石油化工廢水內會含有很多難處理污染物。各石油化工企業在生產過程中產生的廢水中，存在著許多與其有機化工產物有關的典型污染物，例如：多環芳烴、芳香胺、雜環等。這就導致了廢水的質量變得非常復雜，并且含有大量的毒性物質。
含油廢水的處理：隔油+絮凝+氣浮組合工藝
石油化工廢水含有大量的油脂污染物是它的主要特征之一，油脂會影響到后續的廢水處理工藝，需要在前處理階段就要去除干凈，一般方法是物理法和物化法的結合工藝。
（1）隔油法是常見的去除油脂污染物的方法。將石油化工廢水放入到隔油池中，使其內部的污染物在隔油池中進行沉淀，其中斜板隔油法的效果最明顯。
（2）絮凝法是通過藥劑的作用，來破壞石油化工廢水中的膠體顆粒，這些膠體顆粒逐漸匯聚后便可以分離出去。因此絮凝法有效的去除石油化工廢水中的乳化油、溶解油以及難降解的有機物等等。
（3）絮凝法是需要結合固液分離方法，有沉淀法和氣浮法，其中氣浮法利用小氣泡來吸附石油化工廢水中的有毒懸浮物來實現廢水處理的效果。
高濃度有機廢水處理：氧化法+生化處理組合工藝
由于石油化工廢水當中含有很多的有機物，COD濃度超過10000mg/L，并且其內含有一定生物難降解有機物。因此這類廢水不宜直接進入生化處理系統，通過高級氧化法和厭氧生物處理法解決濃度高和可生化性問題后，再進入好氧生物處理。
（1）高級氧化法是目前最具發展潛力的一種技術，例如（類）Fenton氧化法、臭氧高級氧化法、電化學氧化法、超聲高級氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法等。
它的核心是在外部能源（光能、電能等）和物質（O3、H2O2等）的不斷輸入下，在一系列的物理化學作用下，生成強氧化性的羥基自由基（OH•），將污水中的有機污染物氧化為CO2、H2O和無機鹽等。
（2）在現代工業廢水處理中，厭氧生物處理方法（UASB反應器、EGSB反應器、IC反應器等）的應用已經比較成熟，盡管它還存在著一些不足，但仍然有很好的發展前景。
它是在厭氧條件下，依靠兼性厭氧菌和專性厭氧菌等各種微生物共同作用下，對有機物進行生化降解生成CH4和C02的過程，可將大分子污染物降解成小分子污染，并且COD去除率是較高的。
（3）好氧生物處理法主要分為了生物膜法和活性污泥法。而生物接觸氧化法是具有這兩種方法的特征，其內的微生物主要以生物膜的狀態附著在固體填料上，有部分生物絮體呈破碎生物膜狀懸浮于處理水中，有機物的去除主要靠生物膜(附著微生物)的作用來完成。
