化学氧化法一般被用于去除高色度的颜料废水，是颜料废水脱色处理的主要工艺。它的作用机理是利用各种氧化工艺破坏颜料废水中发色基团以达到脱色的效果。常用的氧化工艺有以下几种：

1、Fenton 试剂氧化法
   过氧化氢是常使用的氧化剂之一，但单独使用时，氧化能力较弱。过氧化氢的氧化能力会在与铁离子共存时大大增强，铁离子与过氧化氢合称 Fenton 试剂。其反应机理：过氧化氢与铁离子反应生成强氧化性游离基 HO·，在它的作用下使颜料分子的发色基团破裂、断键脱色，且铁离子和亚铁离子本身具有混凝作用，因此 Fenton 试剂是处理可溶性颜料废水的研究热点。小剂量的 Fenton 试剂投加处理含酚废水，可加速废水中有机污染物的聚合，有利于废水脱色。
2、臭氧氧化法
   臭氧氧化技术是近几年中被广泛应用的一种高级氧化技术，常被用于除去高色度的颜料废水。臭氧氧化的途径有两种：一种是臭氧通过亲核或亲电效应直接参与反应，另一种是臭氧在碱或其它因素的作用下，通过活泼的 OH·自由基与污染物成分发生反应，使偶氮颜料中的不饱和偶氮基团发生断裂，产生小分子量的有机酸、醛等，从而降解废水中的有机污染物以达到脱色的目的。臭氧化技术不产生污泥，不会造成二次污染。此外，该设备简单、紧凑，占地面积小，易于自动控制，输出也按照负载调整改变及时。但其前期设备投资高，不适用于大量废水。
3、光催化氧化法
   光催化氧化处理是一种新颖水处理技术，处理颜料废水常用 TiO2/UV、H2O2/UV 等方法，该技术能耗低，易于操作，无二次污染，且可分解有机物，但也存在反应低效率，费用高，不宜回收、UV 灯寿命短等缺点。