Água produzida, assim chamada por estar associada à produção do petróleo, é um subproduto indesejável que está sempre presente nas extrações do petróleo. Este resíduo se destaca, pelo volume gerado, toxicidade e elevada salinidade. Estas características implicam em difícil tratabilidade por processos biológicos, sendo necessário um pré-tratamento e/ou a sua diluição com outro resíduo a fim de aumentar a sua biodegradabilidade. Desta forma esta pesquisa propõe uma alternativa de tratamento para água de produção de petróleo em reator biológico sob condição anaeróbia precedida de tratamento por pré-ozonização. A água de produção pré-ozonizada (APPOz) foi misturada a um substrato sintético simulando esgoto sanitário (SES) em proporções crescentes, em 5 fases operacionais. Um reator anaeróbio com biomassa imobilizada operado em bateladas sequenciais (RBSBIan) com ciclos de 24 horas era alimentado diariamente com 8 L da mistura (APPOz+SES). Os resultados mostraram um valor médio de 75% de remoção de matéria orgânica em termos de DQO, para a fase 1 (sem adição de APPOz). Nas fases subsequentes verificou-se que a eficiência decrescia com o aumento do percentual de adição de APPOz, com valores de 73%, 64%, 47% e 23% para as fases 2 (2% de APPOz), 3 (5% de APPOz), 4 (8% de APPOz) e 5 (10% de APPOz), respectivamente. Comportamento semelhante foi verificado no processo de amonificação. As constantes cinéticas de decaimento de matéria orgânica e de amonificaçao confirmaram a inibição do processo anaeróbio. Mesmo assim, o estudo do perfil temporal de amonificação e decaimento da matéria orgânica mostraram que o tempo de reação da batelada podia ser reduzido de 22 para 8 horas. Esses resultados permitiram concluir que 5% é o maior percentual de diluição de APPOz em SES, para que o RBSBIan opere com estabilidade e eficiência de remoção de DQO superior 60%. A inibição do processo anaeróbio pode ser atribuída ao estresse osmótico causado pela elevada salinidade, que nas fases 4 e 5 eram respectivamente de 7,9 gCl-.L-1 e 11,7 gCl-.L-1.