一种利用微藻处理油田污水和固定CO₂的方法，将含有原油低于10mg/L，TOC小于40mg/L，COD小于100mg/L的油田污水用于微藻养殖固碳，直接向污水中通入CO₂，根据通入CO₂后油田污水的水质筛选具有抗逆性强、高含油脂、高降解石油烃功能的微藻，将微藻大规模的培养与污水处理结合起来，采用5个阶梯式微藻处理池连接建立大规模培养系统，调节水温20℃-35℃。采用碳化硅微滤膜进行采收，采收藻株的10%-20%作为藻种进行下一批的藻液培养，70%-90%的用于制生物柴油。通过控制新鲜污水的量来控制最适合藻类生长的污水温度，实现油田污水处理和固定CO₂系统全年稳定、连续运行。