本发明涉及一种利用纳米零价铁深度处理复杂工业废水的方法。针对目前工业废水成分复杂、污染物浓度高、水质不稳定等问题，本发明采用多级串联的纳米零价铁反应装置对复杂工业废水进行深度处理，其中纳米零价铁在装置内循环使用，在装置间逐级反向回流。本发明根据实际废水所含污染物种数及浓度设置二至五级纳米零价铁反应装置。处理过程中，各级pH通过加酸/加碱控制并使其逐级上升，各级氧化还原电位（ORP）通过投加/回流纳米零价铁控制并使其逐级下降，废水经多级反应/分离后得到有效处理。本发明可逐级分步去除废水中多种污染物，各级反应条件可控，出水水质可稳定达标，同时提高纳米零价铁利用率，适用于各种复杂工业废水深度处理。