通過除油預處理后的高含油水的含油量已達到30mg/L以下，可以進行包括厭氧反應器、缺氧池、好氧池、中沉池、接觸氧化池和二沉池的生化處理，以生物降解方式處理含油廢水中的有機物、有害物質等餾物及懸浮物。

　　生化處理多通過厭氧好氧兩段式處理廢水方法，采用兩段串聯的厭氧-好氧(A/O)工藝，以充分發揮兩種狀態下的各自優勢。廢水首先在厭氧段的無分子態氧條件下，通過包括兼性微生物的厭氧微生物作用，經水解酸化將廢水中難降解的有機物轉化成易降解的有機物，把長鏈的有機物轉化成短鏈的脂肪酸、醇類、醛類等簡單的有機物，以提高廢水的可生化性。利用厭氧菌作用可去除廢水中的部分COD，并在產氫及甲烷菌的作用下，將部分有機物分解轉化成H2，CH4，CO2等另種能源。之后，廢水進入好氧段，好氧微生物不僅能將廢水中的脂肪酸、醇類、醛類、短鏈烴氧化成CO2，H2O等無機物，還能降低COD和含油量。處理過程中，可在兩個池中設置一些彈性填料，池內既有均勻分布的生物膜，又有大量的懸浮污泥，保持比一般直接接觸法高很多的生物膜，極大地強化了處理能力，增強了設施的耐負荷性能，提高了生物膜的作用。可通過推流式鼓風瀑氣和膜法A/O處理工藝相結合的方法，進行兩級生化處理。將經氣浮處理后的污水，用污水提升泵送入一級生化池的選擇段，其氣浮進水先在選擇段與二次沉淀池中回流的污泥充分接觸，形成活性污泥與污水混合液后，再從瀑氣區的鼓風瀑氣中獲得足夠的溶解氧，并進行碳化及硝化反應，污水中的可溶性有機污染物即可被活性污泥吸附，且被活性污泥上的微生物降解。經此將有約75%的COD被去除。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　之后，一級生化池出水自流進入二次沉淀池中進行泥水分離，污泥被回流提升泵回流送入瀑氣池前端選擇段，出水則自流進入二級生化池。污水在二級生化池中，通過缺氧-好氧(A/O)工藝，選用利于生物膜成長的懸浮球形填料，在進一步去除COD的同時，進行生物反硝化脫氮處理，以保證出水氨氮指標合格。A段池內設置提升式微孔瀑氣器進行布氣攪拌，利用電動閥門控制并調整間斷進氣周期時間，將A段空間變成缺氧狀態，其溶解氧需控制在0mg/L~1mg/L。O段溶解氧控制在1mg/L~2mg/L。可同樣采用提升式微孔瀑氣器布氣來保證好氧氧化所需的溶解氧。在二級生化池出水進入混凝反應池后，需與投加的聚丙烯酰氨進行充分混合反應，混合反應后的出水再進入混凝沉淀池，進行泥水分離。沉淀池中剩余污泥可由提升泵提升送至三泥脫水罐。經此剩余的COD又可去除71%。新近發展起來的序批式好氧生物處理工藝SBR工藝，是處理高含油有機化工廢水新型工藝，其在充氧去除有機物時與普通活性污泥法的機理相同，但在運行時，進水、反應、沉淀、排水及空載5個工序，能在一個反應池中依次周期性運行完成，無需專設二沉池和污泥回流系統，系統可自動進行污泥培養、馴化。