O petróleo, seus derivados e os resíduos gerados nessa cadeia produtiva possuem uma mistura complexa de hidrocarbonetos, considerados substâncias perigosas de difícil degradação. O trabalho proposto insere-se dentro do tema de redução dos danos ambientais provocados pelo petróleo e seus derivados, enfocando os aspectos de caracterização, quantificação e tratamento dos resíduos líquidos gerados na cadeia produtiva no estado de Alagoas. Foi instalado e operado um sistema experimental composto por dois reatores de bateladas seqüenciais, sendo um anaeróbio e outro aeróbio, em escala de bancada, com ciclos de 24 horas durante 260 dias e em 8 (oito) fases distintas, tratando água de produção de petróleo diluída em esgoto sanitário sintético. Foram realizadas análises físico-químicas e microbiológicas ao longo do experimento. Os dados mostraram que o sistema (na primeira fase de operação), apresentou eficiência média de remoção de DQO de 84%. Nas fases seguintes, o resíduo de petróleo foi acrescentado em frações percentuais, para que ocorresse melhor adaptação do lodo de inóculo. Verificou-se uma queda na eficiência de remoção de DQO no início de cada fase. A eficiência aumentou gradativamente ao longo do tempo, o que demonstrou a capacidade de adaptação da biomassa ao resíduo tratado. O sistema apresentou resultados satisfatórios referentes a amonificação e nitrificação. Os resultados indicam que o sistema biológico anaeróbio/aeróbio se apresenta como alternativa atraente no tratamento de água de produção de petróleo, para transformar esses compostos poluentes em substâncias menos nocivas ao ambiente.