本文针对某市新建化工区与其配套的工业污水处理厂进行研究，在分析某市化工区产生的废水水质和水量的基础上，调查研究了针对石化废水中高浓度有机污染物，氨氮和高COD的现行各种处理工艺和方法，利用构建的灰色关联模糊模型、可持续层次模糊关联耦合模型对两个备选技术进行综合评价，最终确定方案-“匀质调节-混凝沉淀-水解酸化-一级A/O-二级A/O-监测消毒”为新建化工区工业污水处理厂污水处理最佳工艺技术方案。本工艺主要针对化工区新建石油化工项目产生的废水进行处理，具有投资成本低、处理效果显著、易于维护管理、运行成本较低的特点，能够经济、有效的去除废水中的高浓度有机污染物、氨氮和CODCr等，使出水水质达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的二级标准，解决了石化废水中有机污染物难降解的技术难题，并完成了化工区污水处理厂总体设计。本工程建设规模为3万m3/d，占地面积为60200m2，项目建设总投资概算为15022.18万元，单位处理成本为2.61元/m3污水，单位运营成本1.94元/m3污水。通过工程效益评估，本工程具有良好的环境效益和社会效益，在确保收费的前提下可产生良好的经济效益。本设计研究可对同类型化工区工业污水处理厂的设计提供有意义的借鉴和参考。