本发明提供一种通过多种技术工艺逐级削减污染物，最终使废水的排放和回用达标的有机废水深度处理工艺。包括以下工艺步骤：a）酸碱调节处理；b）前絮凝处理；c）Photo-Fenton预处理；d）厌氧水解酸化处理；e）XLT-PC系统处理；f）后絮凝处理；g）Photo-Fenton后处理；h）对步骤g）的出水进行排放或回用。本发明的有机废水处理工艺相比现有技术，通过合理配置各处理步骤，在相同的成本下可提供更大的负荷量，而且污染物的产出大为减少，处理后水体质量优良，尤其适合印染、食品、电子、生物医药等行业的污水处理之用。