化學法是通過使用化學藥劑或是一些化學手段，對廢水進行處理的一種方法。對于染料工業污水處理設備的化學方法主要有化學混凝法、化學氧化法、濕式催化氧化法、光催化氧化法、內電解法等。
化學混凝法是在染料廢水中加入混凝劑，使污染物形成膠粒，通過混凝沉淀或氣浮，從而去除廢水中的污染物。混凝沉淀法是實際應用中最廣泛的。混凝法能同時去除染料污染物和其他的大分子懸浮污染物。對廢水的處理效果主要取決于混凝劑的結構性質。目前使用的混凝劑主要有無機混凝劑和有機高分子混凝劑。無機混凝劑主要以鋁鹽和鐵鹽為主，對以膠體或懸浮態存在于廢水中的染料有較好的混凝效果，但是對于水溶性染料中分子量較小的，混凝效果則比較差。無機高分子聚合物是一種高效且低腐蝕的無機混凝劑，主要有聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合氯化鋁鐵等。其中以聚鐵的混凝劑具有很好的沉降性能，絮體大，但是聚鐵類具有氧化性，腐蝕設備，處理后的水帶有一定的色度。有機高分子混凝劑分子量大，溶入水中后分散為巨大數量的線性分子，對水中的膠體懸浮粒子的吸附架橋能力強。有機高分子混凝劑性質穩定，生長快，殘渣少，對pH值要求較寬，其中最有代表性的就是聚丙烯酰胺。混凝法操作簡便，處理成本低，適應性強，處理效果好，且各種新型混凝劑的開發一直都是相關領域的研究熱點。
化學氧化法主要是利用氧化劑，如H2O2、KMnOa、臭氧、氯等，將染料的發色基團（主要是染料分子結構）破壞，從而達到脫色的目的。臭氧氧化法具有反應完全、速度快、氧化能力強、無二次污染等優點，具有很好的應用前景，但是制備臭氧電能消耗大，且臭氧與系統接觸效率低，使得臭氧氧化在染料廢水治理中的應用受到限制。氯在處理廢水時會生成含氯的有機化合物導致二次污染。
由于現代染料工業的發展使含有高濃度難生化降解的有機染料廢水日益增多，傳統的化學氧化法以及氧化劑，很難氧化廢水中的有機物，無法達到廢水排放標準。因此，隨著研究的深入，高級氧化技術（AOPs）應運而生，且在實際工業污水處理設備使用中已經獲得很顯著的效果。
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