本发明公开了属于废水处理技术领域的一种焦化废水的深度处理工艺，具体包括以下步骤：将经过蒸氨、隔油、气浮预处理后的焦化废水由调节池经泵打入上流式厌氧污泥床；经厌氧微生物处理后由厌氧柱上端溢流至缺氧池；由缺氧池推流至好氧池；经好氧池流入膜生物反应器；污泥混合液由膜池回流至缺氧池；膜出水进入纳滤系统；经纳滤膜过滤后出水回用。本发明的处理工艺，系统运行稳定，出水中化学需氧量、氨氮、总氮和色度指标满足回用标准，该系统操作简便，运行稳定，占地面积少，生产运行成本低，同时减少了系统污泥的处理量，大大降低了污泥处理成本，具有较好的环境效益和经济效益。