تصفیه فاضلاب و پساب در صنایع پتروشیمی دارای اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، از آنجا که فاضلاب تولید شده در این صنعت شامل مواد شیمیایی و سموم قابل انتقال به آب و خاک است که می‌تواند برای محیط زیست و انسان‌ها خطرناک باشد. بنابراین، تصفیه فاضلاب در این صنعت اجباری و از الزامات سازمان محیط زیست است، لذا می بایست پس از فرآیندهای تصفیه و پاکسازی، به صورت امن و بهداشتی به محیط زیست بازگردد.
عموماً در صنایع پتروشیمی، با در نظر گرفتن نوع آلاینده های موجود در فاضلاب، تصفیه فاضلاب از طریق فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی صورت میگیرد. در فرآیندهای تصفیه شیمیایی فاضلاب، مواد شیمیایی آلوده در فاضلاب با استفاده از ترکیباتی که به فاضلاب اضافه شده و با آلاینده ها واکنش میدهند از پساب حذف می شوند. در فرآیند بیولوژیکی هم با استفاده از باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌ها، مواد آلی موجود در فاضلاب تجزیه شده و به مواد مفید و غیر آلوده تبدیل می‌شوند.
با توجه به بزرگی پتروشیمی و حجم تولید و حجم فاضلاب، در تصفیه خانه به منظور تصفیه فاضلاب صنایع پتروشیمی، از تکنولوژی‌های مدرن و متنوعی استفاده می‌شود، از جمله تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با فرآیند تصفیه فاضلاب لجن فعال، تصفیه فاضلاب با استفاده از فرآیند تصفیه شناور سازی، و تصفیه فاضلاب با استفاده از فرایند تصفیه شیمیایی به صورت توامان استفاده می شود.
هدف از تصفیه فاضلاب در صنایع پتروشیمی، به دست آوردن فاضلابی پاک و بدون آلاینده‌های خطرناک است که بتوان آن را به محیط زیست بازگرداند. با این کار، محیط زیست و انسان‌ها از آسیب‌های ناشی از فاضلاب آلوده و سموم حفظ می شوند. همچنین از پساب بدست آمده از خروجی تصفیه خانه می تواند در آبیاری فضاهای سبز کارخانه استفاده کرد.