先將煉油廢水進行隔油、氣浮等物化預處理，去除廢水中含有的全部浮油、大部分乳化油及其他固體懸浮物，盡可能減小后續生化處理系統污染物負荷。
經過預物化的廢水進入到三段式生化接觸處理系統。每段生化接觸處理系統中均布置有彈性填料，池底部均設有微孔曝氣系統。煉油廢水水質與每批次入廠原油品質密切相關，因此*段生物接觸池為缺氧、好氧兩用生物接觸池。當廢水水質較好時（COD≤350 mg/L、NH3-N≤45 mg/L），*段生物接觸池設為缺氧生物接觸池，與之配套的大功率羅茨鼓風機關閉，而池底的小功率潛水攪拌機啟動，實現低功耗運行，全池溶解氧質量濃度＜0.2 mg/L，呈缺氧狀態。此時發生前置反硝化反應。當廢水水質較差時（COD＞350 mg/L，NH3-N＞45 mg/L），*段生物接觸池切換為好氧生物接觸氧化池，與之配套的羅茨鼓風機啟動，潛水攪拌機關閉。此時三段生物接觸池雖然均為好氧生物接觸氧化池，但各段發生的主要反應類型不同，反應控制條件不同，優勢菌種不同，主要削減污染物類型也不同。*段主要去除硫化物等小分子污染物，第二段主要去除揮發酚等有機污染物，并向其中定量投加磷酸鹽，以調整補充微生物必需的營養物質，第三段主要去除氨氮，根據pH控制器反饋的數值，由PLC控制計量泵向其中定量投加氫氧化鈉和碳酸鈉的混合溶液，補充硝化反應所需堿度，并調整系統pH在7.5~8.0，使其處于硝化反應的zuijiapH范圍。
當廢水水質較好時，第三段處理出水部分回流至*段生化池（此時為缺氧反應池），由電磁流量計測定流量，閥門調節回流比在50%~。*段生物接觸池完成前置反硝化反應，可降解約25%有機污染物，同時增加水中堿度，有效減小第三段加堿量，節省藥劑費用。當廢水水質較差時，第三段處理出水回流量減小，甚至關閉回流，以保證廢水在系統中呈推流式流態，保證各段的反應推動力和實際停留時間。
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