煤制油廢水是指經汽提、脫酚裝置處理后的出水，主要包括煤液化、加氫精制、加氫裂化、硫回收裝置排放的硫和苯酚。廢水的主要特點是化學需氧量（COD）高、高濃度的氨氮（主要是無機氨）。近年來，外對煤制廢水和煤化工廢水的不同處理單元組合、新工藝開發和參數優化進行了研究。在部分研究中，目前煤制液體廢水處理主要包括以下幾個單元：

(1)預處理。主要是分離廢水中的油性物質，包括懸浮油和乳化油的分離。這個環節的效果直接影響到后續的生化處理。主要的預處理方法多為隔油、沉淀，但分油效果不佳，無法實現回收利用。過多的乳化油影響生化裝置的操作安全。近年來，氣浮的使用增多，澄清和混凝也開始受到重視。

(2)生化處理。有機物和氮的去除主要以生物法為主，通常是活性污泥法；傳統工藝往往停留時間過長，容易出現污泥膨脹和流失。此外，氨氮的去除也是一大難題。因此開始探索厭氧處理法、厭氧-好氧聯合處理法，相應的設計經驗和組合創新尤為重要，生物活性炭法（PACT）、固定床生物膜反應器（FBBR）等的探索出現了。
(3)深加工。難降解有機物的存在，使得生化處理出水的COD和色度難以達標，需要進一步處理。深度處理方法主要有混凝沉淀法、吸附法、催化氧化法和膜處理技術。目前，高級氧化法由于成本等原因限制了其大規模應用，而混凝沉淀法、活性炭吸附、過濾等相關技術相對穩定。如果膜處理技術可以設計前端保護單元，應用前景非常廣闊。
同時，各單元的有機集成和各廢水流的分離協同處理也是煤制液廢水處理設計和工程實踐中需要考慮的重要方面。