化學氧化法一般被用於去除高色度的顏料廢水，是顏料廢水脫色處理的主要工藝。它的作用機理是利用各種氧化工藝破壞顏料廢水中發色基團以達到脫色的效果。常用的氧化工藝有以下幾種：

1、Fenton 試劑氧化法
   過氧化氫是常使用的氧化劑之一，但單獨使用時，氧化能力較弱。過氧化氫的氧化能力會在與鐵離子共存時大大增強，鐵離子與過氧化氫合稱 Fenton 試劑。其反應機理：過氧化氫與鐵離子反應生成強氧化性遊離基 HO·，在它的作用下使顏料分子的發色基團破裂、斷鍵脫色，且鐵離子和亞鐵離子本身具有混凝作用，因此 Fenton 試劑是處理可溶性顏料廢水的研究熱點。小劑量的 Fenton 試劑投加處理含酚廢水，可加速廢水中有機汙染物的聚合，有利於廢水脫色。
2、臭氧氧化法
   臭氧氧化技術是近幾年中被廣泛應用的一種高級氧化技術，常被用於除去高色度的顏料廢水。臭氧氧化的途徑有兩種：一種是臭氧通過親核或親電效應直接參與反應，另一種是臭氧在堿或其它因素的作用下，通過活潑的 OH·自由基與汙染物成分發生反應，使偶氮顏料中的不飽和偶氮基團發生斷裂，產生小分子量的有機酸、醛等，從而降解廢水中的有機汙染物以達到脫色的目的。臭氧化技術不產生汙泥，不會造成二次汙染。此外，該設備簡單、緊湊，占地麵積小，易於自動控製，輸出也按照負載調整改變及時。但其前期設備投資高，不適用於大量廢水。
3、光催化氧化法
   光催化氧化處理是一種新穎水處理技術，處理顏料廢水常用 TiO2/UV、H2O2/UV 等方法，該技術能耗低，易於操作，無二次汙染，且可分解有機物，但也存在反應低效率，費用高，不宜回收、UV 燈壽命短等缺點。