煤化工废水的显著特点为有毒有害、难生物降解、成分复杂且浓度很高，因而简单的处理方法很难达到满意的处理效果，必须经过多级深度处理。废水处理的首要原则为其中有用物质的回收和资源化用，在此基础上进行 废水的达标处理及回用处理。根据目前国内外煤化工行业的处理技术综合分析以及煤化工废水的水质特点，煤化工废水的处理技术路线应该包括物化预处理、二级生物处理和深度处理三部分。
酚类物质在某些有机溶剂中的溶解度要远远大于其在水中的溶解度，为了避免高浓度的含酚废水污染环境，同时有效的回收有用的酚，常常使用溶剂萃取的方法。在萃取的过程中，根据相似相溶原理，酚类物质在溶剂中的分配系数大于在水中的分配系数是萃取的推动力，这种推动力使酚类物质从水相转移到溶解度更大的溶剂相，达到酚类物质与水相分离的目的。选择萃取剂除了要考虑萃取剂的高分配系数，易与水分离，还要兼顾毒性低并且可以生化降解溶剂萃取法常用的萃取剂有醋酸丁酷、苯、丁醇等，国内外煤化工企业使用较多的萃取剂有醋酸丁酷和二异丙基醚等。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
煤化工废水中除了含有较高浓度的酚类物质，高浓度的氨氮也是该类废水的一大特点。在煤化工废水处理的实际工程中，出水的氨氮达标往往要比酚类物质达标更难，这主要是因为酚类物质是作为碳源存在，水中微生物对作为氮源的氨氮的需求量远小于碳源，高浓度的氨氮物质对水中微生物也会产生抑制作用]因此，氨氮的回收对煤化工废水处理工艺有着很重要的作用。目前，国内外主要采用水蒸气气提蒸氨方法。向废水中投加碱液使固定氨转化为游离氨，并使用水蒸气把游离氨气提出来，再经过分离、精馏等步骤实现氨的分离回收。