好氧生物处理技术是利用水中好氧微生物在好氧环境下生长繁殖分解消耗水中的可降解有机污染物，以达到污废水净化的目的。由于水中氧气传质效率受到各种因素的限制，好氧工艺对于废水中有机污染物的浓度有一定的要求。近年来，在石化废水处理方面应用比较多的好氧方法主要包括序批式间歇活性污泥法(SBR)、生物接触氧化法、高效好氧生物反应器(HCR)、膜生物反应器(MBR)和悬浮填料生物反应器。郭静波等采用序批式活性污泥工艺处理石化废水的实验结果表明:石化废水的最佳共代谢基质为淀粉，当其投加量为30mg/L、摇床转速为120r/min、温度为25℃、MLSS为2320mg/L时，经12h处理后的二级出水COD下降了79.58%，臭、氨氮、BOD5等指标也有所改善。作为一种新型生化处理技术，SBR法不仅具有普通生物处理法的优点，还具有抗冲击能力强、运行费用低、经济可行、设施简单、操作简便等优点。石顺存等采用生物接触氧化法直接处理石油化工有机废水，COD的去除率可以达到90%以上，反应器出水水质已经达到国家二级排放标准要求。生物接触氧化法的处理效率比常规活性污泥法好，污泥产量低，不存在污泥膨胀问题等;但由于填料价格较高，其实际应用受到了制约。研究人员利用高效好氧生物反应器处理石油化工废水发现HCR反应器具有启动速度快，氧利用率高，抗冲击负荷能力强等优点。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
实验结果表明:石化废水的BOD去除率可达70%～90%。但由于受HRT反应器限制，废水中氨氮去除率不高，且由于石化废水的特殊性，污泥易发生非丝状菌膨胀，污泥沉降性能较差。与普通活性污泥法相比HCR工艺能耗较高，但在较短的水力停留时间下BOD去除率较高，适合作为预处理工艺。郑云等以A/O-MBR装置处理石油化工废水，结果表明系统处理效果理想。对COD和石油类物质平均去除率分别为91.9%和92.9%，出水水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》中的相关标准。MBR反应器的出水水质稳定，且具有较强的耐冲击负荷能力，石油类、氨氮和磷等的处理效果也优于常规二级污水处理，泥负荷较大，剩余污泥量少。夏四清等用悬浮填料生物反应器处理石油化工废水，结果表明;悬浮填料生物反应器充氧能力和抗负荷冲击能力较强，在填料投加率为50%的情况下，与普通曝气池在相同条件运行，发现悬浮填料生物反应器的充氧能力提高至无填料时的2倍以上，废水中污染物的去除效果明显提高，反应器出水水质稳定。实际应用中如果采用多级悬浮填料生物反应器处理石化废水可进一步提高污染物的去除效果。