本研究以实际难降解有机工业废水为深度处理目标,采用微气泡催化臭氧化-好氧生化中试装置深度处理制药废水,采用首例微气泡催化臭氧化-好氧生化工程装置深度处理煤化工废水,对长期连续运行性能进行评估;分析废水中主要有机污染物及其去除机理;探究好氧生化处理性能和生物降解机制;将二者的运行性能与实验室规模实验装置进行对比,考察装置规模及废水来源对反应器运行性能的影响。研究结果表明:1)微气泡催化臭氧化-好氧生化工艺深度处理制药废水生化出水具有高效的性能。在较优条件下,中试装置整体COD去除率为58.6%,臭氧投加量/COD去除量为1.05,UV₂₅₄平均去除率为52.3%;从生物反应器运行效果考虑,纤维填料是中试装置生物反应器最优的生物膜载体;酚类、苯类和含氮杂环化合物是造成制药废水生化出水可生化性差的物质,通过微气泡催化臭氧化可将可生化性由0.11提高到0.34,有利于后续好氧生化处理。2)煤化工废水深度处理装置能够稳定可靠运行,微气泡催化臭氧化工程装置有效降解大分子有机污染物并改善可生化性,耦合生化处理进一步去除小分子产物。较优运行条件下整体COD去除率为57.5%,臭氧投加量/COD去除量为0.63,UV₂₅₄平均去除率为57.8%;带苯环或共轭双键的多环芳烃、多环芳香族化合物和含氮杂环化合物是煤化工废水生化出水中主要难降解污染物;好氧生化处理中主要功能菌群及其相对丰度受有机污染物变化和DO浓度影响较大。3)煤化工废水工程装置可取得不弱于实验室规模装置的污染物去除性能;制药废水中试装置整体可取得较高的污染物去除性能。微气泡催化臭氧化-好氧生化深度处理工艺对水质选择性较低,适用于难降解有机工业废水的深度处理。