厌氧处理技术是在厌氧环境下利用厌氧微生物分解有机污染物满足自身碳源和能源需求已达到污染物降解的目的。厌氧处理的优点在于运行过程中不需要氧气，且可以处理高浓度石化废水。近年来，在石化废水处理方面应用比较多的厌氧方法主要包括厌氧固定膜反应器、厌氧附着膜膨胀床和升流式厌氧污泥床(UASB)等。
Patel等利用单室和多室厌氧固定膜反应器处理未中和的酸性石化废水，实验结果表明:在有机负荷为20.4kg/(m3·d)的情况下，多室反应器COD去除率可以达到90%以上，产甲烷量为0.38m3/(m3·d)。此外，研究人员还探究了上升流厌氧固定膜反应器进行石化废水的处理研究，分析了有机负荷和温度对反应的影响。厌氧附着膜膨胀床通过人工载体的方法，将厌氧微生物固定在载体上，形成具有生物膜结构的高活性颗粒污泥，为反应器的高效稳定运行提供了重要条件，特别适用于颗粒污泥严重短缺的结合。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
庄黎宁等考察了不同水力停留时间和不同温度下厌氧附着膜膨胀床处理石化废水，结果表明:在一定温度范围内石化废水的处理效果较好，且随着温度的升高，反应器的有机负荷和去除效果会进一步提高。但是此工艺处理石化废水的文献较少，因此厌氧附着膜膨胀床处理石化废水的稳定性仍有待进一步研究。UASB反应器的启动时间过程较长，运行开始时对颗粒污泥的培养要求严格，因此尽管UASB处理污废水的历史较长，但多用于生活污水处理，在石工废水的处理方面的应用才刚起步，有关报道甚少。徐志标等采用气浮/铁炭曝气/芬顿氧化/UASB/生物接触氧化工艺处理高浓度石化废水，该组合工艺对COD、色度等均有较好的去除效果，处理后出水水质达到《污水综合排放标准》)的一级标准。但由于其工艺过于复杂，运行费用较高，限制了其工艺的推广应用。