油类污染物是一种包含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘、蒽、PAH(多环芳烃)等碳氢化合物的混合物。油类污染物排入水体后会形成一层分子膜，使水中溶解氧(DO)含量下降，并且生成二氧化碳，形成碳酸，使水体酸性增强，浊度增加。油类污染物的油膜粘附和填塞水生动物鳃部使其窒息死亡，进一步恶化水体生态环境。
油类污染物根据油的种类采用不同的方法处理，物理法有重力沉降法、隔油法等，化学法有絮凝法、强氧化法等，物化法有气浮法、吸附法等，生物法有活性污泥法、接触氧化法、生物膜法、生物滤池法以及循序间歇式生物处理等。油类污染物一般包括浮油、分散油、乳化油和溶解油。其中，粒径大于100μm的可浮油，可以依靠油水相对密度差从水中重力沉降出来或采用隔油法去除。粒径在100～1000nm的微小油珠易被表面活性剂和疏水固体包围而形成乳化油，稳定地悬浮于水中，这种状态的油不能用静置法从废水中分离出来，需采用絮凝法去除。絮凝法中絮凝剂的研究是其热点。絮凝剂分为有机高分子絮凝剂和无机絮凝剂，有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂具有用量少、使用范围广、净化效果好等优点，国外炼油厂和石化工厂几乎都已开始采用这种絮凝剂。雷林等研制出的A908复合混凝剂处理石油工业废水，净化效果明显优于单一型无机及有机混凝剂。水中乳化油和COD(化学需氧量)等污染物去除效率高，处理后水质清亮，污泥体积小且含水率低，这是因为其高价金属离子和水解产生的多核羟基络合物，既能快速中和胶体微粒表面的负电荷使之脱稳，又能在粒子间架桥吸附，促进絮体快速形成。工业应用试验结果也表明:微生物生长良好，污泥结构密实，出水水质符合国家污水综合排放标准一级标准要求，由此复合絮凝剂的应用也有较好前景。处理石油化工废水的微生物絮凝剂近年也有所研究;但其工业化应用还有待商榷。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
溶解油则采用强氧化法(如臭氧等)分解去除。Morrow等提出溶解有机化合物臭氧氧化去除法。Klasson等实验表明，可溶性有机物暴露于臭氧3d，几乎所有的物质都能被分解去除。臭氧氧化法可用于去除含油废水中可溶解性油和其他一些难生物降解物质，其缺点是运行和投资费用高。何军等]从运行经济性和去除效率两方面探讨了臭氧氧化法去除石化废水相关参数。目前主要采用的气浮法是加压气浮法，具有电耗少、设备简单、效果良好等优点，但存在浮油难处理问题。吸附法可用于处理分散油、乳化油和溶解油，最常用的吸附剂是活性炭，其不足之处是价格较贵，再生也困难。生物法因为有机物种类繁多，状态复杂，处理效果并不好，一般用于废水的二级处理。