Trong quá trình khai thác dầu khí thường sản sinh ra một lượng nước thải nhiễm dầu (NTND) được gọi là nước khai thác (NKT). NKT có thể là lớp nước nằm ở các lớp trầm tích cùng các vỉa dầu khí (hình 1.1) và cũng có thể là nước (thường là nước biển) được dùng để bơm ép vỉa nhằm tăng hiệu quả thu hồi dầu/khí trong quá trình khai thác [4, 40]. NTND chiếm tỷ lệ lớn nhất trong khối lượng chất thải phát sinh từ ngành công nghiệp dầu khí. Để khai thác một thùng dầu, trung bình phải xử lý từ 3-7 thùng NTND vừa để thu hồi dầu vừa để đạt giới hạn thải cho phép. Hàng năm, ngành công nghiệp dầu khí thế giới đã thải ra khoảng 50 tỷ thùng NTND và lượng nước thải ngày càng tăng theo tuổi thọ của các mỏ dầu/khí [25, 32]. NTND chứa nhiều chất hữu cơ dạng nhũ tương, các chất hữu cơ thường là dầu tự do ở dạng paraffinic, naphthenic, aromatic, các asphalten; ngoài ra còn có các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ. NTND có hàm lượng dầu cao (khoảng từ 500-1.000mg/L), các ion vô cơ cao (20.000-50.000mg/L) và có pH trong khoảng 7,0-8,0