生物處理是利用微生物的吸收、分解、氧化能力消除污染物，達到環境保護的作用。它的優點是處理量大，投資及運行成本低，自然凈化，不用化學藥劑，不造成二次污染。大多數油田外排廢水采用生化處理為主，物化處理為輔的工藝流程。

　　好氧生物處理：河南油田的雙河聯合站以好氧生物處理處理為核心工藝，去除效果較好。出水COD為90mg/L，硫化物為0.7mg/L達標率為95%，達到國家污水綜合排放二級標準。

　　厭氧-好氧聯合工藝：竺建榮等利用水解酸化-好氧法對油田廢水進行研究，結果表明物化預處理后的廢水進水COD為190～220mg/L、水解酸化段及好氧段停留時間均是10h，出水COD為65～75mg/L達到國家一級水質排放標準要求。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　化學-好氧聯合工藝：2001年1月，勝利油田的孤島油田用微生物處理原油的工程正式投入運行。該工程污水經隔油池、收油池除去浮上油及懸浮物，然后污水進入氣浮池加入浮選劑，部分分散油和乳化油通過氣浮除去，經曝氣池進行接觸氧化后出水COD<150mg/L，含油量<10mg/L，達到國家污水綜合排放二級標準。劉慧卿等利用絮凝-生物接觸氧化法處理含油廢水COD去除率達68%。

　　自然生物處理：污水的自然生物處理主要是氧化塘法和人工濕地處理技術。氧化塘處理技術有投資小，維護費用低，運行穩定等優點，適合場地開闊，環境適宜，污染負荷小的油田廢水處理。人工濕地是人工建造的用于凈化廢水的土壤-植物-微生物生態系統。勝利油田外排污水利用當地特有的蘆葦塘資源進行氧化塘工藝，污染物在氧化塘中經自然物過程得到去除，處理后達標排放。遼河油田進行了潛流濕地系統處理采油廢水中試研究，結果表明潛流濕地系統對稠油廢水中污染物有很好的去除效果，COD、BOD、TN及石油類污染物去除率分別為83.16%，90.66%，87.92%，91.83%，出水達到排放標準。