲酯(MMA)的半导体废水，结果表明，O3能够明显提高MMA的去除率，单独使用O3反应速度缓慢，联合UV能提高反应速率，O3/UV工艺能够完全将MMA及其中间氧化产物矿化。王勇等将酚醛树脂和光催化剂TiO2混合，经碳化活化处理后制成一种复合性催化材料处理含酚废水，结果显示，该材料能够有效地对废水中的酚进行光分解和吸附。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
微电解技术
微电解技术根据金属腐蚀原电池原理，在铁屑表面构成无数的微小原电池，污染物在电极上发生直接或间接电化学转化，并且电解可以产生具有消毒作用的·OH和活性氯。微电解技术常用于含有高浓度盐、高浓度有机物的难降解废水的预处理。Zhou等利用微电解接触氧化法处理混合化工废水，处理后m(BOD5)/m(CODCr)值大于0.6，CODCr的去除率为64.6%，同时对氨氮和铅有一定的去除。微电解技术有效地利用了膜技术
膜技术是一种物理处理技术，是目前最有发展前景的深度处理技术。常见的膜分离技术有超滤、微滤、纳滤、电渗析及反渗透等。Juang等利用超滤和反渗透处理高科技工业园废水并回用，结果表明，浊度、TOC、电导率的去除率均在95%以上，可以直接排放或用作冷却水。朱薛妍等采用自制的中空纤维复合纳滤膜对含甲基蓝的印染废水进行深度处理，结果表明，废水的脱色率大于99%，CODCr的去除率大于90%。固体废弃物，是一种“以废治废”的处理技术。