利用微生物的代謝作用，使污水中呈溶解、膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害物質，有活性污泥法、濕地處理等。活性污泥法是通過油類降解微生物去除水中污染物，運行費用低，操作簡單，但需要氧化，大容積濾池，處理產生 污泥，可去除懸浮固體和痕量固體、氨、硼、重金屬等。濕地處理通過動植物群天然氧化分解污染物，對溶解態和懸浮態雜質去除效果好，但停留時間長，維護費用高，易受溫度、pH影響，且需要后處理分離微生物、沉淀固體、溶解性氣體等。由于油田采出水水質的復雜性，往往需要采用幾種方法的組合，才能處理不同性質的污染物，使采出水達到回注與排放標準。在油田采出水處理工藝發展的過程中形成了一系列的組合工藝：

　　(1)對于傳統水驅采出水，開發出常規工藝系列，重力除油+過濾、壓力除油+過濾、旋流除油+過濾、懸浮污泥床凈化+過濾，目前大部分尚未改造的采出水處理裝置都包含在這類工藝中。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　(2)對于含聚廢水，由于采出水中聚合物、表面活性劑的存在，使得油水乳化，黏度增大，處理難度加大。針對此類水，勝利油田新開發出了DNF氮氣氣浮、HCF高梯度聚結氣浮、序批式除油等工藝，外輸原油含水一直保持1%以下，污水站進水含油維持在1000mg/L以下，外輸水含油保持在100mg/L以下。并研發了非離子型綜合處理劑，以第二極小值作用原理發揮界面疏導作用，實現了W/O、O/W界面靶向用藥。

　　(3)目前廣泛應用CO2驅油技術，驅采廢水含有大量的溶解性CO2，使得腐蝕結構加劇，對采出水水質狀況影響較大，目前對于油田采出水中CO2的去除正處于研究階段。楊向平[24]等采用氮氣氣提工藝處理含碳廢水，處理效果明顯，出水CO2余量可降低至零。