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炼化企业是否具有完善的污水管理体系决定了污水处理系统的稳定运行以及达标排放。炼化企业往往只关注与操作规程和排放标准相关的数据指标,各工艺单元的预期效果与实际情况是否匹配处于未知状态。本研究以典型重质油炼化企业污水处理体系为研究对象,通过建立炼化污水(Heavy Oil Refinery Wastewater,HORW)综合特性表征方法,全面剖析全工艺流程的污染物转化行为和赋存状态,进而评价各工艺单元处理效能,为炼化污水处理体系长期稳定运行以及处理工艺的原位升级提供理论支撑。主要研究内容与成果如下:(1)从污染组成、污染负荷、生物毒性和体系稳定性四大水质特性出发,将气相色谱-质谱联用仪(Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS)和电喷雾傅里叶变换离子回旋共振高分辨质谱(Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry,FT-ICR MS)两种高等仪器分析手段耦合传统和新兴水质检测方法,搭建适用于HORW水质分析测试平台,从而建立宏观、微观、综合三个维度下,涵盖无机、有机化合物的HORW综合特性表征方法。(2)高含油点源污水经过“水质调节-沉降除油-旋流油水分离-气浮净化”工艺预处理后,污水的污染负荷得以大幅度去除,总油、极性油、COD以及TOC的平均去除率分别达到62.5%、57.0%、39.6%以及40.0%。预处理对无机污染物的组成和负荷没有去除效果,对有机污染组成的影响也比较小,出水仍以O_x、O_xS_x,N_xO_x类型极性化合物为主。此外,预处理并没有降低急性生物毒性,但破乳脱稳的效果显著,表现为界面张力回升,Zeta电位趋向于中性。(3)综合污水经“一级水解酸化(Hydrolysis acidification,HA)+循环式活性污泥工艺(Cyclic Activated Sludge Technology,CAST)”主生化工段处理后,污染负荷下降幅度极大,COD、TOC、TN以及氨氮分别去除了89.3%、84.4%、49.8%以及87.8%;急性生物毒性实现大幅度下降。一级HA单元没能改善可生化性,却去除了一定量的有机负荷;污染负荷主体上在CAST单元去除。主生化工段对阳离子的组成和负荷没有去除效果,但显著改变了污水的有机污染组成。CAST单元更倾向于去除弱极性化合物和低缩合度的极性化合物,出水中极性化合物的缩合程度升高,且以O_x类型为主体。主生化工段出水经“二级HA+曝气生物滤池(Biological Aeratedfilter,BAF)”二级生化工段处理后,污染负荷下降幅度很小,COD、TOC以及TN分别去除了17.1%、5%以及3%,氨氮负荷降至为0。二级HA单元改善可生化性的效果明显,生成了一些低缩合度、易生化的有机物,随后在BAF单元中被降解。在最终出水中残留的低浓度COD构成中,主要是一些中等极性化合物(如含氮化合物、有机酸类、酯类等),以及缩合度较高的O_x、O_xS_x,N_xO_x类型极性化合物,其中以O_x类型的相对丰度为最高。