煉油廢水主要來自于原油的直接蒸餾、重質油的裂化與蒸餾以及某些餾分的精制等過程中產生的生產廢水。一般是根據廢水水質進行分類分流的，包括游離態含油廢水、乳化油廢水、冷卻水、鍋爐排水、含硫廢水、含堿廢水、含酸廢水以及一些特殊化合物廢水等。其特點體現在：
1)污水量大，廢水組分復雜，有機物特別是烴類及其衍生物含量高，并且含有多種重金屬。
2)除一般有機物外，主要的污染物還有油脂、酚類、硫化物和氨氮等，其COD含量較高，難降解物質多，而且受堿渣廢水和酸洗水的影響，廢水的pH變化較大。
3)粒徑介于100~1000nm的微小油珠易被表面活性劑和疏水固體所包圍，形成乳化油，穩定地懸浮于水中，這種狀態的油不能用靜置法從廢水中分離出來。而大于100µm的呈懸浮狀態的可浮油，可以依靠油水相對密度差從水中分離出來。
4)油類污染物排入水體后會形成一層分子膜，污染水體的水質，使水中溶解氧(DO)含量下降，并且生成CO2，形成H2CO3，使pH值下降，濁度增加。
化學混凝法
處理廢水中利用自然沉淀法難以沉淀除去的細小懸浮物及膠體顆粒，可以用來降低廢水的濁度以及某些重金屬和放射性物質的濃度。一般同時采用氣浮法和過濾法。例如，為了更好地提高氣浮處理效果，在回流加壓溶氣氣浮工藝中向廢水中投入某種絮凝劑，使水中難沉淀的膠體狀懸浮顆粒或乳化污染物質失穩，在互相碰撞的作用下，聚集、聚合或搭接形成較大的顆?；蛐鯛钗?，從而使得污染物能夠更容易下沉或上浮而被去除。
電解法
借助電流來進行化學反應的過程。在電解槽中通入一定電壓的直流電，讓廢水通過電解槽，使廢水中的電解質的陰離子移向陽極，并在陽極失去電子而被氧化，陽離子移向陰極，并在陰極得到電子而被還原。利用這種反應使污染成分生成不溶于水的沉淀物，或生成氣體從水中逸出，使廢水得到凈化。
羅凱賓等通過采用一種新型陽極材料作電極，在較佳試驗條件下，煉油裝置廢水中的COD的去除率可達54.2%，異氧菌的去除率也達到99.9%的處理效果。另外還證明此法對硫化物和色度等也有很好的去除效果。如選擇以食鹽為添加劑，則可更進一步的提高污水的處理速度和效率。
O3/UV氧化法
是在紫外光作用下進行的光化學氧化過程，Okabe提出的反應機制是，當臭氧被紫外光照射時，首先產生游離氧O，O與水反應產生·OH，·OH是一種*的化學氧化劑。UV輻射除了可誘發·OH產生外，還能產生其他基態物質和自由基，加速鏈反應，而這些基態物質和自由基在單一的臭氧氧化過程是不會產生的。利用O3/UV氧化法處理煉油廢水，在偏堿性的條件下可較為有效地降低廢水中COD，同時隨著臭氧濃度的增大，廢水中COD的去除效果也隨之提高。缺點在于，隨著煉油廢水處理效果的提高，其工藝運行成本也隨之增加，這種情況下仍舊單純采用O3/UV法來降低廢水中的COD從經濟角度考慮就不盡合理了。因此，可以通過O3/UV法適度處理，提高廢水的可生物降解性后，再通過生物化學方法降低廢水的COD，以達到更加經濟合理的目的。
