20世纪80年代，国家把“高浓度有机废水厌氧生物处理技术”研究纳入重点环保研究课题，在清华大学的牵头下，化三院参与开展课题研究工作。课题共分8个子专题，试验规模从小试到生产试验装置，共建成7个中试基地和6套生产污水装置，提出72种合成有机物5种重金属及 3种无机盐类对厌氧消化的抑制浓度，开发了啤酒废水处理方案决策模型及相应的软件。研究成果大大缩小了中国在厌氧生物处理技术领域与国外的差距。

1978年12月，化工部引进4套年产30万吨乙烯及配套装置，其中的两套分别建在南京扬子石油化工公司和山东齐鲁石化化工总公司。1983年，化三院开始承担这两个项目的污水处理工程，采用德国引进的纯氧曝气技术，DCS控制系统，在国内工业污水处理领域处于领先地位。项目获得化工部优秀工程设计等多项奖励，为公司长期立足于环境治理领域奠定扎实的基础。

1984年，化三院承接了自身历史上第一套大型工业污水处理装置扬子石化公司乙烯工程污水处理站工程，签订了项目技术承包合同，包技术、包质量、包工期，开启了环境治理领域的新篇章。1985年1月，项目采用“强夯法”加固长江河漫地基设计方案并试夯成功，为国家节省投资超过一千万。项目于1987年3月联动试车，1989年建成。此后，化三院还承担了项目扩容改造和提标改造工作。项目获得化学工业部优秀工程设计奖一等奖和第八届全国优秀工程设计奖银奖。

齐鲁石化公司乙烯工程项目位于山东省淄博市，全部建成投产后，助力齐鲁石化公司成为中国最大的石油化工基地之一。

化三院承接齐鲁石化公司乙烯工程污水处理厂项目设计工作并试行承包制。项目于1984年4月开工建设，1987年9月建成投产，获得化学工业部优秀工程设计二等奖。1996年9月，齐鲁石化公司30万吨乙烯工程16套生产装置及公用配套装置荣获中国建筑工程鲁班奖（国家优质工程）。

1985年，化三院承接了山西省重点工程项目山西太钢赵庄污水处理工程设计。

项目是国内自行设计的钢铁行业大型全套污水处理设施，也是化工设计院跨钢铁行业进行的第一个污水处理设计项目。1989年12月，项目试车成功，标志着化三院在环境治理领域开辟了钢铁行业水处理新市场。