当前，石油化工工业用水量和排污量大，如果不经过处理直接排放，将会对环境造成严重损害，它也会严重影响人们的身体健康，所以这些废水必须在排放前进行处理。石油化工废水处理是利用物理、化学和生物的方法使废水各项指标达到排放标准，变成可以为我们所用的水资源。常用的物理处理方法是沉淀、过滤和离心，只能用于去除污水中的一些有机物、无机物和油。如果我们想进一步处理废水，必须使用先进的生物和化学方法。石油化工生产排放的废水往往需要进行综合处理，一般经过初级预处理、二级处理、三级处理等过程。
初级处理和二级处理大多针对的是无毒废水，有毒有害废水必须进行预处理才能流入下个环节。初级处理是用格栅或筛网去除污水中颗粒较大的固体废弃物，其次用沉砂池去除颗粒相对较小的砂石，再次用调节池中和酸碱废水，均和水量和水质，后使用气浮、沉淀或过滤去除污水中的油、油脂和悬浮固体，此外，建立溢流池，截留住初级处理溢流下来的污水，以免干扰后续处理。二级处理主要是对污水中可溶性有机物进行生物降解，通常采用水解酸化、厌氧和好氧处理等三种方式去除污水中高浓度的有机废弃物。
三级处理是去除污水中特殊类型的残余废物。针对前两级处理残留的污染物，我们可以通过过滤、吸附、化学氧化等方式来去除污水中胶状固体、乳化物质和难降解有机物等，另外，此过程面对的是污染物浓度极稀的溶液，我们应该还采用离子交换、萃取、反渗透、电渗析和吹脱和气提等处理方法，以达到进一步除去污染物的目的。
石化企业可以将炼油与化学品生产相结合，提高企业效益。炼化一体化是炼油加工和石化工艺的优化配置，它采用气化联合循环技术，可以实现多种石油化工品同时生产，一方面，炼油厂产生的含油污水可加氢精制、加氢裂化制成良好的石油产品，避免了裂解副产品污染循环水，实现炼油厂污水少排放。另一方面，石油化工生产一体化减少了石化装置的运转，提高了生产效率，节省了水资源，从而从根本上减少石化污水的排放。
2.3 节水减排
首先，石化企业用水要预算规划，节约水资源;其次，加大对节水工作的技术改进，大限度地实现水的串级使用，提高水的重复利用率;后，大力推进节水工艺的实施，减少工业用水量，提高水处理的浓缩倍数，减少循环水的补充量，外排废水量也就减少了。
2.4 污水回用
石油化工企业生产需要大量使用循环冷却水，这些冷却水大部分用的新鲜水资源，在化工生产中难免会遭受空气和设备溢出物的污染，水质严重恶化，在水资源缺乏的，我们有必要对冷却水进行回用。石化回用废水可作为锅炉水、工业用水和循环冷却水的水源，实现可持续的废水处理和利用。可持续污水回用技术可将有机物尽可能实现能源化、回收有机能源，控制与回收污水中磷、磷和氮等无机元素，防止水体富营养化。