(1)化学药剂法为处理采油污水中的油、COD，SS等，可以投加O3，ClO2，H2O2等氧化剂，或投加破乳剂、絮凝剂等加以去除；
(2)催化氧化法对于难降解的有机物，可以采用催化方法使其分解。刘春英等人用质量分数为7.5%的Cu(NO3)2溶液浸渍活性炭，在260℃下将铜还原热固于活性炭微表面，利用活性炭吸附、铜催化及曝气后水中的溶解氧将有机物氧化分解，降低了采油污水中的COD值；
(3)化学强化法化学强化处理的主要目的是设法降低采油污水的COD，其次是降低含油量和机杂含量。化学强化处理技术主要是通过采用化学强化电处理方法和化学絮凝一催化氧化来强化处理采油污水。此外，吸附、过滤、膜分离技术等物化方法在采油污水外排水处理中也有应用。
吸附法
吸附法就是利用吸附剂的多孔，比表面积大且表面疏水亲油的特性，使油经过物理化学作用粘附在表面或孔隙内，从而达到除油的目的。
一般吸附剂以煤灰、矿渣、果壳、锯末、粘土等为原料，经过炭化、活化或有机改性来扩大孔隙，增加比表面积和提高表面亲油性。一般吸附剂分成粉末状和颗粒状两种类型，粉末状直接投加到水中，而颗粒状则以吸附柱的形式应用。
科学家在原有的气浮工艺之后用改性聚氨醋泡沫去除乳化油，使原来工艺的出水含油质量浓度从20-40mg/L降到8mg/L金辉等人用有机膨润土处理乳化油，当投加量为1mg/L时，原水含油从1689mg/L降到2.3mg/L。昊敦虎等人用改性硼泥处理含油污水，除油率达92%以上，当投加量为4留L时，含油降到10mg/L以下。周久锐在原有二级隔油池后利用焦炭进行吸附过滤处理，使原工艺出水含油从38.80mg/L降到5.70mg/L。
膜技术
近几十年来，膜分离技术发展迅速。在国外，膜技术已广泛用于含油污水中乳化油、溶解油去除和脱盐的研究与工业化试验。
微滤(MF)和超滤(UF)技术处理含油污水的特点是：不加药剂，是一种纯物理分离，不产生污泥，对原水油分浓度的变化适应性强，需要压力循环污水，进水需严格预处理，膜需定期杀菌清洗。
简单的除油机理是乳化油基于油滴尺寸大于膜孔径被膜阻止，而溶解油则是基于膜和溶质的分子间的相互作用，膜的亲水性越强，阻止游离油透过的能力越强，水通量越高。含油污水中油的存在状态是选择膜的首要的依据，若水体中的油是因有表面活性剂的存在使油滴乳化成稳定的乳化油和溶解油，油珠之间难以相互粘结，则须采用亲水或亲油的超滤膜分离，为此超滤膜孔径远<10Am，而且超细的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚结。1991年，美国路易斯安那陆上油田进行了陶瓷微滤膜技术处理常规沉降分离后的油田采出水小规模生产试验，出水含油达到10m岁L以下。
纳滤(NF)和反渗透(RO)则适合于有机物的去除和脱盐。1997年，美国在加里福尼亚州的SantaClarita进行了以反渗透单元为核心的采油污水深度处理工艺中试。采油污水经核桃壳过滤、澄清、生物滤池、压滤、离子交换、反渗透处理。主要污染物石油类，TDS、TOC、硬度分别由原来的20mg/L，6000mg/L，120mg/L和1-5mg/L降到<0.1mg/L，145mg/L，2mg/L和<1mg/L(以CaCO3计)，出水达到美国环保局(EPA)饮用水标准，可用于锅炉给水、农业灌溉和饮用水。但其成本较高，达到16美分/桶(同期饮用水为5.2美分/桶)。
膜过滤技术是采油污水有效的深度处理技术，但成本高和膜清洗问题限制了其工业化应用。
高级氧化技术
水处理的高级氧化技术是近20年兴起的新技术。它通过化学或物理化学的方法将污水中的有机污染物直接氧化成无机物，或转化为低毒的易生物降解的有机物，在制药、精细化工、印染等有机废水处理中有广泛应用研究，主要有化学氧化、湿式氧化、光氧化、催化氧化和生物氧化等技术。
目前高级氧化技术在采油污水处理中的研究处于起步阶段，但取得不少进展。含有表面活性剂的采油污水中乳化油去除难度大，处理的关键在于消除油水界面膜上的表面活性剂。表面活性剂的消除将使油滴可以发生重排、聚集，然后就容易分离。半导体TiO2催化剂在油水界面层存在，光照射时可以发生光催化氧化反应、达到乳化油破乳的效果，可以去除石油类污染物。超临界水氧化技术则是将水的温度、压力升高到临界点(Tc为274.3。C，Pc为22.05MPa)以上，水处于一种不同于气态、液态和固态的新流态—超临界态，水的物理化学性质发生显著变化，可以与有机物和氧气以任何比例互溶。利用水的这种性质使它成为一种理想的反应介质，有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，可在很短时间内达到对有机物很高的破坏效率。
