炼油废水是废水水量较大的一类工业废水，具有污染物种类多、成分复杂、毒性大以及危害严重的特点。我国目前尚有为数众多的百万吨以下的地方炼油厂在运行，近年来国家与地方环保要求日趋严格，而地方炼油厂普遍存在废水处理工艺落后，改造用地有限，财力不足等实际情况。因此，在原有老旧废水处理系统基础上进行升改造，设计出行之有效的、低成本、路线灵活、适应性强、处理效果稳定的处理工艺以满足现行污水排放标准成为炼油废水处理中一项紧迫的技术难题。
根据进出水水质情况以及废水处理站现有生物处理构筑物实际情况，本工程工艺设计为双模式、三段式生物接触氧化工艺。
先将炼油废水进行隔油、气浮等物化预处理，去除废水中含有的全部浮油、大部分乳化油及其他固体悬浮物，尽可能减小后续生化处理系统污染物负荷。
经过预物化的废水进入到三段式生化接触处理系统。每段生化接触处理系统中均布置有弹性填料，池底部均设有微孔曝气系统。炼油废水水质与每批次入厂原油品质密切相关，因此段生物接触池为缺氧、好氧两用生物接触池。当废水水质较好时(COD≤350 mg/L、NH3-N≤45 mg/L)，段生物接触池设为缺氧生物接触池，与之配套的大功率罗茨鼓风机关闭，而池底的小功率潜水搅拌机启动，实现低功耗运行，全池溶解氧质量浓度<0.2 mg/L，呈缺氧状态。此时发生前置反硝化反应。当废水水质较差时(COD>350 mg/L，NH3-N>45 mg/L)，段生物接触池切换为好氧生物接触氧化池，与之配套的罗茨鼓风机启动，潜水搅拌机关闭。此时三段生物接触池虽然均为好氧生物接触氧化池，但各段发生的主要反应类型不同，反应控制条件不同，优势菌种不同，主要削减污染物类型也不同。段主要去除硫化物等小分子污染物，第二段主要去除挥发酚等有机污染物，并向其中定量投加磷酸盐，以调整补充微生物必需的营养物质，第三段主要去除氨氮，根据pH控制器反馈的数值，由PLC控制计量泵向其中定量投加氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，补充硝化反应所需碱度，并调整系统pH在7.5~8.0，使其处于硝化反应的*pH范围。
当废水水质较好时，第三段处理出水部分回流至段生化池(此时为缺氧反应池)，由电磁流量计测定流量，阀门调节回流比在50%~。段生物接触池完成前置反硝化反应，可降解约25%有机污染物，同时增加水中碱度，有效减小第三段加碱量，节省药剂费用。当废水水质较差时，第三段处理出水回流量减小，甚至关闭回流，以保证废水在系统中呈推流式流态，保证各段的反应推动力和实际停留时间。
三段生化接触处理系统整体为推流式，而每段内部流体呈内循环*混合态，实现推流式和*混合式的组合。这样既具有推流式反应推动力强，各段优势专属菌群固定等优点，又具有*混合式抗冲击负荷能力强、出水水质稳定的特点。每段生化池内部设计为内循环式，水流随曝气器布置位置呈明显中心上升、周边下降的流态，增强了溶解氧、污染物与微生物之间的传质效果，对填料上生物膜冲刷力较强，有利于生物膜的更新。
本设计能够形成生物接触池体内循环*混合态却并不像传统工艺那样依靠设置中心导流筒或隔墙，而是依靠池型结构与曝气区域布置。生物接触池体为圆形，而填料支架整体为圆的内接正方形，曝气系统位于填料支架的正下方。因此，随曝气的进行，在正方形曝气区域形成明显的向上流，而曝气区域外的4个圆缺区域则形成明显的向下流，从而形成强烈的内循环*混合状态。
第三段生物接触池出水进入斜管沉淀池，由于生物接触氧化以生物膜工艺为主体，兼有少量活性污泥存在，系统整体污泥产率较低。因此斜管沉淀池底部污泥主要由正常老化脱落的老、旧生物膜组成，少量为活性污泥。沉淀池底部污泥输送由气提完成，仅需要从生化池曝气主管中引出一根支管，即可*全沉淀池污泥输送需要，节省了设备投资和运行费用。污泥一部分被输送至污泥储池，进行污泥处理，一部分则回流至第三段生化池入水口，以适当补充池内污泥。由于本工艺采用的生物接触氧化以生物膜工艺为主，具体的污泥外排与污泥回流比例根据生物池每日实测污泥浓度通过阀门做调整，一般情况下，外排和回流各50%。
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