焦油废水处理工程经生物处理后的废水中，还残存相当数量的COD，有时有较高的色、嗅、味，或因环境卫生标准要求高，则需采用三级处理方法进一步净化。三级处理主要是去除废水中难以生物降解的有机污染物和溶解性无机污染物。常用的方法有活性炭吸附法和臭氧氧化法，也可采用离子交换和膜分离技术等。各种化学工业废水可根据不同的水质、水量和处理后外排水质的要求，选用不同的处理方法。
废水生化处理工艺
目前，国内工业废水生化处理工艺中所应用的技术方法品类很多，例如：离子空换树脂处理、反渗透工业污水处理、膜生物处理、厌氧生物处理、好氧生物处理和生物膜法等。以上技术中一部分已经相当成熟和稳定，应用范围十分广泛。而另外一部分属于前沿***技术，目前仍处于研发和试验阶段，尚未形成规模化的工业应用。
其中新技术中以离子空换树脂处理技术的代表性强，它是运用离子交换基团高分子的原理，能够对污水进行的处理和净化，就连***物质也能够深入处理。该技术的特点是针对性强，实施效果又具有很强的深度，而且处理后的污水能够循环使用，有利于企业节能减排和可持续性发展目标的实现。而生物处理法中的典型技术当属厌氧生物处理法，其特点是技术较为成熟，能够实现对污水处理的频繁使用要求，因而应用范围很广。
焦油废水处理工程物理和化学结合的技术
废水中的污染物种类多样，单使用一种技术无法达到理想的处理效果，因此，废水处理技术常结合以上三种原理。主要包括以下三种：
(1)离子交换法，指的是利用离子交换剂，使废水中物质的离子发生交换反应，从而去除污染物的方法。该方法常用于水软化、有机废水处理。
(2)萃取法，萃取剂与水不互溶或者溶解度较低，但是能极大地溶解污染物，利用这一特性，萃取剂能使污染物与水分离，达到净化废水的目的。
(3)膜分离法，指的是利用半透膜，使溶质与水分离、渗透的过程，由于这种技术是在电流的作用下进行阴、阳离子的渗透的，所以又称为电渗析法。这种方法简单方便，但是成本较高，易于发生再次污染。
