随着我国工业化进程不断加快,工业废水所带来的污染日益严重,石化废水作为一种典型的工业废水,因其排量大、毒性高、成分复杂且处理难度大的特点更是成为工业废水处理的重中之重。石化废水水质波动性较大,需根据实际工况对其针对性处理。为解决江苏某石化废水处理厂氨氮排放不达标、抗冲击负荷能力较弱和曝气效率较低且能耗高等问题,本研究以该厂实际进水为处理对象,在该厂原有的A/O（缺氧/好氧）工艺基础上加入MBBR（移动床生物膜反应器）悬浮填料,通过对MBBR悬浮填料+A/O工艺的运行参数、污泥微生物群落结构的组成方面的研究,确定其最佳处理工艺条件,并对该工艺下微生物群落的组成分布以及其降污能力进行表征与分析,提升处理效果。最后通过模拟仿真试验对管式曝气器曝气孔形进行优化设计,明确最佳曝气效果的孔形,在为系统微生物的生存提供适宜DO浓度（溶解氧浓度）的同时,降低能耗并提高曝气效率。以单因素和正交试验,研究HRT（水力停留时间）、DO浓度、污泥回流比和填料添加比（体积比）对石化废水中COD（化学需氧量）、NH₃-N（氨氮）、TN（总氮）与TP（总磷）去除率的影响。由单因素与正交试验确定反应装置最佳运行工艺条件,即HRT 16 h,DO浓度2～3 mg/L,污泥回流比100%和填料添加比30%。同时,由极差和方差分析可知:影响COD与TN去除率的因素从大到小依次为HRT、填料添加比、DO浓度和污泥回流比;影响NH₃-N去除效果的因素从大到小依次为填料添加比、DO浓度、HRT和污泥回流比;影响TP去除效果的因素从大到小依次为填料添加比、HRT、DO浓度和污泥回流比。此外,上述四种因素对这些污染物去除都有影响,但污泥回流比的影响最小,填料添加比对氨氮去除而言,影响显著。以最佳工艺条件运行反应装置,由运行数据可知:出水COD保持在35 mg/L以下;MBBR悬浮填料+A/O反应装置的COD平均去除率达75.62%,NH₃-N平均去除率达94.08%,NH₃-N出水浓度低于0.76mg/L;整个系统对TN和TP和SS（固体悬浮物浓度）去除率分别为75.46%、84.41%和89.8%,色度也由进水时的32降低至4;进入反应装置的废水水质存在着波动,但其出水水质相对稳定,这展现出了此工艺出色的抗冲击负荷能力。采用最佳工艺的污水理系统总体上运行稳定,其出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的一级A标准。采用高通量测序对A/O工艺下A池和O池中的污泥进行研究,共得到43个菌门、89个菌纲和572个菌属。其中A池污泥有23个菌门、51个菌纲和257个菌属,O池污泥有35个菌门、64个菌纲和424个菌属。A池污泥中的优势菌门主要为Chloroflexi、Euryarchaeota和Bacteroidetes;优势菌纲为Anaerolineae、Methanomicrobia和Bacteroidia;优势菌属为Methanothrix、Levilinea和Syntrop Hobacter。O池污泥中的优势菌门主要为Proteobacteria、Chloroflexi和Planomyomytytes;优势菌纲为Anaerolineae、Betaproteobacteria和Planctomycetia;优势菌属为Ignavibacterium、Aridibacter和Bellellia。A池污泥和O池污泥中存在的主要是异养细菌,这些微生物都对石化废水中的污染物质有降解作用且优势菌群的降解作用显著;在MBBR悬浮填料+A/O工艺实际运行过程中,应供以充足的有机污染物和适宜的DO浓度,以保证池内优势菌属作用的发挥。使用CFD（计算流体动力学）软件对管式曝气器进行仿真试验,通过模拟相同进气条件下圆形孔、方形孔和椭圆形孔的管式曝气器管道内空气的流动状况,并根据速度分布云图、孔口处湍动能分布云图、孔口流速图以及孔口处的体积流量分析不同孔形的曝气效率。数值模拟结果表明:当空气流速为5 m/s、管式曝气器曝气孔采用圆形孔时,其曝气稳定性和均匀性达到最佳状态,曝气效率最高。本研究对于类似石化企业的废水处理工艺的提标改造具有借鉴意义;污泥微生物群落结构分析为系统的稳定运行提供了理论和技术支持;同时,为管式曝气器的优化设计提供一定借鉴作用。