Considerando le grandi quantità di acqua utilizzate in una raffineria, il trattamento delle acque reflue costituisce un processo di supporto molto importante per un funzionamento sicuro. I quattro tipi di acque reflue di raffineria comprendono l'acqua di raffreddamento, l'acqua di processo e il vapore, le acque meteoriche e le acque di scarico sanitarie. Tra questi, il flusso di acque reflue più inquinato che richiede un trattamento serio è quello delle acque di processo e del vapore che entrano in contatto diretto con le frazioni di petrolio. Le acque meteoriche possono essere contaminate a causa dell'esposizione accidentale a fonti inquinanti sulle superfici della raffineria e a sversamenti accidentali. Le acque di raffreddamento e le acque reflue sanitarie possono non richiedere un trattamento particolare prima di essere inviate agli impianti pubblici di trattamento delle acque. Una regola generale è quella di evitare di mescolare diversi tipi di flussi di acque reflue per ridurre il carico sulle unità di trattamento. Gli inquinanti presenti nei flussi di acque reflue includono idrocarburi, con particolare attenzione ai composti aromatici tossici, come il benzene; composti eteroatomici, come i mercaptani.